JPH073384B2 - 容器の強度試験方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば鉄道車両など
に代表される乗物の胴体のような容器の強度を試験する
ための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】乗物では、高度が変化する際に、あるい
は速度が向上して互いにすれ違ったり、トンネルに入っ
たりする際に、その胴体は空気力から負荷を受ける。た
とえば、鉄道車両では、その走行速度が向上するのに伴
って、互いにすれ違ったり、トンネルに入ったときは、
車両の外周面の空気圧力が瞬間的に増大し、次に負圧に
まで減少するというサイクルを繰返す。

【０００３】このとき車両の車室内の圧力は、ほぼ一定
であるため、外気圧の変化に対応して車体に膨張、収縮
力が作用する。このため車両に外方から内方および内方
から外方への繰返し力が作用するときの疲労強度を評価
する必要が生じる。

【０００４】典型的な先行技術では、密閉した車両の車
室に管を接続して圧縮空気を車室内に供給し、その車室
内の圧力を上昇させて、疲労強度を測定すべき場所に、
ストレンゲージなどの検出素子を固定して車体に作用す
る応力を測定し、疲労強度の試験を行っている。

【０００５】このような先行技術では、車室内の圧力の
増減を繰返す方法では時間がかかりすぎ、また静的な圧
力の増加および減少を各々ごくわずかな回数だけ実施し
て動的な試験に読み替える方法ではストレンゲージを貼
った場所のみの評価しかできず、正確な疲労強度などの
評価を行うことができない。

【０００６】典型的な先行技術としては、たとえば特公
平１−２９２５０および特公平１−３００９５がある。
これらの先行技術では、容器の漏洩を試験する構成であ
って、その容器の内部に充填した液体または気体の漏洩
を測定するものである。このような先行技術は、車両の
胴の疲労強度の試験などを行うための工夫は何らなされ
ていない。

【０００７】或る提案された技術は、図８に示されてい
る。気密なハウジングによって形成される試験室５１内
には、強度試験するべき密閉した車両などの乗物５２が
収納される。試験室５１の内周面と乗物５２の外周面と
の間の空間５３には、切換え弁５４を介して圧縮機５５
および真空ポンプ５６が接続される。乗物５２は上述の
ように密閉され、その内部は、大気圧である。

【０００８】図９は、空間５３の切換え弁５４による圧
力変化を示す。時刻ｔ２１から圧縮機５５の圧縮空気を
切換え弁５４を経て空間５３に供給し、その空間５３の
圧力が予め定める一定値Ｐ２１に達した時刻ｔ２２で
は、切換え弁５４によって空間５３を大気開放し、これ
によって空間５３の圧力が減少し、その空間５３の圧力
がほぼ大気圧に達した時刻ｔ２３において、切換え弁５
４を動作させて空間５３内を真空ポンプ５６によって負
圧とし、その空間５３の負圧が圧力Ｐ２２に達した時刻
ｔ２４において切換え弁５４によって空間５３を大気開
放する。このようにして、時刻ｔ２１〜ｔ２５までの動
作の周期Ｗ３を繰返して、乗物５２の疲労強度の試験を
行う。圧縮機と真空ポンプを別配管にずれば、必ずしも
大気圧に下がるまで待つ必要はなくなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような図８および
図９に示される或る提案された技術では、圧縮機５５と
真空ポンプ５６とを必要とし、構成が大形化するという
問題がある。

【００１０】またこの技術では、切換え弁５４を各周期
Ｗ３において、時刻ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ２４で
合計４回切換え操作しなければならず、したがって作業
性が悪いという問題がある。

【００１１】またこの技術では、空間５３を大気圧と
し、その後、真空ポンプ５６によって負圧とするので、
周期Ｗ３が長くなり、したがってこのような強度試験を
複数回繰返して疲労強度の評価をするには、時間がかか
りすぎる。

【００１２】さらにこの技術では、空間５３が負圧とな
るので、試験室５１を構成するハウジングは、圧縮座屈
が生じないように、その強度を大きくする必要がある。

【００１３】図１０は、他の先行技術の系統図である。
この先行技術は図８の先行技術における切換え弁５４を
省略した構成を有し、試験室５１には排気弁５７が接続
される。このような先行技術においてもまた、前述の先
行技術と同様な問題がある。

【００１４】図１１は、さらに他の先行技術の系統図で
ある。圧縮機５８からの圧縮気体は、試験室５１に供給
される。この試験室５１内には乗物である供試体５９が
設けられ、この供試体５９の内部の圧力は一定値Ｐ２０
に保たれる。試験室５１には排気弁６０が接続され、ま
た真空ポンプ６１が接続される。試験室５１内で供試体
５９の外側の空間６３では、その圧力Ｐ２１を、正から
負まで変化させる。

