KR20150008419A

KR20150008419A - 기진기

Info

Publication number: KR20150008419A
Application number: KR1020147032866A
Authority: KR
Inventors: 유지 도미타니; 구니히로 모리시타; 다이스케 후루타
Original assignee: 미츠비시 쥬코 뎃코 엔지니어링 가부시키가이샤; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-01-22
Also published as: JP2014055870A; CN104520687A; KR101715459B1; WO2014041739A1; JP5960002B2; CN104520687B

Abstract

보다 안전하게 진동 시험을 실시할 수 있고, 게다가 시험 대상이 손상되는 것을 방지할 수 있는 기진기를 제공한다. 기진기 (100) 는, 가이드 지주 (2) 에 1 쌍의 리밋 스위치 (15, 15) 를 구비하고 있다. 리밋 스위치 (15, 15) 는, 일방이 중추 (4) 의 하한 위치 (LL) 에 형성되고, 타방이 중추 (4) 의 상한 위치 (UL) 에 형성되어 있다. 중추 (4) 에는, 중추 (4) 가 하한 위치 (LL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 에 접하고, 또 중추 (4) 가 상한 위치 (UL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 에 접하는 피검지편 (16) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 중추 (4) 의 높이 방향의 중앙에 피검지편 (16) 을 형성함으로써, 하한 위치 (LL) 및 상한 위치 (UL) 의 양방에 1 개의 피검지편 (16) 이 접하도록 하고 있다.

Description

기진기{VIBRATION GENERATOR}

본 발명은 구조물의 진동 특성을 구할 때에, 당해 구조물에 진동을 부여하는 기진기에 관한 것으로, 특히, 교량 등과 같은 고유 진동수가 작은 구조물에 진동을 부여하는 데에 바람직한 기진기에 관한 것이다.

구조물에 외력을 부가하여 그 응답성을 계측함으로써, 당해 구조물의 진동 특성을 구하는 강제 진동 시험에 있어서, 당해 구조물에 진동을 부여하는 기진기로서 특허문헌 1 에 개시되어 있는 것이 알려져 있다.

특허문헌 1 의 기진기는, 중추 (重錐) 와, 중추를 탄성적으로 매다는 탄성 지지 수단과, 중추를 상하 방향을 따라 왕복 이동할 수 있도록 안내하는 가이드 수단과, 중추에 연결한 와이어 로프를 통하여 중추를 상하 방향을 따라 왕복 이동시키는 이동 수단을 구비하고 있다. 특허문헌 1 의 기진기는, 직선 운동에 의해 기진력을 발생시킬 수 있기 때문에, 질량이 비교적 크고 고유 진동수가 비교적 작은 구조물에 진동을 부여하는 경우라도, 진동수에 그다지 좌우되지 않고 기진력을 얻을 수 있고, 큰 기진 모멘트를 필요로 하는 경우에도 용이하게 적용할 수 있다. 또, 선조물 (線條物) 을 개재하여 중추를 왕복 이동시키도록 했기 때문에, 강제 진동 시험의 시험 장소에서의 조립시의 시공 조정을 매우 용이하게 실시할 수 있어, 조립에 드는 수고를 간소화할 수 있다.

일본 공개특허공보 평10-263478호

기진기는 10 t 혹은 20 t 과 같은 질량이 큰 중추를 사용하는 점에서, 중추가 미리 설정되는 이동 경로를 넘어 이동하여 기진기를 구성하는 지주, 대판 (臺板) 등의 부재에 충돌하면, 이들 부재를 파손시켜 버려 진동 시험을 안전하게 실시할 수 없고, 시험 대상인 구조물 자체를 파손시킬 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제에 기초하여 이루어진 것으로, 보다 안전하게 진동 시험을 실시할 수 있고, 게다가 시험 대상이 손상되는 것을 방지할 수 있는 기진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기진기는, 중추와, 중추를 연직 방향 또는 수평 방향을 따른 이동 경로를 왕복 이동할 수 있도록 안내하는 가이드 수단과, 중추에 연결한 선조물을 개재하여 중추를 이동 경로를 따라 왕복 이동시키는 이동 수단과, 중추가 연직 방향으로 왕복 이동하는 경우에, 중추를 탄성적으로 매다는 탄성 지지 수단을 구비하는 것을 전제로 하고, 또한 이동 경로에 있어서의 중추의 위치를 검지하는 검지 수단과, 검지 수단에 의해 검지된 중추의 위치에 기초하여, 이동 수단에 의한 중추의 이동을 정지시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 기진기는, 이동 경로에 있어서의 중추의 위치를 검지하고, 그 검지 결과에 기초하여 중추의 이동을 정지시키기 때문에, 설정되는 이동 경로를 중추가 미리 넘어서 이동하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 중추의 구동원으로서 사용되는 서보 모터의 회전을 검지하고, 이 검지 결과에 기초하여 중추의 위치를 특정할 수도 있다. 그러나, 서보 모터와 중추 사이에는 선조물, 전형적으로는 와이어 로프, 그 밖의 부재가 개재되어 있고, 그것들에는 늘어남, 변형이 발생하기 때문에, 서보 모터의 회전에 기초하여 중추의 위치를 특정했다고 하더라도, 그 위치는 정확성이 부족할 우려가 있다. 이에 대해 본 발명은, 실제 중추의 위치를 검지하는 것이기 때문에, 중추의 위치를 정확하게 특정할 수 있으므로, 양호한 정밀도로 중추를 정지시킬 수 있다.

