JP2004347441A

JP2004347441A - Loading test method

Info

Publication number: JP2004347441A
Application number: JP2003144422A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iizuka; 等飯塚; Keiichi Furuya; 桂一古谷
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP3970204B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a loading test method capable of excitation in the lateral direction and excitation having a high frequency in the vertical direction. <P>SOLUTION: In this loading test method, excitation in the horizontal direction is received by frame rigidity, and, as for vertical excitation, its reaction is received by a mass. A testing machine used for the test method is equipped with a pedestal 1, struts 3 erected on the pedestal 1, the first support 4 provided on the upper end of the struts, the second support 8 arranged over the first support, the first elastic body 11 for supporting elastically the second support, the first fastening means 13 for holding tight the second support by invalidating the elastic support function of the first elastic body at the operation time, the second elastic body 12 for supporting elastically a weight 9, the second fastening means 14 for holding tight the weight by invalidating the elastic support function of the second elastic body at the operation time, and a vertical-direction actuator 67 and a horizontal-direction actuator 66. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マウント用ゴムなどの試験片に圧縮や引張の荷重（特に圧縮荷重）を繰り返し加えて、試験片の動的な特性（特に動バネ定数やダンピング特性など）や静的な特性を調べる荷重試験に用いられる荷重負荷試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機には、フローティングマス方式（たとえば、特許文献１参照）と、フレーム剛性方式がある。フローティングマス方式の１軸高周波動特性試験機は、架台には支柱が一対立設しており、この支柱間にクロスヘッドが弾性体を介して掛け渡されている。また、フレーム剛性方式の３軸特性試験機は、クロスヘッドが弾性体を介さずに支柱に堅固に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−４８６３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フローティングマス方式は、１ＫＨｚまでの上下方向の加振を受けるには効果的であるが、横加振の反力を受けることができない。一方、フレーム剛性方式は横加振の反力を受けられるが、上下方向の１ＫＨｚまでの加振の反力を受けるには、フレームの共振を１ＫＨｚの数倍のところに持っていくように設計する必要があり、これは物理的に不可能に近い。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる荷重負荷試験方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願の請求項１記載の荷重負荷試験方法は、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の荷重負荷試験方法は、架台、この架台に立設する少なくとも一対の支柱、この支柱の上端部に設けられた第１支持体、この第１支持体の上方に配置された第２支持体、前記第１支持体に設けられて第２支持体を弾性支持する第１弾性体、および、前記第１支持体に設けられるとともに作動時には第１弾性体の弾性支持機能を無効にして第２支持体を堅固に保持する第１締結手段を具備するフレームと、このフレームに影響を与えるウエイトと、前記ウエイトからフレームへの質量の影響を有効または無効にするウエイト機能作動手段と、前記第２支持体から垂下しているとともに下端に試験片が取り付けられる荷重軸と、前記架台に設けられ、前記試験片に上下方向の荷重を負荷する上下方向アクチュエータと、前記架台に設けられ、前記試験片に水平方向の荷重を負荷する水平方向アクチュエータとを備えている荷重負荷試験機を用い、前記試験片に荷重を加えて試験を行う時に、第１締結手段を作動させて第１弾性体の弾性支持機能を無効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を無効にするフレーム剛性支持タイプ、または、第１締結手段の作動を解除させて第１弾性体の弾性支持機能を有効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を有効にするフローティングマス支持タイプの何れか一方の支持タイプを選択している荷重負荷試験方法であって、前記水平方向アクチュエータにより試験片に変動荷重を加える際には、前記フレーム剛性支持タイプにすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における荷重負荷試験方法の実施の一形態を説明する。図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【０００９】
荷重負荷試験機の金属製の架台１は、脚部（図示しない）で建屋などの基礎上に設置されている。架台１上には四隅に、金属製の支柱３が立設している。図面においては前側の左右一対の支柱３が図示され、この前側の一対の支柱３の後側に一対の後側支柱３が配置されている。各支柱３は、上下方向に伸縮するシリンダ装置で構成され、高さを調整することができる。そして、この支柱３の上端部の間に第１支持体としての金属製の第１クロスヘッド４が掛け渡されている。この第１クロスヘッド４は支柱３にボルトなどで堅固に固定されている。また、第１クロスヘッド４は平面図視で略矩形をしているとともに、中央部に開口が形成されている。
【００１０】
第１クロスヘッド４の上方には、第２支持体としての金属製の第２クロスヘッド８が間隔を有して配置されている。第２クロスヘッド８の上方には、マスとしての質量の大きな金属製のウエイト９が間隔を有して配置されている。第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８との間にはゴムなどの第１弾性体１１が、また、第２クロスヘッド８とウエイト９との間にはゴムなどの第２弾性体１２が配置されている。第１クロスヘッド４に設けられている第１弾性体１１は第２クロスヘッド８を弾性支持し、また、第２クロスヘッド８に設けられている第２弾性体１２はウエイト９を弾性支持する。そして、第１クロスヘッド４には第１締結手段である第１締結シリンダ装置１３が、また、第２クロスヘッド８には第２締結手段である第２締結シリンダ装置１４が設けられている。各締結シリンダ装置１３，１４は、シリンダ部２１、ピストン２２およびピストンロッド２３を具備しており、シリンダ部２１が第１クロスヘッド４または第２クロスヘッド８に固定されて設けられるとともに、ピストンロッド２３の先端が第２クロスヘッド８またはウエイト９にボルトなどで固定されている。
【００１１】
そして、第１締結シリンダ装置１３は、作動時（すなわち油圧注入時）に第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を堅固に保持し、作動解除時（すなわちピストン２２に油圧をかけていない時）にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第１弾性体１１が第２クロスヘッド８を弾性支持する。同様に、第２締結シリンダ装置１４は、作動時に第２弾性体１２の弾性支持機能を無効にしてウエイト９を堅固に保持し、作動解除時にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第２弾性体１２がウエイト９を弾性支持する。この第２弾性体１２および第２締結シリンダ装置１４はウエイト機能作動手段を構成している。
