JP3643765B2 - Centrifugal loading device - Google Patents

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JP3643765B2 JP2000313623A JP2000313623A JP3643765B2 JP 3643765 B2 JP3643765 B2 JP 3643765B2 JP 2000313623 A JP2000313623 A JP 2000313623A JP 2000313623 A JP2000313623 A JP 2000313623A JP 3643765 B2 JP3643765 B2 JP 3643765B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、試験体に遠心力を載荷して各種の試験を行うのに適したものであって、特に、回転駆動手段の容量の小型化を図ることができる遠心力載荷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の一般的な遠心力載荷装置は、円筒形状をしたピット内の中心に支持された回転軸と、この回転軸を回転させるモータと、前記回転軸に水平方向に固定された回転アームと、回転アーム先端に設けたピンを軸として揺動可能に取り付けたバケットとを備えた構成である。
【0003】
このような遠心力載荷装置により試験を行う場合、まず、試験体を前記バケット内に設置し、モータによって回転アームを高速回転させる。これにより、垂下状態のバケットが遠心力により振り上がり、バケットの底面がピットの側面と対向する。また、バケットが振り上げられた状態で回転アームが高速回転することにより、試験体に遠心力が載荷されて重力加速度が加えられる。このとき、実物の1/ N縮尺のモデルを試験体として用いた場合、当該試験体にN倍の重力加速度を加えることで、実物による実験と同じ条件下で実験データを得ることができる。
【0004】
なお、前記試験体としては、例えば試験容器中に実物の1/N縮尺の地盤モデルを収納し、その地盤モデル中に同じく実物の1/N縮尺のシールド掘進機モデル或いは大深度立坑モデルをセットしたものや、試験容器中に実物の1/N縮尺の地盤モデルを収納し、その試験容器に加振装置を取り付けたものなどを挙げることができる。また、この種の遠心力載荷装置としては、特開平10−176972号公報、特開平10−300639号公報などに記載のものが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記遠心力載荷装置は、ピット内において回転アームおよびバケットなどの回転体を高速回転させるものであるから、当該回転体とピットの上面、側面および底面との間で風損抵抗が生じることになる。特に、回転体の先端となるバケットの底面において周速が最大となるため、当該バケットの底面とピットの側面との間で風損抵抗が最大となる。このため、従来の遠心力載荷装置では、かかる風損抵抗を考慮してモータ容量を決定する必要があり、その分、モータ容量が大きくなるという問題点があった。これは、モータ以外の回転駆動手段を用いた場合であっても同様である。
【0006】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータをはじめとする回転駆動手段の容量を小さくできる遠心力載荷装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項1にかかる遠心力載荷装置は、円筒形状のピット内の垂直中心軸上に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、前記回転軸に水平方向に固定された回転アームと、前記回転アームの先端に遠心力により揺動すると共に試験体を搭載するバケットとを備えた遠心力載荷装置において、回転アームの回転によってピットの側面と対向するバケットの底面に、前記バケットの底面と前記ピットの側面との間をシールするシール手段を設けたことを特徴とする。
【0008】
このように、風損抵抗が最大となるバケットの底面とピットの側面との間をシールすることで、バケットの底面とピットの側面との間における風損抵抗を極めて小さくすることができる。このため、回転駆動手段の容量を小型化することが可能となる。なお、回転駆動手段としては、例えばモータやタービンなどを用いることができる。
【0009】
なお、このようなシール手段としては、一縁が前記バケットの底面に固定された複数枚のフレキシブル板で構成したリーフシール(請求項2)や、一端が前記バケットの底面に固定された多数本のフレキシブル線で構成したブラシシール(請求項3)、バケット端部からエアーを噴射することにより形成したエアーカーテン(請求項5)などを挙げることができる。特に、リーフシールやブラシシールによれば、シール手段を簡単に構成できる。
【0010】
また、前記リーフシールまたは前記ブラシシールの外側部分を、前記ピットの側面の円弧に倣った円弧形状とすることで、さらにシール性を向上させることが可能である(請求項4)。さらに、前記シール手段を、回転アームの回転によってバケットの底面に対向するピットの側面に設けるようにしても、上記同様、バケットの底面とピットの側面との間において風損抵抗を極めて小さくすることができる(請求項6)。また、上記構成は、片持ち構造の回転アームに適用することもできる(請求項7)。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0012】
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1にかかる遠心力載荷装置を示す構成図である。この遠心力載荷装置は、基礎に掘設された円筒形状のピット内に設置されている。また、ピット1の上面2、側面3および底面4はコンクリート製であり、その表面は粗面となる。前記ピット1の底面4の中央部には、支持台5が設置されている。この支持台5には、回転軸6の下端が回転可能に支持され、当該回転軸6は、前記ピット1内の垂直中心軸上に配置されている。また、前記支持台5には、モータ7と、このモータ7と前記回転軸との間には設けた減速機その他の回転力伝達機構(図示せず)とから構成される回転駆動手段が設けられている。
【0013】
