JP2022546876A - 過重力鉛直方向振動台 - Google Patents

Abstract

本発明は、過重力鉛直方向振動台を開示する。ベースプレートと、ベースプレート上に取り付けられた振動テーブルと、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムと、テーブル案内システムと、アキュムレータとを含み、前記テーブル案内システムは、スリーブ台座と、テーブル案内軸と、テーブル案内軸軸受とを含み、振動テーブルの底部には、テーブル案内軸が固設され、テーブル案内軸は、テーブル案内軸軸受を介してスリーブ台座に覆われており、スリーブ台座の底部は、ベースプレート上に固定されている。本発明は、遠心力載荷装置の静止中または低速回転中のアクチュエータロッドにおける圧力を保証し、遠心力載荷装置の回転速度が低いときにその振動に伴うことができず運動が失効することを防止する。過重力下での鉛直方向の加振を実現し、静的システムと動的システムとを分離し、過重力方向の振動励振の難易度を極めて大きく下げ、過重力鉛直方向地震動シミュレーションの制御精度を高める。

Description

本発明は、遠心力載荷過重力実験分野の過重力シミュレーション振動装置に属し、特に過重力鉛直方向振動台に関する。

土木・建築構造物（ハイダム、高い急斜面、軟弱地盤、地下鉄駅、トンネル、地下共同溝、都市建築群、原子力発電所等）の耐震性シミュレーションは、非常に重要な土木工事物理シミュレーション試験である。地震の被害を軽減し、土木・建築構造物の耐震性を研究するために、通常、振動台を採用して振動台試験を行う。つまり、縮小した土木・建築構造物の模型を振動台の上に置いた後、一定の振動波形を入力し、この振動条件における地震への土木・建築構造物の応答を観測することにより、実際の土木・建築構造物の耐震性を推測する。振動台試験は、通常重力および過重力の２種類に分けられ、つまり、１Ｇ振動台試験および過重力遠心力載荷振動台試験に分けられる。ここで、１Ｇは、通常重力を表す。

１Ｇ振動台は、深さではなく面積により多くの注意が払われているため、比較的大きな欠陥が存在している。地盤の自重応力が正確でないため、地震動における応答の問題を真に反映することができず、トンネル、原子力発電所、ハイダム等の真の耐震性も反映することができない。通常重力振動台は、一般的には、大型振動台（振動台のテーブルの寸法が比較的大きい）であり、遠心力載荷装置を使用しない。

過重力遠心力載荷試験とは、遠心力載荷装置によって行うシミュレーション試験であり、縮小した土木模型を高速回転する遠心力載荷装置の中に置き、重力加速度よりも大きい作用を模型が受けるようにし、模型の縮尺による土木構築物の自重損失を補償する。遠心力載荷装置が提供する過重力場環境に基づき、振動台模型試験は、実物と同じ自重応力を生じることができ、自然条件における実物の動的応答を真に反映し、地震の作用下における土木構造の変形や破壊のメカニズムを再現することができる。過重力の縮小・時間短縮効果を利用して、遠心力載荷装置に振動台を搭載することにより、大規模な現場の動的応答をシミュレーションすることができ、過重力動力実験の研究によって、地盤地震工学が新たな高みへと押し上げられる。過重力遠心試験が備える利点は、深さに伴う岩盤・地盤の応力の変化を正確にシミュレーションすることができること、土の選択、応力履歴の設計、載荷システムの制御を実現できること、費用および時間を相対的に削減できること、変形および破壊のメカニズムをリアルタイムに観測できることである。現在、過重力単方向振動台を利用して、自由場、傾斜地および斜面における水平単方向せん断波の増幅法則、ならびにダム、斜面、擁壁、杭基礎等の土木構築物および現場の単方向水平地震被災メカニズムがすでに得られている。

しかしながら、現在、国際的に、過重力下での振動台は、水平方向の振動のみであり、鉛直方向振動台は、通常重力のみである。近年の大地震は、いずれも地震動が著しい多方向性を有することが観測されており、例えば、２００８年四川地震において什▲ホウ▼八角台観測点で著しい多方向の地震動が記録された。２００８年岩手・宮城内陸地震においてＩＷＴＨ２５地表観測点で記録された鉛直方向加速度は３．８Ｇに達し、水平加速度の最大値を遥かに超え、多方向の地震動により生じた災害として非常に突出したものであった。四川地震では甚大な大規模斜面崩壊が生じ、阪神・淡路大震災では多方向の振動によって複雑な地盤－楮物相互作用が生じ、大開駅の柱が折れ曲がって破壊され、クライストチャーチ地震では鉛直方向の地震動の周期が現地の固有周期に近く、大規模な液状化現象が生じた。鉛直方向の地震動進展法則および岩盤・地盤の災害効果に対する研究は、現在、理論および数値の面でいずれも著しい成果が得られているが、物理的な模型試験において検証されていない。