【００１２】
弾性体１１，１２および締結シリンダ装置１３，１４の配置は、図３（ａ）に図示するようになっており、弾性体１１，１２は四隅に、また、締結シリンダ装置１３，１４は弾性体１１，１２同士の間の中間部に配置されている。そして、図４および図５の図示では、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９や第２クロスヘッド８が下方に変位して、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされる。
【００１３】
この締結シリンダ装置１３，１４の堅固な保持すなわち締結は、図４および図５の構造では、分かり易いように、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接することにより行われているが、適宜構造および方法で行われることが可能である。すなわち、図２に図示するように、図２（ａ）の状態の第２締結シリンダ装置１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９が下方に変位して図２（ｂ）の状態となり、ウエイト９の下面が第２クロスヘッド８の上面に当接して堅固に保持され、第２弾性体１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。第１締結シリンダ装置１３も、上記図２の第２締結シリンダ装置１４と同様な取付構造とすることも可能であり、この場合には上記説明の第２締結シリンダ装置１４、ウエイト９、第２クロスヘッド８および第２弾性体１２が各々、第１締結シリンダ装置１３、第２クロスヘッド８、第１クロスヘッド４および第１弾性体１１に読み換えられる。また、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、ピストン２２の下面がシリンダ部２１の内底面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。
【００１４】
第２クロスヘッド８には、荷重軸２６が一体に設けられている。この荷重軸２６は、第２クロスヘッド８の中央部から垂下しており、その下端部は第１クロスヘッド４の中央部の開口を貫通して第１クロスヘッド４の下方に延在している。荷重軸２６の下端部には、荷重検知センサ２７が設けられているとともに、チャック（図示せず）により試験片２８が着脱可能に取り付けられる。試験片２８は通常、その軸心が上下方向となるように取り付けられる。そして、試験片２８を取り付ける際には、試験片２８の高さなどに合わせて、支柱３のシリンダ装置を操作して支柱３の高さを適宜調整する。また、荷重検知センサ２７は、上下方向の荷重（すなわち、荷重軸２６および試験片２８の軸心方向）、左右方向の荷重および前後方向の荷重の３方向の荷重を検出することができる。
【００１５】
第１締結シリンダ装置１３が作動していない際には、第２クロスヘッド８は第１弾性体１１により浮上しており、荷重軸２６が前後左右に変位（すなわち偏心）したり傾斜したりすることがある。そこで、荷重軸２６の水平方向の位置を決める位置決め手段が設けられている。図１および図６に図示するように、荷重軸２６の前後方向の位置をギャップセンサなどの第１位置センサ３１が、また、荷重軸２６の左右方向の位置をギャップセンサなどの第２位置センサ３２が検出しており、位置センサ３１，３２が荷重軸２６の軸心の位置を検出する荷重軸位置検出手段を構成している。そして、荷重軸２６を前後方向に付勢する第１空気バネ３６および第２空気バネ３７が荷重軸２６の前後に設けられている。また、荷重軸２６を左右方向に付勢する第３空気バネ３８および第４空気バネ３９が荷重軸２６の左右に設けられている。この空気バネ３６〜３９は第１クロスヘッド４の中央部の開口部に配置されており、荷重軸２６を径方向に弾性支持している。そして、空気バネ３６〜３９に加わる荷重軸２６からの反力は第１クロスヘッド４が支持している。第１位置センサ３１からの信号は、エアーサーボアンプ４１に入力され、サーボ弁４２を介して第１空気バネ３６および第２空気バネ３７の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から前後にズレている場合には荷重軸２６を前後方向に移動させて中立位置に位置制御する。同様にして、第２位置センサ３２からの信号は、エアーサーボアンプ４６に入力され、サーボ弁４７を介して第３空気バネ３８および第４空気バネ３９の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から左右にズレている場合には荷重軸２６を左右方向に移動させて中立位置に位置制御する。この様にエアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７が荷重軸制御手段を構成している。
【００１６】
試験片２８の下端はチャック（図示しない）を介して振動板５１に着脱自在に取り付けられている。この振動板５１は、上下方向（すなわちＺ方向）および水平方向（すなわちＸ方向）に加振可能なように枠形状をしており、図７（ａ）に図示するように、上板部５２、この上板部５２の左端部から垂下する左側垂直板部５３、上板部５２の右端部から垂下する右側垂直板部５４および、左側垂直板部５３の下端と右側垂直板部５４の下端を連結する下板部５６を具備している。垂直板部５３および下板部５６には各々、アクチュエータ連結用開口６１，６２が形成されている。架台１には、水平方向アクチュエータ６６および上下方向アクチュエータ６７が設けられている。アクチュエータ６６，６７は、シリンダ部７１、ピストン７２およびピストンロッド７３を具備しており、ピストンロッド７３が架台１に固定され、ピストンロッド７３の一端部が振動板５１のアクチュエータ連結用開口６１，６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。
【００１７】
また、ピストンロッド７３の他端には、ピストンロッド７３の位置を検出する変位センサ７６が設けられている。そして、試験片２８の下端に加わる変位量（すなわち、アクチュエータ６６，６７の操作量）に関する値を検出するセンサ７６の検出値に基づいて、各アクチュエータ６６，６７は目標の値で変位するように制御装置（図示しない）によりフィードバック制御される。
【００１８】
前述のように、水平方向アクチュエータ６６のピストンロッド７３の先端は、振動板５１の垂直板部５３のアクチュエータ連結用開口６１に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の垂直板部５３は上下方向にスライド可能となっており、水平方向アクチュエータ６６が振動板５１の上下動を妨げることはない。そして、水平方向アクチュエータ６６が作動すると、振動板５１を左右動させる。
【００１９】
また、上下方向アクチュエータ６７のピストンロッド７３の上端は、振動板５１の下板部５６のアクチュエータ連結用開口６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の下板部５６は左右方向にスライド可能となっており、上下方向アクチュエータ６７が振動板５１の左右動を妨げることはない。そして、上下方向アクチュエータ６７が作動すると、振動板５１を上下動させる。
【００２０】
試験片２８を加振するための荷重負荷試験機のフレームは、架台１、支柱３、第１クロスヘッド４、第１弾性体１１および第２クロスヘッド８で構成されている。また、試験片２８には、アクチュエータ６６，６７により、図３（ｂ）に図示するように、静荷重としてのＤＣ成分と、変動荷重としてのＡＣ成分とを合計した荷重が加振荷重として加えられる。なお、静荷重のみの場合には、アクチュエータ６６，６７により加えられる荷重は、ＡＣ成分がなく、ＤＣ成分のみとなる。
【００２１】
そして、この様に構成されている荷重負荷試験機で、マウント用ゴムなどの試験片２８を試験する場合には、第１締結シリンダ装置１３または第２締結シリンダ装置１４の何れか一方を作動させ、他方の締結シリンダ装置１３，１４の作動を開放させている。そして、図５に図示されているように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第１弾性体１１の弾性支持機能が第１締結シリンダ装置１３により無効にされ、第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、フレーム剛性方式となるとともに、ウエイト９は第２弾性体１２によりフローティング状態になり、フレームへの影響は殆どでない。そのため、横加振の試験を行うことができる。フレームの強度上許容される加振周波数は、上下方向は０〜ｆ１Ｈｚで、左右方向が０〜ｆ２（ｆ１より高い）Ｈｚとなる。そして、図７（ｂ）に図示するように、左右方向にのみ加振する（左右方向の単軸加振）際には、左右方向に０〜ｆ２Ｈｚの加振周波数で加振することができる。一方、左右方向および上下方向の両方向で同時に加振する（２軸加振）際には、左右方向の加振の影響が上下方向の加振に影響を与えるおそれがあるため、左右方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で、かつ、上下方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で加振する。なお、上記ｆ１およびｆ２はたとえば、２００〜３００Ｈｚである。また、ｆ１およびｆ２は同じ値でもよい。
