JP3731291B2 - 2軸載荷試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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、例えば図6に示すような2軸載荷試験装置が知られている。図6に示すように、2軸載荷試験装置は、基部52と紙面に垂直方向の両端が支持枠に固定されているクロスヨーク53とを有し、クロスヨーク53に垂直負荷用の油圧シリンダ54が設置され、油圧シリンダ54のラムロッドには不図示の球座を介して負荷ヨーク56が接続されている。この負荷ヨーク56の左右端(紙面の垂直方向の両端)は不図示の支柱枠に鉛直スライドガイドを介して支持されている。負荷ヨーク56の下面には水平方向に移動可能にスライドベアリング58を介して上部圧盤59が設けられている。上部圧盤59の下面には上面盤60が設けられている。基部52には水平スライドベアリング61を介して下部圧盤62が設けられ、この下部圧盤62の上面に下面盤63が設けられている。供試体51は上下面盤60,63にボルトナットなどで固定される。上下圧盤59,62は水平スライドベアリング58,61により図6の左右方向に移動される。
【0003】
上部および下部圧盤59,62にはそれぞれブラケット64,65が設けられ、両ブラケット64,65には水平負荷用油圧シリンダ66の両端が接続されて、油圧シリンダ66の伸縮により両ブラケット64,65間の距離が変化する。
【0004】
そして、上部圧盤59を負荷ヨーク56により鉛直方向に押動して供試体51に圧縮荷重を負荷し、その状態で、油圧シリンダ66を伸縮させて上下圧盤59,62を水平方向に相対的に往復移動させる。そのとき、油圧シリンダ66の変位量を変位計で測定するとともに、負荷ヨーク56に設けられたロードセルにより負荷荷重を測定し、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51の剪断変形による損失エネルギを評価する。
【0005】
【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、上部圧盤59に取り付けられたブラケット64が、負荷ヨーク56による供試体51への荷重軸線からずれているため、水平方向の圧縮負荷分布に不釣り合いが生じてしまい、その結果、供試体51の剪断力を正確に測定することができなくなってしまう。この場合、ブラケット64を供試体51への荷重軸線と一致させた位置に取り付けることが考えられるが、ブラケット64が邪魔となり、試験中の供試体51を観察しづらくなってしまう。さらに、ブラケット64を供試体51への荷重軸線と一致させた位置に取り付けても、圧盤が水平方向に移動すると、ブラケット64の取付位置が供試体51の荷重軸線とずれるため、同様に水平方向の圧縮負荷分布に不釣り合いが生じてしまう。
【0006】
本発明の目的は、水平方向の圧縮負荷分布に不釣り合いを生じることなく、正確に剪断試験を行うことができる2軸載荷試験装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図1〜図3を参照して説明すると、請求項1の発明は、上下一対の圧盤19,22に保持された供試体1に軸力を負荷する軸力負荷手段14A〜14C,16と、供試体1に軸力を作用させたまま、上下一対の圧盤19,22を相対移動させて軸力に直交する剪断力を繰り返し負荷する、上下一対の圧盤19,22の略釣合中心位置にブラケット24A,24Bを介してそれぞれ設けられた剪断負荷手段26A,26Bとを具備した2軸載荷試験装置に適用され、上圧盤19を支持する支持手段7A,7Bと、 剪断力の負荷時に供試体1に作用する圧縮荷重の不釣り合いを、剪断負荷手段26A,26Bによる上下一対の圧盤19,22の相対移動に応じて支持手段7A,7Bによる上圧盤19の支持力を変化させて除去する除去手段40,43,44を備えたことにより上記目的を達成する。
【0008】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本実施の形態に係る2軸載荷試験装置の構成を示す正面図、図2は図1のI−I線断面における概略図である。図1および図2に示すように、本実施の形態に係る2軸載荷試験装置は、基部12に3本の支柱11A〜11Cが立設され、支柱11A〜11Cの上部にはクロスヨーク13が取り付けられて負荷枠を構成している。クロスヨーク13には垂直負荷用の油圧シリンダ14A〜14Cが設置され、油圧シリンダ14A〜14Cのラムロッドには球座15A〜15C(15A,15Cのみ図示)およびロードセル9A〜9C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の左右端は不図示の鉛直スライドガイドを介して支柱11A〜11Cに支持されている。負荷ヨーク16の下面にはスライドベアリング18を介して上部圧盤19が水平方向に移動可能に設けられている。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21を介して下部圧盤22が水平方向に移動可能に設けられ、この下部圧盤22の上面には下面盤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。