前記回転軸6のほぼ中間には、回転アーム8が水平方向(回転軸6に対して直交する方向)に固定されている。この回転アーム8は、回転軸6から両方向に延設された両構造であって、回転軸6回りで対称となるようなビームまたはトラス構造をなす。前記回転アーム8の両先端には、バケット9、10がピン11、12によりそれぞれ揺動可能に取り付けられている。前記ピン11、12の軸は、前記回転軸6の垂直中心軸方向および前記回転アーム8の水平延設方向に対して直交する方向に位置する。一方のバケット9には、試験体13が搭載されており、他方のバケット10には、カウンターウエイト14が搭載されている。この結果、回転軸6に対して一方側の回転アーム8、バケット9および試験体13の重量と、他方側の回転アーム8、バケット10およびカウンターウエイト14側の重量のバランスが保たれる。
【0014】
前記バケット9、10は、遠心力載荷装置停止時において、図1中の二点鎖線にて示すように、垂下状態にある。前記試験体13には、試験状態を計測するCCDカメラおよびそのカメラ照明15が設けられている。また、ピット1の上面2には、試験状態を計測するストロボカメラ16が設けられている。このピット1の上面2には、遠心力載荷装置を監視する監視カメラ17およびそのカメラ照明18も設けられている。さらに、ピット1の側面3には、遠心力載荷装置を非常停止させるスイッチ19が設けられている。
【0015】
前記回転軸6のほぼ中間には、電子機器搭載部20が設けられている。この回転軸6の上端とドーム21とには、無線LAN送信アンテナ22と無線LAN受信アンテナ23とが設けられている。このドーム21は、前記ピット1の上面2を構成する上蓋24に設けられている。前記回転軸6の上端には、ロータリージョイント25およびスリップリング26が設けられている。このロータリージョイント25は、外部の油圧供給装置27、試験水供給装置28、エアー源装置29から圧油、試験水、空気を前記試験体13に供給するものである。
【0016】
また、スリップリング26は、外部の制御装置(図示せず)と、前記CCDカメラ15、実物の1/N縮尺の機器モデルとを接続するものである。前記回転アーム8には、自動バランス装置30が内蔵されている。この自動バランス装置30は、モータ31と、当該モータ31の駆動により回転する送りねじ棒32と、その送りねじ棒32の送り作用により進退するバランスウエイト33とから構成されている。以上が一般的な遠心力載荷装置の構造である。
【0017】
つぎに、この発明の遠心力載荷装置では、図2および図3に示すように、バケット9、10の底面にシール手段が設けられている。このシール手段は、複数枚のフレキシブル板、例えば、アルミ薄板などの金属薄板(いわゆる、板バネ)からなるリーフシール34から構成されている。リーフシール34は、図1乃至図3に示すように、複数枚のフレキシブル板をほぼ等間隔に垂直に立て、その一縁を前記両バケット9、10の底面に固定し、他縁をフリーとした構成である。また、このリーフシール34のフリー側の縁(先端)は、前記ピット1の側面3の円弧に倣った円弧形状となる。さらに、遠心力載荷装置の駆動時において、リーフシール34の先端と前記ピット1の側面3との間の隙間(図示せず)がミクロンオーダーで浮上するように、適宜、リーフシールの弾性力や面積などを決定する。
【0018】
つぎに、遠心力載荷装置の作動について説明する。モータ7を駆動することで、回転軸6を介して回転アーム8が回転する。それに伴って、垂下状態の両バケット9、10が遠心力によりピン11、12を中心として振り上がり、両バケット9、10の底面がピット1の側面3と対向する。そして、振り上がった両バケット9、10および回転アーム8などの回転体を引き続き高速回転させ、これによって一方のバケット9に搭載された試験体13に遠心力が載荷され、所定の重力加速度が加えられる。
【0019】
また、回転アームが高速回転することにより、リーフシール34に風圧が加わり、その先端が撓んでピット1の側面3との間にミクロンオーダーの隙間が形成される。このため、ピット1の側面3が粗面であっても、リーフシール34により好適にシールすることが可能になる。
【0020】
このように、この実施の形態1における遠心力載荷装置は、リーフシール34により、風損抵抗が最大となる両バケット9、10の底面とピット1の側面3との間をシールすることができるので、両バケット9、10の底面とピット1の側面3との間の風損抵抗を限りなく小さくすることができる。このため、風損抵抗を従来の遠心力載荷装置と比較して大幅に小さくすることができ、その分、同一の重力加速度が加えられる場合において、モータ7の容量を小型化することが可能となる。また、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間のシールを簡単な構成によって行うことができる。
【0021】
さらに、この実施の形態1におけるリーフシール34は、その先端がピット1の側面3の円弧に倣った円弧形状をなすので、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間のシール性がさらに向上し、風損抵抗をさらに小さくできる。
【0022】
(実施の形態2)
図4および図5は、この発明の実施の形態2にかかる遠心力載荷装置を示す一部構成図である。なお、図中、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。この実施の形態2におけるシール手段は、多数本のフレキシブル線、例えばアルミ細線などの金属細線からなるブラシシール35から構成されている。このブラシシール35は、多数本(無数)のフレキシブル細線の一端を両バケット9、10の底面に固定し、その他端をフリーにしたものである。また、このブラシシール35のフリー側の端(先端)は、ピット1の側面3の円弧に倣った円弧形状をなす。さらに、遠心力載荷装置の駆動時において、リーフシール34の先端と前記ピット1の側面3との間の隙間(図示せず)がミクロンオーダーで浮上するように、適宜、リーフシールの弾性力や面積などを決定する。このようにブラシシール35を用いるようにしても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
【0023】
(実施の形態3)
図6および図7は、この発明の実施の形態3にかかる遠心力載荷装置を示す一部構成図である。なお、図中、実施の形態1と同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態3におけるシール手段は、エアー噴射機構36により形成されたエアーカーテン37(図6中の実線矢印にて示す)から構成されている。すなわち、前記エアー噴射機構36は、前記両バケット9、10に搭載されたコンプレッサ38と、前記両バケット9、10の底面に垂直方向に形成された噴射口39と、その噴射口39とコンプレッサ38との間に設けたエアー供給路40とから構成されている。なお、前記噴射口39は、回転方向に対して垂直な方向に細長いスリット形状をなす。また、このスリットを同図に示した方向から若干傾けて形成するようにしてもよい。