【００２２】
また、図４に図示されているように第２締結シリンダ装置１４を作動させている際には、第２弾性体１２の弾性支持機能が第２締結シリンダ装置１４により無効にされ、ウエイト９と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、大きな質量のウエイト９が第２クロスヘッド８と一体となって移動することになる。そして、第１締結シリンダ装置１３の作動が開放されて、第２クロスヘッド８は第１クロスヘッド４に弾性支持されるため、フローティングマス方式となり、高い加振周波数の試験を行うことができる。その加振周波数は上下方向が５〜１０００Ｈｚで、左右方向は加振せずに静荷重のみとなる。したがって、図７（ｂ）の図示において、上下方向にのみ加振する単軸加振を行うことができる。
【００２３】
そして、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は殆ど変動しないが、図４に図示する第２締結シリンダ装置１４を作動させて、第１締結シリンダ装置１３の作動を解除している際には、第２クロスヘッド８が第１弾性体１１により弾性支持されているため、水平方向アクチュエータ６６から荷重が加わると、荷重軸２６の下端部が水平方向に押圧され、水平方向の位置が変動する。そこで、試験片２８に水平方向アクチュエータ６６で水平方向に静荷重をかけながら、上下方向アクチュエータ６７で上下方向に５〜１０００Ｈｚで加振して試験を行う場合には、下記の手順で行われる。
【００２４】
まず初めに、（１）水平方向アクチュエータ６６で目標の静荷重をかける。その際に荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２からの信号により、エアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７などからなる荷重軸制御手段が作動し、荷重軸２６を径方向に弾性支持する空気バネ３６〜３９の空気圧を制御し、荷重軸２６を中立位置（すなわち、水平方向アクチュエータ６６からの荷重が加わっていない時の位置）に位置制御する。
ついで、（２）高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号（ＡＣ成分およびＤＣ成分の合計の繰り返し信号）となるように、上下方向アクチュエータ６７をフィードバック制御して、上下方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２５】
なお、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は変動しないので、空気バネ３６〜３９は作動させない。したがって、上記（１）の様な工程は無く、通常の荷重負荷試験機と同様に、高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号〔ＡＣ成分（０の場合を含む）およびＤＣ成分（０の場合を含む）の合計の繰り返し信号〕となるように、アクチュエータ６６，６７をフィードバック制御して、上下方向および左右方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２６】
一方、第１締結シリンダ装置１３を作動させるとともに、第２締結シリンダ装置１４を作動させないことで、ウエイト９を第２弾性体１２で浮き上がらせて、フレームへの影響を減少させ、かつ、第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を強固に支持してフレーム剛性方式にすることができる。その結果、横加振の荷重試験を行うことができる。
【００２７】
なお、支柱３は、少なくとも一対あれば良く、その本数は適宜変更可能である。たとえば、２本でも可能である。
また、アクチェータは油圧アクチェータであるが、他の形式でも可能である。水平方向アクチュエータ６６は、左右方向にのみ設けられているが、前後方向にも別途設けることが可能である。その場合には３軸加振が可能となる。
【００２８】
そして、空気バネ３６〜３９の制御手段は、適宜変更可能で、高速演算プロセッサなどの制御装置などを用いて行うことも可能である。また、荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２の形式も適宜選択可能である。
また、荷重負荷試験機を用いて行う試験は、マウント用ゴム以外の試験でも可能である。
さらに、加振周波数の具体的値は、参考のために例示したものであり、適宜変更可能である。
【００２９】
そして、第１締結手段および第２締結手段は、第１弾性体および第２弾性体の弾性支持機能を無効にすることができるものであれば、その構造や方式などは適宜変更可能である。
また、第１締結手段、第２締結手段、第１弾性体および第２弾性体の配置や個数などは適宜変更可能である。
さらに、ウエイト機能作動手段を、ウエイト９をつり上げるホイストなどで構成することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けるので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。
【図２】図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。
【図３】図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。
【図４】図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図５】図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図６】図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。
【図７】図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【符号の説明】
１架台
３支柱
４第１クロスヘッド（第１支持体）
８第２クロスヘッド（第２支持体）
９ウエイト
１１第１弾性体
１２第２弾性体
１３第１締結シリンダ装置（第１締結手段）
１４第２締結シリンダ装置（第２締結手段）
２６荷重軸
２８試験片
３１第１位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３２第２位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３６〜３９空気バネ
４１エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４２サーボ弁（荷重軸制御手段）
４６エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４７サーボ弁（荷重軸制御手段）
６６水平方向アクチュエータ
６７上下方向アクチュエータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention repeatedly applies a compressive or tensile load (especially a compressive load) to a test piece such as a rubber for a mount, and obtains a dynamic characteristic (particularly a dynamic spring constant or a damping property) or a static property of the test piece. It relates to a load test method used for a load test to be examined.
[0002]
[Prior art]
There are a floating mass method (for example, refer to Patent Document 1) and a frame rigidity method as a load test machine used in the conventional load test method. In the single-axis high-frequency dynamic characteristic tester of the floating mass system, a support is provided on the mount at one position, and a crosshead is stretched between the supports via an elastic body. In the frame rigidity type three-axis characteristic tester, the crosshead is firmly fixed to the support without interposing an elastic body.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-57-48632