通常重力の条件において、鉛直方向振動台は、模型自体の通常重力環境における自重応力のバランスを取るだけでよく、加振中に振動台鉛直方向に提供する必要のある平衡力の変化は大きくないので、通常重力鉛直方向振動台は、鉛直方向に水平方向と同じ駆動方式を採用することができるため、通常重力鉛直方向振動台の油圧制御および構造設計の難易度は比較的低い。しかしながら、通常重力装置から過重力装置への移行には、次の問題が起こりうる。

（1）遠心力載荷装置の稼働時に、水平方向における可動質量の往復運動から力を受ける状態が完全に同じであるため、油圧シリンダの出力が対称となり、すべてが可動質量加速度の提供に用いられる。しかしながら、鉛直方向では、可動質量は自重の数十倍の過重力遠心力作用を受け、可動質量の往復運動が力を受ける状况が一致しない。鉛直方向で水平方向と同じ駆動方式を採用すると、油圧シリンダのピストンロッドが力を受ける状况が非対称になり、遠心力を相殺するための追加の出力を供給する必要がある。遠心力載荷装置が生成する遠心力を相殺するためには、油圧シリンダの出力を大幅に増加させる必要がある。油供給圧力が変わらない場合、油圧シリンダのピストン面積を大きくして出力を高めるしかない。油圧シリンダ流量の要求は、ピストン面積に正比例し、ピストン面積が大きいほど、必要なサーボ弁の油供給流量が大きくなり、サーボ弁の周波数特性は、流量特性と負の相関をなし、システムの高周波性能が悪くなる。

（2）遠心力載荷装置の回転中または停止中に模型の鉛直方向のＧ値に変化が生じるため、いかにして遠心力載荷装置の異なる稼働状態を動的にフィードバックし鉛直方向の平衡力を調節するかも極めて重要である。可動質量は、バスケットから離れる方向では、動的シリンダの推力によって運動する。戻る方向では、静的シリンダの締付力により可動質量と動的シリンダとが離れないことが保証され、可動質量は完全に動的シリンダに伴いピストン運動することができる。遠心力載荷装置の回転速度が低いときには、可動質量の遠心加速度が小さくなり、戻るために必要な締結力を供給するには不十分である場合、振動テーブルが油圧シリンダから離れてしまい、それに伴い振動することができなくなり、運動が失効する。国内外ですでに開発された３台の水平－鉛直方向振動台のうち２台は、過重力平衡措置を講じていないため、鉛直方向の地震動載荷を実現することが難しい。もう1台は、静的支持シリンダおよび動的加振装置を組み合わせた動作モードを採用しているが、支持シリンダの動剛性が比較的大きく、高周波振動中に過重力動的平衡効果が悪くなり、地震動シミュレーションの制御効果が理想的でない。高周波振動中の過重力動的平衡技術は、過重力鉛直方向地震動シミュレーションの重要な技術である。

背景技術に存在する課題を解決するため、本発明の目的は、上述課題を解決するために過重力場鉛直方向地震シミュレーション振動台を提供することである。

本発明は、次の技術手法により上記目的を実現する。

本発明は、ベースプレートと、ベースプレート上に取り付けられた振動テーブルと、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムと、テーブル案内システムと、アキュムレータとを含み、前記テーブル案内システムは、スリーブ台座と、テーブル案内軸と、テーブル案内軸軸受とを含み、振動テーブルの底部には、テーブル案内軸が固設され、テーブル案内軸は、テーブル案内軸軸受を介してスリーブ台座に覆われており、スリーブ台座の底部は、ベースプレート上に固定されている。

前記アキュムレータは、振動テーブル上に置かれた上向きプレテンションアキュムレータと、下向きプレテンションアキュムレータと、動的シリンダ油戻しアキュムレータと、動的シリンダ油供給アキュムレータとを含む。

