JP4175104B2 - 衝撃試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衝撃試験機に関し、更に詳しくは、油圧シリンダを駆動源とする衝撃試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試験片に衝撃荷重を加えて、試験片の強度等の特性を調査するための衝撃試験機として、油圧シリンダを駆動源とするものが知られている。
この種の衝撃試験機においては、一般に、油圧シリンダにサーボバルブを介して作動油を供給し、そのサーボバルブの開度によってピストンの移動速度を制御するとともに、サーボバルブを閉じることによってピストンを停止させる。また、ピストンには、適当な助走区間を与えた後に試験片に対して衝撃荷重を加えるようにすることにより、ピストンが所要の速度に達してから試験片に衝撃負荷を加えるように配慮されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１４５５７７号公報（第２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような油圧シリンダを駆動源とする衝撃試験機において、ピストンを急停止させる場合、サーボバルブを閉じた際に慣性力によって極めて高い圧力が発生し、その圧力により油圧シリンダ自体およびサーボバルブに大きなダメージを与えるばかりでなく、装置全体に伝わる衝撃力も大きなものとなる。
【０００５】
ここで、油圧シリンダには、通常、そのストローク端にクッション部が形成されており、このクッション部では、誤動作によってピストンがストローク端に衝突しようとしたとき、シリンダヘッドに設けた極めて狭い通路を作動油が通過して外部に流出するようになっており、その抵抗によってピストンがシリンダのストローク端に衝突する際の衝撃を緩和させるのであるが、このクッション部にピストンが高速度で入った場合、その部分で極めて高い圧力が発生して、その衝撃によるダメージは大きなものとなる。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、試験片に高速度の衝撃負荷を与えるべくピストンを高速度で移動させて急停止させても、発生する衝撃力を従来に比してより小さくすることができ、もって油圧シリンダ自体、サーボバルブに掛かるダメージを少なくし、また、装置全体に伝わる衝撃力も小さくすることのできる衝撃試験機の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の衝撃試験機は、油圧シリンダを駆動源とする負荷機構を備え、その油圧シリンダにサーボバルブを介して作動油を供給することによって、試験片に対して衝撃負荷を加える衝撃試験機において、上記油圧シリンダ内周の負荷方向前進側の端部に、ピストンの外周との隙間が中央部の動作領域よりも狭い減速領域が形成され、その減速領域に向けて移動したピストンの先端部が当該減速領域に入り込んだ状態では、シリンダ端部の作動油がピストンの外周とシリンダの減速領域の内周との隙間を通ってリターンポートから流出するように構成され、かつ、その減速領域の更に上記負荷方向前進端側には、シリンダ内周とピストンの外周とのすきまが当該減速領域よりも更に狭いクッション部が形成されているとともに、試験片に対して衝撃負荷を加えるべくピストンを高速で減速領域に向けて移動させた後、ピストンが上記減速領域に入り込んでいる状態で当該ピストンを停止させるべく上記サーボバルブを閉じるように制御信号を供給する制御手段を備えていることによって特徴づけられる。
【０００８】
本発明は、油圧シリンダ内周の端部に設けた減速領域によりピストンの速度を緩やかに低下させるとともに、その減速領域にピストンが入った状態とバルブを閉じる動作を同期させることによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【０００９】