【0010】
ここで、下面盤23の下面にはローラ23Aが取り付けられており、試験前は基部12に隣接して設けられた架台32上に載置されている。そして、試験時においては、引張シリンダ30を伸張させて下面盤23に取り付けられた係止部31に引張シリンダ30の先端30Aを係止させ、その後、引張シリンダ30を収縮して下面盤23を下部圧盤22上に取り付けられたレール22Aに沿って試験位置に移動させる。そして試験位置において、不図示の固定手段により下面盤23を下部圧盤22に固定するものである。
【0011】
上部圧盤19にはブラケット24A,24Bが、下部圧盤22にはブラケット25A,25Bがそれぞれ取り付けられており、両ブラケット24A,24B,25A,25Bには水平負荷用油圧シリンダ26A,26Bの両端が回転可能に接続されている。このため、図5の模式図に示すように、上圧盤19には水平負荷用油圧シリンダ26A,26Bの自重分が負荷軸から偏心して作用することとなる。そして、油圧シリンダ26A,26Bを伸縮させることにより両ブラケット24A,24B,25A,25B間の距離が変化する。なお、この際、ブラケット24A,24Bは、図1において、荷重軸線(中心線)から右側には移動しないように、油圧シリンダ26A,26Bのストロークが設定される。
【0012】
負荷ヨーク16とクロスヨーク13との間には、2本のバランスシリンダ7A,7Bが取り付けられている。バランスシリンダ7A,7Bは、そのシリンダ部の端部がクロスヨーク13に、ロッド部の端部が負荷ヨーク16に固定される。バランスシリンダ7A,7Bは上述した上圧盤19に作用する偏心荷重を除去するものであるが、本実施の形態では試験中において供試体1が変形しても、ブラケット24A,24Bの位置が変わっても、その支持力は常に一定状態となるように不図示の油圧コントローラによりシリンダ推力が制御される。
【0013】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。
まず、架台32上に下面盤23を載置し、この下面盤23の上に供試体1を固定する。次いで、引張シリンダ30を伸張して先端30Aを下面盤23の係止部31に係止した後、引張シリンダ30を収縮し、下面盤23を下部圧盤22上に取り付けられたレール22Aに沿って試験位置に移動させる。そして試験位置において、不図示の固定手段により下面盤23を下部圧盤22に固定するとともに、供試体1を上面盤20に固定する。
【0014】
次いで、油圧シリンダ14A〜14Cを駆動して、上部圧盤19により供試体1を負荷する。ロードセル9A〜9Cは負荷荷重を検出し、この負荷荷重が所定の値となるように油圧シリンダ14A〜14Cが駆動される。そして、水平負荷用油圧シリンダ26A,26Bを所定の周波数により伸縮させることにより、上下圧盤19,22のブラケット24A,24B,25A,25Bの間隔を変更させて供試体1に周期的に剪断力を負荷する。
【0015】
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26A,26Bの負荷変動および変位量をロードセル9A〜9Cおよび不図示のストローク計により検出する。
【0016】
本実施の形態においては、ブラケット24A,24Bが中心線から左側に取り付けられているため、試験中においては、上圧盤19に作用する偏心荷重により常に供試体1の左半分に負荷が偏ることとなる。
【0017】
本実施の形態においては、バランスシリンダ7A,7Bにより、負荷ヨーク16に対して常に上方へ向かう支持力を作用させて、不釣り合いを生じないようにする。すなわち、負荷荷重の不釣り合い量を、バランスシリンダ7A,7Bにより負荷ヨーク16を支持することにより打ち消して、供試体1の圧縮負荷分布の不釣り合いをなくすようにしたものである。
【0018】
このように、軸力をかけながら上下圧盤19,22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軸載荷試験を行う際、バランスシリンダ7A,7Bにより、供試体1に生じる圧縮負荷分布の不釣り合い量を除去することにより、供試体1に不所望な圧縮荷重を発生させずに試験を行うことが可能となり、測定精度が向上する。
