KR20000001386A - 비팅을 이용한 대형구조물 동특성 시험용 가진기 - Google Patents

Abstract

두 대의 가진 모터(1)는 동일한 베이스프레임(2)을 기준으로 좌우로 가진 모터 고정 블라켓(5)을 통해 설치되어 있어, 각 모터의 회전수에 의한 불평형 가진력과 두 모터의 회전수 차이에 해당하는 비팅 주파수로 횡 방향으로 가진력이 작용하고, 이 힘은 베이스프레임이 고정된 고정 블라켓(4)을 통하여 시험대상물인 구조물에 고정됨으로써, 시험대상물(6)에 큰 가진력을 전달하게 된다.

비팅 가진기의 가진력의 크기조정은 제 4도의 디스크(2)에 부착된 불평형질량(3)의 크기를 증감하거나, 식 (1)에서와 같이 가진 모터의 회전수를 증대시키면 된다. 이때, 가진력은 불 평형질량의 증감에는 비례하고, 가진 모터의 회전수 증감에는 제곱에 비례하는 크기로 증감된다. 따라서, 대형구조물의 낮은 주파수, 큰힘의 가진 조건을 충족시키기 위해서는 각 가진 모터의 정격회전수로 최대의 힘을 발생시키도록 하고, 각 모터의 회전수차에 해당하는 비팅 주기를 낮게 설정하여 비팅 저주파수에서 큰 힘이 발생하도록 한다.

Description

비팅을 이용한 대형구조물 동특성 시험용 가진기

본 발명은 대형 구조물의 구조 시험을 가능하게 할 수준의 가진력을 발생시키기 위하여 서로 비슷한 회전수로 회전하고 있는 두 모터에서 두 모터의 회전수의 차이에 해당하는 저주파로 두 모터의 불 평형력의 합만큼 큰 힘이 발생하는 진동신호의 비팅(Beating) 현상을 이용한 것으로써, 대형빌딩, 교량 및 선박과 같은 낮은 주파수에서 큰 가진력을 요하는 구조물의 동 하중 실험을 목적으로 한 비팅 가진기(Beating Exciter)에 관한 것이다.

제 1도에서와 같이 고층빌딩, 교량 등의 풍 하중, 지진 하중에 대한 안정성평가 및 관련 구조시험을 실시하기 위해서는 실제 모델에 대한 구조시험이 필요하다. 대형구조물 실 모델에 대한 구조시험에서는 필수적으로 대형구조물에 동 하중을 작용시킬 수 있는 시험장치인 가진기가 필요하다. 이러한 가진기 개발을 위하여 각국에서 나름대로의 방식으로 개발을 시도하고 있으나, 현재까지 개발된 가진기의 한계는 불 평형력을 이용한 편심 모터 가진기의 경우, 발생되는 가진력의 크기는 모터의 회전수의 제곱에 비례하게 되므로 대형구조물에 작용시켜야 하는 낮은 주파수의 가진 주파수에서 가진력이 작으며, 모터회전수가 클 때에는 지나치게 큰 가진력이 발생되어 가진기 및 시험대상 구조물의 파손 등을 야기 시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명 내용은 제진장치로 사용할 수도 있으며 일례로 외부의 동적 하중에 의하여 발생할 수 있는 대형구조물의 붕괴, 파손을 방지하기 위한 대책수단으로서도 가능하다.

현재까지 상품화되어 시판되는 가진 모터의 특성은 제 2도에서와 같이 모터 회전수의 제곱으로 발생력이 커지게 된다. 모터회전수가 작은 경우 발생 가진력이 미미하여 시험대상물에 충분한 힘으로 가진이 이루어지지 못한다. 그러나 비팅 현상을 이용하면 제 3도와 같이 비팅 주파수에 해당하는 낮은 주파수에서 큰 힘을 발생시킬 수 있으며 그 계산식은 아래와 같다.

m : 불평형 질량

γ : 불평형질량의 무게중심에서 회전중심까지의 거리

f₁, f₂: 가진 모터의 회전주파수

F_total: 비팅 가진기의 출력신호

F₁과 F₂는 두 가진 모터가 각각 (), ()의 주파수로 회전할 때 발생되는 가진력 이며, 두 모터에서 발생된 가진력의 합은 제 3도와 같은 형태가 된다. 즉, f₁과 f₂의 차이에 해당하는 비팅 주파수로 각각의 가진력의 크기에 해당하는 큰 가진력이 발생하게 된다.