前記プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムは、上下に同軸に配置された鉛直方向動的サーボアクチュエータと、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータとを含み、前記鉛直方向動的サーボアクチュエータは、動的アクチュエータスリーブを含み、前記鉛直方向静的プレテンションアクチュエータは、静的アクチュエータスリーブを含み、静的アクチュエータスリーブの下端は、振動テーブル上に固定されており、動的アクチュエータスリーブの下端は、静的アクチュエータスリーブの上端に同軸に固定されており、静的アクチュエータスリーブおよび動的アクチュエータスリーブ内にアクチュエータロッドが取り付けられ、アクチュエータロッドの上端は、振動テーブルの底面の中心に当接されている。

アクチュエータロッド外周に、軸方向に上から下に３つのフランジが設けられており、３つのフランジは、上から下にそれぞれ上フランジ、中フランジおよび下フランジであり、上フランジ外周は、上シールリングによって封止され、動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、中フランジ外周は、上キャビティシールリングによって封止され、動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、下フランジ外周は、下シールリングによって封止され、静的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、中フランジと下フランジとの間の静的アクチュエータスリーブには、内フランジが設けられており、内フランジの内壁とアクチュエータロッド外周との間は、隔離シールリングによって封止され、前記内フランジの内壁に前記アクチュエータロッド（９）の外周が嵌着して接続されており、上フランジと中フランジとの間のアクチュエータロッド外周と動的アクチュエータスリーブ内壁との間に、動的上環状チャンバーを有し、中フランジと下フランジとの間のアクチュエータロッド外周と動的アクチュエータスリーブおよび静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、中央環状チャンバーを有し、中央環状チャンバーは、隔離シールリングによって、上方に位置する動的下環状チャンバーと、下方に位置する静的上環状チャンバーとに仕切られ、下フランジ下方のアクチュエータロッド外周と静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、静的下円形チャンバーを有し、動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバーは、それぞれ各々の鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネルを介して動的油圧サーボ弁に接続され、動的油圧サーボ弁は、動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび動的シリンダ油供給アキュムレータに接続され、静的上環状チャンバーは、下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルを介して上静的サーボ弁に接続され、上静的サーボ弁は、下向きプレテンションアキュムレータに接続され、静的下円形チャンバーは、上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルを介して下静的サーボ弁に接続され、下静的サーボ弁は、上向きプレテンションアキュムレータに接続されている。

前記動的アクチュエータスリーブの上端面に、シリンダ上パッドが取り付けられている。

動的油圧サーボ弁の制御によって、動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび動的シリンダ油供給アキュムレータからの動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバーの給油および排油を調整し、動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバー内の油圧を中フランジの両側の環状段面上にかけ、アクチュエータロッドを動かす。

動的油圧サーボ弁の制御によって、下向きプレテンションアキュムレータからの静的上環状チャンバーの給排油、および上向きプレテンションアキュムレータからの静的下円形チャンバーの給排油を調整し、静的上環状チャンバーおよび静的下円形チャンバー内の油圧を下フランジの両側の環状段面上にかけ、アクチュエータロッドを動かす。

前記ベースプレートに、過重力遠心力載荷バスケット底板と接続するためのネジ穴が開けられており、ベースプレートが過重力遠心力載荷装置のバスケットの中に取り付けられている。

前記アクチュエータロッドの両端部のいずれも静圧支持軸受が取り付けられている。

上向きプレテンションアキュムレータ、下向きプレテンションアキュムレータ、動的シリンダ油戻しアキュムレータ、動的シリンダ油供給アキュムレータは、振動テーブル周囲の振動テーブル上に置かれている。

前記アキュムレータは、３つの上向きプレテンションアキュムレータ、１つの下向きプレテンションアキュムレータ、１つの動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび１つの動的シリンダ油供給アキュムレータを含む。

前記過重力鉛直方向振動台を、過重力遠心力載荷装置における遠心力方向の振動に用いる。

本発明の有益な効果は、次のとおりである。

本発明の装置は、過重力環境において柔軟な動的平衡技術を採用し鉛直方向の加振を実現し、シミュレーション尺度の下で鉛直方向の地震作用における現場および地盤の応答および災害効果を再現することができ、国の防災における重大な科学技術の任務展開、重大な工学の新技術の開発および検証に、先進的な実験プラットフォームおよび基礎条件の裏付けを提供する。

