JP2020101450A

JP2020101450A - 荷重負荷装置

Info

Publication number: JP2020101450A
Application number: JP2018239955A
Authority: JP
Inventors: 正治阪; Shoji Saka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02

Abstract

【課題】装置コストの増大を抑制し、試験体に対する負荷荷重を好適に行うことができる荷重負荷装置を提供する。【解決手段】長手方向に延在する試験体に対して荷重を負荷する荷重負荷装置において、試験体の長手方向の一方側を支持する支持部と、試験体の長手方向の他方側に設けられ、試験体の長手方向に軸荷重を負荷する第２の荷重負荷部と、試験体の長手方向に直交する方向に曲げ荷重を負荷すると共にねじり荷重を負荷する第１の荷重負荷部と、を備え、第２の荷重負荷部は、軸荷重を負荷するアクチュエータと、試験体の長手方向の他方側とアクチュエータとを連結する連結治具３１と、を有し、連結治具３１は、試験体とアクチュエータとを連結する複数の連結要素３５を束ねた集合体となっている。【選択図】図３

Description

本発明は、試験体に対して荷重を負荷する荷重負荷装置に関するものである。

従来、試験体に軸荷重及び曲げ荷重を負荷する軸力載荷加振試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。軸力載荷加振試験装置では、試験体に対して軸荷重を加えた状態において、曲げ荷重を負荷している。

特許第２６５１３７８号公報

ところで、荷重負荷装置としては、試験体に対して軸荷重を加えた状態において、曲げ荷重及びねじり荷重を負荷するものがある。試験体にねじり荷重を負荷する場合、試験体のねじり荷重によるねじれを許容すべく、荷重負荷装置には、試験体と軸荷重を加えるアクチュエータとの間に、球面ベアリング等のベアリングが設けられている。荷重負荷装置を用いた荷重試験においてねじり荷重を連続的に（長期的に）負荷すると、ベアリングが摺動することで、摩擦によりベアリングが加熱され、ベアリングに塗布された潤滑剤が剥がれることで固着してしまう。このため、ベアリングの定期的な交換が必要となり、装置のランニングコストが増大してしまう。また、固着に至る前において、ベアリングの摩擦によって、試験体に対してねじれ荷重の負荷を好適に加えることが困難となる。

そこで、本発明は、装置コストの増大を抑制し、試験体に対する負荷荷重を好適に行うことができる荷重負荷装置を提供することを課題とする。

本発明の荷重負荷装置は、長手方向に延在する試験体に対して荷重を負荷する荷重負荷装置において、前記試験体の前記長手方向の一方側を支持する支持部と、前記試験体の前記長手方向の他方側に設けられ、前記試験体の前記長手方向に軸荷重を負荷する第１の荷重負荷部と、前記試験体の前記長手方向に直交する方向に曲げ荷重を負荷する第２の荷重負荷部と、前記試験体の前記長手方向の他方側に設けられ、前記試験体の前記長手方向に延びる軸の周方向に、ねじり荷重を負荷する第３の荷重負荷部と、を備え、前記第１の荷重負荷部は、軸荷重を負荷するアクチュエータと、前記試験体の前記長手方向の他方側と前記アクチュエータとを連結する連結治具と、を有し、前記連結治具は、前記試験体と前記アクチュエータとを連結する複数の連結要素を束ねた集合体となっている。

この構成によれば、試験体に対して、軸荷重を負荷しつつ、曲げ荷重及びねじり荷重を負荷すると、試験体がねじれる。この場合、試験体が連結された連結治具の他方側もねじれるが、連結要素間でのすべりが生じることにより、連結治具は、ねじり荷重を許容することができる。このため、試験体に対する負荷荷重を好適に行うことができる。また、ベアリング等を省いた構成とすることができるため、ベアリングの交換等に係るランニングコストの増大を抑制することができる。なお、軸荷重は、例えば、引張荷重である。

また、前記連結要素は、板材であり、前記集合体は、前記連結要素を板厚方向に積層した積層体であることが、好ましい。

この構成によれば、板材同士の間の層間滑りにより、集合体のせん断変形を許容することができるため、ねじり荷重を許容することができる。また、板材という安価な材料を用いることができるため、連結治具を安価な構成することができる。

また、前記連結治具は、前記連結要素の間に設けられる潤滑剤を、さらに含むことが、好ましい。

この構成によれば、連結要素間でのすべりによる摩擦抵抗を、潤滑剤により軽減することができるため、荷重負荷試験への影響を軽微なものとすることができる。なお、連結要素の表面に潤滑コーティングを施してもよい。

図１は、本実施形態に係る荷重負荷装置を模式的に示した側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ面視の図である。図３は、連結治具の斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
本実施形態に係る荷重負荷装置１０は、試験体５に、引張荷重（軸荷重）、曲げ荷重及びねじり荷重を負荷する試験装置である。試験体５としては、長手方向に延在する長尺の試験体となっており、例えば、プロペラのブレード、風車のブレード等の翼体である。なお、以下の説明では、試験体５として翼体を適用する場合について説明する。翼体としての試験体５は、長手方向の一端側が固定端となる翼根側となっており、長手方向の他端側が自由端となる翼頂側となっている。