【００１５】図１２は、図１１に示される先行技術の動
作を説明するための図である。圧力Ｐ２０は、図１２に
示されるように一定値であり、空間Ｐ２１の圧力は図１
２（２）で示されるように変化され、ΔＰ２２は、供試
体５９の疲労強度を評価するための圧力振幅である。圧
縮機５８は図１２（３）で示されるように動作され、排
気弁６０は図１２（４）で示されるように開閉制御さ
れ、真空ポンプ６１は図１２（５）で示されるように動
作される。

【００１６】このような図１１および図１２に示される
先行技術では、設備が大掛かりになるという問題があ
る。また試験時間が長くなるという問題がある。特に真
空ポンプ６１を用いて圧力Ｐ２１を必要な負圧を得るた
めの時間が長くなる。この理由を、図１３を用いて説明
する。ラインＬ１はパスカルの原理である圧力Ｐと体積
Ｖとの積ＰＶ＝一定を示しており、図１１および図１２
の先行技術において大気圧Ｐ２３の負および正に圧力変
化ΔＰ１１，ΔＰ１２を生じさせるために空間６３に出
入れする必要のある空気体積はΔＶ１１，ΔＶ１２であ
って大きい値である。負の圧力変化ΔＰ１１を達成する
には真空ポンプ６１が用いられ、正の圧力変化ΔＰ１２
を得るには圧縮機５８の入切のみで対応することができ
る。このことから、空気体積変化量ΔＶ１１，ΔＶ１２
が大きく、そのため上述のように時間が長くなるという
問題がある。

【００１７】後述のように、本発明の一実施例では、圧
力Ｐ２４は大気圧Ｐ２３よりも高い圧力に定められ、そ
の圧力変動ΔＰ３１，ΔＰ３２を得るために部屋に出入
する必要のある空気体積変化量は小さい値ΔＶ３１，Δ
Ｖ３２であり、このことから本発明が優れていることが
理解される。

【００１８】図１４は、さらに他の先行技術の系統図で
ある。圧縮機５８からの圧縮空気は切換え弁６５を経
て、出口ポートＡ１から供試体５１内に、また出口ポー
トＢ１から空間６３に供給され、これらの供試体５１と
空間６３とはまた、もう１つの切換え弁６６のポートＡ
２，Ｂ２を介して大気に接続される。コントローラ６７
は、供試体５１内の圧力Ｐ２０を検出する圧力計６８と
空間６３の圧力Ｐ２１を検出する圧力計６９との出力に
応答し、切換え弁６５，６６を制御する。供試体５１内
の圧力Ｐ２０が負圧にさらされるという状態を実現させ
る代りに、供試体５１の内部の圧力Ｐ２０が、その外部
の空間６３よりも高い圧力になることで、シュミユレー
トすることができる。そのためこの供試体５１の内部の
圧力Ｐ２０は図１５（１）に示され、また空間６３の圧
力Ｐ２１は図１５（２）に示される。切換え弁６５の動
作は図１５（３）に示され、切換え弁６６の動作は図１
５（４）に示される。圧縮空気を切換え弁６５で切換え
て供試体５１の内部および外部へ交互に給気し、これと
連動して供試体５１の内部および外部の空気を排気する
ために切換え弁６６が動作される。

【００１９】このような図１４および図１５に示される
先行技術では、試験速度を速めようとすると、供試体５
１の内部の実空気容量を減らす必要がある。そのために
供試体５１内部に、発泡スチロールなどのブロック体を
収納するとすれば、その供試体５１内の内部空間が狭く
なり、したがってその供試体５１内にカメラを設置して
内部の状況を監視することができなくなるという問題が
ある。

【００２０】本発明の目的は、構成を簡単にし、作業性
を向上し、しかも時間を短縮して各種の強度試験を行う
ことができるようにした容器の強度試験方法および装置
を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、気密な試験室
内に、強度試験するべき容器を入れ、容器内を大気圧よ
りも高い一定の第１圧力に保ち、試験室の内周面と容器
の外周面との間の空間の圧力を、第１圧力よりも高い第
２圧力と、大気圧以上であってかつ第１圧力よりも低い
第３圧力との間で変化させることを特徴とする容器の強
度試験方法である。