本発明は、柔軟な動的平衡によって、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムを静的部分と動的部分とに分離し、最小のアクチュエータおよびサーボ弁を採用して鉛直方向の加振を行うことができる。鉛直方向の静的プレテンションアクチュエータ平衡過重力によって、動的アクチュエータは、鉛直方向の加振を実現し、過重力方向の振動励振の難易度を極めて大きく下げ、遠心力載荷装置がいかなる回転速度にあっても、油圧サーボ弁がそのゼロ位相付近に保持されることを保証し、過重力鉛直方向地震動シミュレーションの制御精度を高める。

本発明は、アキュムレータにより直接油を供給する下向きプレテンション下引き手法を採用しており、遠心力載荷装置の回転速度が低いときに、可動質量の遠心加速度は小さく、可動質量の遠心力のバランスを取ることが難しいため、下向き静的プレテンションアキュムレータ１１を採用し、静的下円形チャンバーに油圧を直接かけ、下向きプレテンションを提供し、遠心力載荷装置がいかなる回転速度にあっても、可動質量の遠心力と上向きプレテンションおよび下向きプレテンションとが平衡を達成することを保証することにより、動的油圧サーボ弁がいつもゼロ位相付近に保たれるようにする。さらに、本発明の加振システムおよびテーブル案内システムは、対称配置を採用しており、アキュムレータは、重量に応じて合理的に配置され、重心が振動台中央に位置するようにし、振動台を取り付けた後の、バスケット全体の偏心の問題を解決し、遠心力載荷装置の回転アームに付加的な曲げモーメントがもたらされることを回避する。

本発明の装置の正面模式図である。 本発明の装置の側面模式図である。 本発明の装置の平面模式図である。 本発明の装置のテーブル案内システムの模式図である。 本発明の装置のプレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムの模式図である。

以下に、図面および具体的な実施形態と合わせ、本発明についてさらに説明する。

図１および図２に示すように、具体的な実施形態の構造は、ベースプレートと、ベースプレート上に取り付けられた振動テーブルと、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムと、テーブル案内システムと、アキュムレータとを含み、振動テーブルの天面は平面であり、振動テーブルは、供試体と加振システムとを接続するために用いられ、その機能は、主として振動台の加振力を供試体に確実に伝達することであるとともに、複数種の異なる供試体の取付けおよび固定に適している必要がある。具体的な実施形態において、ベースプレートに、過重力遠心力載荷バスケット底板と接続するためのネジ穴が開けられており、ベースプレートが過重力遠心力載荷装置のバスケットの中に取り付けられている。

図４に示すように、テーブル案内システムは、ベースプレートと振動テーブルとの間に取り付けられ、ベースプレートおよび振動テーブルと固定接続される。主な作用は、テーブルのバランスを取り、方向を案内することである。テーブル案内システムは、スリーブ台座と、テーブル案内軸と、テーブル案内軸軸受と、案内軸下パッドとを含み、振動テーブルの底部四隅に、鉛直に配置されたテーブル案内軸が固設され、テーブル案内軸は、テーブル案内軸軸受を介してスリーブ台座に覆われており、スリーブ台座底部は、ベースプレート上に固定され、テーブル案内軸軸受とスリーブ台座の内底部との間には、案内軸下パッドが接続され、支持している。

加振システムおよびテーブル案内システムは、対称配置を採用しており、アキュムレータは、重量に応じて合理的に配置され、重心が振動台中央に位置するようにし、振動台を取り付けた後の、バスケット全体の偏心の問題を解決し、遠心力載荷装置の回転アームに付加的な曲げモーメントがもたらされることを回避する。

好ましくは、振動テーブルは、高強度合金溶接構造を採用し、テーブルのリブ配置および接続箇所の局所的な剛性等を最適化する手段によってテーブルの静剛性を高め、テーブルの軽量化・高剛性の目的を達成し、アクチュエータの負荷を軽減とともに、大きな負荷力に耐えることができる。

図３に示すように、アキュムレータは、振動テーブル上に置かれた上向きプレテンションアキュムレータと、下向きプレテンションアキュムレータと、動的シリンダ油戻しアキュムレータと、動的シリンダ油供給アキュムレータとを含む。

