JP3850607B2 - 振動/加振試験機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
被試験体を任意の加振特性で加振し、その耐震性能や耐久性を試験する振動/加振試験機(振動試験機または加振試験機、以下、単に加振試験機とする)においては、フリクション等に起因する有害振動成分を抑え、目標とする加振波形が正しく再現されることが要求される。
【0003】
従来の有害振動成分の低減方法としては、特公昭51−29419号、特公平7−3241号に示されているように制御入力の補正を行うことが知られている。
【0004】
また、特公昭51−2262号に開示された加振試験機は、油圧シリンダの各駆動圧室間を結ぶ短絡孔(ダンピングオリフィス)を備え、短絡孔が付与する抵抗により有害振動成分を減衰するものがある。
【0005】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このような従来の制御入力の補正を行う改善方法にあっては、複数周波数の有害振動成分が存在する場合に、それぞれの有害振動成分を除去することが難しいという問題点があった。
【0006】
また、油圧シリンダの各駆動圧室間を結ぶ短絡孔を備えるものにあっては、短絡孔が付与する抵抗により複数周波数の有害振動成分の全てを減衰することが可能である。
【0007】
しかし、この場合、短絡孔が油圧シリンダの伸縮作動に伴って圧力の上昇する一方の駆動圧室から作動油の一部を他方の駆動圧室へと逃がすため、油圧シリンダを速度零から動かそうとする場合等に、各駆動圧室間に摺動部の静止摩擦に打ち勝つ差圧力がすぐにたたず、油圧シリンダの動きだしが遅れるという問題点があった。
【0008】
本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、アクチュエータの作動性を損なわずに有害振動成分を除去する振動/加振試験機を提供することを目的とする。
【0009】
【問題点を解決するための手段】
第1の発明は、直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機に適用する。
【0010】
そして、アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、アクチュエータは油圧シリンダであり、油圧シリンダのシリンダロッドに油圧ダンパを構成するダンパピストンを結合し、油圧ダンパは油圧シリンダのシリンダチューブを延長したダンパチューブを備え、ダンパチューブ内がダンパピストンによって各ダンパ油圧室に仕切られ、各ダンパ油圧室を連通するダンピングオリフィスを備えたことを特徴とするものである。
【0012】
第2の発明は、直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機において、アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、アクチュエータは油圧シリンダであり、油圧シリンダのシリンダロッドを中空構造とし、シリンダロッドの内部に油圧ダンパを構成するダンパピストンを収装したことを特徴とするものである。
【0014】
第3の発明は、直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機において、アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、アクチュエータは油圧シリンダであり、油圧シリンダのシリンダロッドを中空構造とし、シリンダロッドの内部に油圧シリンダの変位量を検出する変位センサを収装したことを特徴とするものである。
【0015】
【作用及び効果】
第1の発明によると、被試験体を加振するアクチュエータに対して、振動を減衰する油圧ダンパを連動させるという、一見矛盾した構成をしているが、油圧ダンパを作動させることによるアクチュエータの応答性の低下は制御系の変更により解消できるため、アクチュエータは目標とする波形をもって被試験体を加振することができる。
【0016】
油圧ダンパに備えられるダンピングオリフィスは前記従来装置のように油圧シリンダ(アクチュエータ)の駆動圧の一部を逃がさないため、油圧シリンダはその速度零からの立ち上がりが悪化することなく、目標とする加振波形を正しく再現する。
【0017】
アクチュエータの伸縮作動に伴いフリクション等に起因して発生する複数周波数の有害振動成分は、油圧ダンパに備えられるダンピングオリフィスが作動油に付与する抵抗により全て減衰され、目標とする加振波形が乱されることを抑えられる。