본 발명에 있어서의 검지 수단으로는, 적어도 2 가지의 형태를 포함하고 있다. 첫 번째 형태는, 중추가 이동 경로 상의 소정 위치에 도달한 것을 검지하는 것으로, 예를 들어, 이동 경로 상에 놓여진 리밋 스위치가 해당한다. 이동하는 중추가 직접적으로 또는 간접적으로 이 리밋 스위치에 접촉함으로써, 이동 경로에 있어서의 중추의 위치를 검지할 수 있다. 예를 들어, 이 리밋 스위치를 이동 경로 상의 이동 한계 위치에 놓아 두어, 이동 한계 위치에서 중추가 리밋 스위치에 접촉한 것을 검지한 제어 수단이, 중추의 구동원을 정지시킬 수 있다. 또한, 후술하는 실시형태에서 서술하는 바와 같이, 리밋 스위치를 놓는 것은 이동 한계 위치에 한정되지 않는다. 또, 마찬가지로, 본 발명은 리밋 스위치를 형성하는 위치는 임의로, 예를 들어 중추, 또는 기진기의 지주에 형성할 수 있다.

두 번째 형태는, 중추가 이동 경로를 이동하고 있는 위치를 검지하는 것으로, 예를 들어, 와이어식 변위계가 해당되며, 당해 변위계의 와이어의 선단을 중추에 고정시키는 한편, 변위계의 본체 부분은 기진기의 기초 부분에 고정시키면 된다. 이 형태에서는, 중추의 변위 (위치) 를 계시적 (繼時的) 으로 검지하고, 미리 정해진 변위량에 이른 것을 제어 수단이 검지했다면, 중추의 구동원을 정지시킬 수 있다.

본 발명은 첫 번째 형태 및 두 번째 형태 중 일방만을 사용할 수 있으며, 양방을 조합할 수도 있다. 두 번째 형태는, 중추의 정확한 위치를 실시간으로 앎으로써, 원하는 진동이 기진기에 의해 발생되어 있는지의 확인에 이용할 수 있는 이점이 있으므로, 안전하고 정확한 진동 시험을 실시하는 데에 있어서는, 첫 번째 형태 및 두 번째의 형태를 조합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기진기는, 이동 경로를 넘어 이동한 중추가 충돌하여 충격을 흡수하는 스토퍼를 구비해 둘 수 있다. 본 발명의 기진기는, 중추의 위치에 기초하여 중추의 이동을 정지시키는데, 추가적인 안전성을 확보하기 위해서이다.

본 발명의 기진기는, 이동 중의 중추의 가속도를 검지하는, 단수 또는 복수의 제 1 가속도 센서를 구비할 수 있다. 중추의 가속도를 검지함으로써 가진 시험 중의 중추의 기진력을 구하여, 가진 시험이 적절히 행해지고 있는지 여부의 판단 지표로 한다. 복수의 제 1 가속도 센서를 구비함으로써, 중추의 기울기, 비틀림을 알 수 있다.

본 발명의 기진기는, 중추가 이동함으로써 가진하는 대상 구조물의 가속도를 검지하는 제 2 가속도 센서를 구비할 수 있다. 그러면, 가진 시험시에 대상 구조물의 진동 응답을 실측하여, 응답 배율, 위상 곡선을 실시간으로 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 이동 경로에 있어서의 중추의 위치를 검지하고, 그 검지 결과에 기초하여 중추의 이동을 정지시키기 때문에, 중추가 미리 설정되는 이동 경로를 넘어 이동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기진기는, 보다 안전하게 진동 시험을 실시할 수 있고, 게다가 시험 대상의 손상을 방지할 수 있다.

