JP2561369B2 - Vibration control device for structures - Google Patents

Vibration control device for structures

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JP2561369B2
JP2561369B2 JP2154294A JP15429490A JP2561369B2 JP 2561369 B2 JP2561369 B2 JP 2561369B2 JP 2154294 A JP2154294 A JP 2154294A JP 15429490 A JP15429490 A JP 15429490A JP 2561369 B2 JP2561369 B2 JP 2561369B2
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真樹 岩野
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は地震のときなどに構造物の揺れを抑制する制
振装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration damping device that suppresses shaking of a structure during an earthquake or the like.

(従来の技術) 地震の発生時など構造物の揺れを抑制するために、構
造物の上部などに所定の大重量のマスを、移動自在に配
置し、かつこのマスに2次元方向からアクチュエータを
連結し、地震の発生時など振動波に対応してアクチュエ
ータを伸縮させることにより、構造物に入力する振動を
打ち消すようにアクチュエータからの支持反力を構造物
に作用させる制振装置が、特開昭63−226466号によって
提案されている。
(Prior Art) In order to suppress the shaking of a structure when an earthquake occurs, a mass of a predetermined large weight is movably arranged on the upper part of the structure, and an actuator is mounted on the mass from a two-dimensional direction. A vibration damping device for connecting a supporting reaction force from an actuator to a structure so as to cancel a vibration input to the structure by expanding and contracting the actuator in response to a vibration wave when an earthquake occurs Proposed by Sho 63-226466.

ところで、この場合、重量のあるマスはコロ等によっ
て床面に支持されていて、その転がり摩擦力があるた
め、振動入力に対して応答よくマスを運動させるには、
大容量のアクチュエータが必要となった。
By the way, in this case, since a heavy mass is supported on the floor by a roller or the like and has a rolling frictional force, in order to move the mass with a good response to a vibration input,
A large capacity actuator is needed.

(発明が解決しようとする課題) そこで、大重量のマスを床面等に転がり接触によって
支持するのではなく、構造物に対して例えば4本のワイ
ヤによって吊下げておき、このマスと構造物との間をア
クチュエータによって連結することにより、マス移動時
の転がり摩擦力の影響を無くし、応答性のよい制振制御
を可能にした装置が、本出願人によって提案された。
(Problems to be solved by the invention) Therefore, instead of supporting a heavy mass on the floor surface by rolling contact, the mass and the structure are suspended by, for example, four wires. The applicant of the present invention has proposed a device in which the influence of the rolling frictional force at the time of mass movement is eliminated by connecting the actuators and the actuators with each other to enable the vibration control with good responsiveness.

ところでこの場合、ワイヤで吊下げるマスの重心に対
して、上下にずれた位置にアクチュエータの駆動力を作
用させると、マスに回転モーメントが発生する。
By the way, in this case, when the driving force of the actuator is applied to a position vertically displaced with respect to the center of gravity of the mass suspended by the wire, a rotational moment is generated in the mass.

ところが、このようにワイヤによりマスを吊下げる構
造では、ワイヤは引張荷重に耐えられるが、圧縮荷重に
は全く耐えられないため、回転モーメントによりマスが
アクチュエータの運動とは異なった不規則な運動を起こ
すことがあり、この場合には本来の制振効果が著しく減
退することがあった。
However, in such a structure in which the mass is suspended by the wire, the wire can withstand a tensile load, but cannot withstand a compressive load at all, so the rotational moment causes the mass to move in an irregular motion different from the motion of the actuator. In some cases, the original damping effect was significantly reduced.

したがってこのような回転モーメントが発生しないよ
うに、あるいは極力小さくなるように、マスに対するア
クチュエータの連結点を十分に考慮する必要があるが、
このため、アクチュエータを連結するのに、設計上にお
おきな制約を受けるという問題があった。
Therefore, it is necessary to sufficiently consider the connection point of the actuator with respect to the mass so that such a rotation moment is not generated or is minimized.
For this reason, there is a problem in that the actuators are connected to each other due to large design restrictions.

本発明はこのような問題を解決するため、圧縮荷重に
対応できる複数の剛的な吊下げアームを介してマスを吊
下げることにより、マスの不規則な運動を規制し、アク
チュエータの伸縮にのみ適正に対応するようにした装置
を提供することを目的とする。
In order to solve such a problem, the present invention regulates the irregular movement of the mass by suspending the mass via a plurality of rigid suspension arms that can cope with a compressive load, and only expands and contracts the actuator. It is an object of the present invention to provide an apparatus adapted to deal with the situation appropriately.