すなわち、油圧シリンダ内周の端部に、その長手方向中央部の通常の動作領域もりも小径の領域、つまりピストン外周その隙間が中央部よりも狭くなる減速領域を形成し、更に端部側には、ピストン外周とのすきまが更に狭くなるクッション部を設ける。そして、減速領域にピストンが入り込んだ状態では、作動油がピストンとの間の狭い領域を通ってリターンポートからシリンダ外に流出するように構成すれば、ピストンがこの減速領域に入ることによってその速度が緩やかに低下する。このピストンの減速動作と、バルブを閉じる動作を同期させることにより、ピストンは比較的短い距離でスムーズに停止し、その際に発生する圧力を小さくすることができると同時に、その圧力がバルブに伝わることを抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の全体構成を示す模式図であり、図２はその油圧シリンダ２の下端部近傍の詳細構造を示す模式的断面図である。
【００１１】
試験機本体１はテーブル１１の上に架台１２を設けた構造を有し、架台１２上に駆動源である油圧シリンダ２が配置されており、テーブル１１上には試験片把持具３により試験片Ｗが支持されている。
【００１２】
油圧シリンダ２のピストン２１の下端部には、ロードセル４およびポンチ５が取り付けられており、ピストン２１を高速度で下降させることによって、ポンチ５によって試験片Ｗを打ち抜くようになっている。
【００１３】
油圧シリンダ２は、サーボバルブ６を介して供給される油圧源（図示せず）からの作動油によって動作し、このサーボバルブ６の弁開度に応じた速度でピストン２１が移動する。ピストン２１の変位は変位計７によって検出され、その変位検出信号と、前記したロードセル４からの荷重検出信号は、それぞれ制御装置８に取り込まれ、試験結果として記憶ないしは記録される。また、サーボバルブ６はこの制御装置８から供給される制御信号によって駆動制御される。
【００１４】
油圧シリンダ２の内周は、下記の下端部近傍の領域を除く領域が一様な内径寸法を有する動作領域２ａとなっているとともに、下端部所定領域はその動作領域２ａよりも小径の減速領域２ｂを形成している。また、シリンダエンド２ｃには、更に小径のクッション部２ｄが形成されている。動作領域２ａ、減速領域２ｂおよびクッション部２ｄの各内径寸法Ｄａ，ＤｂおよびＤｄと、ピストン２１の外径寸法Ｄｐとの関係は、Ｄｐ＜Ｄｄ＜Ｄｂ＜Ｄａである。
【００１５】
油圧シリンダ２のリターンポート２２と減速領域２ｂとの関係は、図２に示すように、ピストン２１の先端が減速領域２ｂに入った状態では、ピストン２１の先端と油圧シリンダ２の下端との間に存在する作動油が、減速領域２ｂの内周面とピストン２１の外周面との間の狭い空隙のみを介してリターンポート２２に流れる位置関係となっている。
【００１６】
なお、シリンダエンド２ｃには、リターンポート２２とクッション部２ｄとをシリンダ外部で連通させるバイパス２ｅが形成されており、このバイパス２ｅには、リターンポート２２からクッション部２ｄへ流入することのみを許容する向きの逆止弁２３が配置されている。
【００１７】
さて、以上の実施の形態において、制御装置８では、試験の開始指令を与えることによって、サーボバルブ６を駆動してピストン２１を高速度で下降させ、ポンチ５を試験片Ｗに衝突させた後、ピストン２１を急停止させるべくサーボバルブ６を閉じるが、このサーボバルブ６の閉じるタイミングを、ピストン２１が減速領域２ｂに入った状態とする。
【００１８】
以上の動作において、ピストン２１の先端が減速領域２ｂに入り込むと、ピストン２１の先端面とシリンダエンド２ｃとの間に存在する作動油は、ピストン２１の外周面と減速領域２ｂの内周面との狭い隙間を通ってリターンポート２２からシリンダ外部に流出する。これにより、ピストン２１が動作領域２ａを移動していたときに比して、作動油の流動抵抗が増大し、ピストン２１が減速を開始する。この減速動作と同期するようにサーボバルブ６が閉じられる結果、ピストン２１は比較的短い距離でスムーズに停止する。この停止に際して、油圧シリンダ２の内部およびサーボバルブ６内に発生する圧力は、減速領域２ｂを設けない場合に比して大幅に低くなることが確認されている。
【００１９】
なお、ピストン２１が下のストローク端に位置している状態から上昇させる場合、作動油はリターンポート２２からバイパス２ｅを介して油圧シリンダ２内に流入し、ある程度上昇した後はリターンポート２２から流入することにより、特に問題は生じない。
【００２０】