도 1 은 연직 방향으로 진동을 일으키는 제 1 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 기진기를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 수평 방향으로 진동을 일으키는 제 1 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도이다.
도 4 는 도 3 에 나타내는 기진기를 나타내는 평면도이다.
도 5 는 도 1 에 나타내는 기진기의 변형예를 나타내는 측면도이다.
도 6 은 연직 방향으로 진동을 일으키는 제 2 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도이다.
도 7 은 수평 방향으로 진동을 일으키는 제 2 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도이다.
도 8 은 제 2 실시형태에 있어서 검출된 중추의 변위를 나타내는 그래프로서, 도 8 의 (a) 는 변위가 정상적인 예를 나타내고, 도 8 의 (b) 는 변위가 비정상적인 예를 나타낸다.
도 9 는 제 3 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도로서, 도 9 의 (a) 는 연직 방향으로 진동을 일으키는 기진기를 나타내고, 도 9 의 (b) 는 수평 방향으로 진동을 일으키는 기진기를 나타낸다.
도 10 은 제 4 실시형태에 의한 기진기의 개략 구조를 나타내는 측면도로서, 도 10 의 (a) 는 연직 방향으로 진동을 일으키는 기진기를 나타내고, 도 10 의 (b) 는 수평 방향으로 진동을 일으키는 기진기를 나타낸다.
도 11 은 도 10 의 (a) 의 기진기에 복수의 가속도 센서를 형성하는 예를 나타내고, 도 11 의 (a) 가 측면도, 도 11 의 (b) 가 중추에 대한 가속도 센서의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 12 는 도 10 의 (b) 의 기진기에 복수의 가속도 센서를 형성하는 예를 나타내고, 도 12 의 (a) 가 측면도, 도 12 의 (b) 가 중추에 대한 가속도 센서의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 13 은 가진의 대상이 되는 구조물에도 가속도 센서를 형성한 기진기를 나타내는 측면도이다.

이하, 본 발명에 의한 기진기를 실시형태에 기초하여 설명한다.

[제 1 실시형태]

본 실시형태에 의한 기진기 (100) 를 도 1, 도 2 를 참조하여 설명한다.

기진기 (100) 는, 기대 (1) 를 개재하여, 교량, 건축물 등의 구조물 (200) 에 장착되어, 구조물의 진동 특성을 구하는 가진 시험에 사용된다. 기대 (1) 의 네 모서리 근방에는, 가이드 지주 (2) 가 각각 세워 형성되어 있고, 이들 가이드 지주 (2) 의 상단에는, 대판 (3) 의 모서리 근방이 각각 지지되어 있다.

기대 (1) 와 대판 (3) 사이에는, 중추 (4) 가 비치되어 있다. 중추 (4) 의 측면에는, 자유롭게 회전할 수 있는 롤러 (5) 가 형성되어 있고, 이 롤러 (5) 는, 가이드 지주 (2) 에 맞닿아 있다. 요컨대, 롤러 (5) 는, 중추 (4) 를 가이드 지주 (2) 를 따라 승강 이동할 수 있도록 안내하고 있다.

대판 (3) 의 하면에는, 복수 (본 실시형태에서는 4 개) 의 인장 코일 스프링 (6) 의 일단이 각각 고정되어 있다. 이들 인장 코일 스프링 (6) 의 타단은, 중추 (4) 의 상부에 각각 연결, 고정되어 있다. 또, 대판 (3) 의 상부에는, 인장 코일 스프링 (6) 의 중심부를 통과하여 빠져 나가도록 대판 (3) 의 하방으로 로드를 관통시킨 에어 실린더 (7) 가 인장 코일 스프링 (6) 마다 각각 장착되어 있다. 이들 에어 실린더 (7) 의 선단은, 중추 (4) 의 상부에 각각 연결되어 있다. 요컨대, 인장 코일 스프링 (6) 및 에어 실린더 (7) 는, 중추 (4) 를 상하 방향으로 왕복 (승강) 이동할 수 있도록 탄성적으로 매달고 있다. 에어 실린더 (7) 에 공급되는 에어는, 에어 탱크 (13) 에 집적되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 기대 (1) 상에는, 수평축 둘레로 회전 가능한 드럼 (8) 이 형성되어 있다. 드럼 (8) 보다 상방에 위치하는 대판 (3) 상에는, 드럼 (8) 과 동일한 드럼 (9) 이 형성되어 있다. 드럼 (8) 과 드럼 (9) 사이에는, 선조물인 와이어 로프 (10) 가 걸쳐져 있다. 와이어 로프 (10) 는, 중추 (4) 에 연결 고정되어 있다. 도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 드럼 (9) 에는, 정역 회전 가능한 서보 모터 (12) 가 감속기 (11) 를 개재하여 각각 연결되어 있다. 이 서보 모터 (12) 를 동기하여 정역 회전시킴으로써, 감속기 (11), 드럼 (8, 9), 와이어 로프 (10) 를 통하여 중추 (4) 를 상하 방향을 따라 왕복 이동시킬 수 있다.