(課題を達成するための手段) この発明は、構造物に対して基端を3次元方向に回動
自在に支持した複数の剛的な吊下げアームによって所定
の重量のマスを吊下げ、このマスと構造物とを略水平な
2次元方向から構造物の振動波に対応して伸縮するアク
チュエータを介して連結した。
(Means for Achieving the Object) According to the present invention, a mass of a predetermined weight is suspended by a plurality of rigid suspension arms whose base ends are rotatably supported in a three-dimensional direction with respect to a structure. The mass and the structure were connected from a substantially horizontal two-dimensional direction via an actuator that expands and contracts according to the vibration wave of the structure.

(作用) 外部からの振動に対応してアクチュエータが伸縮作動
すると、これに応じて吊下げアームに吊下げられたマス
が静止位置から水平面で移動する。
(Operation) When the actuator expands and contracts in response to external vibration, the mass suspended by the suspension arm moves in a horizontal plane from the rest position in response to this.

このマスの移動に伴い重心位置が変化し、これによっ
てモーメントが発生し、このモーメントを打ち消す方向
に、各アームにかかる張力が変化する。しかし、アーム
は剛的に構成され、引張荷重はもとより圧縮荷重にも耐
えられるため、マスの不規則な運動を規制し、アクチュ
エータの伸縮運動にのみ正確に依存して、外部振動を吸
収するように適正に作動することができる。
As the mass moves, the position of the center of gravity changes, which causes a moment, and the tension applied to each arm changes in a direction to cancel the moment. However, since the arm is rigidly configured and can withstand not only tensile load but also compressive load, it regulates the irregular movement of the mass and depends only on the expansion and contraction movement of the actuator to absorb external vibration. Can operate properly.

(実施例) 以下本発明の実施例を説明する。(Examples) Examples of the present invention will be described below.

第1図、第2図に示すように、構造物の屋上等、構造
物上部に固設した支持フレーム8から、4本の剛体から
なる吊下げアーム2によって所定の大重量のマス1が水
平に吊下げられる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a mass 1 having a predetermined large weight is horizontally moved from a supporting frame 8 fixed to the upper part of the structure such as a roof of the structure by a suspension arm 2 composed of four rigid bodies. Is hung on.

なお各アーム2はその上下のユニバーサルジョイント
(自在継手)3を介して連結し、マス1が水平面で自由
に運動できるようになっている。
The arms 2 are connected to each other via universal joints (universal joints) 3 above and below, so that the mass 1 can freely move in a horizontal plane.

そしてマス1と支持フレーム8との間を、直角方向
(2次元方向)から2つのアクチュエータとしての油圧
シリンダ4、5によって連結する。油圧シリンダ4、5
は、シリンダチューブ4A、5Aを支持フレーム8に、また
ピストンロッド4B、5Bをマス1の中心部に、それぞれユ
ニバーサルジョイント6と7を介して連結される。
Then, the mass 1 and the support frame 8 are connected from the perpendicular direction (two-dimensional direction) by hydraulic cylinders 4 and 5 as two actuators. Hydraulic cylinders 4, 5
The cylinder tubes 4A and 5A are connected to the support frame 8 and the piston rods 4B and 5B are connected to the central portion of the mass 1 via universal joints 6 and 7, respectively.

油圧シリンダ4、5に対しては、地震等の発生時にそ
の振動の大きさと方向に応じて、バルブアッシー9内に
収容されたサーボバルブが、図示しないコントローラか
らの指令で作動することにより、油圧源からの圧油の供
給が制御され、構造物の振動を打ち消すように大重量の
マス1を油圧シリンダ4、5が伸縮して相対変位させ
る。
With respect to the hydraulic cylinders 4 and 5, a servo valve housed in the valve assembly 9 operates according to a command from a controller (not shown) in accordance with the magnitude and direction of vibration when an earthquake or the like occurs, so that the hydraulic pressure is increased. The supply of pressure oil from the source is controlled, and the hydraulic cylinders 4 and 5 expand and contract to relatively displace the heavy mass 1 so as to cancel the vibration of the structure.