【0024】
前記コンプレッサ38を駆動させると、圧縮エアーがエアー供給路40を経て噴射口39からピット1の側面3に噴射され、両バケット9、10の底面とピット1の側面3との間にエアーカーテン37が形成される。このために、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間は、エアーカーテン37により好適にシールされることとなる。
【0025】
例えば、バケット9、10の底面の周速が20m/s〜40m/sの場合、噴射口39からの圧縮エアーの噴射速度を200m/sとすれば、そのエアーカーテン37により、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間は好適にシールされることが理論上および実験上判明されている。そして、噴射口39からの圧縮エアーの噴射速度を200m/sとするには、噴射口39の幅を10mmとすればよく、当該幅にて前記速度を得るためには小さなコンプレッサ圧力(例えば、2〜3kg/cm2 )のコンプレッサ38で十分である。なお、コンプレッサ38を使用せずに、ロータリージョイント25を介して外部のエアー源装置29と前記噴射口39とを連結してもよい。このようにエアーカーテン37のシール手段を用いるようにしても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
【0026】
(実施の形態4)
図8は、この発明の実施の形態4にかかる遠心力載荷装置を示す一部構成図である。なお、図中、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この遠心力載荷装置は、バケット9、10の底面と対向する前記ピット1の側面3に、複数枚のフレキシブル板、例えばアルミ薄板などの金属薄板(いわゆる、板バネ)からなるリーフシール41を設けた点に特徴がある。このリーフシール41は、複数枚のフレキシブル板をほぼ等間隔に垂直に立て、その一縁を前記ピット1の側面3に固定し、その他縁(先端)をフリーとなした構成である。かかる構成によっても、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間を好適にシールすることができるから、上記実施の形態1の遠心力載荷装置とほぼ同様の効果を得ることができる。
【0027】
(実施の形態5)
図9は、この発明の実施の形態5にかかる遠心力載荷装置を示す一部構成図である。なお、図中、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この遠心力載荷装置は、バケット9、10の底面と対向する前記ピット1の側面3に、多数本のフレキシブル線、例えばアルミ細線などの金属細線からなるブラシシール42を設けた点に特徴がある。このブラシシール42は、多数本(無数)のフレキシブル細線の一端をピット1の側面3に固定し、その他端(先端)をフリーとした構成である。かかる構成によっても、バケット9、10の底面とピット1の側面3との間を好適にシールすることができるから、上記実施の形態1の遠心力載荷装置とほぼ同様の効果を得ることができる。
【0028】
(実施の形態6)
図10は、この発明の実施の形態5にかかる遠心力載荷装置を示す一部構成図である。この遠心力載荷装置は、回転アーム43が回転軸6から一方向に延設された片持ち構造である。前記回転アーム43の延設された先端には、試験体13を搭載するバケット9がピン11により揺動可能に取り付けられている。このバケット9の底面には、例えばリーフシール34が設けられている。また、前記回転アーム43の他端には、カウンターウエイト44が取り付けられている。
【0029】
この遠心力載荷装置によれば、片側の回転アーム8が省略されている分、風損抵抗を小さくできるから、モータの容量をさらに小さくすることができる。なお、上記遠心力載荷装置では、バケット9の底面にリーフシール34を設けたが、これの代わりに、ブラシシール35またはエアー噴射機構36を設けるようにしてもよい。また、バケット9の底面に設けたリーフシール34、ブラシシール35の先端を、ピット1の側面3の円弧に倣った円弧形状としてもよい。さらに、バケット9の底面にエアーシール手段を設ける代わりに、ピット1の側面3にエアーシール手段(リーフシール41、ブラシシール42)を設けてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の遠心力載荷装置(請求項1)では、回転アームの回転によってピットの側面と対向するバケットの底面に、シール手段を設けることで、風損抵抗が最大となるバケットの底面とピットの側面との間をシールすることができる。このため、バケットの底面とピットの側面との間において、風損抵抗を極めて小さくすることができ、回転駆動手段の容量を小型化することができる。また、シール手段をピット側面に設けた場合でも、同様の効果を得ることができる(請求項6)。
【0031】
また、シール手段として、一縁が前記バケットの底面に固定された複数枚のフレキシブル板で構成したリーフシール(請求項2)や、一端が前記バケットの底面に固定された多数本のフレキシブル線で構成したブラシシール(請求項3)、バケット端部からエアーを噴射することにより形成したエアーカーテン(請求項5)などを用いることができ、特に、リーフシールやブラシシールによれば、シール手段を簡単に構成できる。
【0032】
また、前記リーフシールまたは前記ブラシシールの外側部分を、前記ピットの側面の円弧に倣った円弧形状とすることで、さらにシール性を向上させることが可能である(請求項4)。また、これらの構成は、片持ち構造の回転アームに適用することもできる(請求項7)。片持ち構造の回転アームの場合には、さらに風損抵抗を小さくできるから、回転駆動手段の容量をさらに小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態1を示した全体概略側面図である。
【図2】実施の形態1の図1における駆動時のA矢視図である。
【図3】実施の形態1の図1における停止時のB矢視図である。
【図4】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態2を示し、駆動時の図1におけるA矢視図である。
【図5】実施の形態2の図1における停止時のB矢視図である。
【図6】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態3を示し、駆動時の図1におけるA矢視図である。
【図7】実施の形態3の図1における停止時のB矢視図である。