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the floating mass method is effective for receiving vertical vibration up to 1 KHz, but cannot receive a reaction force of horizontal vibration. On the other hand, the frame rigidity method can receive the reaction force of the lateral excitation, but in order to receive the reaction force of the excitation up to 1 KHz in the vertical direction, it is designed to bring the resonance of the frame to several times 1 KHz. Need, which is nearly impossible physically.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a load test method capable of performing horizontal vibration and high-frequency vibration in a vertical direction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The load test method according to claim 1 of the present application is characterized in that the horizontal reaction force is received by the frame rigidity and the vertical reaction force is received by the mass.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a load test method, comprising: a gantry, at least one pair of columns erected on the gantry, a first support provided at an upper end of the column, and a first support disposed above the first support. 2 support, a first elastic body provided on the first support and elastically supporting the second support, and provided on the first support and disabling the elastic support function of the first elastic body during operation. A frame having first fastening means for firmly holding the second support member, a weight affecting the frame, and a weight function operating means for enabling or disabling the influence of mass from the weight to the frame; A load shaft hanging from the second support and having a lower end to which a test piece is attached; a vertical actuator provided on the gantry, for applying a vertical load to the test piece; When a test is performed by applying a load to the test piece using a load test machine having a horizontal actuator that applies a horizontal load to the test piece, the first fastening means is operated to apply a load to the test piece. (1) A frame rigid support type in which the elastic support function of the elastic body is invalidated and the effect of mass from the weight is invalidated by the weight function operating means, or the elasticity of the first elastic body is released by releasing the operation of the first fastening means. A load test method in which one of a floating mass support type is selected to enable a support function and to enable the influence of mass from a weight by weight function operation means, wherein the horizontal actuator When a fluctuating load is applied to the test piece, the frame rigid support type is used.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of a load test method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic explanatory view of a load test machine used in a load test method according to the present invention. 2A and 2B are explanatory views of a support structure for a weight and a second crosshead. FIG. 2A is a view showing a state in which the weight is elastically supported by an elastic body, and FIG. FIG. 3A and 3B are explanatory diagrams of a load test machine, in which FIG. 3A is an arrangement diagram of an elastic body and a fastening cylinder device, and FIG. 3B is a diagram illustrating a repeated displacement (load) applied by an actuator. FIG. 4 is an explanatory view of the load testing machine in a state where the second fastening cylinder device is operated. FIG. 5 is an explanatory view of the load testing machine in a state where the first fastening cylinder device is operated. FIG. 6 is a schematic diagram of a load axis position control system that controls the position of the axis of the load axis. FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams of the diaphragm and the excitation frequency. FIG. 7A is a schematic perspective view of the diaphragm, and FIG. 7B is a diagram of a range of the excitation frequency that can be used in a load test machine.
