JP2825055B2 - 2軸載荷試験装置 - Google Patents

2軸載荷試験装置

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JP2825055B2
JP2825055B2 JP6009489A JP948994A JP2825055B2 JP 2825055 B2 JP2825055 B2 JP 2825055B2 JP 6009489 A JP6009489 A JP 6009489A JP 948994 A JP948994 A JP 948994A JP 2825055 B2 JP2825055 B2 JP 2825055B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、免震ゴムなどの性能を
評価するのに好適な2軸載荷試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、たとえば図9に示すような2
軸載荷試験装置が知られている。図9において、供試体
1は上下圧盤2,3により下部架台4と上押し部材5と
の間に保持されている。上押し部材5は鉛直スライドガ
イド6で上下方向に移動可能に支持枠7に保持され、下
部架台4は水平スライドベアリング8で水平方向に往復
移動可能に基台9上に設けられている。
【0003】上押し部材5を不図示の載荷アクチュエー
タで鉛直方向に押動して供試体1に圧縮荷重を負荷し、
その状態で、下部架台4を不図示の負荷アクチュエータ
で水平方向に往復移動させる。そのとき、負荷アクチュ
エータの変位量を変位計で測定するとともに、負荷アク
チュエータと下部架台4との間に介装したロードセルで
負荷荷重を測定し、横軸を水平方向移動量、縦軸をロー
ドセル出力としたエネルギ曲線を描き、そのエネルギ曲
線の面積から、供試体1の剪断エネルギを評価する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の2軸載荷試験装置にあっては、供試体1の下部
だけが水平方向に往復動し上部位置は不動である。その
ため、2点鎖線のように変形する供試体1の弾性復元力
により上押し部材5には、水平力によるモーメントおよ
び鉛直力によるモーメントの加算されたモーメントが作
用し、鉛直スライドガイド6に不所望な圧縮荷重が働
き、上下圧盤2,3を平行に保つには上押部材5および
支持枠7は多大な剛性を要する。しかもその圧縮荷重は
供試体の水平変位量に応じて変動するため、スライドガ
イド6の摩擦力も変動するとともに、水平スライドベア
リング8の摩擦力も変動してしまう。その結果、水平負
荷アクチュエータと下部圧盤との間に介装したロードセ
ルの出力から摩擦分をキャンセルする補正演算が困難と
なり、精度の高い試験結果が得られない。
【0005】本発明の目的は、精度の高い試験結果を得
るようにした2軸載荷試験装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉛直スライド
ガイドを介して鉛直方向に移動して、上下一対の圧盤に
保持された供試体に軸力を負荷する軸力負荷手段と、供
試体に軸力を作用させたまま、上下一対の圧盤を相対移
動させて軸力に直交する剪断力を繰返し負荷する剪断負
荷手段と、供試体に繰返し剪断力を負荷するときに、供
試体の中心点が軸力の軸心と一致するように上下圧盤を
水平スライドベアリングを介して移動させる圧盤移動手
段と、軸力を検出する軸力検出用ロードセルと、剪断力
を検出する剪断力検出用ロードセルとを備えた2軸載荷
試験装置において、剪断負荷手段の水平変位と、剪断力
検出用ロードセルで検出された剪断力から、軸力による
水平スライドベアリングの摩擦力を差引いた補正後の剪
断力とを対応させて剪断エネルギの評価を行なう制御回
路を具備することにより、上記目的を達成する。
【0007】
【作用】上下一対の圧盤に保持された供試体に軸力負荷