【0018】
そして、共通のシリンダロッドによって油圧シリンダと油圧ダンパの両方が構成されるため、シリンダロッドの加工が容易になるとともに、部品点数を削減し、装置のコンパクト化がはかれる。
【0019】
第3の発明によると、中空構造をしたシリンダロッドの内部に油圧ダンパを構成するダンパピストンを収装することにより、油圧シリンダの可動質量を低減し、応答性を高めることが容易になる。
【0021】
第3の発明によると、変位センサが油圧シリンダにユニット化して設けられるため、変位センサを後付けする必要がなく、装置のコンパクト化がはかれる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【0023】
図1は本発明を適用した加振試験機の概略構成を示す。この加振試験機は、地面1に設置された門型フレーム2と、門型フレーム2に固定された油圧シリンダ3と、油圧シリンダ3へ油圧を供給する油圧源4と、油圧源4から油圧シリンダ3への油圧の供給を制御するサーボ弁5とから構成される。
【0024】
油圧シリンダ3は両ロッド式であり、シリンダロッド7がシリンダチューブ14を貫通し、ピストン13がシリンダチューブ14内を一対の駆動圧室15,16に仕切っている。
【0025】
図示しないコントローラからの制御信号が電圧電流変換器6を介してサーボ弁5に入力され、サーボ弁5は各駆動圧室15,16に導かれる作動油圧を調節し、油圧シリンダ3の伸縮量が制御される。
【0026】
門型フレーム2から平行に延びる2本のアーム2a、2bの所定位置を結ぶクロスビーム8を備え、シリンダロッド7の一端とクロスビーム8にはそれぞれ被試験体を取り付けるための取付用治具9、10が固定されている。図示しない被試験体を取付用治具9、10の間に接続し、油圧シリンダ3を伸縮させれば被試験体に圧縮、引張力が交互に作用し、被試験体が加振される。
【0027】
このような構成のもと、本発明では、油圧シリンダ3の可動部に連動する油圧ダンパ20を備え、油圧ダンパ20によって油圧シリンダ3に生じる振動成分を減衰する。
【0028】
油圧ダンパ20はシリンダチューブ14を延長したダンパチューブ24を備え、ダンパチューブ24内がダンパピストン11によって各ダンパ油圧室25,26に仕切られ、ダンパピストン11に各ダンパ油圧室25,26を連通するダンピングオリフィス22が形成される。
【0029】
ダンパチューブ24内にはフリーピストン27を介してアキュムレータ室29が画成され、ダンパチューブ24に対するシリンダロッド7の侵入体積分の作動油を吸収するようになっている。
【0030】
次に、作用について説明する。
【0031】
本発明は、被試験体を加振する油圧シリンダ3に対して、振動を減衰する油圧ダンパ20を連動させるという、一見矛盾した構成をしているが、油圧シリンダ3の推力が油圧ダンパ20の駆動分だけ大きくなるように制御系を設定することにより、油圧シリンダ3は目標とする波形をもって被試験体を加振できる。
【0032】
ダンピングオリフィス22は前記従来装置のように油圧シリンダ3の各駆動圧室15,16に導かれる駆動圧の一部を逃がさないため、油圧シリンダ3はその速度零からの立ち上がりが悪化することなく、目標とする加振波形を正しく再現する。
【0033】
油圧シリンダ3が伸縮作動して被試験体を加振すると、シリンダロッド7が往復動するのに伴って、ダンピングオリフィス22はダンパ油圧室25,26の間で流れる作動油に対して抵抗を付与し、フリクション等に起因する複数周波数の有害振動成分を全て減衰し、目標とする加振波形が乱されることを抑えられる。
【0034】
ダンパピストン11を油圧シリンダ3のシリンダロッド7に剛体結合する構造により、ダンパピストン11に働く減衰力が直接シリンダロッド7に伝えられ、油圧シリンダ3の振動成分を有効に減衰する。
【0035】
また、共通のシリンダロッド7が油圧シリンダ3と油圧ダンパ20の両方を構成するため、シリンダロッド7の加工が容易になり、部品点数を削減し、装置のコンパクト化がはかれる。
【0036】
他の実施の形態として、図2に示すように、油圧シリンダ3を片ロッド式シリンダとし、油圧ダンパ20を両ロッド式油圧シリンダとしてもよい。
【0037】
1本のシリンダロッド7にはその一端に被試験体を取り付けるための取付用治具9が結合され、その途中に油圧ダンパ20のダンパピストン11が結合され、その他端に油圧シリンダ3のピストン13が結合される。
【0038】
この場合、アキュムレータ室を廃止してコンパクト化がはかれるとともに、フリーピストンを減らしてフリクションの低減がはかれる。