[0009]
The metal gantry 1 of the load testing machine is installed on a foundation such as a building with legs (not shown). At the four corners of the gantry 1, metal columns 3 are erected. In the drawing, a pair of left and right columns 3 on the front side is shown, and a pair of rear columns 3 are arranged behind the pair of front columns 3. Each column 3 is configured by a cylinder device that expands and contracts in the vertical direction, and can adjust the height. A first crosshead 4 made of metal as a first support is bridged between the upper ends of the columns 3. The first crosshead 4 is firmly fixed to the column 3 with bolts or the like. The first crosshead 4 has a substantially rectangular shape in a plan view, and has an opening in the center.
[0010]
Above the first crosshead 4, a second metal crosshead 8 as a second support is disposed with an interval. Above the second crosshead 8, a metal weight 9 having a large mass as a mass is arranged at intervals. A first elastic body 11 such as rubber is provided between the first crosshead 4 and the second crosshead 8, and a second elastic body 12 such as rubber is provided between the second crosshead 8 and the weight 9. Are located. The first elastic body 11 provided on the first crosshead 4 elastically supports the second crosshead 8, and the second elastic body 12 provided on the second crosshead 8 elastically supports the weight 9. . The first crosshead 4 is provided with a first fastening cylinder device 13 as first fastening means, and the second crosshead 8 is provided with a second fastening cylinder device 14 as second fastening means. Each of the fastening cylinder devices 13 and 14 includes a cylinder portion 21, a piston 22, and a piston rod 23. The cylinder portion 21 is provided fixed to the first crosshead 4 or the second crosshead 8, and the piston rod The tip of 23 is fixed to the second crosshead 8 or weight 9 with bolts or the like.
[0011]
The first fastening cylinder device 13 disables the elastic support function of the first elastic body 11 during operation (ie, at the time of hydraulic pressure injection) to firmly hold the second crosshead 8, and cancels the operation (ie, the piston 22). When no hydraulic pressure is applied to the piston, the piston 22 and the piston rod 23 move freely, and the first elastic body 11 elastically supports the second crosshead 8. Similarly, the second fastening cylinder device 14 invalidates the elastic support function of the second elastic body 12 during operation and firmly holds the weight 9. When the operation is released, the piston 22 and the piston rod 23 move freely, The elastic body 12 elastically supports the weight 9. The second elastic body 12 and the second fastening cylinder device 14 constitute weight function operating means.
[0012]
The arrangement of the elastic bodies 11 and 12 and the fastening cylinder devices 13 and 14 is as shown in FIG. 3A, and the elastic bodies 11 and 12 are located at four corners, and the fastening cylinder devices 13 and 14 are elastic bodies. It is arranged in an intermediate portion between the eleventh and the twelfth. 4 and 5, when hydraulic pressure is applied to the upper oil chamber of the cylinder portion 21 of the fastening cylinder devices 13, 14, the piston 22 is displaced downward, and accordingly, the weight 9 and the second crosshead 8 are displaced. Is displaced downward, the weight 9 and the lower surface of the second crosshead 8 abut against the upper surface of the cylinder portion 21 and are firmly held, and the elastic support function of the elastic bodies 11 and 12 is invalidated.
