JPH01176481A

JPH01176481A - 構造物試験用起振機

Info

Publication number: JPH01176481A
Application number: JP62336081A
Authority: JP
Inventors: Akira Ito; 昭伊藤; Kazuo Nishimura; 和雄西村; Hiroshi Tokuda; 徳田　弘
Original assignee: ITO SEIKI KK
Current assignee: ITO SEIKI KK
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-07-12
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JP2607377B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は大構造物などの試験に使用する起振機に関し
、回転中の加振力の変更や加振方向を自由に変えること
ができ、しかも駆動力の低減をはかることができるよう
にしたものである。

〔従来の技術〕

大きな橋梁などや高層建築物など各種の構造物の地震な
どによる影響などを調べるため振動試験を行うことが多
い。

このような振動試験を行うには、種々の加振法がある。

例えば、車両走行、振り子加振法、ロケット噴射加振法
、火薬爆発、人力加振法、起振機加振法などが用いられ
ているが、構造物などに適用できるのは、得られるデー
タの信頼性の上がら起振機による強制加振法を用いるの
が最適である。

一方、大構造物を加振しようとすると、大きな加振力を
必要とし、起振機の駆動力も膨大になってしまう。

そこで、駆動力を小さくするため、エアーシリンダのピ
ストンロッドをクランク軸に取り付けられたウェイトに
連結し、シリンダ内の圧縮空気によってウェイトの自重
量を相殺して駆動力を軽減するようにしているものがあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来の起振機では、クランク軸に取り付けら
れたウェイトの往復運動による慣性力によって加振力を
得るようにしているため、起振機によってウェイトの往
復運動方向が決まってしまうとそれ以外の方向に加振す
ることが出来ないという問題がある。

また、往復運動するウェイトを運転中に増減することは
難しく、加振力の変更を運転中に行うことかできないと
いう問題がある。

さらに、エアーシリンダを用いて駆動力を軽減する場合
、初期ウェイトの自４ｉに釣合うように圧力を一定調整
すると、ウェイトを増減して加振力を変えたときにバラ
ンスがくずれてしまい駆動力の軽減にならない場合が生
じるという問題がある。

この発明はかかる従来技術に鑑みてなされたもので、小
さな駆動力で加振できるとともに、加振方向を自由に選
ぶことができ、運転中に加振力を変えることもできる構
造物試験用起振機を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためこの発明は、平行に配置され
た２本の回転駆動軸を加振方向を変更し得るよう互いの
位相を変更可能に設け、それぞれの回転駆動軸に回転半
径を調整可能に遠心力による加振力を発生させるウェイ
トを取り付け、これら回転駆動軸の端部に回転アームを
介して揺動可能に設けられた負荷平衡用の流体圧シリン
ダのピストンロッドを連結する一方、これら負荷平衡用
の流体圧シリンダと連結させ流体圧シリンダ内の圧力を
調整して駆動力を低減し得る圧力調整用シリンダを設け
たことを特徴とするものである。

〔作　用〕

平行に配置された２本の回転駆動軸に偏芯させてウェイ
トを取り付け、これらを同期反転させてその不平衡モー
メントにより発生する遠心力を用いて加振するようにし
ており、遠心力の分力を釣り合わせることにより任意の
方向に加振力を取り出せるようにしている。また、ウェ
イトの偏芯量を変えることで運転中にも加振力を変える
ことができるようにしている。さらに、ウェイトの位相
を変えることで鉛直方向のみならず、水平方向などにも
加振できるようにしている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図（Ａ）、　（Ｂ）及び第２図（八）、　（Ｂ）は
この発明の！遺物試験用起振機の一実施例にかかるそれ
ぞれ平面図及び正面図である。

この構造物試験用起振機は、通常２台使用して加振が行
われるもので、基準機と追従機とで構成される。これら
基準機と追従機は、はぼ同一の構成となっており、まず
、基準機について説明する。