上向きプレテンションアキュムレータ、下向きプレテンションアキュムレータ、動的シリンダ油戻しアキュムレータ、動的シリンダ油供給アキュムレータは、振動テーブル周囲の振動テーブル上に置かれている。

アキュムレータの具体的な実施形態は、３つの上向きプレテンションアキュムレータ、１つの下向きプレテンションアキュムレータ、１つの動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび1つの動的シリンダ油供給アキュムレータを含む。

図５に示すように、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システムは、上下に同軸に配置された鉛直方向動的サーボアクチュエータと、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータとを含み、両アクチュエータは、１組の剛体およびアクチュエータロッドを共用し、鉛直方向動的サーボアクチュエータは、動的アクチュエータスリーブを含み、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータは、静的アクチュエータスリーブを含み、静的アクチュエータスリーブの下端は、振動テーブルに固定されており、動的アクチュエータスリーブの下端は、静的アクチュエータスリーブの上端に同軸に固定されており、静的アクチュエータスリーブおよび動的アクチュエータスリーブの内部にアクチュエータロッドが取り付けられており、アクチュエータの両端部のいずれにも静圧支持軸受が取り付けられており、アクチュエータロッドの上部は、動的アクチュエータスリーブ内に覆われており、アクチュエータロッドの下部は、静的アクチュエータスリーブ内に覆われており、アクチュエータロッドの上端は、振動テーブルの底面の中心に当接されている。

アクチュエータロッド外周に、軸方向に上から下に間隔をあけて配置された３つのフランジが設けられており、３つのフランジは、上から下にそれぞれ上フランジ、中フランジおよび下フランジであり、上フランジ外周は、上シールリングによって封止され、動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、中フランジ外周は、上キャビティシールリングによって封止され、動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、下フランジ外周は、下シールリングによって封止され、静的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、中フランジと下フランジとの間の静的アクチュエータスリーブには、内フランジが設けられており、内フランジの内壁とアクチュエータロッド外周との間は、隔離シールリングによって封止され、内フランジの内壁にアクチュエータロッド（９）の外周が嵌着して接続されており、上フランジと中フランジとの間のアクチュエータロッド外周と動的アクチュエータスリーブ内壁との間に、動的上環状チャンバーが環状に隙間をあけて形成されており、中フランジと下フランジとの間のアクチュエータロッド外周と動的アクチュエータスリーブおよび静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、中央環状チャンバーが環状に隙間をあけて形成されており、中央環状チャンバーは、柔軟な隔離シールリングによって、上方に位置する動的下環状チャンバーと、下方に位置する静的上環状チャンバーとに仕切られ、下フランジ下方のアクチュエータロッド外周と静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、静的下円形チャンバーが環状に隙間をあけて形成されており、動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバーは、それぞれ動的アクチュエータスリーブ内部に設けられた各々の鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネルを介して動的油圧サーボ弁に接続され、動的油圧サーボ弁は、動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび動的シリンダ油供給アキュムレータに接続され、静的上環状チャンバーは、静的アクチュエータスリーブ内部に設けられた下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルを介して上静的サーボ弁に接続され、上静的サーボ弁は、下向きプレテンションアキュムレータに接続され、静的下円形チャンバーは、静的アクチュエータスリーブ内部に設けられた上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルを介して下静的サーボ弁に接続され、下静的サーボ弁は、上向きプレテンションアキュムレータに接続されている。

鉛直方向動的サーボアクチュエータは、高周波動的作動に用いられ、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータは、静的大載荷作動に用いられる。

動的アクチュエータスリーブの上端面に、シリンダ上パッドが取り付けられており、シリンダ上パッドは、アクチュエータロッド上端と振動テーブル底面との間にかかる作用力を緩衝することを補助するために用いられる。

具体的な実施形態において、アクチュエータロッドの有効ピストン面積を増加させるため、上フランジおよび下フランジ自体に、いずれも外に突出したフランジがピストンリングとして設けられている。

鉛直方向静的プレテンションアクチュエータの油は、アキュムレータにより提供され、下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルおよび上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルは、外部のサーボ弁用ホースによってそれぞれ上向きプレテンションアキュムレータおよび下向きプレテンションアキュムレータに接続されている。鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネルは、動的油圧サーボ弁用ホースによって動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび動的シリンダ油供給アキュムレータに接続され、動的油圧サーボ弁は、アクチュエータに流れる流量を制御することにより、鉛直方向動的アクチュエータの運動を制御する。

