JPH1137912A - ２軸載荷試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下圧盤の間に供試体を挟んでこの供試体に
剪断力を負荷する２軸載荷試験装置において、上部圧盤
の過度の傾斜および上部圧盤へ許容値以上のアンバラン
ス力が作用することを防止する。 【解決手段】 上下一対の圧盤５９，６２に保持された
供試体５１に、垂直荷重用油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂ
により軸力を負荷した状態にて、水平負荷用油圧シリン
ダにより上下圧盤５９，６２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。このとき、荷重フィ
ードバック制御により油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂの駆
動を制御し、上部圧盤５９の傾斜が所定値以上となると
変位フィードバック制御に切換える。一方、変位フィー
ドバック制御中に、上部圧盤５９への荷重のアンバラン
ス量が所定値以上となったとき、荷重フィードバック制
御に切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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５に示すような免震
ゴムの剪断変形を測定する２軸載荷試験装置が知られて
いる。図５に示すように、２軸載荷試験装置は、基部５
２と紙面に垂直方向の両端が不図示の支持枠に固定され
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が例えば４本設置され、
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５
６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６
３が設けられている。免震ゴムからなる供試体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５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６
４，６５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６
４，６５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
より垂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】この際、垂直負荷用の油圧シリンダ５４の
それぞれは、実荷重が目標荷重になるような荷重フィー
ドバックにて制御するか、実軸変位が目標変位となるよ
うな変位フィードバックにて制御する。ここで、各油圧
シリンダ５４は供試体５１に負荷する圧縮荷重を等分に
分担するため、油圧シリンダ５４の数に応じて、各油圧
シリンダ５４の目標荷重は圧縮荷重の１／３もしくは１
／４となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、油圧
シリンダを荷重フィードバック制御する場合、複数の圧
縮用油圧シリンダが発生する負荷荷重はそれぞれ目標値
に制御されるが変位はばらつくため、水平変位が大きく
なると上部圧盤が大きく傾く場合がある。一方、変位フ
ィードバック制御する場合、複数の圧縮用油圧シリンダ
の変位はそれぞれ目標値に制御されるが、水平方向に免
震ゴムが変位することに起因して荷重がばらつくため、
上部圧盤にはアンバランスな荷重が作用し、上部圧盤あ
るいはその他の機構が変形するおそれがある。

【０００７】本発明の目的は、荷重フィードバック制御
時の上部圧盤の傾きを小さくし、変位フィードバック制
御時の上部圧盤に作用する荷重のアンバランスを小さく
する２軸剪断試験機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図５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５９，６２に保持された供試体５１に軸力を
負荷する複数のアクチュエータを有する軸力負荷手段５
４Ａ，５４Ｂと、供試体５１に軸力を作用させたまま、
上下一対の圧盤５９，６２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剪断負荷手段６６とを備
えた２軸載荷試験装置に適用され、供試体５１への実荷
重を測定する荷重測定手段１１，１２と、供試体５１の
実軸変位を測定する変位測定手段１３，１４と、実荷重
が目標荷重となるように軸力負荷手段５４Ａ，５４Ｂを
制御する荷重フィードバック制御手段１５，１６，２
４，２５，２６，２７と、実軸変位が目標変位となるよ
うに軸力負荷手段５４Ａ，５４Ｂを制御する変位フィー
ドバック制御手段１５，１６，２４，２５，２６，２７
と、実荷重および実軸変位に基づいて、荷重フィードバ
ック制御手段による制御中に供試体５１が所定角度以上
傾斜したときに変位フィードバック制御手段による制御
に切換え、変位フィードバック制御手段による制御中に
供試体５１への負荷荷重のアンバランス量が所定値以上
となったときに荷重フィードバック制御手段による制御
に切換える切換手段２１，２２，２３とを備えたことに
より上記目的を達成する。

【０００９】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。

【００１０】

【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概略図、図２は本実施の
形態に係る２軸載荷試験装置の制御回路を示すブロック
図である。なお、本実施の形態の構成については、上記
従来の技術にて説明した２軸載荷試験装置の構成と同一
であるため詳細な説明は省略するとともに、簡便のため
２本の油圧シリンダのみを用いて説明する。