図１は、本実施形態に係る荷重負荷装置を模式的に示した側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ面視の図である。図１に示すように、荷重負荷装置１０は、装置フレーム１１と、支持部１２と、第１の荷重負荷部１３と、第２の荷重負荷部１４と、を備えている。

装置フレーム１１は、設置面１８上に設置されており、各部１２，１３，１４が取り付けられる。装置フレーム１１は、支持部１２により支持される試験体５の長手方向（図１の左右方向）に延在するものとなっている。

支持部１２は、装置フレーム１１の長手方向の一方側（図１の左側）に取り付けられ、鉛直方向（図１の上下方向）に亘って設けられている。この支持部１２には、試験体５の翼根側が固定される。支持部１２に固定された試験体５は、その長手方向が水平方向となるように配置される。そして、支持部１２に固定された試験体５は、長手方向の翼頂側が、装置フレーム１１の他端側となるように配置される。試験体５の翼頂側には、第１の荷重負荷部１３が装着される。

第２の荷重負荷部１４は、試験体５に対して、曲げ荷重を負荷する機能（第２の荷重負荷部としての機能）と、ねじり荷重を負荷する機能（第３の荷重負荷部として機能）とを有する。第２の荷重負荷部１４は、装置フレーム１１に取り付け固定される。図２に示すように、第２の荷重負荷部１４は、試験体５の翼頂側に取り付けられる取付治具２１と、取付治具２１に対して、水平方向の両側に取り付けられる２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂと、を有する。

取付治具２１は、試験体５が取り付けられる部位２１ａと、２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂが取り付けられる部位２１ｂと、第１の荷重負荷部１３が取り付けられる部位２１ｃとを含む。図１に示すように、取付治具２１は、部位２１ａが長手方向の一方側に設けられ、部位２１ｂが長手方向の中央に設けられ、部位２１ｃが長手方向の他方側に設けられる。

図２に示すように、取付治具２１の部位２１ｂは、部位２１ａを中心として、長手方向に直交する水平方向の両側に突出している。２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂは、取付治具２１の部位２１ｂにおいて水平方向の両側のそれぞれに回動自在に取り付けられる。部位２１ｃは、後述する連結治具３１がピン結合により連結される。連結治具３１は、取付治具２１の部位２１ｃにおいて回動自在に取り付けられる。

２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂは、鉛直方向にストロークするものとなっており、シリンダ２５と、シリンダ２５に対して直動するピストン２６とを含んで構成されている。シリンダ２５は、鉛直方向の下方側に設けられ、装置フレーム１１に回動機構２７を介して取り付けられている。回動機構２７は、長手方向を回動軸の軸方向としており、アクチュエータ２２ａ，２２ｂは、回動機構２７の回動軸周りに回動自在となっている。ピストン２６は、鉛直方向の上方側に設けられ、取付治具２１の部位２１ｂにおいて突出する水平方向の先端側に回動自在に取り付けられている。

上記のような第２の荷重負荷部１４において、２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂは、シリンダ２５に対してピストン２６を鉛直方向の同方向に進退させることで、試験体５に対して鉛直方向の曲げ荷重を負荷する。また、第１の荷重負荷部１３において、２つのアクチュエータ２２ａ，２２ｂは、シリンダ２５に対してピストン２６を鉛直方向の反対方向に相対的に進退させることで、試験体５に対して長手方向を中心とするねじれ荷重を負荷する。

第１の荷重負荷部１３は、試験体５に対して引張荷重、すなわち引張方向の軸荷重を負荷する機能を有する。第１の荷重負荷部１３は、第２の荷重負荷部１４の取付治具２１（の部位２１ｃ）に連結される。図１に示すように、第１の荷重負荷部１３は、取付治具２１に取り付けられる連結治具３１と、連結治具３１に取り付けられる取付治具３２と、取付治具３２を支持する支持治具３３と、取付治具３２に接続されるアクチュエータ３４と、を有する。

図３は、連結治具の斜視図である。連結治具３１は、長手方向に亘って設けられ、取付治具２１及び取付治具３２を介して、試験体５とアクチュエータ３４とを連結している。連結治具３１は、複数の連結要素３５を束ねた集合体となっている。具体的に、図３に示すように、連結要素３５は、鉄等の金属材料を用いた平板形状の板材（いわゆる、鉄板）であり、集合体は、連結要素３５を板厚方向に積層した積層体となっている。連結要素３５は、長手方向に延在して設けられ、板厚方向が水平方向となっている。連結要素３５は、長手方向の両端部に連結孔３７がそれぞれ形成されている。複数積層された連結要素３５の連結孔３７には、図示しない連結ピンが挿通される。そして、連結ピンが取付治具２１及び取付治具３２にそれぞれ軸支されることで、連結治具３１の長手方向の両側に、取付治具２１及び取付治具３２がピン結合される。このため、連結治具３１は、取付治具２１及び取付治具３２に対して、連結ピンを回動軸として、回動自在に取り付けられる。