次に、以上の本発明の実施の形態における減速領域２ｂを設けることによるピストン２１の急停止時の発生圧力の低減効果について、実験を行った結果を述べる。図３はピストン２１が減速領域２ｂに入ったときにサーボバルブ６を閉じた場合、図４はピストン２１が減速領域２ｂの手前の動作領域２ａに位置しているときにサーボバルブ６を閉じた場合の測定結果をそれぞれ示すグラフである。各図には、サーボバルブ６の開度とピストン２１の変位の検出結果を併せて示している。
【００２１】
これらのグラフから明らかなように、ピストン２１が減速領域２ｂに入った状態でサーボバルブ６を閉じることにより、ピストン２１が動作領域２ａに位置している状態でサーボバルブ６を閉じた場合に比して、油圧シリンダ２内およびリターンポート２２内、すなわちサーボバルブ６内の圧力変動を大幅に減少させることができ、装置全体に伝わる衝撃力も減少させることができた。
【００２２】
なお、本発明は、衝撃圧縮や衝撃曲げ試験のほか、衝撃引張や衝撃ねじり試験を行うための衝撃試験機にも等しく適用し得ることは勿論である。
また、図１の例では、両ロッドタイプの油圧シリンダを用いたが、片ロッドタイプの油圧シリンダを用いる場合にも本発明を適用し得ることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、衝撃負荷を加えるための油圧シリンダの前進端の内周に、中央部の動作領域よりもピストン外周に対する隙間が狭くなる減速領域を設け、この減速領域にピストンが入り込んだ状態では、その減速領域のシリンダ内周とピストン外周との狭い隙間を通ってリターンポートからシリンダ外に流出するように構成するとともに、その減速領域にピストンが入ったときにバルブを閉じてピストンを停止させるように構成しているので、衝撃負荷を与えた後にピストンを急停止させたとき、ピストンは比較的短い距離でスムーズに停止し、シリンダ内やバルブ内に発生する圧力を従来の比して大幅に低減させることができ、装置全体に伝わる衝撃力も低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の実施の形態における油圧シリンダ２の要部の詳細構造を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態において、ピストン２１が減速領域２ｂに入ったときにサーボバルブ６を閉じた場合の各部の圧力変化の測定結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態において、ピストン２１が減速領域２ｂの手前の動作領域２ａに位置しているときにサーボバルブ６を閉じたときの各部の圧力変化の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 試験機本体
１１ テーブル
１２ 架台
２ 油圧シリンダ
２ａ 動作領域
２ｂ 減速領域
２ｄ クッション部
２ｅ バイパス
２１ ピストン
２２ リターンポート
３ 試験片把持具
４ ロードセル
５ ポンチ
６ サーボバルブ
７ 変位計
８ 制御装置
Ｗ 試験片

Claims (1)

1. 油圧シリンダを駆動源とする負荷機構を備え、その油圧シリンダにサーボバルブを介して作動油を供給することによって、試験片に対して衝撃負荷を加える衝撃試験機において、上記油圧シリンダ内周の負荷方向前進側の端部に、ピストンの外周との隙間が中央部の動作領域よりも狭い減速領域が形成され、その減速領域に向けて移動したピストンの先端部が当該減速領域に入り込んだ状態では、シリンダ端部の作動油がピストンの外周とシリンダの減速領域の内周との隙間を通ってリターンポートから流出するように構成され、かつ、その減速領域の更に上記負荷方向前進端側には、シリンダ内周とピストンの外周とのすきまが当該減速領域よりも更に狭いクッション部が形成されているとともに、試験片に対して衝撃負荷を加えるべくピストンを高速で減速領域に向けて移動させた後、ピストンが上記減速領域に入り込んでいる状態で当該ピストンを停止させるべく上記サーボバルブを閉じるように制御信号を供給する制御手段を備えていることを特徴とする衝撃試験機。

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