JPS6224008A - 油圧シリンダ試験装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発判は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設
機械に使用される油圧シリンダの強度試験を行うための
油圧シリンダ試験装ａに関し、特に軸線と直角方向（以
下軸直角方向という）の荷重に対する強度試験を行うの
に好適な油圧シリンダ試験装置に関するものである。

〔従来技術〕

一般に、油圧シリンダ試験装置は、油圧シリンダが最大
ストロークまたは最小ストロークに変位したとき、油圧
力によって当該油圧シリンダに作用する軸方向または軸
直角方向の強度を評価する試験装置ないし試験手段と、
油圧シリンダが一定ストローク長の状態で、該油圧シリ
ンダに軸直角方向に一定ないし単独の荷重を与え、この
荷重負荷に対する軸直角方向の強度を評価する試験装置
ないし試験手段との２種類があり、それぞれ所要の強度
評価データを得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、油圧シリンダは油圧ショベル、油圧りし・−
ン等のフロント構成部品と１．て使用さ、れるが、この
油圧シリンダは他のフロント構成部品（例えば、ブーム
、アーム等）に比較して剛性が低く、このため実作業時
においては軸方向に摺動するばかりでなく、フロント慣
性力により揺動したり、衝撃力によって振動したりする
。このため、油圧シリンダの動的負荷要因は軸方向に作
用する油圧による場合と、フロント慣性力や衝撃力等の
外力によって軸直角方向に振動する場合とに分類するこ
とができ、油圧シリンダ自体の高応力状態は後者の振動
によってひき起されることが多い、従って、油圧シリン
ダの強度評価のためには、油圧力に対する強度試験ばか
りでなく、軸直角方向の負荷に対する強度試験もｔ−分
に考慮する必要がある。

しかし、前述した従来技術による油圧シリンダ試験装置
にあっては、軸直角方向の強１ｇを試験するに際し、油
圧シリンダのストローク長の変化に拘らず軸直角方向に
一定荷重ないし単独荷重をゲえるものであるため、次の
ような問題点があることがわかった。

即ち、第１に、軸直角方向荷重は一定荷重ないし単独荷
重を与えているのみであり、実機における荷重状態を正
確にシュミレーションできないという問題点がある。第
２に、油圧シリンダの発生応力はストローク長に比例し
て増加する傾向にあるにも拘らず、前述の如く一定荷重
金与えているのみであるから、油圧ンリンダのストロー
ク崩返し数のみが増え、試験期間が長期にわたってしま
うという問題点がある。

本発明は前述した従来技術の問題点、特に軸直角方向の
荷重に対する強度試験を行う際の問題点に鑑みなされた
もので、油圧シリンダのストローク長に応じて荷重を変
化させることにより、荷重状態のシュミレーションを正
確に行うことができると共に、試験期間の短縮を図るこ
とができ、さらに製品の信頼性を向上しうるようにした
油圧シリンダ試験装置を提供することにある。

〔問題点を解決するためのＦ段〕

上記問題点を解決するため、４（発明が採用するａ成の
特徴は、油圧シリンダの軸直角方向に所〈ｐの荷重を与
える荷重負荷装置と、前記油圧シリンダがストロークし
たときのロッドストローク長を検出する長さ計と、前記
油圧シリンダのストロークに対応して前記荷重負荷装置
によってグーえるべき荷重が演算可能な竹性値を記憶し
た記憶装置と、前記長さ計から入力される検出信号と該
記憶装置に記憶した特性値とに基づいて荷重を演算し、
当該荷七に基づく荷重信号を前記荷重負荷装置に出力す
る演算装置とからなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて
詳細に述べる。

まず、第１図は本実施例に用いる試験装置の全体構成図
を示す。図中、１は油圧シリンダで、該油圧シリンダｌ
はチューブ２、チューブヘッド３、一端が升ユーブ２内
のピストン（図示せず）に固着され他端がチューブへラ
ド２から突出した口ｌド４、一対の給排ポート５，６等
から構成され、チューブ２のボトム側、ロフト４の先端
側には後述の固定装置１２、スライド装置１３に取付け
るための取付アイ７．８が設けられている。