この基準機は、２本の回転駆動軸１，２を備えており、
その先端部にそれぞれウェイト３．４が取り付けられて
いる。これらウェイト３．４は回転駆動軸１．２に対し
て取り付は位置を半径方向に変えることができるように
なっており、このため、回転駆動軸１．２に矩形のスラ
イダ５．６部分が設けてあり、このスライダ５，６にウ
ェイト３．４が嵌合しである。そして、ウェイト３，４
とスライダ５．６と９間に送りねじ機！７．８が設けら
れ、送りねじを回転操作することでウェイト３．４が移
動できるようになっている。

また、これら回転駆動軸１，２は、同期速度で反対方向
に回転させるため、回転駆動軸１．２の端部に傘歯車９
．１０が取り付けてあり、駆動用同期電動機１１で駆動
される主軸１２の両端の傘歯車１３．１４と噛み合って
いる。この状態で回転駆動軸を回転するとウェイト３．
４とスライダ５．６との間で相対移動が生じウェイト３
．４が移動してしまうことから送りねじ機構７，８の送
りねじ１５．１６に傘歯車１７．１８が取り付けてあり
、これと噛み合う全歯−車１９．２０が回転駆動軸１，
２の中空部を貫通した操作軸２１゜２２に取り付けられ
ている。これら操作軸２１゜２２の他端には、傘歯車２
３．２４が取り付けられ、主軸１２を介して回転駆動さ
れるとともに、差動歯車装置２５を介して回転されるモ
ーメント変更軸２６の両端部に取り付けられた傘歯車２
７゜２８と噛み合っており、回転駆動軸１，２と同じ速
度で同方向に回転するようになっている。

次に、回転中に送りねじ１５，１６だけを操作するため
差動歯車装置２５のキャリア２９の外周にウオームホイ
ール３０が取り付けてあり、不平衡モーメント変更用電
動機３１で回転駆動されるウオーム３２が噛み合ってい
る。したがって、不平衡モーメント変更用電動機３１を
回転すると、差動歯車装置２５のキャリア２９が回転さ
れて差動が生じ、モーメント変更軸２６の回転速度が変
わり、送りねじ１５．１６が回ることになってウェイト
３．４が移動される。

このようなウェイト３．４の回転駆動力を軽減するため
、回転駆動軸１．２の端部にクランクアーム３３．３４
が取り付けられ、連結ロッド３５゜３６を介して揺動自
在に取り付けられた負荷平衡用シリンダ３７．３８のピ
ストンロッド３９゜４０に連結しである。これら負荷平
衡用シリンダ３７．３８は水平方向で相対抗するように
なっており、両シリンダ室に連通して圧力調整用シリン
ダ４１が取り付けである。

この圧力調整用シリンダ４１のピストンロッド４２には
、送りねじｎ　′ｖＪ４３の送りナツトが取り付けられ
ており、送りねじは、不平衡モーメント変更用電動機３
１で駆動される差動歯車装置２５のウオーム３２に連結
されている。

したがって、この送りねじが回転されると、圧力調整用
シリンダ４１の容積が変化し、負荷平衡用シリンダ３７
．３８内の圧力を変えることができる。

このような圧力調整用シリンダ４１を用いて行う負荷平
衡用シリンダ３７．３８の圧力は、次のようにして定め
られる。

第３図に示すように、最大加振モーメントＭｍａｘのと
きの釣り合いから負荷平衡用シリンダ３７．３８の圧力
をＰ　　容積をＶ。とじたと０゛き、任意の加振モーメントＭのときの圧力調整用シリン
ダ４１のピストンの位置Ｘを求める。

Ｆ＝Ｍ／２ｒＰ　　　＝Ｍｍａｘ／２Ａ１ｒＯＰ　　＝Ｍ／２Ａ１ｒボイルの法則；ＰｏＶｏ＝Ｐ１■１から（Ｍｍａｘ／２
’Ａ　　ｒ＋１）（Ａ１１ｏ＋Ａ２Ｌ　ｏ、／　２　＞＝（Ｍ　／　２　Ａ　　ｒ　＋　１　）　　（Ａ　１１
＋Ａ　　／２（Ｌｏ＋Ｘ））０　　　２・Ｘ＝１／Ａ　　（（Ｍｍａｘ＋２Ａ１ｒ＞（２Ａ　　ｌ
　　＋Ａ　　Ｌ　　）／（Ｍモ２　Ａ　１ｒ　）　　２
　Ａ１１　ｏ　）　　Ｌ　。