【００１１】図１に示すように、本実施の形態に係る２
軸載荷試験装置の上下圧盤５９，６２の間に供試体５１
が取り付けられ、垂直負荷用の油圧シリンダ５４Ａ，５
４Ｂを駆動して供試体５１に圧縮荷重を負荷する。そし
て、圧縮荷重を負荷した状態において、図１では不図示
の水平負荷用油圧シリンダ６６を駆動して上下圧盤５
９，６２を水平方向に相対的に往復移動させる。ここ
で、油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂと上部圧盤５９との間
には第１および第２のロードセル１１，１２が、油圧シ
リンダ５４Ａ，５４Ｂには油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂ
のストロークを検出する第１および第２のストロークセ
ンサ１３，１４が取り付けられている。また、油圧シリ
ンダ５４Ａ，５４Ｂは、第１および第２のサーボ弁１
５，１６によりその駆動がフィードバック制御される。

【００１２】図２に示すように、本実施の形態に係る２
軸載荷試験装置の制御回路は、第１および第２のストロ
ークセンサ１３，１４から出力されるストローク信号Ｓ
１，Ｓ２を増幅するためのストロークアンプ１７，１８
と、第１および第２のロードセル１１，１２から出力さ
れる荷重信号Ｆ１，Ｆ２を増幅するための荷重アンプ１
９，２０と、変位フィードバックおよび荷重フィードバ
ックを切換えるための第１および第２の切換器２１，２
２と、第１および第２のストロークアンプ１７，１８お
よび第１および第２の荷重アンプ１９，２０により増幅
されたストローク信号Ｓ１，Ｓ２および荷重信号Ｆ１，
Ｆ２を処理して、第１および第２の切換器２１，２２を
切換える信号を出力する切換信号出力器２３と、油圧シ
リンダ５４Ａ，５４Ｂの駆動を制御するための第１およ
び第２の設定信号を出力する第１および第２の設定信号
出力器２４，２５と、第１の設定信号出力器２４から出
力される設定信号とストローク信号Ｓ１または荷重信号
Ｆ１とを減算して差分信号Ｑ１を求める加算器２６と、
第２の設定信号出力器２５から出力される設定信号とス
トローク信号Ｓ２または荷重信号Ｆ２とを減算して差分
信号Ｑ２を求める加算器２７と、差分信号Ｑ１，Ｑ２を
それぞれ増幅する第１および第２のアンプ２８，２９と
からなる。そして、第１および第２のアンプ２８，２９
により増幅された差分信号Ｑ１，Ｑ２により第１および
第２のサーボ弁１５，１６が駆動される。

【００１３】図３は切換信号出力器２３の詳細な構成を
示すブロック図である。図３に示すように、切換信号出
力器２３は、ストローク信号Ｓ１とストローク信号Ｓ２
とを減算して差分信号ΔＳを求める減算器３０と、差分
信号ΔＳの絶対値、すなわちアンバランス量｜ΔＳ｜を
求める絶対値算出器３１と、絶対値｜ΔＳ｜と基準値Ｓ
Ｒとを比較する比較器３２と、荷重信号Ｆ１と荷重信号
Ｆ２とを減算して差分信号ΔＦを求める減算器３３と、
差分信号ΔＦの絶対値すなわちアンバランス量｜ΔＦ｜
を求める絶対値算出器３４と、絶対値｜ΔＦ｜と基準値
ＦＲとを比較する比較器３５と、比較器３２，３５によ
る比較結果に基づいて切換器２１，２２を切換える信号
を出力する切換制御回路３６とからなる。

【００１４】次いで、本実施の形態の動作について説明
する。なお、本実施の形態においては、図４に示すよう
に水平負荷用の油圧シリンダ６６のピストンの位置がシ
リンダの略中間点にある位置を開始位置とし、開始位置
から伸長して上部圧盤５９がの方向に変位し、その後
収縮しての方向に変位し、開始位置を経ての方向に
変位し、さらに最も収縮した位置から開始位置に戻る
の方向に変位するものとする。