【図8】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態4を示し、駆動時の図1におけるA矢視図である。
【図9】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態5を示し、駆動時の図1におけるA矢視図である。
【図10】この発明の遠心力載荷装置の実施の形態6を示した全体概略側面図である。
【符号の説明】
1 ピット
3 側面
6 回転軸
7 モータ(回転駆動手段)
8 回転アーム(両構造)
9、10 バケット
11、12 ピン
13 試験体
34、41 リーフシール(シール手段)
35、42 ブラシシール(シール手段)
36 エアー噴射機構
37 エアーカーテン
43 回転アーム(片構造)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is suitable for carrying out various tests by loading a test object with a centrifugal force, and particularly relates to a centrifugal force loading device capable of reducing the capacity of a rotational drive means.
[0002]
[Prior art]
A conventional general centrifugal loading device includes a rotating shaft supported at the center of a cylindrical pit, a motor for rotating the rotating shaft, a rotating arm fixed to the rotating shaft in a horizontal direction, And a bucket attached so as to be swingable around a pin provided at the tip of the rotary arm.
[0003]
When performing a test with such a centrifugal loading device, first, a test body is installed in the bucket, and the rotating arm is rotated at a high speed by a motor. Thereby, the hanging bucket is swung up by centrifugal force, and the bottom surface of the bucket faces the side surface of the pit. Further, when the rotating arm rotates at a high speed while the bucket is swung up, a centrifugal force is loaded on the test body and a gravitational acceleration is applied. At this time, when a 1 / N scale model of a real object is used as a test object, experimental data can be obtained under the same conditions as those of the actual experiment by applying N times gravity acceleration to the test object.
[0004]
As the test body, for example, an actual 1 / N scale ground model is stored in a test container, and the actual 1 / N scale shield machine model or deep shaft model is set in the ground model. Or an actual 1 / N scale ground model stored in a test container and a vibration device attached to the test container. Further, as this type of centrifugal force loading device, those described in JP-A-10-176972, JP-A-10-300639, and the like are known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the centrifugal force loading device rotates a rotating body such as a rotating arm and a bucket at high speed in the pit, windage resistance is generated between the rotating body and the top, side and bottom surfaces of the pit. . In particular, since the peripheral speed becomes maximum at the bottom surface of the bucket that is the tip of the rotating body, the windage resistance becomes maximum between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit. For this reason, in the conventional centrifugal loading device, it is necessary to determine the motor capacity in consideration of such windage resistance, and there is a problem that the motor capacity increases correspondingly. This is the same even when a rotational drive means other than a motor is used.