[0013]
In the structure shown in FIGS. 4 and 5, the solid holding or fastening of the fastening cylinder devices 13 and 14 is achieved by bringing the lower surface of the weight 9 and the second crosshead 8 into contact with the upper surface of the cylinder portion 21 for easy understanding. Although it is performed, it can be performed by a structure and a method as appropriate. That is, as shown in FIG. 2, when hydraulic pressure is applied to the upper oil chamber of the cylinder portion 21 of the second fastening cylinder device 14 in the state of FIG. 2 (a), the piston 22 is displaced downward, and the weight is accordingly moved. 2B is displaced downward to the state shown in FIG. 2B, the lower surface of the weight 9 abuts against the upper surface of the second crosshead 8 and is held firmly, and the elastic support function of the second elastic body 12 is disabled. It is also possible to configure so that. The first fastening cylinder device 13 can also have a mounting structure similar to that of the second fastening cylinder device 14 in FIG. 2 described above. In this case, the second fastening cylinder device 14, the weight 9, and the second The crosshead 8 and the second elastic body 12 are read as the first fastening cylinder device 13, the second crosshead 8, the first crosshead 4, and the first elastic body 11, respectively. When hydraulic pressure is applied to the upper oil chamber of the cylinder portion 21 of the fastening cylinder devices 13 and 14, the piston 22 is displaced downward, and the lower surface of the piston 22 abuts against the inner bottom surface of the cylinder portion 21 and is firmly held. It is also possible to configure so that the elastic support function of the elastic bodies 11 and 12 is invalidated.
[0014]
A load shaft 26 is provided integrally with the second crosshead 8. The load shaft 26 hangs down from the center of the second crosshead 8, and its lower end extends below the first crosshead 4 through an opening in the center of the first crosshead 4. I have. At the lower end of the load shaft 26, a load detection sensor 27 is provided, and a test piece 28 is detachably attached by a chuck (not shown). The test piece 28 is usually mounted so that its axis is in the vertical direction. When the test piece 28 is attached, the height of the support 3 is appropriately adjusted by operating the cylinder device of the support 3 according to the height of the test piece 28 and the like. Further, the load detection sensor 27 can detect loads in three directions: a load in the vertical direction (that is, the axial direction of the load shaft 26 and the test piece 28), a load in the left and right direction, and a load in the front and rear direction.
[0015]
When the first fastening cylinder device 13 is not operating, the second crosshead 8 is levitated by the first elastic body 11, and the load shaft 26 is displaced (that is, eccentric) back and forth and left and right or tilts. Sometimes. Therefore, a positioning means for determining the horizontal position of the load shaft 26 is provided. As shown in FIGS. 1 and 6, a first position sensor 31 such as a gap sensor determines the position of the load shaft 26 in the front-rear direction, and a second position sensor such as a gap sensor determines the position of the load shaft 26 in the left-right direction. The position sensor 32 detects the position of the axis of the load shaft 26 and constitutes a load axis position detecting means. A first air spring 36 and a second air spring 37 for urging the load shaft 26 in the front-rear direction are provided before and after the load shaft 26. Further, a third air spring 38 and a fourth air spring 39 for urging the load shaft 26 in the left-right direction are provided on the left and right sides of the load shaft 26. The air springs 36 to 39 are arranged at the central opening of the first crosshead 4 and elastically support the load shaft 26 in the radial direction. The reaction force from the load shaft 26 applied to the air springs 36 to 39 is supported by the first crosshead 4. The signal from the first position sensor 31 is input to the air servo amplifier 41 and adjusts the air pressure of the first air spring 36 and the second air spring 37 via the servo valve 42 so that the load shaft 26 moves back and forth from the neutral position. If there is any deviation, the load shaft 26 is moved in the front-rear direction to control the position to the neutral position. Similarly, the signal from the second position sensor 32 is input to the air servo amplifier 46, and adjusts the air pressure of the third air spring 38 and the fourth air spring 39 via the servo valve 47 so that the load shaft 26 becomes neutral. If the position deviates left and right from the position, the load shaft 26 is moved left and right to control the position to the neutral position. As described above, the air servo amplifiers 41 and 46 and the servo valves 42 and 47 constitute a load axis control unit.
[0016]
The lower end of the test piece 28 is detachably attached to the diaphragm 51 via a chuck (not shown). The diaphragm 51 has a frame shape such that it can be vibrated in the vertical direction (ie, the Z direction) and the horizontal direction (ie, the X direction). As shown in FIG. A left vertical plate 53 hanging down from a left end of the upper plate 52, a right vertical plate 54 hanging down from a right end of the upper plate 52, and a lower end of the left vertical plate 53 and a lower end of the right vertical plate 54. Is provided with a lower plate portion 56 for connecting. Actuator connection openings 61 and 62 are formed in the vertical plate portion 53 and the lower plate portion 56, respectively. The gantry 1 is provided with a horizontal actuator 66 and a vertical actuator 67. The actuators 66 and 67 each include a cylinder portion 71, a piston 72, and a piston rod 73. The piston rod 73 is fixed to the gantry 1, and one end of the piston rod 73 is connected to the actuator connection openings 61 and 62 of the diaphragm 51. Are connected by a hydrostatic thrust bearing.
[0017]
At the other end of the piston rod 73, a displacement sensor 76 for detecting the position of the piston rod 73 is provided. Each actuator 66, 67 is displaced at a target value based on a detection value of a sensor 76 that detects a value related to a displacement amount applied to the lower end of the test piece 28 (that is, an operation amount of the actuators 66, 67). Feedback control is performed by a control device (not shown).