手段で軸力を負荷しつつ、剪断負荷手段で上下一対の圧
盤を相対移動させて供試体に剪断力を繰返し負荷する。
このとき、圧盤移動手段は供試体の中心点が軸力負荷手
段の軸心に対して一致するように上下圧盤を剪断力の方
向に移動する。これにより、供試体の中心点が軸力の軸
線上に一致し、剪断力に伴うモーメントを小さくするこ
とができ、試験精度の向上が図れる。また、剪断力負荷
中でも鉛直スライドガイドに作用する圧縮力がほぼ一定
になり、それにともなう水平スライドベアリングの摩擦
力の変動が抑制される。そして、軸力をかけたときに水
平スライドベアリングそれ自身の摩擦抵抗に起因して発
生する剪断方向のロスを検出された剪断力から差引くこ
とにより、剪断エネルギの評価を精度よく行なうことが
できる。
【0008】
【実施例】図1〜図8により本発明を免震ゴムの剪断エ
ネルギ評価試験機に適用した場合の一実施例を説明す
る。図1〜3は免震ゴムの剪断エネルギ評価試験機の一
実施例を示す図であり、図2は正面図、図3は左側面
図、図1は図3の支柱枠を取り除いて見た図である。こ
れらの図において、左右の支柱枠11は基部12とクロ
スヨーク13で負荷枠を構成し、クロスヨーク13に垂
直荷重用の油圧シリンダ14が設置され、油圧シリンダ
14のラムロッド14aには球座15を介して負荷ヨー
ク16が接続されている。この負荷ヨーク16の左右端
は支柱枠11に鉛直スライドガイド17を介して支持さ
れている。負荷ヨーク16の下面には水平方向に移動可
能にスライドベアリング18を介して上部圧盤19が設
けられている。上部圧盤19の下面には上面盤20が設
けられている。基部12には水平スライドベアリング2
1を介して下部圧盤22が設けられ、この下部圧盤22
の上面に下面盤23が設けられている。供試体1は上下
面盤20,23にボルトナットなどで固定される。上下
圧盤19,22は水平スライドベアリング18,21に
より図1の左右方向に移動される。
【0009】図1に示されているように、上部および下
部圧盤19,22にはそれぞれブラケット24,25が
設けられ、両ブラケット24,25には水平負荷用油圧
シリンダ26の両端が接続されて、油圧シリンダ26の
伸縮により両ブラケット24,25間の距離が変化す
る。一方、基部12に設けられたブラケット27と下部
圧盤22に設けられたブラケット28には下部圧盤移動
用の油圧シリンダ29の両端が接続されて、油圧シリン
ダ29の伸縮により下部圧盤22が水平方向に移動す
る。
【0010】図4は試験装置の制御部を示すもので、4
0はCPUなどを主体に構成される制御回路、41は垂
直負荷用油圧シリンダ14の駆動回路、42は水平負荷
用油圧シリンダ26の駆動回路、43は下部圧盤移動用
油圧シリンダ29の駆動回路である。44は垂直負荷荷
重を検出するロードセル、45は上部圧盤19の垂直変
位を検出する変位計、46は水平負荷用油圧シリンダ2
6に作用する水平方向負荷荷重を検出するロードセル、
47は水平負荷用油圧シリンダ26のストロークを検出
する変位計である。また、48は下部圧盤移動用油圧シ
リンダ29のストロークを検出する変位計、49は下部
圧盤移動用油圧シリンダ29に作用する荷重を検出する
ロードセルである。各駆動回路41〜43には不図示の
油圧源から油圧が供給され、制御回路40からの制御信
号に基づいて各駆動回路はサーボ弁などを駆動して各油
圧シリンダのストロークを調節する。
【0011】制御回路40は各油圧シリンダを対応する
駆動回路を介して次のように駆動制御する。 供試体1に一定垂直荷重が作用するように、ロードセ
ル44の検出信号で垂直負荷用油圧シリンダ14をフィ
ードバック制御する。すなわち、ロードセル44の検出
信号を予め入力された制御信号(たとえばランプ入力信
号や周波数信号)と比較し、その偏差がゼロとなるよう
に油圧シリンダ14をフィードバックする。
【0012】所定の周期で供試体1に剪断力が作用す
るように、変位計47の検出信号で水平負荷用油圧シリ