[0006]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a centrifugal force loading device capable of reducing the capacity of a rotation driving means such as a motor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a centrifugal force loading device according to claim 1 is a rotating shaft that is rotatably supported on a vertical central axis in a cylindrical pit, and a rotation driving unit that rotates the rotating shaft. A centrifugal loading device comprising: a rotary arm fixed in a horizontal direction to the rotary shaft; and a bucket that swings due to centrifugal force at a tip of the rotary arm and mounts a test specimen. Sealing means for sealing between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit is provided on the bottom surface of the bucket facing the side surface of the pit .
[0008]
In this way, by sealing between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit where the windage resistance becomes maximum, the windage resistance between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit can be extremely reduced. For this reason, it becomes possible to reduce the capacity | capacitance of a rotational drive means. In addition, as a rotational drive means, a motor, a turbine, etc. can be used, for example.
[0009]
In addition, as such a sealing means, a leaf seal (Claim 2) constituted by a plurality of flexible plates having one edge fixed to the bottom surface of the bucket, or a plurality of ones having one end fixed to the bottom surface of the bucket. The brush seal (Claim 3) constituted by the flexible wire, the air curtain (Claim 5) formed by jetting air from the bucket end, and the like. In particular, according to the leaf seal or the brush seal, the sealing means can be easily configured.
[0010]
Further, it is possible to further improve the sealing performance by forming the outer portion of the leaf seal or the brush seal into an arc shape that follows the arc of the side surface of the pit. Further, even if the sealing means is provided on the side surface of the pit facing the bottom surface of the bucket by the rotation of the rotating arm, the windage resistance between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit is extremely reduced as described above. (Claim 6). Moreover, the said structure can also be applied to the rotating arm of a cantilever structure (Claim 7).
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0012]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a centrifugal loading device according to Embodiment 1 of the present invention. This centrifugal force loading device is installed in a cylindrical pit dug in the foundation. Moreover, the upper surface 2, the side surface 3, and the bottom surface 4 of the pit 1 are made of concrete, and the surface thereof is rough. A support base 5 is installed at the center of the bottom surface 4 of the pit 1. The lower end of the rotary shaft 6 is rotatably supported on the support base 5, and the rotary shaft 6 is disposed on the vertical center axis in the pit 1. Further, the support 5 is provided with a rotation driving means comprising a motor 7 and a reduction gear or other rotational force transmission mechanism (not shown) provided between the motor 7 and the rotation shaft. It has been.
[0013]
A rotating arm 8 is fixed in a horizontal direction (a direction orthogonal to the rotating shaft 6) at substantially the middle of the rotating shaft 6. The rotating arm 8 has both structures extending from the rotating shaft 6 in both directions, and forms a beam or truss structure that is symmetrical about the rotating shaft 6. Buckets 9 and 10 are swingably attached to both ends of the rotary arm 8 by pins 11 and 12, respectively. The axes of the pins 11 and 12 are located in a direction perpendicular to the vertical central axis direction of the rotating shaft 6 and the horizontal extending direction of the rotating arm 8. A test body 13 is mounted on one bucket 9, and a counterweight 14 is mounted on the other bucket 10. As a result, a balance is maintained between the weights of the rotary arm 8, the bucket 9 and the test body 13 on the one side with respect to the rotary shaft 6 and the weights of the rotary arm 8, the bucket 10 and the counterweight 14 on the other side.
[0014]
The buckets 9 and 10 are in a suspended state as indicated by a two-dot chain line in FIG. 1 when the centrifugal force loading device is stopped. The test body 13 is provided with a CCD camera for measuring the test state and its camera illumination 15. Further, a strobe camera 16 for measuring the test state is provided on the upper surface 2 of the pit 1. On the upper surface 2 of the pit 1, a monitoring camera 17 for monitoring the centrifugal loading device and its camera illumination 18 are also provided. Further, a switch 19 is provided on the side surface 3 of the pit 1 to make an emergency stop of the centrifugal force loading device.
[0015]
An electronic device mounting portion 20 is provided substantially in the middle of the rotating shaft 6. A wireless LAN transmitting antenna 22 and a wireless LAN receiving antenna 23 are provided at the upper end of the rotating shaft 6 and the dome 21. The dome 21 is provided on the upper lid 24 constituting the upper surface 2 of the pit 1. A rotary joint 25 and a slip ring 26 are provided at the upper end of the rotating shaft 6. The rotary joint 25 supplies pressure oil, test water, and air from the external hydraulic pressure supply device 27, test water supply device 28, and air source device 29 to the test body 13.
[0016]
The slip ring 26 connects an external control device (not shown) to the CCD camera 15 and a real 1 / N scale device model. An automatic balance device 30 is built in the rotating arm 8. The automatic balance device 30 includes a motor 31, a feed screw rod 32 that rotates by driving the motor 31, and a balance weight 33 that moves forward and backward by the feed action of the feed screw rod 32. The above is the structure of a general centrifugal loading device.