【0039】
さらに他の実施の形態として、図3に示すように、両ロッド式の油圧シリンダ3のシリンダロッド7を中空構造とし、中空シリンダロッド7の内部にダンパピストン11を収装して油圧ダンパ2を構成してもよい。すなわち、筒状のシリンダロッド7が油圧ダンパ20のダンパチューブを構成する。
【0040】
中空シリンダロッド7内は、ダンパピストン11によって各ダンパ油圧室25,26が仕切られる。ダンパピストン11に各ダンパ油圧室25,26を連通するダンピングオリフィス22が形成される。
【0041】
片ロッド式の油圧ダンパ20は中空シリンダロッド7の一端から突出するロッド38を備え、ロッド38の一端がダンパピストン11に結合され、他端が筒状部材42を介してシリンダチューブ14に支持される。
【0042】
ダンパピストン11に対して中空シリンダロッド7が移動するのに伴って、ダンピングオリフィス22は各ダンパ油圧室25,26間を流れる作動油の流れに対して抵抗を付与して、油圧シリンダ3の振動成分を減衰する。
【0043】
中空シリンダロッド7内にはフリーピストン27を介してアキュムレータ室29が画成され、中空シリンダロッド7に対するロッド38の侵入体積分を吸収するようになっている。なお、フリーピストン27をダンパピストン11より図において下側に設けてアキユムレータ室を画成してもよい。
【0044】
この場合、シリンダロッド7を中空構造とすることにより、油圧シリンダ3の可動質量を低減し、応答性を高めることが容易になる。
【0045】
さらに他の実施の形態として、図4に示すように、片ロッド式の油圧シリンダ3のシリンダロッド7を中空構造とし、中空シリンダロッド7の内部にダンパピストン11を収装して油圧ダンパ2を構成してもよい。
【0046】
中空シリンダロッド7内は、ダンパピストン11によって各ダンパ油圧室25,26が仕切られる。ダンパピストン11に各ダンパ油圧室25,26を連通するダンピングオリフィス22が形成される。
【0047】
中空シリンダロッド7の一端にピストン13が結合される。片ロッド式の油圧ダンパ20はピストン13を貫通するロッド38を備え、ロッド38の一端がダンパピストン11に結合され、他端がシリンダチューブ14の底部に結合される。
【0048】
ダンパピストン11に対して中空シリンダロッド7が移動するのに伴って、ダンピングオリフィス22は各ダンパ油圧室25,26間を流れる作動油の流れに対して抵抗を付与して、油圧シリンダ3の振動成分を減衰する。
【0049】
中空シリンダロッド7とロッド38との間に環状のフリーピストン27が介装され、フリーピストン27を介してアキュムレータ室29が画成され、中空シリンダロッド7に対するロッド38の侵入体積分を吸収するようになっている。なお、フリーピストン27をダンパピストン11より図において上側に設けてアキユムレータ室29を画成してもよい。
【0050】
中空シリンダロッド7の内部に変位センサ41が設けられる。ロッド38も中空構造とし、変位センサ41は中空ロッド38内に挿入される検出ロッド43を備え、中空ロッド38に対する検出ロッド43の変位量から油圧シリンダ3のストロークを検出する。
【0051】
この場合、変位センサ41を油圧シリンダ3にユニット化して設けられるため、変位センサ41を後付けする必要がなく、コンパクト化がはかれる。
【0052】
さらに他の実施の形態として、図5に示すように、両ロッド式の油圧シリンダ3と片ロッド式の油圧ダンパ20が軸方向に並んで設けられる構造において、シリンダロッド7を中空構造とし、中空シリンダロッド7の内部に変位センサ41を設けてもよい。
【0053】
変位センサ41はダンパチューブ24の底部に固定される検出スリーブ42と、シリンダロッド7内の端部に固定される検出ロッド43とを備え、検出スリーブ42に対する検出ロッド43の変位量から油圧シリンダ3のストロークを検出する。
【0054】
さらに他の実施の形態として、図6に示すように、ダンパ油圧室25,26を連通する可変ダンピングオリフィス39をダンパチューブ24の外側に外部配管を介して設けてもよい。
【0055】
この場合、油圧シリンダ3に生じる有害振動成分の大きさに応じて可変ダンピングオリフィス39はその絞り面積が変えられ、油圧ダンパ20が付与する減衰力を任意に調整できる。
【0056】
さらに他の実施の形態として、図7に示すように、ダンパ油圧室25,26に連通する油溜室31を設けてもよい。
【0057】