１１は試験装置の架台、１２は該架台１１の上面−例に
固着された固定装置、１３は同じく架台１１の上面他側
に油圧シリンダ１の軸方向に移動可俺なスラ・ｆド装置
を示し、前記油圧シリンダ１の一方の取付アイ７はピン
１２Ａを介して固定装置１２に取付けられ、他方の取付
アイ８はピン１３Ａを介してスライド装置１３に取付け
られ試験が行われる。

１４は油圧ポンプ、制御弁等を内蔵した油圧源装置で、
該油圧源装置１４は配管１５Ａ、１５Ｂを介して油圧シ
リンダｌの給排ボート５，６と接続される。

１６は油圧シリンダ１の強度試験に際してその出力軸１
６Ａから該油圧シリンダｌのチューブへラド３に所望の
軸直角方向荷重を与えるための荷重負荷装置で、該荷重
負荷装置１６は例えば油圧プし・ス等と同様に油圧戊の
荷重負荷装置として構成され、このため配ｔａ１７Ａ、
ｔ７Ｂを介して＋ｎｉ記油圧源装置１４と接続されてい
る。また、前記荷重負荷装置１６は後述する演算装置２
２からの荷重信号に基づいて油圧シリンダｌに一部・え
る軸直角荷重を何度としうるようになっており、この荷
重調整は例えば圧力制御弁の制御によって行うことがで
きるように構成されている。

１８は油圧シリンダｌのロッド４のストローク艮（変位
す）を検出する長さ計ないし変位、１１（以下、長さ計
１８という）で、長さ計１８の一端は　′スライド装置
１３に取付けられ、他端は自由端となっている。ここで
、前記長さ計１８は油圧シリンダｌの最小ストローク時
を基準として最大ストローク時までのロッド４の変位を
計測するもので、これによる検出信号は演算装置２２に
出力される。なお、前記長さ計１８としては、機械式の
距ｇＩ測定窓の他に、レーザ式距＃測定器、超音波式距
離測定塁等の精密測定泰を用いることができる。

１９は油圧シリンダ１の応力ひずみを検出するための応
力ひずみ計で、該応力ひずみ計１９は例えばチューブ２
に取付けられる。ここで、前記応力ひずみ計１９として
は例えば抵抗線ひずみ計、寥導体ひずみ計笠が用いられ
、ブリッジ回路等の一部として構成され、これからの検
出信号は演算装置２２に出力される。

次に、第２図は本実施例に用いる回路構成を示すブロッ
ク図で、図中２０は荷重負荷装置１６によって油圧シリ
ンダ１に与える荷重サイクル（荷重繰返し数）を計数し
、演算装置２２に出力するカウンタで、該カウンタ２０
は例えば演算装置２２かも出力される荷重信号を計数す
るようになっている。なお、前記カウンタ２０は例えば
圧力計等を検出要素として荷重負荷装置１６に与えられ
る油圧力の変化を検出し、これを計数するようにしても
よく、適宜の検出手段を採用しうる。

また、２１は例えばＲＡＭ、ＲＯＭ２％によって構成さ
れる記憶装置で、該記憶装置２１内には後述する第３図
、第４図に示す特性線図を関数テーブルとして格納し、
また第５図または第６図に示す特性線図がテーブルまた
はパターンとして格納され、演算装置２２のＭ制御の下
に読み出されるようになっている。なお、演算装置２２
の機能として第３図、第４図に示す特性線図から第５図
または第６図に示す特性と荷重数値を演算しうる場合に
は、第５図、第６図に示す特性線図を記憶しておく必要
がない。逆に、油圧シリンダ１の機種毎に第３図または
第４図のいずれかに示す特性と荷重数値を記憶し、試験
対象毎に荷重データを読出す方式の場合には第３図、第
４図の特性線図を格納しておイ必要がない。