[0017]
Next, in the centrifugal force loading device of the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, sealing means is provided on the bottom surfaces of the buckets 9 and 10. The sealing means includes a leaf seal 34 made of a plurality of flexible plates, for example, metal thin plates (so-called leaf springs) such as aluminum thin plates. As shown in FIGS. 1 to 3, the leaf seal 34 is configured such that a plurality of flexible plates are erected vertically at almost equal intervals, one edge is fixed to the bottom surfaces of the buckets 9 and 10, and the other edge is free. This is the configuration. The free side edge (tip) of the leaf seal 34 has an arc shape that follows the arc of the side surface 3 of the pit 1. Further, when the centrifugal force loading device is driven, the elastic force of the leaf seal is appropriately adjusted so that a gap (not shown) between the tip of the leaf seal 34 and the side surface 3 of the pit 1 is floated on the order of microns. Determine the area.
[0018]
Next, the operation of the centrifugal loading device will be described. By driving the motor 7, the rotary arm 8 rotates via the rotary shaft 6. Along with this, the suspended buckets 9 and 10 are swung up around the pins 11 and 12 by centrifugal force, and the bottom surfaces of both buckets 9 and 10 face the side surface 3 of the pit 1. Then, the rotating bodies such as the buckets 9 and 10 and the rotating arm 8 that have been swung up are continuously rotated at high speed, whereby a centrifugal force is loaded on the test body 13 mounted on one of the buckets 9 and a predetermined gravitational acceleration is applied. It is done.
[0019]
Further, when the rotary arm rotates at a high speed, wind pressure is applied to the leaf seal 34, and the tip thereof is bent to form a micron-order gap with the side surface 3 of the pit 1. For this reason, even if the side surface 3 of the pit 1 is a rough surface, it can be suitably sealed by the leaf seal 34.
[0020]
As described above, the centrifugal force loading device according to the first embodiment can seal between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 where the windage resistance is maximized and the side surface 3 of the pit 1 by the leaf seal 34. Therefore, the windage resistance between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 can be reduced as much as possible. For this reason, the windage resistance can be significantly reduced as compared with the conventional centrifugal loading device, and accordingly, the capacity of the motor 7 can be reduced when the same gravity acceleration is applied. Become. Further, the seal between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 can be performed with a simple configuration.
[0021]
Further, the leaf seal 34 according to the first embodiment has an arc shape whose tip follows the arc of the side surface 3 of the pit 1, so that the sealing performance between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 is achieved. Can be further improved, and wind resistance can be further reduced.
[0022]
(Embodiment 2)
4 and 5 are partial configuration diagrams showing a centrifugal loading device according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The sealing means in the second embodiment is constituted by a brush seal 35 made of a plurality of flexible wires, for example, metal fine wires such as aluminum fine wires. The brush seal 35 is configured such that one end of a large number (numerous) flexible thin wires is fixed to the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the other end is free. Further, the free end (tip) of the brush seal 35 has an arc shape that follows the arc of the side surface 3 of the pit 1. Further, when the centrifugal force loading device is driven, the elastic force of the leaf seal is appropriately adjusted so that a gap (not shown) between the tip of the leaf seal 34 and the side surface 3 of the pit 1 is floated on the order of microns. Determine the area. Even if the brush seal 35 is used in this way, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0023]
(Embodiment 3)
6 and 7 are partial configuration diagrams showing a centrifugal loading device according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The sealing means in the third embodiment is composed of an air curtain 37 (shown by a solid line arrow in FIG. 6) formed by an air injection mechanism 36. That is, the air injection mechanism 36 includes a compressor 38 mounted on the buckets 9, 10, an injection port 39 formed in a vertical direction on the bottom surfaces of the buckets 9, 10, and the injection port 39 and the compressor 38. And an air supply path 40 provided between the two. The injection port 39 has an elongated slit shape in a direction perpendicular to the rotation direction. Further, the slit may be formed slightly inclined from the direction shown in FIG.
[0024]
When the compressor 38 is driven, compressed air is injected from the injection port 39 to the side surface 3 of the pit 1 through the air supply path 40, and the air curtain 37 is interposed between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1. Is formed. For this reason, the space between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 is suitably sealed by the air curtain 37.