【0019】
なお、上記実施の形態においては、バランスシリンダ7A,7Bにより一定の支持力を負荷ヨーク16に作用させているが、油圧シリンダ26A,26Bのストロークに応じて上圧盤19に作用する偏心荷重の作用点が変化すると圧縮負荷の不釣り合いも変化するため、油圧シリンダ26A,26Bのストロークに応じてバランスシリンダ7A,7Bによる支持力を変化させてもよい。図4は、油圧シリンダ26A,26Bのストロークに応じて、バランスシリンダ7A,7Bによる支持力を変化させる油圧回路の構成を示す図である。バランスシリンダ7A,7Bのボトム室およびロッド室はサーボ弁40の二次側と接続され、サーボ弁40の一次側には油圧ポンプ41とタンク42とが接続されている。サーボ弁40のソレノイド部40sにはCPUなどからなる制御回路43が接続されている。制御回路43には油圧シリンダ26A,26Bのストロークを検出するストローク計44が接続されており、このストローク計44からの信号に基づいて、制御回路43はサーボ弁40の開度を変更して、バランスシリンダ7A,7Bによる支持力を変化させる。
【0020】
そして、油圧シリンダ26A,26Bが最も左にストロークした状態においては圧縮負荷の不釣り合い量が最も大きくなるため、制御回路43はバランスシリンダ7A,7Bによる支持力が最大となるようにソレノイド部40sを励磁してサーボ弁40の開度を調節する。一方、油圧シリンダ26A,26Bが右にストロークするにつれて圧縮負荷の不釣り合い量は徐々に小さくなり、最も右にストロークした状態においては、圧縮負荷の不釣り合い量が最小となる。この間、制御回路43はソレノイド部40sを励磁してサーボ弁40の開度を調節してバランスシリンダ7A,7Bによる支持力を徐々に小さくする。逆に、油圧シリンダ26A,26Bが左にストロークするにつれて不釣り合い量は徐々に大きくなるため、この間、制御回路43はソレノイド部40sを励磁してサーボ弁40の開度を調節してバランスシリンダ7A,7Bによる支持力を徐々に大きくする。
【0021】
このように、油圧シリンダ26A,26Bのストロークに応じてバランスシリンダ7A,7Bによる支持力を変化させることにより、供試体1に作用する不釣り合い量が一定となるように正確に制御することができ、これにより、測定精度を一層向上させることができる。
【0022】
なお、上記実施の形態においては、負荷ヨーク16とクロスヨーク13との間にバランスシリンダ7A,7Bを設けているが、供試体1に作用する圧縮荷重の不釣り合いを除去可能な位置であれば、任意の位置にバランスシリンダ7A,7ABを設けることができる。
【0023】
以上の実施の形態と請求項との対応において、油圧シリンダ14A〜14Cおよび負荷ヨーク16が軸力負荷手段を、油圧シリンダ26A,26Bが剪断力負荷手段を、バランスシリンダ7A,7Bが支持手段を、サーボ弁40,制御回路43、ストローク計44が除去手段をそれぞれ構成する。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、除去手段により供試体に作用する圧縮荷重の不釣り合いを除去するようにしたため、剪断力負荷中でも供試体に作用する軸力を一定とすることができ、これにより精度よく試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る2軸載荷試験装置の構成を示す正面図
【図2】図1のI−I線断面図
【図3】本実施の形態の動作を説明する概略図
【図4】バランスシリンダの支持力を調節する油圧回路を示す図
【図5】上圧盤19に作用する不釣り合い力を示す概略図
【図6】従来の2軸載荷試験装置の構成を示す正面図
【符号の説明】
7A,7B バランスシリンダ
12 基部
13 クロスヨーク
14A〜14C 垂直負荷用油圧シリンダ
16 負荷ヨーク
19 上部圧盤
22 下部圧盤
26A,26B 水平負荷用油圧シリンダ
Claims (1)
- 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り返し負荷する、前記上下一対の圧盤の略釣合中心位置にブラケットを介してそれぞれ設けられた剪断負荷手段とを具備する2軸載荷試験装置において、
前記上圧盤を支持する支持手段と、
前記剪断力の負荷時に前記供試体に作用する圧縮荷重の不釣り合いを、前記剪断負荷手段による前記上下一対の圧盤の相対移動に応じて前記支持手段による前記上圧盤の支持力を変化させて除去する除去手段を備えたことを特徴とする2軸載荷試験装置。
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