[0018]
As described above, the tip of the piston rod 73 of the horizontal actuator 66 is connected to the actuator connection opening 61 of the vertical plate portion 53 of the diaphragm 51 by a hydrostatic thrust bearing. In this connection portion, the vertical plate portion 53 of the diaphragm 51 is slidable in the vertical direction, and the horizontal actuator 66 does not hinder the vertical movement of the diaphragm 51. When the horizontal actuator 66 operates, the diaphragm 51 is moved left and right.
[0019]
The upper end of the piston rod 73 of the vertical actuator 67 is connected to the actuator connection opening 62 of the lower plate portion 56 of the diaphragm 51 by a hydrostatic thrust bearing. In this connection portion, the lower plate portion 56 of the diaphragm 51 is slidable in the left-right direction, so that the vertical actuator 67 does not hinder the left-right movement of the diaphragm 51. When the vertical actuator 67 operates, the diaphragm 51 is moved up and down.
[0020]
The frame of the load test machine for vibrating the test piece 28 includes a gantry 1, a support 3, a first crosshead 4, a first elastic body 11, and a second crosshead 8. As shown in FIG. 3B, a load obtained by adding a DC component as a static load and an AC component as a fluctuating load is applied to the test piece 28 by the actuators 66 and 67 as an excitation load. Can be When only the static load is applied, the load applied by the actuators 66 and 67 has no AC component and has only a DC component.
[0021]
When a test piece 28 such as mounting rubber is to be tested by the load tester configured as described above, one of the first fastening cylinder device 13 and the second fastening cylinder device 14 is operated. The operation of the other fastening cylinder devices 13, 14 is released. When the first fastening cylinder device 13 is operated as shown in FIG. 5, the elastic support function of the first elastic body 11 is invalidated by the first fastening cylinder device 13 and the first The head 4 and the second crosshead 8 are firmly connected to form a frame rigid system, and the weight 9 is in a floating state by the second elastic body 12, so that there is almost no influence on the frame. Therefore, it is possible to perform a lateral vibration test. The excitation frequency allowed in the strength of the frame is 0 to f1 Hz in the vertical direction and 0 to f2 (higher than f1) Hz in the horizontal direction. As shown in FIG. 7B, when the vibration is applied only in the left-right direction (the uniaxial vibration in the left-right direction), the vibration can be applied in the left-right direction at an excitation frequency of 0 to f2 Hz. . On the other hand, when simultaneously exciting in both the left-right direction and the up-down direction (two-axis excitation), there is a possibility that the effect of the left-right excitation may affect the up-down excitation. Vibration is performed at a vibration frequency of up to f1 Hz and at a vibration frequency of 0 to f1 Hz in the vertical direction. The above f1 and f2 are, for example, 200 to 300 Hz. Further, f1 and f2 may have the same value.
[0022]
When the second fastening cylinder device 14 is operated as shown in FIG. 4, the elastic support function of the second elastic body 12 is disabled by the second fastening cylinder device 14, and the weight 9 and the weight 9 The second crosshead 8 is firmly connected, and the weight 9 having a large mass moves integrally with the second crosshead 8. Then, since the operation of the first fastening cylinder device 13 is released and the second crosshead 8 is elastically supported by the first crosshead 4, the floating mass method is used, and a test at a high vibration frequency can be performed. The vibration frequency is 5 to 1000 Hz in the vertical direction, and only the static load is applied without vibration in the horizontal direction. Therefore, in the illustration of FIG. 7B, it is possible to perform uniaxial vibration in which vibration is performed only in the vertical direction.
[0023]
When the first fastening cylinder device 13 is operated as shown in FIG. 5, since the second crosshead 8 is fixed to the first crosshead 4 by the first fastening cylinder device 13, the load is reduced. Although the horizontal position of the shaft 26 hardly fluctuates, when the second fastening cylinder device 14 shown in FIG. 4 is operated and the operation of the first fastening cylinder device 13 is released, the second crosshead Since the first elastic body 8 is elastically supported by the first elastic body 11, when a load is applied from the horizontal actuator 66, the lower end of the load shaft 26 is pressed in the horizontal direction, and the horizontal position changes. Therefore, when a test is performed by applying a horizontal static load to the test piece 28 in the horizontal direction with the horizontal actuator 66 and applying vibration in the vertical direction at 5 to 1000 Hz with the vertical actuator 67, the following procedure is performed.
[0024]
First, (1) a target static load is applied by the horizontal actuator 66. At that time, a signal from the position sensors 31 and 32 for detecting the position of the load shaft 26 activates a load shaft control means including air servo amplifiers 41 and 46 and servo valves 42 and 47 to move the load shaft 26 in the radial direction. The air pressure of the air springs 36 to 39 elastically supported on the load shaft 26 is controlled, and the position of the load shaft 26 is controlled to the neutral position (that is, the position when the load from the horizontal actuator 66 is not applied).
Then, (2) a control device such as a high-speed arithmetic processor performs feedback control of the vertical actuator 67 so as to obtain a target displacement signal (a repetitive signal of the sum of the AC component and the DC component), thereby reducing the vertical load. In addition to the test piece 28, it is vibrated.
