JPS6155430A - ハイブリツド制振法 - Google Patents

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】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は振動機械等において、振動を能動的に制振し
て、公害振動等の発生を防止し得る力制御型制振装置に
関するものである。

鍛造機械やプレス機械等の強力な振動を誘発する振動機
械は地中に形成された基礎上に据付けられるが、これら
の振動機械が作動するに伴って発生する振動は、振動機
械の脚部から基礎に伝達され、さらに基礎から地盤の伝
達特性を介して他の地域に伝達され、これが公害振動と
なる場合がある。

［従来の技術］ このような振動機械の稼働により発生する振動公害を防
止する対策どして、従来より機械自体を柔いばねで支持
する弾性支持法が広く用いられていることは周知のとお
りである。しかしながら、この弾性支持法の適用により
得られる力伝達率が低域濾過特性であるため、支持ばね
の剛性を弱めることで、ばね支持系の共振振動数θ）ｎ
を低下させて用いる以外に、制振効果を期待することが
出来ない。そのため、鍛造機械やプレス機械等の大重量
物が大振幅で揺動する結采となり、作業者に恐怖感や圧
迫感を与えるばかりでなく、作業性、加工精度、機械寿
命等の低下をもたらし、ひいてはこの弾性支持法の適用
が逆に振動公害源にすらなり１ｑるという欠陥を有して
いる。

また、弾性支持法以外の制振方法としては相対的制振方
法がある。しかしながらこの相対的制振方法も、制振装
置を励振源と対象物の間に設置するため、大重量物を常
時当該装置で保持せねばならず、またかなりの設置スペ
ースを必要とするイ「と、実用上に眉１点がある。

ところで、弾性支持法の持つ制振機能が高域遮断特性で
あるのに対し、剛体支持を可能とする能動制振方式は高
域濾過特性であるといえる。さらに、水力式は油圧ザー
ボ機描を採用していることから、制振可能な周波数領域
１．１、高々数１０Ｏｆ−１ｚに過ぎない。一方、鍛）
貴工場などの作業環境をみると、距離減衰は期待できず
、さらに機械自体の発生する衝撃力成分が広帯域に分布
するために、床や建家が励振されることで併発する騒音
問題や、機械基礎の破損、締結部の緩み、周辺機器への
影響など、数多くの問題点が存在し、作業環境の改善を
も考慮すると更に広域に及ぶ力伝達率の抑制が望まれて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記の如ぎ事情に鑑みてなされたちのであっ
て、殆ど全ての振動周波数域において加振力の伝達の抑
制を可能とする制振法を提供することを目的とするもの
である。

（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明のハイブリッド制振法は
、可動の付加質量部材を備えて前記付加質量部材を駆動
することによって生ずる慣性力による加振力を被加振部
に作用さぜ得る能動制振装置を前記被加振部にとりつけ
、かつ前記被加振部をばね支持装置で支持し、前記ばね
支持装置によるばね支持系におりる共振振動数ωｎを前
記能動制振装置の機能範囲に設定し、振動数Ｆ７θ柘近
傍を越えた周波数領域においては前記ばね支持系によっ
て制振し、前記共振振動数θ）ｎ近傍以下の周波数領域
においては前記能動制振装置によって制振し、かつ前記
共振振動数ωｎ近傍においては前記能動制振装置にサー
ボダンパ機能を発揮させて制振することを特徴としてい
る。

以下この発明の詳細を一実施例を示す図面について説明
する。

第１図は、この発明において使用する制振装置１の構成
を示す説明図であり、第２図はそのような制振装置１を
鍛造機械２に適用した状態を例示する説明図である。

制振装置１は励振源である機械２（例えば鍛造機械２）
に取付けられた能動制振装置３と、機械２を基礎５上に
弾性支持するばね支持装置４とを備えている。ばね支持
装置４は支持剛性を低くして共振周波数ωｎを数Ｈ２に
設定すると、弾性支持法の欠点であった機械２自体の振
動が顕著となるため、ωｎは数１０Ｈ２に設定する必要
がある。

能動制振装＠３はケーシング６と付加質量７及びサーボ
弁８を備えており、付加質量７はケーシング６に対して
相対変位可能である。ケーシング６は機械２に固定して
おり、この付加質量７を油圧駆動すると慣性力Ｍｄ髄が
発生いこれが制御力として機械２に作用し、機械の加振
力と相打消し合い基礎５を通して地盤特性に伝達される
低周波数領域の振動を消滅させる。また、ωｎ近傍に生
ずる共振ピークの抑制に関しては、機械の質量の変位お
よび速度を組合せてフィードバックすることで、能動制
振装置３にサーボダンパとしての機能を発揮させ、当該
ピークの抑制を図ることが可能であるが、本機能を後述
の動的補償回路Ｇｃ（Ｓ　）を設計する際に持たせるこ
とにより実現できる。