기진기 (100) 는, 가이드 지주 (2) 에 1 쌍의 리밋 스위치 (15, 15) 를 구비하고 있다. 리밋 스위치 (15, 15) 는, 일방이 중추 (4) 의 하한 위치 (LL) 에 형성되고, 타방이 중추 (4) 의 상한 위치 (UL) 에 형성되어 있다. 중추 (4) 는, 하한 위치 (LL) 에 놓여지는 리밋 스위치 (15) 와 상한 위치 (UL) 에 놓여지는 리밋 스위치 (15) 에 의해 특정되는 연직 방향의 이동 경로를 왕복 이동한다. 리밋 스위치 (15) 는, 피검지편 (16) 이 접촉하였음을 검지하고, 검지 결과를 전기신호로서 제어 장치 (50) 에 부여하는 수단을 널리 적용할 수 있다.

중추 (4) 에는, 중추 (4) 가 하한 위치 (LL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 에 접하고, 또 중추 (4) 가 상한 위치 (UL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 에 접하는 피검지편 (16) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 중추 (4) 의 높이 방향의 중앙에 피검지편 (16) 을 형성함으로써, 하한 위치 (LL) 및 상한 위치 (UL) 의 양방에 1 개의 피검지편 (16) 이 접하도록 하고 있다.

여기에서, 하한 위치 (LL) 및 상한 위치 (UL) 는, 중추 (4) 가 그것을 넘어서 이동하는 것을 규제하기 위해 설정되는 것으로, 리밋 스위치 (15, 15) 와 피검지편 (16) 의 상대적인 위치 관계에 의해 특정된다. 요컨대, 리밋 스위치 (15, 15) 가 동일한 위치에 놓여져 있었다고 해도, 피검지편 (16) 의 위치가 상이하면, 중추 (4) 가 이동할 수 있는 범위는 상이해지지만, 이 점을 고려하여 가진 시험에 지장이 없는 위치에 하한 위치 (LL) 및 상한 위치 (UL) 가 설정된다.

기진기 (100) 는 기대 (1), 가이드 지주 (2), 대판 (3), 인장 코일 스프링 (6), 에어 실린더 (7), 에어 탱크 (13) 가 탄성 지지 수단을 구성하고, 가이드 지주 (2), 롤러 (5) 에 의해 가이드 수단을 구성하고, 드럼 (8, 9), 와이어 로프 (10), 감속기 (11), 서보 모터 (12) 에 의해 이동 수단을 구성하고 있다.

기진기 (100) 는, 기진기 (100) 의 동작을 제어하는 제어 장치 (50) 를 구비하고 있다. 동작의 제어란, 서보 모터 (12) 및 에어 실린더 (7) 의 운전에 관련된 제어를 말한다. 서보 모터 (12) 에 대해서는, 제어 장치 (50) 는, 회전의 개시 및 회전의 정지 외에, 회전의 방향 (정회전 및 역회전) 의 제어를 실시한다. 또, 에어 실린더 (7) 에 대해서는, 제어 장치 (50) 는, 에어 탱크 (13) 에 집적되어 있는 에어를 공급하여 에어 실린더 (7) 을 동작시키는 것에 더하여, 에어의 공급을 정지하여 에어 실린더 (7) 의 동작을 정지시킨다.