【００１５】まず、上部圧盤がの方向に変位する場合
には、荷重フィードバック制御により第１および第２の
油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂを制御する。ここで、荷重
フィードバック制御においては、切換信号出力器２３に
より切換器２１，２２をそれぞれａ側に切換え、荷重信
号Ｆ１，Ｆ２と第１および第２の設定信号出力器２４，
２５から出力される荷重設定信号との差分信号を加算器
２６，２７により算出し、この差分信号がゼロとなるよ
うに第１および第２のサーボ弁１５，１６を駆動して上
下圧盤５９，６２を制御するものである。上部圧盤５９
がの方向に変位する場合、供試体５１には水平方向に
剪断力が作用するから、第１の油圧シリンダ５４Ａのス
トロークが第２の油圧シリンダ５４Ｂのストロークより
も大きくなり、上部圧盤５９は図１の仮想線Ａに示すよ
うに右下がりに傾く。この状態においては、第１および
第２の油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂのストロークセンサ
１３，１４により検出されるストローク信号Ｓ１，Ｓ２
は、Ｓ１＞Ｓ２となる。そして、第１および第２の油圧
シリンダ５４Ａ，５４Ｂのストローク信号Ｓ１，Ｓ２の
差分信号ΔＳを減算器３０により算出し、絶対値算出器
３１によりアンバランス量｜ΔＳ｜を求め、さらに比較
器３２によりアンバランス量｜ΔＳ｜と基準値ＳＲとを
比較する。ここで、基準値ＳＲは上部圧盤５９の傾きが
許容される角度に相当するものである。そしてアンバラ
ンス量｜ΔＳ｜が基準値ＳＲを越えたときに、切換制御
回路３６より切換器２１，２２に信号を出力して切換器
２１，２２をｂ側として、荷重フィードバック制御から
変位フィードバック制御に切換える。

【００１６】変位フィードバック制御においては、第１
および第２の油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂの目標変位は
荷重フィードバック制御から変位フィードバック制御に
切換わったときの各油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂのスト
ロークである。したがって、切換信号出力器は、｜ΔＳ
｜＞ＳＲとなるタイミングでストローク信号Ｓ１，Ｓ２
を取り込んで、第１および第２の設定信号出力器２４，
２５に変位設定信号としてこのストローク信号Ｓ１，Ｓ
２をセットする。そして、ストローク信号Ｓ１，Ｓ２と
第１および第２の設定信号出力器２４，２５から出力さ
れる変位設定信号との差分信号を加算器２６，２７によ
り算出し、この差分信号がゼロとなるように第１および
第２のサーボ弁１５，１６を駆動して上下圧盤５９，６
２を制御する。

【００１７】この変位フィードバック制御において、供
試体５１がまたはの方向に変位するとき、上部圧盤
５９は所定の傾きを保持したまままたはの方向に移
動する。上部圧盤５９がの方向に移動すると、第１お
よび第２の油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂのロードセル１
１，１２により検出される荷重信号Ｆ１，Ｆ２は、やが
てＦ１＜Ｆ２となる。そして、荷重信号Ｆ１，Ｆ２の差
分信号ΔＦを減算器３３により算出し、絶対値算出器３
４によりアンバランス量｜ΔＦ｜を求め、さらに比較器
３５によりアンバランス量｜ΔＦ｜と基準値ＦＲとを比
較する。基準値ＦＲは上部圧盤５９に作用する圧縮荷重
が許容されるアンバランス量に相当するものである。そ
して、アンバランス量｜ΔＦ｜が基準値ＦＲを越えたと
き、切換器２１および２２はａ側に切換わり、再び荷重
フィードバック制御に切換わる。この後、上部圧盤５９
は開始位置を経ての方向に変位する。

【００１８】上部圧盤５９が荷重フィードバック制御に
より方向に変位する際には、上記と同様に荷重信号Ｆ
１，Ｆ２と第１および第２の設定信号出力器２４，２５
から出力される設定信号との差分信号を加算器２６，２
７により算出し、この差分信号がゼロとなるように第１
および第２のサーボ弁１５，１６を駆動して上下圧盤５
９，６２を制御する。上部圧盤５９がの方向に変位す
る場合、供試体５１は水平方向に剪断力が作用するか
ら、第２の油圧シリンダ５４Ｂのストロークが第１の油
圧シリンダ５４Ａのストロークよりも大きくなり、上部
圧盤５９は図１の仮想線Ｂに示すように左下がりに傾
く。この状態においては、第１および第２の油圧シリン
ダ５４Ａ，５４Ｂのストロークセンサ１３，１４により
検出されるストローク信号Ｓ１，Ｓ２は、Ｓ１＜Ｓ２と
なる。そして、第１および第２の油圧シリンダ５４Ａ，
５４Ｂのストローク信号Ｓ１，Ｓ２の差分信号ΔＳを減
算器３０により算出し、絶対値算出器３１によりアンバ
ランス量｜ΔＳ｜を求め、さらに比較器３２によりアン
バランス量｜ΔＳ｜と基準値ＳＲとを比較する。そして
アンバランス量｜ΔＳ｜が基準値ＳＲを越えたときに、
切換制御回路３６より切換器２１，２２に信号を出力し
て切換器２１，２２をｂ側とし、荷重フィードバック制
御から変位フィードバック制御に切換える。