鉛直方向静的プレテンションアクチュエータの油圧油供給は、複数の大容量の上向きプレテンションアキュムレータが接続され、上向きプレテンションアキュムレータの容量は、いずれも下向きプレテンションアキュムレータ、動的シリンダ油戻しアキュムレータ、動的シリンダ油供給アキュムレータの容量よりも大きく、アクチュエータロッドが動的に移動するときに、最小の圧力損失で自由な流れを実現できるようにする。

鉛直方向静的プレテンションアクチュエータとアキュムレータとの間は、サーボ弁によって静的圧力を調節する。遠心力載荷装置の加速中に、制御プログラムが回転速度計から遠心加速度を収集し、これにより対応する制御電圧を算出し、デジタルアナログ変換モジュールによってサーボ弁に送信し、静的シリンダに対して圧力の制御を行い、このシリンダの出力を制御する。

アクチュエータロッドが双方向に上下振動する動力は、フランジの上下両側の環状段面の圧力差により生じる。サーボ弁は、アクチュエータに流れる流量を制御することにより、鉛直方向動的アクチュエータの運動を制御する。

動的油圧サーボ弁は、流量調節弁である。動的油圧サーボ弁の制御によって、動的シリンダ油戻しアキュムレータおよび動的シリンダ油供給アキュムレータからの動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバーの給油および排油を統一して調整し、動的上環状チャンバーおよび動的下環状チャンバー内の油圧を中フランジの両側の環状段面上にかけ、アクチュエータロッドを動かす。

動的油圧サーボ弁の制御によって、下向きプレテンションアキュムレータからの静的上環状チャンバーの給排油、および上向きプレテンションアキュムレータからの静的下円形チャンバーの給排油を調整し、静的上環状チャンバーおよび静的下円形チャンバー内の油圧を下フランジの両側の環状段面上にかけ、アクチュエータロッドを動かす。

具体的には、動的上環状チャンバーの油圧が動的下環状チャンバー内の油圧よりも大きいと、中フランジの両側の環状段面を介して伝達され、中フランジを下向きに移動させ、逆の場合には中フランジを上向きに移動させる。

静的上環状チャンバーの油圧が静的下円形チャンバー内の油圧よりも大きいと、下フランジの両側の環状段面を介して伝達され、下フランジを下向きに移動させ、逆の場合には下フランジを上向きに移動させる。

中フランジおよび下フランジの段の上の作用油圧を総合し、アクチュエータロッド全体を上向きまたは下向きに作用させ、過重力下での振動作動の平衡を実現し、安定性を高め、失効を防止する。

本発明の過重力場鉛直方向振動台の加振方法は、具体的には次のとおりである。

静的予圧と動的駆動システムとを分離し、過重力遠心力載荷装置の稼働前に、下静的サーボ弁２３の制御によって鉛直方向静的プレテンションアクチュエータの上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルが静的下円形チャンバーに一定の油圧をかけるようにし、上向きプレテンションを生成して上向きに振動テーブルを持ち上げて維持し、これに対応して、上静的サーボ弁３０によって下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネル２７を介して静的上環状チャンバーに対応する油圧をかけて下向きプレテンションを生成し、振動テーブルに下向きの圧の作用力をかけて平衡を保つ。

静的予圧下で動的システムを実現し、過重力遠心力載荷装置が稼働を開始した後、遠心加速度が上昇を続けるのに伴い、振動テーブルの過重力が徐々に増大し、下向きプレテンションが徐々に減少し、上向きプレテンションが可動質量に作用する遠心力が比例的に増加する。上向きプレテンションを提供する作用ロッドの面積およびアキュムレータの容量がいずれも大きいため、その精度が影響を受ける。特に、遠心力載荷装置の回転速度が低いときに、可動質量の遠心加速度が小さくなり、可動質量の遠心力のバランスを取ることが難しくなる。下向き静的プレテンションアキュムレータ１１を採用して静的下円形チャンバーに油圧を直接かけ、下向きプレテンションを提供し、遠心力載荷装置がいかなる回転速度にあっても、可動質量の遠心力と上向きプレテンションおよび下向きプレテンションとが平衡を達成することを保証することにより、動的油圧サーボ弁がいつもゼロ位相付近に保たれるようにする。