一方、２２は例えばＣＰＵ等によって構成される演算装
置で、該演算装置２２は入出力装置（Ｉ１０装置）を介
して、入力側が長さ計１８、応力ひずみ計１９、カウン
タ２０と接続され、出力側が荷重負荷装２１１６、後述
のモニタ装置２３と接続され、かつデータバスを介して
記憶装置２１と接続されている。ここで、＋ｉ？ｉ記演
算装置２２は、記憶装置２１に記憶されている第３〜６
図に示す各データのうち新星のデータをアクセスし、長
さ計１８から入力される検出信号に基づいて油圧シリン
ダ１のストローク長に対応した軸直角方向荷重を演算し
、この演算結果を荷重信号として荷重負荷’Ａ置１６に
出力する第１の機能と、カウンタ２０から入力される計
数信号に基づいて荷重サイクルが予め定めた所定回数に
達したとき前記荷重信号の出力を終了ごせる第２の機旋
と、応力ひずみ計１９から入力される検出信号に基づい
て応力演算を行い、応力が限界値に達したとき前記荷重
信号の出力を停屯せしめる第３の機能と、油圧力試験を
同時に行う場合等において軸方向の変位、または軸直角
方向の変位が限界値に達したとき、前記荷重信号の出力
をｎ＋１−せしめ、必要に応じて油圧シリンダｌへの圧
油の給排を停止せしめる第４の機能と、モニタ装置２３
を駆動する第５のＪａ、ｔ＠とを併せ有している。

さらに、２３はモニタ装置で、該モニタ装置２３は例え
ばディスプレイ装置等からなる表示装置、磁気ディスク
装置茅からなる記録装置が適用され、これらはｎ；を算
装置２２によって制御される。

未実施例は１１１１述のように構成されるが、次にその
作動について述べる。

まず、前述したように、油圧シリンダ１を建設機械に組
込んで実作業を行うとき、該油圧シリンダ１に作用する
高応力状態はＬとして軸直角方向の線動によって生じる
。このとき、油圧シリンダｌの変形態様は両端の取付ア
イ７，８を支点として中央部分に最大変位が生じるもの
となる。

いま、油圧シリンダｌをチューブ２．ロッド４と等価な
剛性を持ち、両端を支持された梁と考え、中央部分（チ
ューブヘッド３の中央）に集中単位荷重を負荷する場合
を考える。

即ち、一方の取付アイ７から他方の取付アイ８へ向けて
の軸方向孔ａＸを変数とし、このときの軸直角方向の変
位Ｗをｗｌ　　、　Ｗ７　　、　Ｗ；　　、　ＷＪ　と
すると、ＷＪ　　、　Ｗ２　　、　ＷＪ、　ＷＪは次式
でシーえられる。

ただし、ｏ＜Ｘ＜ｎｌ ただし、Ｑｌ＜ｘ＜　ｆｌ、＋　＋し ただし、２１　＋幻＜ｘ＜１＋２２２ ここで、Ｉ＋　　、Ｉ２　　、ＩＪ　；チューブ２、チ
ューブ−２１，ド３、 ロッド４の断面ニ゛８次モーメント 立１．２立２２文３　； チューブ２、チューブへラド３、 ロッド４の長さく第１図参照） Ｑ、：　　油圧シリンダ１の全長 Ｅ；　縦弾性係数 Ｃ１−Ｃ８； 種々の条件により定まる未定係 数 り記Ｗ」〜Ｗ４の式より、油圧シリンダ１の応力状態が
定められるが、この大きさは一定荷毛負荷の場合、油圧
シリンダｌのストローク長に依イＣして大きく異なり、
これを図示すると第３図に示す如き特性線図となる。

一方、実機による実作婁時において、油圧シリンダ１に
生じる応力頻度は、作業条件や作業環境等によって異な
るが、第６図に示すような傾向となることが知られてい
る。なお、第６図中で実線Ａは最も厳しい条件下での特
性を示し、点ｉＢは通常の条件下での特性を示す。

以上の点から、まず第３図から理解できることは、油圧
シリンダ１の中央部分に集中単位荷重を負荷させた場合
、ストローク比に応じて発生応力が大きく変１ヒしてし
まい、特にストローク比が５０％以下では発生応力が小
さすぎ、もっと太きな荷重を負荷さセない限りｔ１効な
強度試験とはならないということである。一方、第４図
から理解できることは、強度試験の時間を短縮するよう
に、荷重サイクル（繰返しａ）を少なくし、かつ実機に
即した強度試験を行うには、応力振幅の大きさに基づい
て最適な荷重を設定することである。

かくして、第３図、第４図をもとに、油圧シリンダ１の
全ストロークにおいて一定の応力を発生させるには、第
５図に示す如き荷重条件とすればよい、即ち、油圧シリ
ンダ１のストローク比が所定範囲（例えば４０％）まで
は高い荷重をり一え、当該所定範囲以後は荷重を直線的
に減少させれば、全ストロークで一定の応力を発生させ
ることができる。また、この時の荷重の値は第４図の特
性に基づいて最適値を選定すればよい。