저주파수의 큰 가진력을 얻기 위해서 비팅 주파수에 해당하는 회전수 차이를 가지고 서로 반대방향으로 회전하는 두 개의 가진 모터를 제 5도에서와 같이 베이스프레임(2)의 좌우에 부착한다. 제 4도에서 안정된 비팅 현상을 독립된 두 모터(1) 시스템을 이용하여 얻기 위해서는 각각의 모터가 지령된 속도명령을 잘 추종해야 하므로, 독립적인 두 모터에는 각각 모터속도제어를 위하여 모터회전수 감지센서(4)와 서보드라이버(5)가 설치되어 있다. 모터의 구동속도 지령과 비팅 주기(두 모터의 회전수 차)는 입력 판넬(7)을 통하여 입력되고 신호 분배기(6)을 통하여 각각의 서보드라이버에 입력된다. 서보드라이버는 입력되 회전수 지령을 추종하는 회전수로 가진 모터를 서로 반대방향으로 회전시킴으로써, 각각의 가진 모터는 정확한 회전수로 회전하며 가진력을 발생시키게 된다.

비팅 가진기의 설치는 제 5도와 같다. 두 대의 가진 모터(1)는 동일한 베이스프레임(2)를 기준으로 좌우로 가진 모터 고정 블라켓(56)를 통해 설치되어 있어, 각 모터의 회전수에 의한 불평형 가진력과 두 모터의 회전수차이에 해당하는 비팅 주파수로 횡 방향으로 가진력이 작용하고, 이 힘은 베이스프레임이 고정된 고정 블라켓(4)을 통하여 시험대상물인 구조물에 고정됨으로써, 시험대상물(6)에 큰 가진력을 전달하게 된다.

비팅 가진기의 가진력의 크기조정은 제 4도의 디스크(2)에 부착된 불평형 질량(3)의 크기를 증감하거나, 식 (1)에서와 같이 가진 모터의 회전수를 증대시키면 된다. 이때 가진력은 불 평형질량의 증감에는 비례하고, 가진 모터의 회전수 증감에는 제곱에 비례하는 크기로 증감된다. 따라서, 대형구조물의 낮은 주파수, 큰힘의 가진 조건을 충족시키기 위해서는 각 가진 모터의 정격회전수로 최대의 힘을 발생시키도록하고, 각 모터의 회전수차에 해당하는 비팅 주파수를 낮게 설정하여 비팅 저주파수에서 큰 힘이 발생하도록 한다.

상기의 식별자가 없습니다.

제 1도는 본 발명에 대한 비팅 가진기의 적용 예,

제 2도는 가진 모터의 회전수에 따른 발생 가진력 곡선,

제 3도는 두 모터의 비팅 현상에 대한 낮은 주파수, 큰 가진력 신호,

제 4도는 비팅 가진기의 구조 설명도

제 5도는 비팅 가진기의 설치도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

<제 4도>

1 : 가진모터(1a, 1b : 동일 용량, 동일 회전수)

2 : 회전 디스크,

3 : 불평형 질량(Unbalance Mass),

4 : 회전수 감지기, 엔코더(Encoder)

5 : 서보드라이버 (Servo Driver), 모터회전 속도 제어기

6 : 신호 분배기

7 : 입력 판넬

<제 5도>

1 : 가진 모터 2 : 베이스프레임

3 : 하우징 4 : 고정블라켓

5 : 가진 모터 고정 블라켓 6 : 가진대상 구조물

상기의 식별자가 없습니다.

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Claims (2)

1. 대형 구조물 구조시험을 위하여 한 개이상의 가진 모터를 조합하고 서로 반대 방향으로 근접한 회전수로 회전시킴으로써, 두 모터의 회전수 차이에 해당하는 비팅 주파수로 낮은 주파수에서 큰 가진력을 얻는 가진 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   대형 구조물 가진 장치 외에 외부에서 인가되는 동적 하중에 의하여 대형 구조물 발생하는 진동을 억제할 목적으로 사용되는 진동억제장치