ンダ26をフィードバック制御する。すなわち、変位計
47の検出信号を予め入力された制御信号(周波数信
号)と比較し、その偏差がゼロとなるように油圧シリン
ダ26をフィードバックする。
【0013】油圧シリンダ26の動作により供試体1
が所定周期で水平方向に往復動するとき、供試体1の中
心点が垂直負荷用油圧シリンダ14の軸心と常時一致す
るように、上記往復動と逆の位相で1/2だけ下部圧盤
22を水平方向に往復動させる。すなわち、変位計49
の検出信号を予め入力された制御信号(周波数信号)と
比較し、その偏差がゼロとなるように油圧シリンダ29
をフィードバックする。この場合、油圧シリンダ26の
動作と同期をとるのが好ましい。
【0014】このように構成された2軸載荷試験装置の
動作を図5〜8も参照して説明する。まず不図示の試験
条件入力操作部材により垂直負荷荷重および、水平方向
の変位量と周波数を設定する。試験が開始されると、垂
直負荷用油圧シリンダ14に圧油が供給され、上部圧盤
19が供試体を押圧する。垂直荷重検出用ロードセル4
4は垂直荷重を検出し、制御回路40は設定された垂直
荷重となるように駆動回路41を介して油圧シリンダ1
4を駆動制御する。
【0015】一方、水平負荷用油圧シリンダ26の駆動
回路42には図5の(a)で示されるような正弦波信号
が印加されて、油圧シリンダ26は所定の量だけ所定の
周波数で伸縮する。これにより上下圧盤19,22のブ
ラケット24,25の間隔が変更されて供試体1に周期
的に大きさの異なる剪断力が負荷される。
【0016】このとき、下圧盤移動用油圧シリンダ29
の駆動回路43には図5の(b)に示すような正弦波信
号が入力される。この正弦波信号は図5(a)の正弦波
信号に対して、逆位相で1/2の振幅を有する。下圧盤
移動用油圧シリンダ29にも駆動回路43を介して圧油
が供給される。
【0017】図6において、下圧盤22を固定した状態
でブラケット24,25間に設けた水平負荷用油圧シリ
ンダ26(図6では図示を省略)をSだけ伸ばすと、上
部圧盤19が左にSだけ移動して供試体1に剪断力が働
く。このとき、供試体1の中心点OはO’で示すように
左にS/2だけずれる。そこで、水平負荷用油圧シリン
ダ26をS伸ばすのと同期させて、水平移動用油圧シリ
ンダ29をS/2だけ収縮して下部圧盤22を右にS/
2だけ移動させると、供試体1は2点鎖線で示すように
変形しその中心点が常にO点に位置して垂直負荷軸心V
Xに一致する。これにより、供試体1の剪断変形に伴う
モーメントが負荷ヨーク16に働かないようにできる。
【0018】このようにして供試体1の軸方向に所定の
荷重を負荷しつつ水平方向に繰り返し変動する剪断力を
負荷する際、水平負荷用油圧シリンダ26の負荷変動が
ロードセル46で、変位量が変位計47でそれぞれ検出
される。図7の曲線aは水平荷重を、曲線bは水平変位
をそれぞれ示す。ここで、ロードセル46で測定される
水平荷重には、上下スライドベアリング18,21の摩
擦力が含まれている。そこで、試験に先立って、所定の
垂直荷重を負荷した状態で、水平移動用油圧シリンダ2
9を動作させてロードセル49の検出値を読取り、不図
示のメモリに垂直荷重と対で格納する。この格納値がス
ライドベアリング18,21の摩擦力である。なお、垂
直荷重を変えて同様に摩擦力を測定してメモリに格納す
るのが好ましいが、一種類の垂直荷重と摩擦力のデータ
から異なる垂直荷重の摩擦力を推定する方式をとっても
よい。
【0019】そして、ロードセル46で測定した水平負
荷荷重からメモリに格納したスライドベアリング18,
21の摩擦力を差引き、対応する水平変位に対する水平
負荷荷重として表したものが、図8のエネルギ曲線であ
る。この閉曲線内の面積が供試体1の持つ剪断エネルギ
を表す。
【0020】このように、軸力をかけながら上下圧盤1
9,22を互いに反対方向に移動させて、供試体1に軸
力と剪断力とを同時に作用させる2軸載荷試験を行なう
際、供試体1の中心点が垂直負荷用油圧シリンダ14の