【００２２】また本発明は、第３圧力は、大気圧である
ことを特徴とする。

【００２３】また本発明は、第３圧力は、大気圧よりも
高い圧力であることを特徴とする。

【００２４】また本発明は、試験するべき容器を収納す
るための気密な試験室と、容器内の圧力を、大気圧より
も高い一定の第１圧力に保つ第１圧縮空気供給手段と、
試験室の内周面と容器の外周面との間の空間に圧縮空気
を供給し、その空間の圧力を、第１圧力よりも高い第２
圧力と、大気圧以上であってかつ第１圧力よりも低い第
３圧力との間で変化させる第２圧縮空気供給手段とを含
むことを特徴とする容器の強度試験装置である。

【００２５】

【作用】本発明に従えば、気密な試験室内に、強度試験
するべき容器、たとえば密閉した車両などの乗物を入
れ、この容器内は大気圧よりも高い一定の第１圧力に保
ち、試験室の内周面と容器の外周面との間の空間の圧力
を、第１圧力よりも高い第２圧力と、大気圧以上であっ
てかつ第１圧力よりも低い第３圧力との間で変化させ
る。したがって本発明では、真空ポンプが必要でなく、
装置が簡単であり、圧縮空気などの流体の圧送供給およ
び排出を行えばよいので、作業性が良好である。

【００２６】また本発明によれば、強度試験の周期を短
縮することができる。特に第３圧力を、大気圧よりも高
い圧力とすることによって、前記空間の圧力の減少の変
化を迅速に行うことができ、周期を短縮することができ
る。このことは、多数回の繰返し周期を必要とする疲労
強度の試験などにおいて有効である。

【００２７】さらに本発明に従えば、試験容器内は大気
圧以上であるので、負圧となることはなく、したがって
圧縮座屈を生じない強度とする必要がなくなり、たとえ
ば可撓性を有する袋体などの材料によって構成すること
ができ、構成が簡略化される。

【００２８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。強度試験を行うべき容器である鉄道車両などの乗
物の胴体１は、ハウジングである試験室２内に収納され
る。圧縮機などの送気手段３からの圧縮空気は、開閉弁
４から圧力制御弁５を経て、アキュムレータ６に貯留さ
れ、このアキュムレータ６からの圧縮空気は、開閉弁７
から管路８および３ポート２位置電磁切換え弁９を経
て、管路１０から試験室２に導かれる。この管路１０
は、試験室２の内周面と胴体１の外周面との間の空間１
３に接続される。管路１１は、胴体１の内部の空間に接
続される。胴体１の窓および扉はすべて全閉されてお
り、その胴体１の内部の車室は気密空間となっている。
この車室内の圧力は、管路３７を介して圧力計１５によ
って計測される。また試験室２の内周面と胴体１の外周
面との間の空間１３の圧力は、管路３６を介して圧力計
１４によって計測される。処理回路１６は、たとえばマ
イクロコンピュータによって実現され、空間１３の圧力
を計測する圧力計１４の出力に応答して、切換え弁９を
制御する。

【００２９】切換え弁９の一方の第１位置１７では、管
路８からの圧縮空気は管路１０に導かれる。もう１つの
第２位置１８では、管路１０は大気開放される。

【００３０】送気手段３からの圧縮空気はまた開閉弁１
９から圧力制御弁５ａを経て管路１１から胴体１の車室
内に供給される。この胴体１内の空気の圧力は、大気圧
よりも高い一定の第１圧力Ｐ１に保たれる。この第１圧
力Ｐ１を、大気圧より高く一定に設定することによっ
て、胴体１の車室内に作業者が入込んで、その胴体１の
疲労強度などの測定時に胴体１の挙動を直接目視した
り、ビデオカメラによって外部で監視したりすることが
可能となる。

【００３１】図２は、処理回路１６の動作を説明するた
めのフローチャートであり、図３は空間１３の圧力変化
を示すグラフである。これらの図面を参照して、胴体１
の疲労強度の試験を行うときの動作を説明する。ステッ
プｎ１からステップｎ２に移り、処理回路１６は切換え
弁９を第１位置１７とし、これによって時刻ｔ１１か
ら、空間１３の圧力が上昇する。ステップｎ３において
空間１３内の圧力Ｐが第１圧力Ｐ１よりも高い第２圧力
Ｐに達したことが時刻ｔ１２において検出されると、ス
テップｎ４に移り、切換え弁９は第２位置１８に切換え
られる。これによって空間１３は大気開放され、その空
間１３の圧力は減少してゆく。

【００３２】ステップｎ５において、空間１３の圧力が
第３圧力Ｐ３である大気圧にほぼ等しくなったことが時
刻ｔ１３において判断されると、再び前述の時刻ｔ１１
以降の動作を繰返されるようにするために、切換え弁９
は第１位置１７に切換えられる。こうして時刻ｔ１１〜
ｔ１３の周期Ｗ１が複数回繰返されて、胴体１の疲労強
度の試験が行われる。