また、連結治具３１は、連結要素３５の間に設けられる不図示の潤滑剤をさらに含む。潤滑剤は、連結要素３５の層間に注入されており、連結要素３５同士の層間すべりによる摩擦抵抗を低減している。

上記したように、取付治具３２は、連結治具３１がピン結合により回動自在に連結される。また、取付治具３２は、アクチュエータ３４に接続されている。支持治具３３は、取付治具３２を支持するものであり、装置フレーム１１に取り付けられている。支持治具３３は、アクチュエータ３４の進退に応じて、移動可能となっている。

アクチュエータ３４は、長手方向にストロークするものとなっており、長手方向において、第２の荷重負荷部１４を挟んで試験体５の反対側に設けられている。アクチュエータ３４は、シリンダ４１と、シリンダ４１に対して直動するピストン４２とを含んで構成されている。シリンダ４１は、長手方向の他方側に設けられ、装置フレーム１１に取り付けられている。ピストン４２は、長手方向の一方側に設けられ、取付治具３２に取り付けられている。

上記のような第１の荷重負荷部１３において、アクチュエータ３４はシリンダ４１に対してピストン４２を長手方向の他方側に移動させることで、試験体５に対して引張荷重を負荷する。

また、荷重負荷装置１０は、第１の荷重負荷部１３により試験体５に対して引張荷重を負荷した状態で、第２の荷重負荷部１４により試験体５に対して曲げ荷重及びねじり荷重を負荷する。すると、試験体５はねじり荷重によりねじれ、また、第１の荷重負荷部１３は、試験体５のねじれを許容すべく、試験体５のねじれを拘束しないように、連結治具３１が、試験体５のねじれに追従して変形する。具体的に、連結治具３１は、試験体５がねじれると、複数の連結要素３５同士の間において層間すべりを生じさせることにより、板厚方向に直交する面内方向においてせん断変形する。

以上のように、本実施形態によれば、試験体５に対して、引張荷重を負荷しつつ、曲げ荷重及びねじり荷重を負荷する場合であっても、連結要素３５間でのすべりが生じることにより、連結治具３１においてねじり荷重を許容することができる。このため、試験体５に対する負荷荷重を好適に行うことができる。また、ベアリング等を省いた構成とすることができるため、ベアリングの交換等に係るランニングコストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、連結要素３５を板材とすることで、板材同士の間の層間滑りにより、連結治具３１のせん断変形を許容することができるため、ねじり荷重を許容することができる。また、板材という安価な材料を用いることができるため、連結治具３１を安価な構成することができる。

また、本実施形態によれば、連結要素３５間でのすべりによる摩擦抵抗を、潤滑剤により軽減することができるため、荷重負荷試験への影響を軽微なものとすることができる。

なお、本実施形態では、連結要素３５として平板形状の板材を適用したが、この構成に特に限定されない。例えば、連結要素３５として、円柱形状の棒材を適用し、連結治具３１を、棒材を束ねた集合体として構成してもよい。つまり、連結治具３１は、ねじり荷重を許容する（拘束しない）連結要素３５の集合体であれば、何れの連結要素３５であってもよい。

また、本実施形態では、連結要素３５の層間に潤滑剤を注入したが、連結要素３５の表面に潤滑コーティングを施してもよい。

５試験体
１０荷重負荷装置
１１装置フレーム
１２支持部
１３第１の荷重負荷部
１４第２の荷重負荷部
１８設置面
２１取付治具
２２ａ，２２ｂアクチュエータ
２５シリンダ
２６ピストン
２７回動機構
３１連結治具
３２取付治具
３３支持治具
３４アクチュエータ
３５連結要素
３７連結孔
４１シリンダ
４２ピストン

Claims

長手方向に延在する試験体に対して荷重を負荷する荷重負荷装置において、
前記試験体の前記長手方向の一方側を支持する支持部と、
前記試験体の前記長手方向の他方側に設けられ、前記試験体の前記長手方向に軸荷重を負荷する第１の荷重負荷部と、
前記試験体の前記長手方向に直交する方向に曲げ荷重を負荷する第２の荷重負荷部と、
前記試験体の前記長手方向の他方側に設けられ、前記試験体の前記長手方向に延びる軸の周方向に、ねじり荷重を負荷する第３の荷重負荷部と、を備え、
前記第１の荷重負荷部は、
軸荷重を負荷するアクチュエータと、
前記試験体の前記長手方向の他方側と前記アクチュエータとを連結する連結治具と、を有し、
前記連結治具は、前記試験体と前記アクチュエータとを連結する複数の連結要素を束ねた集合体となっている荷重負荷装置。
前記連結要素は、板材であり、
前記集合体は、前記連結要素を板厚方向に積層した積層体である請求項１に記載の荷重負荷装置。
前記連結治具は、
前記連結要素の間に設けられる潤滑剤を、さらに含む請求項１または２に記載の荷重負荷装置。