こうして求められた圧力調整用シリンダ４１の位置Ｘと
なるように制御すれば、駆動トルクを軽減することかで
きるのである。

この位置Ｘを第４図中に一点鎖線で示した。したがって
、加振力を変更する場合、このＸの曲線に沿うように圧
力調整用シリンダ４１のピストンを移動すれば駆動トル
クを理想的に軽減することができるが、非線形の曲線で
あり制御系が複雑になることから、例えば第４図に示す
ような直線で近似して制御するようにしても良く、この
場合の駆動に必要なトルクを第５図（Ａ）、　（Ｂ）に
示した。

これらから明らかなように、最大加振モーメントＭ　ｍ
　ａ　ｘの場合や加振モーメントをＯとした場合にも駆
動トルクを軽減できることがわかる。また、加振モーメ
ントをＭ　ｍ　ａ　ｘと０との間で変化させた場合につ
いても、図示省略したが同様に駆動トネクを軽減するこ
とができる。

次に、追従機について第２図（Ａ）、　（Ｂ）により簡
単に説明すると、基準機に対してウェイト３．４の位相
を変えることができるよう駆動用同期電動ｆｉｌｌの駆
動力を位相変更用差動歯車装置４４を介して入力するよ
うになっている。すなわち、駆動用同期電動機１１から
位相変更用差動歯車装置４４に入力され、その出力側か
ら歯車を介して主軸１２に駆動力が伝達されるようにな
っている。

そして、位相変更用差動歯車装置４４のキャリアにウオ
ームホイール４５が取り付けられ、位相変更用電動機４
６で駆動されるウオーム４７と噛み合ってウェイト３．
４の位相を基準機に対して変更できるようになっている
。なお、その他の構成は基準機と同一であるので同一番
号を印し、説明を省略する。

このように構成された構造物試験用起振機では、次のよ
うにして加振試験を行う。

まず、鉛直方向に加振する場合には、第６図（Ａ）に示
すように、基準機の２つのウェイト３゜４をそれぞれの
重心が水平方向で接近した状態とするとともに、追従機
の２つのウェイト３，４のそれぞれの重心が水平方向で
互いに離れた状態とし、基準機と追従機の回転方向を互
いに逆方向に同期して駆動する。

すると、各回転駆動軸１．２が９０度回転するとウェイ
ト３．４がいずれも上方゛に位置し、上方に加振力が発
生する。また、１８０度回転すると、加振力が相殺され
ていずれの方向にも加振力が生じない。さらに、２７０
度回転すると、全てのウェイト３，４が下方に位置し、
下方への加振力が発生する。

次に、ねじり加振を行う場合には、第６図（Ｂ）に示す
ように、追従機のウェイト３，４の重心位置を基準機の
ウェイト３．４の重心位置と同じように水平方向で接近
した状態に初期状態を設定し互いに逆方向に同期回転す
る。

すると、９０度回転すると基準機の加振力が上方に発生
し、追従機の加振力が下方に発生する。

また、１８０度回転すると、全てのウェイト３゜４の重
心位置が水平方向で互いに離れて位置し、加振力が発生
しない。さらに、２７０度回転すると、基準機の加振力
が下方に発生するとともに、追従機の加振力が上方に発
生し、９０度の場合と逆に加振力が生じ、ねじり加振が
行われる。

さらに、水平方向に加振する場合には、第６図（Ｃ）に
示すように、基準機及び追従機の全ての不平衡ウェイト
３．４の重心位置を水平方向の右側一方向に位置させ、
互いに逆方向に同期回転する。

すると、０度（初期位置）で水平方向右側への加振力が
生じ、９０度及び２７０度では、加振力が発生せず、１
８０度のとき全てのウェイト３゜４が水平方向左側に位
置し、左側への加振力が生じる。

このように、基準機および追従機を利用することおよび
ウェイト３，４の位相を変えることで簡単に基準機と追
従機の加振力の位相および加振方向を鉛直方向から捩り
加振に変えることができる。