【００３３】このような実施例では、送気手段３のみが
用いられ、真空ポンプは不要であるので、構成が簡単で
あり、切換え弁９の切換え動作を行うことによって、疲
労試験を行うことができるので、作業性が良好である。
また空間１３を負圧にする必要がないので、周期Ｗ１を
短縮することができ、このことは特に疲労強度の試験を
行うときに本発明が有利である。

【００３４】さらに空間１３は大気圧以上であるので、
試験室２の強度は、圧縮座屈を考慮する必要がなく、し
たがって試験室２は可撓性のシートなどであってもよ
く、試験室２の構成が簡略化される。

【００３５】空間１３内を時刻ｔ１２以降において大気
圧とするために、その試験室２を開閉する蓋を設け、空
間１３を一気に排気し、試験速度を高めることもまた可
能である。

【００３６】図４は本発明の他の実施例の動作を説明す
るためのフローチャートであり、図５は図４に示される
実施例における空間１３の圧力を示すグラフである。ス
テップｍ１からステップｍ２に移り、時刻ｔ２１におい
て切換え弁９は第１位置１７に切換えられる。これによ
って空間１３内に圧縮空気が供給されてその圧力が上昇
してゆく。胴体１内の車室の圧力は、圧力制御弁５ａに
よって大気圧よりも高い一定の第１圧力Ｐ１１に保たれ
る。

【００３７】ステップｍ３において、空間１３の圧力Ｐ
が、第１圧力Ｐ１１よりも高い第２圧力Ｐ１２（Ｐ１２
＞Ｐ１１）となったかどうかが判断され、空間１３の圧
力Ｐが第２圧力Ｐ２に達したことが時刻ｔ２２において
判断されると、次のステップｍ４では、切換え弁９は第
２位置１８に切換えられる。これによって時刻ｔ２２以
降では、空間１３の圧力が低下してゆく。ステップｍ５
において空間１３の圧力Ｐが大気圧を超える値であって
かつ第１圧力Ｐ１１よりも低い第３圧力Ｐ１３に達した
かが判断され、空間１３の圧力Ｐが第３圧力Ｐ１３に達
すると、周期Ｗ２を再び繰返して疲労強度の試験を行う
ために、切換え弁９は第１位置１７に切換えられて前述
のステップｍ２の動作が繰返される。こうして時刻ｔ２
３〜ｔ２４およびｔ２４〜ｔ２５の切換え弁９の動作が
繰返される。

【００３８】この図４および図５に示される実施例で
は、空間１３の第３圧力Ｐ１３は、大気圧よりも高い圧
力であるので（Ｐ１３＞０）、時刻ｔ２２において空間
１３を切換え弁９の第２位置１８によって大気開放して
その空間１３内の圧力を低下する時間を短縮することが
でき、こうして各回毎の周期Ｗ２を、前述の図１〜図３
の実施例に比べてさらに短縮することが可能となる。た
とえば第３圧力Ｐ１３を、数気圧に高めて設定すると、
空気の圧力を前述のようにＰとし、その空気の体積をＶ
とするとき、Ｐ・Ｖ＝一定の法則から圧縮空気のわずか
な体積で大きな圧力変化を生じることになるので、上述
のように周期Ｗ２を短くすることができ、このことは特
に繰返し圧力変動を行って疲労強度の試験を行うときの
試験速度を大幅に向上することが可能となる。胴体１に
は、その内外の圧力差が予め定める一定値以上で開く安
全弁を設け、これによって胴体１内の車室の圧力と空間
１３の圧力との差圧が異常に大きくなったときに胴体１
が破損することを防ぐ。

【００３９】図６は本発明のさらに他の実施例の全体の
系統図である。前述の実施例では切換え弁９が用いられ
たときでも、この図６の実施例では、圧力制御弁５を処
理回路１６によって動作させて、空間１３内の圧力を変
化させる。このような構成もまた、本発明の精神に含ま
れる。

【００４０】図７は、本発明のさらに他の実施例の全体
の系統図である。この実施例では、走気手段３ａ、開閉
弁１９および圧力制御弁５ａの働きによって胴体１内の
車室の圧力を前述のように一定に保ち、もう１つの送気
手段３である圧縮機のオン／オフフ制御を処理回路１６
によって行い、これによって空間１３内の圧力の変化を
行うようにしてもよい。このとき前述の実施例における
切換え弁９および圧力制御弁５は省略される。なお、排
気弁６７が設けられて空間１３の圧力低下のために排気
制御される。