なお、この実施例においては、各アーム2の切断、破
損等の異常の発生を即座に判断できるように、各アーム
2には、その異常の発生を検出するために、歪ゲージな
どの張力検出器10がそれぞれ取付けられる。
In this embodiment, in order to immediately detect the occurrence of an abnormality such as cutting or breakage of each arm 2, each arm 2 detects tension such as a strain gauge in order to detect the occurrence of the abnormality. A vessel 10 is attached to each.

張力検出器10の出力は、第3図に示すように、A/D変
換器11を介してCPU12に入力され、検出値に基づいてア
ーム2の破断等の異常が発生しているか否かの判定が行
なわれ、異常時には入力出力インターフェィス(I/O)1
4を介して異常情報が出力される。
As shown in FIG. 3, the output of the tension detector 10 is input to the CPU 12 via the A / D converter 11, and whether or not an abnormality such as breakage of the arm 2 has occurred based on the detected value. Judgment is made, and in case of abnormality, input / output interface (I / O) 1
Abnormality information is output via 4.

各アーム2には吊下げたマス1の荷重に対応した張力
が作用するが、この張力はマス1が油圧シリンダ4、5
を介して水平面で変位し、マス1の重心に移動に伴って
発生するモーメント(これはアーム2の傾斜角度に比例
する)に対応して、これを打ち消すように変化する。
Tension corresponding to the load of the suspended mass 1 acts on each arm 2, and this tension is applied to the hydraulic cylinders 4, 5 by the mass 1.
Is displaced in the horizontal plane via the, and corresponding to a moment (which is proportional to the inclination angle of the arm 2) generated along with the movement of the center of gravity of the mass 1, it changes so as to cancel it.

アーム2に切断等が発生すると、そのアーム2にかか
る荷重はゼロになり、マス1が運動しても張力の変化が
起こらない。したがって、マス1の運動時に起きるアー
ム2の張力変化が、所定値以下のときはアーム2の切断
等の異常が起きていると判断することができる。
When the arm 2 is cut or the like, the load applied to the arm 2 becomes zero, and the tension does not change even if the mass 1 moves. Therefore, when the change in the tension of the arm 2 that occurs when the mass 1 moves is less than or equal to a predetermined value, it can be determined that an abnormality such as disconnection of the arm 2 has occurred.

ところで、アーム2に懸かる張力(荷重)の絶対値を
検出しても、アーム2の切断等が判断できるが、この場
合には絶対荷重の検出が簡単には行いがたく、しかしこ
の点、張力変化の検出ならば、マス1を吊下げた状態で
アーム2に歪ゲージを張り付けるだけでよく、簡単でし
かも正確に張力変化を検出できるのである。
By the way, even if the absolute value of the tension (load) applied to the arm 2 is detected, the disconnection of the arm 2 and the like can be determined, but in this case, the absolute load cannot be easily detected. To detect a change, it is sufficient to attach a strain gauge to the arm 2 with the mass 1 suspended, and the change in tension can be detected easily and accurately.

なお、CPU12では前述のようにして油圧シリンダ4、
5の伸縮作動を制御するための演算も行なわれ、この演
算値はD/A変換器13を介して、油圧シリンダ4、5を制
御するために図示しないサーボアンプに出力される。
In the CPU 12, the hydraulic cylinder 4,
A calculation for controlling the expansion / contraction operation of 5 is also performed, and this calculated value is output to a servo amplifier (not shown) for controlling the hydraulic cylinders 4 and 5 via the D / A converter 13.

ところで、本発明ではマス1は4本の剛的な吊下げア
ーム2によって吊下げられているため、油圧シリンダ4,
5のマス1に対する連結点が第1図にも示すように、マ
ス1の重心位置から上方の位置にあって、油圧シリンダ
4,5の駆動によりマス1に回転モーメントが発生して
も、吊下げアーム2は、引張荷重だけではなく、圧縮荷
重にも耐えられるので、この回転モーメントによりマス
1の運動が、油圧シリンダ4,5の伸縮とは異なる運動を
起こすことがない。
By the way, in the present invention, since the mass 1 is suspended by the four rigid suspension arms 2, the hydraulic cylinder 4,
As shown in FIG. 1, the connecting point of the mass 5 to the mass 1 is located above the center of gravity of the mass 1, and the hydraulic cylinder
Even if a rotational moment is generated in the mass 1 by driving 4,5, the suspension arm 2 can withstand not only a tensile load but also a compressive load. It does not cause a movement different from the expansion and contraction of 5 and 5.