軸心と常時一致させるような操作を行なうことにより、
鉛直スライドガイド17に不所望な圧縮荷重を発生させ
ずに試験を行なうことが可能となり、その結果、事前に
測定した水平スライドベアリング18,21の摩擦力を
用いた補正演算が正確にでき、測定精度が向上する。
【0021】以上の実施例の構成において、垂直負荷用
油圧シリンダ14が軸力負荷手段を、水平負荷用油圧シ
リンダ26が水平負荷手段を、水平移動油圧シリンダ2
9が移動手段をそれぞれ構成する。
【0022】なお、試験機本体の構成は実施例に限定さ
れない。とくに、油圧シリンダ14と油圧シリンダ26
や油圧シリンダ29を一体の試験機本体に組込んでいる
が、軸力負荷機構と水平負荷機構を別々の機構としても
よい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、剪
断力により不所望なモーメントが軸力負荷機構に作用し
ないようにしたので、供試体の上下面の平行度が高い剪
断変形負荷が行なえ、また、剪断力負荷中でも鉛直スラ
イドベアリングに作用する圧縮力をほぼ一定にでき、そ
れにともなう水平スライドベアリングの摩擦力の変動を
抑制できるから、従来よりも精度よく試験を行なうこと
ができる。さらに、剪断力検出用ロードセルで検出され
た剪断力から軸力による水平スライドベアリングの剪断
力を差引いた補正後の剪断力および軸力検出用ロードセ
ルにより検出された軸力により剪断エネルギの評価を行
なうようにしたので、精度の高い評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2軸載荷試験装置を免震ゴムの評
価試験機に適用した場合の一実施例を示すもので、図3
の支柱を除いて示す図である。
【図2】本発明の一実施例を示す免震ゴムの評価試験機
の正面図である。
【図3】図2の右側面図である。
【図4】本発明の一実施例を示す免震ゴムの評価試験機
の制御系を示すブロック図である。
【図5】水平変位を示す図であり、(a)は水平負荷用
油圧シリンダの変位を示し、(b)は水平移動用油圧シ
リンダの変位を示す。
【図6】供試体のセンタリングを説明する図
【図7】水平負荷と水平変位を示すグラフである。
【図8】エネルギ曲線を示す図である。
【図9】従来の2軸載荷試験機を示す図である。
【符号の説明】
11 支柱 12 基部 13 クロスヨーク 14 垂直負荷用油圧シリンダ 16 負荷ヨーク 17 鉛直スライドガイド 18,21 水平スライドベアリング 19 上部圧盤 22 下部圧盤 26 水平負荷用油圧シリンダ 29 水平移動用油圧シリンダ 40 制御回路 44,46,49 ロードセル 45,47,48 変位計

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉛直スライドガイドを介して鉛直方向に
    移動して、上下一対の圧盤に保持された供試体に軸力を
    負荷する軸力負荷手段と、前記供試体に軸力を作用させ
    たまま、前記上下一対の圧盤を相対移動させて前記軸力
    に直交する剪断力を繰返し負荷する剪断負荷手段と、前
    記供試体に繰返し剪断力を負荷するときに、前記供試体
    の中心点が前記軸力の軸心と一致するように前記上下圧
    盤を水平スライドベアリングを介して移動させる圧盤移
    動手段と、前記軸力を検出する軸力検出用ロードセル
    と、前記剪断力を検出する剪断力検出用ロードセルとを
    備えた2軸載荷試験装置において、前記剪断負荷手段の
    水平変位と、前記剪断力検出用ロードセルで検出された
    剪断力から、前記軸力による前記水平スライドベアリン
    グの摩擦力を差引いた補正後の剪断力とを対応させて剪
    断エネルギの評価を行なう制御回路を具備することを特
    徴とする2軸載荷試験装置。
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