なお、第５図に示す特性は最適な理想特性であるが、近
似的には第６図の如く一定間隔で階段状に変化する特性
としてもよく、第６図の特性線図に基づいて荷重負荷装
置１６を作動させれば、その制御が容易となる。

さて、本実施例では記憶装置２１に第３図、第４図に示
す特性線図を格納し、または第５図または第６図に示す
いずれか−・方の特性線図と荷重数値を格納しておけば
、演算装置２２は所定のプログラムに基づいて油圧シリ
ンダｌのストロークに応じた荷重を演算することができ
る。なお、記憶装置２１にどのような形式の特性値を記
憶させておくかは、プログラムに応じてＷなるものであ
る。

次に、本実施例による油圧シリンダ検査装置の検査動作
についで述べる。

まず、作業者は検査対象である油圧シリンダＩを固定装
置１２とスライド装置１３との間に取付ける。この際、
油圧シリンダｌの機種に応じて繰返し数（Ｎ）、記憶装
置２１内のプログラム番号−９は予め設定しておく。

この状態で、油圧、！２装置２０を作動すると、これか
らの圧油は配管１５Ａ、１５Ｂを介して油圧シリンダ１
に供給され、註油圧シリンダ１はストロークを開始する
。

然るに、油圧シリンダ１のストローク長は長さ、ｉ［１
８で計測され、この検出信壮は演算装置２２に入力され
ている。一方、演算装置２２は記憶装置６２１を宮崎ア
クでス、し、予め定められている特性曲線に）、（づい
て関数テープ１し、例えば第６図に対応する関数テーブ
ルを読み出しているから、該演算装置２２は長さ計１８
からの検出信号に基づいてストローク長に応じた荷重を
演算し、この値を荷重信号として荷重負荷装置１６に出
力する。

この結果、荷重負荷装置Ｗ１６は入力されてくる荷重信
けに基づいて油圧源装置１４からの圧油を制御し、苗該
荷重信号に対応１７た荷重負荷を油圧シリンダｌのチュ
ーブヘッド３にゲえる。かくして、油圧シリンダｌへは
そのストローク長に応じて異なる荷重、即ちストローク
長が最小ストロークに近いときには大きな荷重が、逆に
最大スＩ・ローフに近いときには小さな荷重がｒｉ−え
られ、油圧シリンダ１は全ストロークにわたって−・定
の応力を発生することになる。

〜方、油圧シリンダ１への前玉サイクルはカウンタ２０
で計数され、予め設定した所定数に達したら荷重負荷装
置１６に対する荷重信号の出力を、修了し、当該油圧シ
リンダｌに対する試験を終了する。また、油圧シリンダ
ｌの応力状態は応力ひずみ計１９で検出し、醜算装置２
２はこの応力ひずみを監視し、限界値に達したら荷重信
号の出力を緊急停止トする。さらに、演′Ｑ装置２２は
長さ計１８からの検出信号に基づいて軸方向変位を監視
し、この変位が限界値に達したら、荷【］！信号の出力
を緊急停止ｌ：する。なお、変位が限界値に達したか否
かが、前述した軸方向の油圧力試験の一部に該当するこ
とは勿論である。

以上、本実施例による軸直角方向の強度試験では、油圧
シリンダ１にシえる荷重の数値は、第４図に示す特性線
図、即ち、特性Ａ、Ｂのいずれかの作業条件を想定して
選定し、これをもとに所ｑ！の荷重に設定することがで
きるから、油圧シリンダｌを実機に取付けた場合と近似
の荷重条件で強度試験することができ、正確なシュミレ
ーションを１丁能と１７うる。

また油圧シリンダ１に与える荷重は第３図、第４図に示
す特性に基づいて与えるから、全ストロークにわたって
一定の応力を発生させることができ、試験期間を著しく
短縮しうる。