次に上記の制振装置の制御系について説明する。

第１図に示す原理図を基に、運動方程式を作成すると、
次のようになる。

ここで各記号を次のように定める。

−６＝ Ｇｏ（Ｓ）；動的補償器伝）ヱ関数 ＧＶ（Ｓ）；ｌナーボプ↑伝達関数 Ｍ　；機械系質量 Ｂ　；支持系粘性係数 Ｋ　；支持系ばね定数 Ｍｄ　；能動制振器伺加質吊 ｆｉｎ：加振力 ｆｔ　；伝達力 ｆｄ；制御力 ×　；機械質ｍの変位 ×ｄ　；伺加＠星の変位 ＼ｌ　；油とじ込み体積 β　；油圧縮率 △　；ビス］〜ン受圧面積 ｒｐ：サーボ弁内部抵抗 ｇｍ　；リーーボ弁相互コンダクタンスＤｏ　；ビス１
ヘン・シリンダ間粘性係数に△；サーボアンプゲイン Ｇｅｑ；マイナフィードバックゲイン Ｓ　；ラプラス演算子 機械質量、ばね支持系のつり合い方程式はＭ　×＜ｔ　
）　−ｆ：ｎ（ｔ　）　−ｆ’ｄ（ｔ　）　−ｆｔ　（
ｔ　）・・・（１） 伝達力ｆｔは ｆｌ（ｔ）＝Ｂ　灸（ｔ　）　−１−Ｋ　Ｘ　（ｔ　）
　　　・・・（２）ｌノたがって、無補償状態で力伝達
率ＧＳ（Ｓ　）はＧｓ（Ｓ）＝　（ＢＳ＋Ｋ）／　（Ｍ
Ｓ＋ＢＳ十Ｋ）・・・（３） 能動制御系つり合い方程式は Ｍｄ受ｄ（ｔ　）　＝ｆｄ（ｔ　） ＝ＡＰ（ｔ　＞＋Ｄｏｆ　ｘ（ｔ　＞　−Ｘ　（ｔ　）
）・・・　く　／１　） サーボ弁吐出し流量ｑと吐出し圧力Ｐの関係を線形化し
て求めると Ｑ（ｉ　）＝貼ｘ、（ｔ　）−（１／ｒｐ）　−ｐ（ｔ
　）・・・（５） 油の圧縮性を考慮すると ｑ（ｔ）−△（均（１）−ゑ（ｔ）） ＋（１／２）Ｖβ白（１） ＝へ交。＋（１／２）＼／β白（１）・・・（６）ただ
し、ピストン・シリンダ間相対変位×ｏはｘＱ（ｔ　）
　＝ｘｄ（ｔ　）　−Ｘ　（ｔ　）　　　　　−（７）
ビス１ヘンに加わる力ｆＯと吐出し圧Ｐの関係はｆｏ　
（ｔ　）　＝ＡＰ　（ｔ　’） ＝ｆｄ（ｔ　）　＋ＤＯＸｏ（ｔ’　）　　　　−（８
）スプール変位×ｓとサーボ弁駆動電流ｉの関係はＸ５
（Ｓ）　＝Ｋｖ（Ｓ）・１ｖ（Ｓ）　　　　　・・・（
９）入力電圧ｅと駆動電流：Ｖの関係は １ｖ（Ｓ）＝ＫＡ　−ｅ（８＞　　　　　　　−（１０
）式（５）をラプラス変換して整理するとＱ　　（Ｓ）
＝’Ｊｍ・　ＫＡ　　−Ｋｖ（Ｓ）　　・　ｅ（Ｓ）（
１／ｒｐ）・Ｐ　（Ｓ） ＝　Ｇｖ（Ｓ　）・　ｅ（Ｓ） −（１／ｒｐ）・Ｐ（Ｓ）　　　−（１１）ここで、−
リーーボ弁伝達関数ＧＶ（Ｓ）を三次系で近似すると ＧＶ（Ｓ）＝（ｇ□・ＫＡ・（１）、３．・ωｂ”）／
ｌ（Ｓ＋ωｄ）・（Ｓ’＋２ζ沖β＋ωｂ２））　　・
・・（１２）付加質ｍの平衡状態を保つために、ピスト
ン・シリンダ間相対変位ｘ□をマイナフィードバックす
るｅ（ｔ）−−Ｇｅｑ・ｘ□（ｔ　　）　　　　　　　
　　−（１３）制御信号Ｕを機械質量の変位Ｘより得る
とするとｕ（Ｓ）＝Ｇｏ（Ｓ）−Ｘ（Ｓ）　　　　　−
（１４）式（１）〜（１４）を整理してハイブリッド制
御系のブロック図を作成すると、第３図となる。