過重力遠心力載荷装置が目標回転速度に達した後、動的シリンダ油戻しアキュムレータ１２および動的シリンダ油供給アキュムレータ１３が動的油圧サーボ弁１７の制御の下で、鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネル１８が動的環状チャンバーに動的油圧をかけ、鉛直方向の加振を生成し、地震動シミュレーションを実現する。鉛直方向動的サーボアクチュエータのピストンの移動は一般に最大５ｍｍしかないが、上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネルは、大直径油管が大容量のアキュムレータに接続されているため、静的環状チャンバーの油圧の変動が小さく、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータが供給する力は、基本的に一定に保たれる。

このように静的プレテンションと動的駆動システムを分離することにより、鉛直方向動的サーボアクチュエータが可動質量の遠心力のバランスを取る必要がないため、動的油圧サーボ弁の流量が小さくなり、サーボ弁の周波数特性を保証し、高周波加振を実現することができる。

そのため、このように過重力場で作業する際に、本発明は、過重力方向の振動載荷の難易度を極めて大きく下げることができ、過重力鉛直方向地震動シミュレーションの制御精度を高め、保障することができる。

１－ベースプレート、２－振動テーブル、３－アキュムレータ、４－プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システム、５－テーブル案内システム、６－鉛直方向動的サーボアクチュエータ、７－鉛直方向静的プレテンションアクチュエータ、９－アクチュエータロッド、１０－上向きプレテンションアキュムレータ、１１－下向きプレテンションアキュムレータ、１２－動的シリンダ油戻しアキュムレータ、１３－動的シリンダ油供給アキュムレータ、１４－テーブル案内軸、１５－テーブル案内軸軸受、１６－案内軸下パッド、１７－動的油圧サーボ弁、１８－鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネル、１９－上シールリング、２０－上キャビティシールリング、２１－隔離シールリング、２２－下シールリング、２３－下静的サーボ弁、２４－上フランジ、２５－中フランジ、２６－下フランジ、２７－下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネル、２８－上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネル、２９－シリンダ上パッド、３０－上静的サーボ弁、３１－動的環状チャンバー、３２－静的上環状チャンバー、３３－静的下円形チャンバー。

Claims (8)