ダンパピストン11が図において下降する油圧シリンダ3の縮み側行程で、油溜室31の作動油がチェックバルブ32を通ってダンパ油圧室25に流入し、ダンパ油圧室26の作動油がチェックバルブ35および可変ダンピングオリフィス37を通って油溜室31に流入し、可変ダンピングオリフィス37が付与する抵抗により油圧シリンダ3の有害振動成分を減衰する。
【0058】
ダンパピストン11が図において上昇する油圧シリンダ3の伸び側行程で、油溜室31の作動油がチェックバルブ36を通ってダンパ油圧室26に流入し、ダンパ油圧室25の作動油がチェックバルブ33および可変ダンピングオリフィス34を通って油溜室31に流入し、可変ダンピングオリフィス34が付与する抵抗により油圧シリンダ3の振動成分を減衰する。
【0059】
この場合、油圧シリンダ3の縮み側行程と伸び側行程で油圧ダンパ20が付与する減衰力をそれぞれ調節できる。
【0060】
さらに他の実施の形態として、油圧ダンパ20の外部に可変ダンピングオリフィス34,37を設けるとともに、ダンパピストン11に各ダンパ油圧室25,26を連通する固定ダンピングオリフィスを設けてもよい。
【0061】
さらに他の実施の形態として、ダンパチューブ24の内周面とダンパピストン11の外周面の間に環状隙間を画成し、この環状隙間によって各ダンパ油圧室25,26を連通するダンピングオリフィスを構成してもよい。この場合、ダンパチューブ24に対するダンパピストン11のシールが廃止されることにより、油圧ダンパ20のフリクションを低減できる。
【0062】
以上、電気油圧式サーボ機構による加振試験機を例に挙げて本発明の実施の形態について説明したが、電気油圧式ではなく電気機械式のサーボ機構(電動ボールネジ式サーボ機構)による加振試験機であっても、アクチュエータの可動部への伝達機構が異なるだけであり、本発明をそのまま適用することができる。
【0063】
また、流量制御弁(サーボ弁)を使用せず、電気油圧式サーボ機構の部分を油圧ポンプ、モータ等からなる構成とした電動油圧式アクチュエータの加振試験機であっても本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る加振試験機の概略構成を示した図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示した図である。
【図3】本発明のさらに他の実施の形態を示した図である。
【図4】本発明のさらに他の実施の形態を示した図である。
【図5】本発明のさらに他の実施の形態を示した図である。
【図6】本発明のさらに他の実施の形態を示した図である。
【図7】本発明のさらに他の実施の形態を示した図である。
【符号の説明】
3 油圧シリンダ
4 油圧源
5 サーボ弁
7 シリンダロッド
9 取付用治具
10 取付用治具
11 ダンパピストン
13 ピストン
14 シリンダチューブ
20 油圧ダンパ
24 ダンパチューブ
25 ダンパ油圧室
26 ダンパ油圧室
Claims (3)
- 直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機において、前記アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、前記アクチュエータは油圧シリンダであり、前記油圧シリンダのシリンダロッドに前記油圧ダンパを構成するダンパピストンを結合し、前記油圧ダンパは前記油圧シリンダのシリンダチューブを延長したダンパチューブを備え、前記ダンパチューブ内が前記ダンパピストンによって各ダンパ油圧室に仕切られ、前記各ダンパ油圧室を連通するダンピングオリフィスを備えたことを特徴とする振動/加振試験機。
- 直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機において、前記アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、前記アクチュエータは油圧シリンダであり、前記油圧シリンダのシリンダロッドを中空構造とし、前記シリンダロッドの内部に前記油圧ダンパを構成するダンパピストンを収装したことを特徴とする振動/加振試験機。
- 直線状に伸縮するアクチュエータを駆動し、被試験体を任意の加振特性で加振する振動/加振試験機において、前記アクチュエータの可動部に連動する油圧ダンパを備え、前記アクチュエータは油圧シリンダであり、前記油圧シリンダのシリンダロッドを中空構造とし、前記シリンダロッドの内部に前記油圧シリンダの変位量を検出する変位センサを収装したことを特徴とする振動/加振試験機。
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