【００１９】この変位フィードバック制御において上部
圧盤５９がまたは方向に変位する際には、上部圧盤
５９は所定の傾きを保持したまままたはの方向に移
動する。上部圧盤５９がの方向に移動すると、第１お
よび第２の油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂのロードセルに
より検出される荷重信号Ｆ１，Ｆ２は、やがてＦ１＞Ｆ
２となる。そして、荷重信号Ｆ１，Ｆ２の差分信号ΔＦ
を減算器３３により算出し、絶対値算出器３４によりア
ンバランス量｜ΔＦ｜を求め、さらに比較器３５により
アンバランス量｜ΔＦ｜と基準値ＦＲとを比較する。そ
して、アンバランス量｜ΔＦ｜が基準値ＦＲを越えたと
きに再び荷重フィードバック制御に切換える。

【００２０】そして、以上のように荷重フィードバック
制御と変位フィードバック制御とを切換えて上部圧盤５
９を駆動して供試体５１を負荷する。

【００２１】このように、本実施の形態においては、荷
重フィードバック制御時において上部圧盤５９の傾きが
基準値よりも大きくなると変位フィードバック制御に切
換え、さらに変位フィードバック制御時において供試体
５１への荷重のバラツキが基準値よりも大きくなると荷
重フィードバック制御に切換えるようにしたため、上部
圧盤５９の傾きを小さくするとともに、アンバランスに
よる上部圧盤５９および他の機構の変形を防止すること
ができる。

【００２２】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５４Ａ，５４Ｂが軸力負荷手段を、ロ
ードセル１１，１２が荷重測定手段を、ストロークセン
サ１３，１４が変位測定手段を、第１および第２のサー
ボ弁１５，１６、第１および第２の設定信号出力器２
４，２５および加算器２６，２７が荷重フィードバック
制御手段および変位フィードバック制御手段を、切換器
２１，２２、切換信号出力器２３が切換手段を構成す
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、実
荷重および実軸変位に基づいて、荷重フィードバック制
御手段による制御中に供試体の角度が所定値以上となっ
たときに変位フィードバック制御手段による制御に切換
え、変位フィードバック制御手段による制御中に供試体
への負荷荷重のアンバランス量が所定値以上となったと
きに荷重フィードバック制御手段による制御に切換える
ようにしたため、荷重フィードバック制御のみを行う場
合のように上部圧盤が傾斜しすぎたり、変位フィードバ
ック制御のみを行う場合のように上部圧盤にアンバラン
スな荷重が作用することにより上部圧盤やその他の機構
が変形することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る２軸載荷試験装置の
構成を示す概略正面図

【図２】本発明の実施の形態に係る制御回路を示すブロ
ック図

【図３】切換信号出力器の構成を示すブロック図

【図４】水平負荷用油圧シリンダの移動する状態を示す
図

【図５】従来の２軸載荷試験装置の構成を示す図

【符号の説明】

１１，１２ ロードセル １３，１４ ストロークセンサ １５，１６ サーボ弁 ２１，２２ 切換器 ２３ 切換信号出力器 ２４，２５ 設定信号出力器 ５１ 供試体 ５４Ａ，５４Ｂ 垂直負荷用油圧シリンダ ５９ 上部圧盤 ６２ 下部圧盤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下一対の圧盤に保持された供試体に軸
   力を負荷する複数のアクチュエータを有する軸力負荷手
   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
   し負荷する剪断負荷手段とを備えた２軸載荷試験装置に
   おいて、 前記供試体への実荷重を測定する荷重測定手段と、 前記供試体の実軸変位を測定する変位測定手段と、 前記実荷重が目標荷重となるように前記軸力負荷手段を
   制御する荷重フィードバック制御手段と、 前記の実軸変位が目標変位となるように前記軸力負荷手
   段を制御する変位フィードバック制御手段と、 前記実荷重および前記実軸変位に基づいて、前記荷重フ
   ィードバック制御手段による制御中に前記供試体が所定
   角度以上傾斜したときに前記変位フィードバック制御手
   段による制御に切換え、前記変位フィードバック制御手
   段による制御中に前記供試体への負荷荷重のアンバラン
   ス量が所定値以上となったときに前記荷重フィードバッ
   ク制御手段による制御に切換える切換手段とを備えたこ
   とを特徴とする２軸載荷試験装置。