1. ベースプレート（１）と、ベースプレート（１）に取り付けられた振動テーブル（２）と、プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システム（４）と、テーブル案内システム（５）と、アキュムレータ（３）とを含み、前記テーブル案内システム（５）は、スリーブ台座と、テーブル案内軸（１４）と、テーブル案内軸軸受（１５）とを含み、前記振動テーブル（２）の底部には、前記テーブル案内軸（１４）が固設され、前記テーブル案内軸（１４）は、前記テーブル案内軸軸受（１５）を介して前記スリーブ台座に覆われており、前記スリーブ台座の底部は、ベースプレート（１）上に固定されていることを特徴とする過重力鉛直方向振動台。
2. 前記アキュムレータ（３）は、前記振動テーブル（２）上に置かれた上向きプレテンションアキュムレータ（１０）と、下向きプレテンションアキュムレータ（１１）と、動的シリンダ油戻しアキュムレータ（１２）と、動的シリンダ油供給アキュムレータ（１３）とを含み、
   前記プレロード付き電気油圧サーボ式鉛直方向加振システム（４）は、上下に同軸に配置された鉛直方向動的サーボアクチュエータ（６）と、鉛直方向静的プレテンションアクチュエータ（７）とを含み、前記鉛直方向動的サーボアクチュエータ（６）は、動的アクチュエータスリーブを含み、前記鉛直方向静的プレテンションアクチュエータ（７）は、静的アクチュエータスリーブを含み、前記静的アクチュエータスリーブの下端は、前記振動テーブル（２）に固定されており、前記動的アクチュエータスリーブの下端は、前記静的アクチュエータスリーブの上端に同軸に固定されており、前記静的アクチュエータスリーブおよび前記動的アクチュエータスリーブの内部にアクチュエータロッド（９）が取り付けられており、前記アクチュエータロッド（９）の上端は、振動テーブル（２）の底面の中心に当接されており、
   前記アクチュエータロッド（９）の外周に、軸方向に上から下に３つのフランジが設けられており、前記３つのフランジは、上から下にそれぞれ上フランジ（２４）、中フランジ（２５）および下フランジ（２６）であり、前記上フランジ（２４）の外周は、上シールリング（１９）によって封止され、前記動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続され、前記中フランジ（２５）の外周は、上キャビティシールリング（２０）によって封止され、前記動的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続され、前記下フランジ（２６）の外周は、下シールリング（２２）によって封止され、前記静的アクチュエータスリーブの内壁に覆われるように接続されており、前記中フランジ（２５）と前記下フランジ（２６）との間の前記静的アクチュエータスリーブには、内フランジが設けられており、前記内フランジの内壁と前記アクチュエータロッド（９）の外周とが、隔離シールリング（２１）によって封止され、前記内フランジの内壁に前記アクチュエータロッド（９）の外周が嵌着して接続されており、前記上フランジ（２４）と前記中フランジ（２５）との間の前記アクチュエータロッド（９）の外周と前記動的アクチュエータスリーブの内壁との間に、動的上環状チャンバーを有し、前記中フランジ（２５）と前記下フランジ（２６）との間の前記アクチュエータロッド（９）の外周と前記動的アクチュエータスリーブおよび前記静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、中央環状チャンバーを有し、前記中央環状チャンバーは、隔離シールリング（２１）によって、上方に位置する動的下環状チャンバーと、下方に位置する静的上環状チャンバーとに仕切られており、前記下フランジ（２６）の下方の前記アクチュエータロッド（９）の外周と前記静的アクチュエータスリーブの内壁との間に、静的下円形チャンバーを有し、前記動的上環状チャンバーおよび前記動的下環状チャンバーは、それぞれ各々の鉛直方向作動力油圧インターフェイスチャンネル（１８）を介して動的油圧サーボ弁（１７）に接続されており、前記動的油圧サーボ弁（１７）は、前記動的シリンダ油戻しアキュムレータ（１２）および前記動的シリンダ油供給アキュムレータ（１３）に接続されており、前記静的上環状チャンバーは、下向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネル（２７）を介して上静的サーボ弁（３０）に接続されており、前記上静的サーボ弁（３０）は、前記下向きプレテンションアキュムレータ（１１）に接続されており、前記静的下円形チャンバーは、上向きプレテンション油圧インターフェイスチャンネル（２８）を介して下静的サーボ弁（２３）に接続されており、前記下静的サーボ弁（２３）は、前記上向きプレテンションアキュムレータ（１０）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の過重力鉛直方向振動台。
3. 前記動的アクチュエータスリーブの上端面に、シリンダ上パッド（２９）が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の過重力鉛直方向振動台。
4. 前記動的油圧サーボ弁（１７）の制御によって、前記動的シリンダ油戻しアキュムレータ（１２）および前記動的シリンダ油供給アキュムレータ（１３）からの前記動的上環状チャンバーおよび前記動的下環状チャンバーの給油および排油を調整し、前記動的上環状チャンバーおよび前記動的下環状チャンバーの内部の油圧を前記中フランジ（２５）の両側の環状段面上にかけ、前記アクチュエータロッド（９）を動かし、
   前記動的油圧サーボ弁（１７）の制御によって、前記下向きプレテンションアキュムレータ（１１）からの前記静的上環状チャンバーの給排油、および前記上向きプレテンションアキュムレータ（１０）からの前記静的下円形チャンバーの給排油を調整し、前記静的上環状チャンバーおよび前記静的下円形チャンバーの内部の油圧を前記下フランジ（２６）の両側の環状段面上にかけ、前記アクチュエータロッド（９）を動かすことを特徴とする請求項２に記載の過重力鉛直方向振動台。
5. 前記ベースプレート（１）に、過重力遠心力載荷バスケット底板と接続するためのネジ穴が開けられており、前記ベースプレート（１）が過重力遠心力載荷装置のバスケットの中に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の過重力鉛直方向振動台。
6. 前記アクチュエータロッド（９）の両端部のいずれにも静圧支持軸受が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の過重力鉛直方向振動台。
7. 前記アキュムレータ（３）は、３つの上向きプレテンションアキュムレータ（１０）、１つの下向きプレテンションアキュムレータ（１１）、１つの動的シリンダ油戻しアキュムレータ（１２）および１つの動的シリンダ油供給アキュムレータ（１３）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の過重力鉛直方向振動台。
8. 請求項１に記載の前記過重力鉛直方向振動台を、過重力遠心力載荷装置における遠心力方向の振動に用いることを特徴とする過重力鉛直方向振動台の利用。

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