【００４１】圧縮空気に代えて、その他の気体または液
体などの流体が用いられてもよい。

【００４２】本発明は、鉄道車両のほかに、自動車、航
空機およびその他の乗物であってもよく、あるいは荷物
を運搬するコンテナや流体を貯留するタンクなどの容器
の試験を行うためにも広範囲に実施することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、強度試験
するべき容器を気密な試験室内に入れ、この容器内は、
たとえば圧縮空気などの流体を供給して大気圧よりも高
い一定の第１圧力に保ち、試験室の内周面と容器の外周
面との間の空間の圧力を、第１圧力よりも高い第２圧力
と、大気圧以上であってかつ第１圧力よりも低い第３圧
力との間で、圧縮空気などの流体を供給して変化させる
ようにしたので、前述のような提案された技術における
真空ポンプは必要でなく、構成が簡単であり、また圧力
の変化を容易に行うことができ、作業性が良好であり、
また各回の試験の周期を短縮することができるので、特
に多数回の繰返し試験を行わなければならない疲労強度
の評価に要する期間を短縮することができる。さらに本
発明によれば、試験室内の空間は大気圧以上であり、負
圧になることがないので、圧縮座屈を生じない強度とす
る必要がなく、たとえば可撓性シートなどによって構成
することができ、その構成が簡略化される。

【００４４】また試験するべき容器内は、大気圧よりも
高い一定の第１圧力に保たれたままであり、その容器内
の圧力を変化する必要がないので、試験作業が簡略化さ
れる。もしも容器内の圧力を変化する必要があるとすれ
ば、その圧力変化を迅速に行うことができるようにする
ために、容器内にたとえば発泡スチロールなどの物体を
可能な限り多く詰込み、容器内の空間を小さくして圧縮
空気などの流体の供給および排出量を減少する必要があ
るけれども、本発明では、上述のように容器内の圧力は
一定値に保たれるので、そのような発泡スチロールなど
の物体を詰込む必要がなくなり、完全な空間として残す
ことができる。これにより、実際の試験中に内部に人間
が入り、圧力変動をかけた場合の容器の挙動を直接目視
したり、ビデオカメラによって外部で監視したりするこ
とが可能になるとともに、試験装置全体の簡略化および
試験速度の向上が可能となる。

【００４５】このようにして容器に作用する応力振幅値
を実際の荷重条件と同等にして、試験を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図２】処理回路１６の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図３】空間１３の圧力の時間経過を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の他の実施例の処理回路１６の動作を説
明するためのフローチャートである。

【図５】図４に示される実施例における空間１３の圧力
の時間経過を示すグラフである。

【図６】本発明の他の実施例の全体の系統図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例の全体の系統図であ
る。

【図８】先行技術の全体の系統図である。

【図９】図８に示される先行技術の空間１３の圧力の時
間経過を示すグラフである。

【図１０】他の先行技術の系統図である。

【図１１】本発明の他の先行技術の系統図である。

【図１２】図１１に示される先行技術の動作を説明する
ための図である。

【図１３】パスカルの原理を説明するための図である。

【図１４】他の先行技術の系統図である。

【図１５】図１４に示される先行技術の動作を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１ 胴体 ２ 試験室 ３，３ａ 走気手段 ５，５ａ 圧力制御弁 ６ アキュムレータ ９ 切換え弁 １４，１５ 圧力計 １６ 処理回路 Ｐ１，Ｐ１１ 第１圧力 Ｐ２，Ｐ１２ 第２圧力 Ｐ３，Ｐ１３ 第３圧力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密な試験室内に、強度試験するべき容
   器を入れ、容器内を大気圧よりも高い一定の第１圧力に
   保ち、試験室の内周面と容器の外周面との間の空間の圧
   力を、第１圧力よりも高い第２圧力と、大気圧以上であ
   ってかつ第１圧力よりも低い第３圧力との間で変化させ
   ることを特徴とする容器の強度試験方法。
2. 【請求項２】 第３圧力は、大気圧であることを特徴と
   する請求項１記載の容器の強度試験方法。
3. 【請求項３】 第３圧力は、大気圧よりも高い圧力であ
   ることを特徴とする請求項１記載の容器の強度試験方
   法。
4. 【請求項４】 試験するべき容器を収納するための気密
   な試験室と、容器内の圧力を、大気圧よりも高い一定の
   第１圧力に保つ第１圧縮空気供給手段と、試験室の内周
   面と容器の外周面との間の空間に圧縮空気を供給し、そ
   の空間の圧力を、第１圧力よりも高い第２圧力と、大気
   圧以上であってかつ第１圧力よりも低い第３圧力との間
   で変化させる第２圧縮空気供給手段とを含むことを特徴
   とする容器の強度試験装置。