［実験例］ ハイブリッド制振系実験装置の基本構成どしては、１ｍ
Ｘ１．５ｍ、重さ約２．２ｔの定盤と、その上に設置さ
れる能動制振器く最大加振力４ｋＮ）及び外力発生器（
＠大加振力８ｋＮ）、それに支持台Ｊ：り成る。この支
持台に組込まれている板ばねで定盤系を支持しており、
板ばねの厚さ及び支持条件を変えることでばね定数を調
整する。また、支持台と基礎の間にロードセルが挾み込
まれており、伝達力ｆ１を測定する。本実験で使用した
ロードセルは、最大測定範囲４００ｋＮ。

分解能ｉｏｍＮの特性を有し、動荷重のみを検出する。

また、機械質量の変位はインダクタンス形変位計により
検出している。なお、ばね定数は実−１〇　　− 測にＪ：ッてに＝４８ＭＮ／ｍ、共振周波数θ）ｎ　＝
／’１．５．２２１−１ｚを得ており、理論解析ではこ
の値を用いている。

第５図に三次形の動的補償器を適用１ノで得られたハイ
ブリッド制振効果を示寸。この場合の、基本特性として
は Ｇ（：（Ｓ）　＝　１５０　（（（Ｓ／　１５７．１　
）’＋（１，４，８／１５７．１）＋１） （Ｓ／１５７．１＋１） ／（＜Ｓ／２５．１）→−１）〕 ・・・（１５） 位相進み要素としては Ｇｔｅａｄ、（Ｓ）　　−（（Ｓ／３７７）　　＋　　
（Ｓ／３７７）−＋−１）／　（（Ｓ／６２８＋１　＞
（Ｓ１５６５５＋　１））　　　・・・（１Ｇ）の特性
を使用した。上式から分るように実験で用いた設定値は
、理論解析値とは多少異なる結果どなった。図から明ら
かなように、７０１−１　ｚを除く全周波数域で抑制効
果を得た。また、５０１−１　ｚ以下の領域では理論値
と実験値が比較的良く一致しており、７４〜８Ｈｚでは
３２〜３０ｄＢの抑制が１ｑられでいる。１００）−１
７を越えた領域での力伝達率は、理論解析結果はどは改
善されていない。

これは、５００１−１ｚ以」−の周波数域に二次のモー
ドが存在し、その影響が現れているものと考える。

しかしながら、１００Ｈ７以上の領域では弾性支持法の
高域遮断特性が支配し、また共振ピーク及び低周波領域
での加振力抑制が実現され、ハイブリッド制振機能が立
証されたと言える。

［効果］ ハイブリッド制振法は、支持系の共振振動数０拍を能動
制振機能の及ぶ領域に設定し、（Ｉ）Ｆ２Ｏ硝を越えた
周波数領域においては、第４図の緯線部に示す弾性支持
法の高域遮断特性を利用し、（ＴＩ）θ硝近傍に関して
は、能動制振系にザーボダンパの機能を持たせることで
、共振ピークの抑制を行ない、（ＩＩＩ）ωｎ以下の周
波数領域に関しては能動制振効果を利用する。以上のよ
うに、この発明のハイブリッド制振法は、三種類の制振
機能を取入れることで、殆ど全ての周波数域において加
振力伝）ヱの抑制を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明において使用する制振装置の構成を示
す説明図、第２図は制振装置を鍛造機械に適用した状態
を示す斜視説明図、第３図は制振装置の制御系を示すブ
ロック図、第４図は力伝達率を示すグラフ、第５図は実
験例における力伝達率を示寸グラフである。 １・・・制振装置　　２・・・機械　　３・・・能動制
振装置４・・・ばね支持装置　　５・・・基礎　　６・
・・ケーシング　　７・・・付加質量　　８・・・サー
ボ弁−１３＝ 第１図 ア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可動の付加質量部材を備えて前記付加質量部材を駆動す
   ることによって生ずる慣性力による加振力を被加振部に
   作用させ得る能動制振装置を前記被加振部にとりつけ、
   かつ前記被加振部をばね支持装置で支持し、前記ばね支
   持装置によるばね支持系における共振振動数ω＿ｎを前
   記能動制振装置の機能範囲に設定し、振動数√２ω＿ｎ
   近傍を越えた周波数領域においては前記ばね支持系によ
   って制振し、前記共振振動数ω＿ｎ近傍以下の周波数領
   域においては前記能動制振装置によって制振し、かつ前
   記共振振動数ω＿ｎ近傍においては前記能動制振装置に
   サーボダンパ機能を発揮させて制振することを特徴とす
   るハイブリッド制振法