[0025]
When the first fastening cylinder device 13 is operated as shown in FIG. 5, since the second crosshead 8 is fixed to the first crosshead 4 by the first fastening cylinder device 13, the load is Since the horizontal position of the shaft 26 does not change, the air springs 36 to 39 are not operated. Therefore, there is no step as in the above (1), and similarly to a normal load test machine, a control device including a high-speed arithmetic processor or the like transmits a target displacement signal [AC component (including 0) and DC component ( 0 (including the case of 0), the actuators 66 and 67 are feedback-controlled to apply vertical and horizontal loads to the test piece 28 and vibrate.
[0026]
On the other hand, by operating the first fastening cylinder device 13 and not operating the second fastening cylinder device 14, the weight 9 is lifted by the second elastic body 12 to reduce the influence on the frame, and The elastic support function of the elastic body 11 is invalidated, and the second crosshead 8 is firmly supported, and a frame rigid system can be adopted. As a result, a load test of lateral vibration can be performed.
[0027]
In addition, the pillar 3 should just be at least one pair, and the number can be suitably changed. For example, two can be used.
Also, the actuator is a hydraulic actuator, but other forms are possible. The horizontal actuator 66 is provided only in the left-right direction, but can be separately provided in the front-rear direction. In that case, three-axis excitation becomes possible.
[0028]
The control means of the air springs 36 to 39 can be changed as appropriate, and can be performed using a control device such as a high-speed arithmetic processor. Further, the type of the position sensors 31 and 32 for detecting the position of the load shaft 26 can be appropriately selected.
In addition, the test performed using the load tester can be a test other than the mounting rubber.
Further, the specific values of the excitation frequency are shown as examples for reference, and can be changed as appropriate.
[0029]
The structure and system of the first fastening means and the second fastening means can be appropriately changed as long as the elastic support function of the first elastic body and the second elastic body can be invalidated.
Further, the arrangement and the number of the first fastening means, the second fastening means, the first elastic body and the second elastic body, and the like can be appropriately changed.
Further, the weight function operating means may be constituted by a hoist for lifting the weight 9 or the like.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the horizontal vibration reaction force is received by the frame rigidity, and the vertical vibration reaction force is received by the mass, so that the horizontal vibration and the high frequency vibration in the vertical direction can be performed. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a load test machine used in a load test method according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a support structure for supporting a weight and a second crosshead. FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which the weight is elastically supported by an elastic body, and FIG. FIG.
3A and 3B are explanatory views of a load test machine, in which FIG. 3A is an arrangement view of an elastic body and a fastening cylinder device, and FIG. 3B is an explanatory view of a repetitive displacement (load) applied by an actuator.
FIG. 4 is an explanatory view of a load test machine in a state where a second fastening cylinder device is operated.
FIG. 5 is an explanatory view of the load test machine in a state where the first fastening cylinder device is operated.
FIG. 6 is a schematic diagram of a load shaft position control system that controls the position of the axis of the load shaft.
7A and 7B are explanatory diagrams of a diaphragm and an excitation frequency, wherein FIG. 7A is a schematic perspective view of the diaphragm, and FIG. 7B is a diagram of a range of excitation frequencies that can be used in a load test machine. is there.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 base 3 support 4 first crosshead (first support)
8 2nd crosshead (2nd support)
9 weight 11 first elastic body 12 second elastic body 13 first fastening cylinder device (first fastening means)
14 Second fastening cylinder device (second fastening means)
26 Load axis 28 Test piece 31 First position sensor (Load axis position detecting means)
32 second position sensor (load axis position detecting means)
36-39 Air spring 41 Air servo amplifier (Load axis control means)
42 Servo valve (load axis control means)
46 air servo amplifier (load axis control means)
47 Servo valve (load axis control means)
66 Horizontal actuator 67 Vertical actuator

Claims

The horizontal vibration reaction force is received by the frame rigidity,
A load test method characterized in that the vertical reaction force is received by a mass.

A gantry, at least a pair of columns standing upright on the gantry, a first support provided at an upper end of the column, a second support disposed above the first support, and provided on the first support A first elastic body which is elastically supported to support the second support; and a first elastic body which is provided on the first support and which disables the elastic support function of the first elastic body during operation and firmly holds the second support. (1) a frame including fastening means;
Weights that affect this frame,
Weight function activation means for enabling or disabling the influence of mass from the weight to the frame,
A load shaft hanging from the second support and having a test piece attached to a lower end thereof;
A vertical actuator that is provided on the gantry and applies a vertical load to the test piece,
When a test is performed by applying a load to the test piece using a load tester provided on the gantry and including a horizontal actuator that applies a horizontal load to the test piece, the first fastening means is used. A frame rigid support type in which the elastic support function of the first elastic body is invalidated by operating the first elastic body and the influence of mass from the weight is invalidated by the weight function operation means, or the first fastening means is released by releasing the operation of the first fastening means. A load test method in which one of the floating mass support types is selected to enable the elastic support function of the elastic body and to enable the influence of the mass from the weight by the weight function operating means,
When applying a variable load to a test piece by the horizontal actuator, the frame rigid support type is used.