[0025]
For example, when the peripheral speed of the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 is 20 m / s to 40 m / s, if the injection speed of the compressed air from the injection port 39 is set to 200 m / s, the air curtain 37 causes the buckets 9 and 10 to It has been theoretically and experimentally found that a good seal is provided between the bottom surface of the pit and the side surface 3 of the pit 1. In order to set the jet speed of the compressed air from the jet port 39 to 200 m / s, the width of the jet port 39 may be set to 10 mm. In order to obtain the speed at the width, a small compressor pressure (for example, A compressor 38 of 2 to 3 kg / cm 2 suffices. Note that the external air source device 29 and the injection port 39 may be connected via the rotary joint 25 without using the compressor 38. Thus, even when the sealing means of the air curtain 37 is used, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0026]
(Embodiment 4)
FIG. 8: is a partial block diagram which shows the centrifugal force loading apparatus concerning Embodiment 4 of this invention. In addition, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as Embodiment 1, and the description is abbreviate | omitted. In this centrifugal force loading device, a leaf seal 41 made of a plurality of flexible plates, for example, metal thin plates such as aluminum thin plates (so-called leaf springs) is provided on the side surface 3 of the pit 1 facing the bottom surfaces of the buckets 9 and 10. There is a feature in the point. The leaf seal 41 has a configuration in which a plurality of flexible plates are vertically set at substantially equal intervals, one edge thereof is fixed to the side surface 3 of the pit 1 and the other edge (tip) is free. Also with such a configuration, the space between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 can be suitably sealed, so that substantially the same effect as the centrifugal force loading device of the first embodiment can be obtained. .
[0027]
(Embodiment 5)
FIG. 9: is a partial block diagram which shows the centrifugal loading apparatus concerning Embodiment 5 of this invention. In addition, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as Embodiment 1, and the description is abbreviate | omitted. This centrifugal force loading device is characterized in that a brush seal 42 made of a plurality of flexible wires, for example, metal fine wires such as aluminum fine wires, is provided on the side surface 3 of the pit 1 facing the bottom surfaces of the buckets 9 and 10. . The brush seal 42 is configured such that one end of a large number (numerous) flexible thin wires is fixed to the side surface 3 of the pit 1 and the other end (tip) is free. Also with such a configuration, the space between the bottom surfaces of the buckets 9 and 10 and the side surface 3 of the pit 1 can be suitably sealed, so that substantially the same effect as the centrifugal force loading device of the first embodiment can be obtained. .
[0028]
(Embodiment 6)
FIG. 10: is a partial block diagram which shows the centrifugal force loading apparatus concerning Embodiment 5 of this invention. This centrifugal force loading device has a cantilever structure in which a rotating arm 43 is extended from the rotating shaft 6 in one direction. A bucket 9 on which the test body 13 is mounted is attached to a tip of the rotating arm 43 so as to be swingable by a pin 11. For example, a leaf seal 34 is provided on the bottom surface of the bucket 9. A counterweight 44 is attached to the other end of the rotating arm 43.
[0029]
According to this centrifugal force loading device, the windage resistance can be reduced as much as the one-side rotary arm 8 is omitted, so that the capacity of the motor can be further reduced. In the centrifugal loading device, the leaf seal 34 is provided on the bottom surface of the bucket 9, but a brush seal 35 or an air injection mechanism 36 may be provided instead. Alternatively, the tips of the leaf seal 34 and the brush seal 35 provided on the bottom surface of the bucket 9 may have an arc shape that follows the arc of the side surface 3 of the pit 1. Furthermore, instead of providing air seal means on the bottom surface of the bucket 9, air seal means (leaf seal 41, brush seal 42) may be provided on the side surface 3 of the pit 1.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the centrifugal load device according to the present invention (Claim 1), the windage resistance is maximized by providing the sealing means on the bottom surface of the bucket facing the side surface of the pit by the rotation of the rotary arm. It is possible to seal between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit. For this reason, the windage resistance can be made extremely small between the bottom surface of the bucket and the side surface of the pit, and the capacity of the rotation driving means can be reduced. Even when the sealing means is provided on the side surface of the pit, the same effect can be obtained (claim 6).
[0031]
Further, as a sealing means, a leaf seal (Claim 2) constituted by a plurality of flexible plates having one edge fixed to the bottom surface of the bucket, or a plurality of flexible wires having one end fixed to the bottom surface of the bucket. The constructed brush seal (Claim 3), an air curtain (Claim 5) formed by injecting air from the bucket end, etc. can be used. Easy to configure.
[0032]
Further, it is possible to further improve the sealing performance by forming the outer portion of the leaf seal or the brush seal into an arc shape that follows the arc of the side surface of the pit. These configurations can also be applied to a rotating arm having a cantilever structure (claim 7). In the case of a rotating arm having a cantilever structure, the windage resistance can be further reduced, so that the capacity of the rotation driving means can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic side view showing Embodiment 1 of a centrifugal force loading device of the present invention.
FIG. 2 is a view as seen from an arrow A during driving in FIG. 1 of the first embodiment.
FIG. 3 is a view taken in the direction of an arrow B in FIG.
FIG. 4 shows a centrifugal loading device according to a second embodiment of the present invention, and is a view taken along arrow A in FIG. 1 during driving.
FIG. 5 is a view as seen from an arrow B in FIG.
6 shows Embodiment 3 of the centrifugal force loading device of the present invention, and is a view taken along arrow A in FIG. 1 during driving. FIG.
7 is a view as seen from the direction of arrow B in FIG.