つまり、吊り下げアーム2による拘束力で、マス1の
3次元方向の運動は、油圧シリンダ4、5の伸縮にのみ
正しく依存することになり、例えば地震等の振動に対し
てマス1が正確に対応運動し、効率よく振動の吸収を図
ることができる。
In other words, due to the restraint force of the suspension arm 2, the movement of the mass 1 in the three-dimensional direction correctly depends only on the expansion and contraction of the hydraulic cylinders 4 and 5, and the mass 1 can be accurately subjected to vibrations such as an earthquake. It is possible to take a corresponding movement and efficiently absorb the vibration.

なお、本発明は以上のような実施例に限られるもので
はないが、他の形態で実施する場合においても、マス1
に対する各吊り下げアーム2の連結地点は、各吊り下げ
アーム2により、マス1の油圧シリンダの伸縮に正しく
依存しない動きを抑制できるように選択されるものとす
る。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but the mass 1 can be used even when it is carried out in other forms.
The connection point of each suspension arm 2 with respect to is selected so that each suspension arm 2 can suppress the movement of the mass 1 that does not depend on the expansion and contraction of the hydraulic cylinder.

(発明の効果) 以上のようにこの発明によれば、剛的な吊下げアーム
によってマスを3次元方向に支持するようにしたので、
マスに回転モーメントが働いてもアクチュエータの伸縮
に依存しない不規則な運動を防ぐことができ、アクチュ
エータの連結点がマスの重心から上下にずれても、マス
の制振作用を効果的に発揮させられ、アクチュエータの
取付の自由度が高まり、マスの設置に必要なスペース
や、高さの削減等が図れる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the mass is supported in the three-dimensional direction by the rigid suspension arm.
Irregular movement that does not depend on the expansion and contraction of the actuator can be prevented even if a rotational moment acts on the mass, and even if the connecting point of the actuator deviates vertically from the center of gravity of the mass, the vibration damping effect of the mass can be effectively exhibited. As a result, the degree of freedom in mounting the actuator is increased, and the space required for installing the mass and the height can be reduced.

特に、本発明では上述したとおりアクチュエータとの
連結点がマスの重心点から外れているときの回転モーメ
ントに原因するマスの不規則運動を防止できることか
ら、マスの形状を単純化しつつ水平2方向のマスの運動
による効果的な振動吸収効果が得られ、また、マスとア
クチュエータとの連結部分等に設計上の制約が少なくか
つ構造的に高精度を要求されないので装置の組立やメン
テナンスが容易になるという効果も得られる。
In particular, according to the present invention, it is possible to prevent the irregular movement of the mass due to the rotational moment when the connection point with the actuator is deviated from the center of gravity of the mass as described above. An effective vibration absorption effect due to the movement of the mass can be obtained, and there are few design restrictions on the connecting portion between the mass and the actuator and structurally high precision is not required, so the assembly and maintenance of the device becomes easy. You can also get the effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の実施例を示す側面図、第2図は平面
図、第3図は制御装置のブロック図である。 1……マス、2……吊下げアーム、3……自在継手、4,
5……油圧シリンダ(アクチュエータ)、8……フレー
ム、。
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a block diagram of a control device. 1 ... Mass, 2 ... Suspension arm, 3 ... Universal joint, 4,
5 …… hydraulic cylinder (actuator), 8 …… frame.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−97342(JP,A) 特開 昭63−226466(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-59-97342 (JP, A) JP-A-63-226466 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】構造物に対して基端を3次元方向に回動自
在に支持した複数の剛的な吊下げアームによって所定の
重量のマスを吊下げ、このマスと構造物とを略水平な2
次元方向から構造物の振動波に対応して伸縮するアクチ
ュエータを介して連結したことを特徴とする構造物の制
振装置。
1. A mass of a predetermined weight is suspended by a plurality of rigid suspension arms whose base ends are rotatably supported in a three-dimensional direction with respect to the structure, and the mass and the structure are substantially horizontal. 2
A vibration damping device for a structure, wherein the vibration damping device is connected through an actuator that expands and contracts in a dimensional direction in response to a vibration wave of the structure.
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JPH0765408B2 (en) * 1987-03-16 1995-07-19 カヤバ工業株式会社 Control method for damping device

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