この場合のウェイト３．４の位相は、差動歯車装置４５
を利用することで運転中にも簡単に変えることができる
。さらに、加振方向を水平方向に変える場合は、位相変
更フランジ４８．４９を利用することで、停止中に変え
ることができる。

一方、加振力を変更する場合には、それぞれの不平衡モ
ーメント変更用電動機３１を起動してモーメント変更軸
２６を介して送りねじ１５．１６を回転してウェイト３
．４を移動することで重心までの回転半径を変え、遠心
力による加振力を変えることができる。そして、この加
振力の変更と同時に圧力調整用の送りねじ機構４３の送
りねじが回転されるので、圧力調整用シリンダ４１のピ
ストンが所定量移動されて駆動力の軽減かはがられる。

したがって、運転中であっても加振力を変えることがで
きるとともに、加振力の変化にともなって駆動力も軽減
できる。

なお、上記実施例では、ウェイトの重心までの回転半径
を変えるため送りねじ機構を用いたが、これに限らず池
の機構でも良い。また、位相を変える機構として差動歯
車装置とスライダを用いたが、他の機構でも良い。さら
に、圧力調整用シリンダのピストンの移動方法について
も送りねじに限らず他の機構でも良い。また、圧力調整
用シリンダの制御法については直線による近似式を用い
る場合に限らず理論式や他の近似式を用いても良い。さ
らに、負荷平衡用シリンダ及び圧力調整用シリンダは、
エアシリンダに限定するものでなく、他の気体を用いる
シリンダなどでも良い。

〔発明の効果〕

以上、一実施例とともに具体的に説明したように、この
発明の構造物試験用起振機によれば、遠心力によって加
振することができ、回転駆動軸から直接加振力を取り出
すことができ、従来の慣性力を利用しな起振機に比べ、
次のような利点がある。

回転駆動軸に対してウェイトの取り付は位置を変えるこ
とで、ウェイトの重心までの回転半径が変わり遠心力に
よる加振力を変えることができ、回転中にあっても加振
力を変えることが簡単にできる。

回転駆動軸の位相を変えることで加振方向を鉛直方向、
捩り加振、水平方向と任意に変えることができる。

駆動力を負荷平衡用の流体圧シリンダと圧力調整用シリ
ンダで軽減するようにしたので、加振力を変えた場合に
も流体圧シリンダ内の圧力を自動的に変えることができ
、加振力の大きさに関係なく駆動力を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）　、第２図（Ａ）、　（Ｂ）はこ
の発明の構造物試験用起振機の一実施例に係り、各図（
＾）は平面図、各図（Ｂ）は正面図、第３図は圧力調整
用シリンダのピストンの位置の制御の説明図、第４図は
圧力調整用シリンダの位置の制御曲線の説明図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は軽減された駆動トルクの説明図、第６
図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）は不平衡ウェイトの位相
と加振方向の説明図である。１．２・・・回転駆動軸、３．４・・・ウェイト、７．
８・・・送りねじ機構、１１・・・駆動用同期電動機、
１２・・・主軸、２５・・・差動歯車装置、２６・・・
モーメント変更軸、３１・・・不平衡モーメント変更用
電動機、３７．３８・・・負荷平衡用シリンダ、４１・
・・圧力調整用シリンダ、４３・・・送りねじ機構、４
４・・・位相変更用差動歯車装置、４６・・・位相変更
用電動機、４８．４９・・・位相変更フランジ。

Claims

【特許請求の範囲】

　平行に配置された２本の回転駆動軸を加振方向を変更
し得るよう互いの位相を変更可能に設け、それぞれの回
転駆動軸に回転半径を調整可能に遠心力による加振力を
発生させるウェイトを取り付け、これら回転駆動軸の端
部に回転アームを介して揺動可能に設けられた負荷平衡
用の流体圧シリンダのピストンロッドを連結する一方、
これら負荷平衡用の流体圧シリンダと連結させ流体圧シ
リンダ内の圧力を調整して駆動力を低減し得る圧力調整
用シリンダを設けたことを特徴とする構造物試験用起振
機。