しかも、繰返し数（Ｎ）の設定に際しては、第４図を参
照して実機に即した最適な応力振幅、即ち繰返し数（Ｎ
）を可及的に少なくすることができる実機上の荷重数値
を設定しうるから、繰返しａ（Ｎ）の・気からも試験期
間の短縮を図ることができる６ 本実施例の油圧シリンダ試験装置は以上の如くであって
、実施例では一方の取付アイ７を固矩装：１１２に、能
力の取付アイ８をスライド装２２１３にそれぞれ取付け
るものとして述べたが、この取付関係を逆にしてもよい
。一方、軸直角方向の変位を測定するために別途変位計
を取付けてもよい。さらに、軸方向または軸直角方向の
油圧力試験と、軸直角方向の荷重試験とを同昨に行って
もよく、または別個に行う構成としてもよいことは勿論
である。

〔発１對の効果〕 本発明に係る油圧シリンダ試験装置は以上詳述した如く
であるから、油圧シリンダのぐ頼性評価試験の試験期間
の短縮と強１■評価の迅速化を可渣とすると共に、実機
ＩＩｆ勅状態の動的負荷をもとにしたシュミレーション
を行うことがで、き、製品の信頼性を向Ｊ：させ、原価
低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例による油圧シリンダ試験装置の全体構
成図、第２図は回路構成を示すブロック図、第３図は軸
直角方向荷重が−・定の場合の油圧シリンダストローク
比−油圧シリノダ発生応力特性を示す特性線図、第４図
は油圧シリンダを実機に取付け、実作業したときの油圧
シリンダの繰返し数一応力振＃Ａ特性を示す特性線図、
第５図、第６図は記憶装置に格納される油圧シリンダス
トローク比−荷重負荷装置による荷重特性をそれぞれ示
す特性線図である。 ｌ・・・油圧シリンダ、１１・・・架台、１２・・・［
Ｍ定装置、１３・・−スライド装置、１４・・・油圧源
装置、１６・・・荷重負荷装置、１８・・・長さ計、１
９・・・応力ひずみ計、２０・・・カウユ／り、２１・
・・記憶装置、２２・・・演算装置、２３・・・モニタ
装置。 特許出願人　　　日ケ建機株式会社 代理人　弁理」ｒ　　　広　瀬　和　１回　　　　　　
　　中　　村　　直　　樹第１図 第２図 第３図 車圧シリンダストｏ’７比（％） 第４図 舖ｔＬＬＰＡ（Ｎ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）架台と、該架台に設けられ油圧シリンダの一端側
   を固定する固定装置と、前記架台に対して移動可能に設
   けられ、油圧シリンダの他端側を固定するスライド装置
   と、前記固定装置とスライド装置との間に取付けられた
   油圧シリンダに圧油の給排を行う油圧源装置とからなる
   油圧シリンダ試験装置において、前記油圧シリンダの軸
   直角方向に所望の荷重を与える荷重負荷装置と、前記油
   圧シリンダがストロークしたときのロッドストローク長
   を検出する長さ計と、前記油圧シリンダのストロークに
   対応して前記荷重負荷装置によって与えるべき荷重が演
   算可能な特性値を記憶した記憶装置と、前記長さ計から
   入力される検出信号と該記憶装置に記憶した特性値とに
   基づいて荷重を演算し、当該荷重に基づく荷重信号を前
   記荷重負荷装置に出力する演算装置とから構成したこと
   を特徴とする油圧シリンダ試験装置。
2. （２）前記油圧シリンダに与えられる荷重サイクルの回
   数を計数するカウンタとを備え、前記演算装置は該カウ
   ンタから入力される計数信号が所定数に達したとき、前
   記荷重負荷装置への荷重信号の出力を終了するようにし
   てなる特許請求の範囲（１）項記載の油圧シリンダ試験
   装置。
3. （３）前記油圧シリンダには応力ひずみ計を備え、前記
   演算装置は該応力ひずみ計からの検出信号に基づいて前
   記油圧シリンダの応力状態を演算するようにしてなる特
   許請求の範囲（１）項記載の油圧シリンダ試験装置。
4. （４）前記演算装置は、前記油圧シリンダの最小、最大
   ストローク時の油圧力による応力状態を同時に演算しう
   るようにしてなる特許請求の範囲（１）項記載の油圧シ
   リンダ試験装置。
5. （５）前記演算装置による演算結果は、モニタ装置によ
   って表示し、または記録するようにしてなる特許請求の
   範囲（１）項、（２）項、（３）項または（４）項記載
   の油圧シリンダ試験装置。