8 shows a centrifugal loading device according to a fourth embodiment of the present invention, and is a view taken along arrow A in FIG. 1 during driving.
FIG. 9 shows a centrifugal force loading device according to a fifth embodiment of the present invention, and is a view taken along arrow A in FIG. 1 during driving.
FIG. 10 is an overall schematic side view showing a sixth embodiment of the centrifugal force loading device of the invention.
[Explanation of symbols]
1 Pit 3 Side 6 Rotating shaft 7 Motor (Rotation drive means)
8 Rotating arm (both structures)
9, 10 Bucket 11, 12 Pin 13 Specimen 34, 41 Leaf seal (sealing means)
35, 42 Brush seal (sealing means)
36 Air injection mechanism 37 Air curtain 43 Rotating arm (single structure)

Claims (9)

円筒形状のピット内の垂直中心軸上に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、前記回転軸に水平方向に固定された回転アームと、前記回転アームの先端に遠心力により揺動すると共に試験体を搭載するバケットとを備えた遠心力載荷装置において、
回転アームの回転によってピットの側面と対向するバケットの底面に、前記バケットの底面と前記ピットの側面との間をシールするシール手段を設けたことを特徴とする遠心力載荷装置。
A rotating shaft rotatably supported on a vertical central axis in a cylindrical pit, a rotation driving means for rotating the rotating shaft, a rotating arm fixed to the rotating shaft in a horizontal direction, and In the centrifugal force loading device provided with a bucket that swings at the tip due to centrifugal force and carries a test specimen,
The bottom surface of the bucket opposed to the side of the pit by the rotation of the rotating arm, the sealing means for sealing between the side surface of said the bottom surface of the bucket pit, centrifugal force loading apparatus characterized by comprising.
前記シール手段は、一縁が前記バケットの底面に固定された複数枚のフレキシブル板で構成したリーフシールであることを特徴とする請求項1に記載の遠心力載荷装置。  The centrifugal loading device according to claim 1, wherein the sealing means is a leaf seal composed of a plurality of flexible plates, one edge of which is fixed to the bottom surface of the bucket. 前記シール手段は、一端が前記バケットの底面に固定された多数本のフレキシブル線で構成したブラシシールであることを特徴とする請求項1に記載の遠心力載荷装置。  2. The centrifugal force loading device according to claim 1, wherein the sealing means is a brush seal composed of a plurality of flexible wires, one end of which is fixed to the bottom surface of the bucket. 前記リーフシールまたは前記ブラシシールの外側部分を、前記ピットの側面の円弧に倣った円弧形状としたことを特徴とする請求項2または3に記載の遠心力載荷装置。  The centrifugal force loading device according to claim 2 or 3, wherein an outer portion of the leaf seal or the brush seal has an arc shape that follows an arc of a side surface of the pit. 前記シール手段は、前記バケット端部からエアーを噴射することにより形成したエアーカーテンであることを特徴とする請求項1に記載の遠心力載荷装置。  The centrifugal loading device according to claim 1, wherein the sealing means is an air curtain formed by injecting air from the bucket end. 円筒形状のピット内の垂直中心軸上に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、前記回転軸に水平方向に固定された回転アームと、前記回転アームの先端に遠心力により揺動すると共に試験体を搭載するバケットとを備えた遠心力載荷装置において、
回転アームの回転によってバケットの底面に対向するピットの側面に、前記バケットの底面と前記ピットの側面との間をシールするシール手段を設けたことを特徴とする遠心力載荷装置。
A rotating shaft rotatably supported on a vertical central axis in a cylindrical pit, a rotation driving means for rotating the rotating shaft, a rotating arm fixed to the rotating shaft in a horizontal direction, and In the centrifugal force loading device provided with a bucket that swings at the tip due to centrifugal force and carries a test specimen,
The sides of the pit which faces the bottom surface of the bucket by the rotation of the rotating arm, the sealing means for sealing between the side surface of said the bottom surface of the bucket pit, centrifugal force loading apparatus characterized by comprising.
前記シール手段は、一縁が前記ピットの側面に固定された複数枚のフレキシブル板で構成したリーフシールであることを特徴とする請求項6に記載の遠心力載荷装置。The centrifugal force loading device according to claim 6, wherein the sealing means is a leaf seal composed of a plurality of flexible plates, one edge of which is fixed to a side surface of the pit. 前記シール手段は、一端が前記ピットの側面に固定された多数本のフレキシブル線で構成したブラシシールであることを特徴とする請求項6に記載の遠心力載荷装置。The centrifugal force loading device according to claim 6, wherein the sealing means is a brush seal composed of a plurality of flexible wires, one end of which is fixed to a side surface of the pit. 前記回転アームは、前記回転軸から一方向に延設された片持ち構造であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の遠心力載荷装置。The rotary arm, centrifugal force loading device according to any one of claims 1-8, characterized in that the said rotary shaft is a cantilever structure that extends in one direction.
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