제어 장치 (50) 는, 기진기 (100) 를 사용하는 오퍼레이터에 의한 운전을 제어하는 데에 필요한 파라미터 (예를 들어, 진동 진폭, 진동수 (주파수)) 의 입력을 받고, 미리 유지하고 있는 제어 프로그램에 기초하여 서보 모터 (12) 및 에어 실린더 (7) 의 동작을 제어한다. 또, 하한 위치 (LL) 의 리밋 스위치 (15) 또는 상한 위치 (UL) 의 리밋 스위치 (15) 에 피검지편 (16) 이 접촉한 것을 리밋 스위치 (15) 로부터의 검지 신호를 받음으로써 알면, 서보 모터 (12) 의 운전이 정지된다. 에어 실린더 (7) 에 대해서도 마찬가지로 운전이 정지된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 기진기 (100) 의 동작을 설명한다.

구조물 (200) 에 세팅하고, 서보 모터 (12) 를 동기하여 소정의 주기로 정역 회전시키면, 감속기 (11), 드럼 (8, 9), 와이어 로프 (10) 를 통하여 중추 (4) 가 가이드 지주 (2) 를 따라 소정의 주기로 상하 동요하기 때문에, 기진기 (100) 에 연직 방향의 진동이 발생하여 구조물 (200) 에 연직 방향의 진동을 가한다.

여기에서, 중추 (4) 의 질량을 M, 중추 (4) 의 왕복동 거리 (진동 진폭) 를 A, 중추 (4) 의 단위 시간당 왕복동 횟수 (진동수) 를 ω 로 하면, 기진력 F₃ 은, 하기의 식 (1) 에 의해 구해진다.

요컨대, 구조물 (200) 의 질량이나 고유 진동수 등에 따라, 중추 (4) 의 질량 M 이나 서보 모터 (12) 의 제어에 의해 진동 진폭 A, 진동수 ω 를 조정함으로써, 필요로 하는 크기의 기진력 F₃을 얻을 수 있다.

F₃= 2MAω² … (1)

원호 운동에 의해 기진력을 발생시키는 타입의 기진기에 있어서는, 진동수가 커짐에 수반하여, 기진력이 지수적으로 증대된다. 예를 들어, 최근의 긴 대교 등과 같이, 질량이 비교적 크고 고유 진동수가 비교적 작은 (0.1 ㎐ 정도) 구조물에 진동을 부여하는 경우, 즉, 큰 기진 모멘트가 필요한 경우에 대한 적용이 곤란하다. 이에 반해 직선 운동에 의해 기진력을 발생시키는 본 실시형태에 의한 기진기 (100) 는, 진동수에 그다지 좌우되지 않고 기진력을 얻을 수 있는 점에서, 큰 기진 모멘트가 필요한 경우에 적용할 수 있다.

또, 와이어 로프 (10) 를 통하여 중추 (4) 를 왕복 구동하도록 하였기 때문에, 교량 등의 강제 진동 시험의 시험 장소에서의 조립시의 시공 조정을 매우 용이하게 실시할 수 있어, 조립에 드는 수고를 간소화할 수 있다.

또, 중추 (4) 를 인장 코일 스프링 (6) 및 에어 실린더 (7) 에 의해 탄성적으로 매달고 있기 때문에, 중추 (4) 의 승강에 가해지는 에너지에 인장 코일 스프링 (6) 및 에어 실린더 (7) 의 탄성력을 이용할 수 있다. 이 때문에, 중추 (4) 를 승강시키는 서보 모터 (12) 에 필요한 동력을 작게 할 수 있으므로, 서보 모터 (12) 를 소형화할 수 있고, 시험 장소로의 반송 등의 용이화를 도모할 수 있다.

기진기 (100) 가 기진력 F₃ 을 발생시켜, 중추 (4) 가 승강 운동을 하고 있는 과정에서, 어떠한 원인으로 피검지편 (16) 이 어느 리밋 스위치 (15) 에 접촉하면, 제어 장치 (50) 는 서보 모터 (12), 나아가서는 에어 실린더 (7) 의 운전을 정지시킨다. 이와 같이 본 실시형태에 의하면, 중추 (4) 의 과대한 변위가 억제되기 때문에, 구조물 (200) 이 손상되는 것을 방지하고, 또한 안전하게 가진 시험을 실시할 수 있다.

여기에서, 서보 모터 (12) 의 운전을 제어하려면, 서보 모터 (12) 의 회전 신호를 실측하여, 감속기 (11) 의 감속비로부터 중추 (4) 의 변위량을 산출할 수도 있지만, 전술한 바와 같이 양호한 정밀도로 변위량 (위치) 을 얻을 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 서보 모터 (12) 의 회전 신호에 기초하는 제어에서는, 중추 (4) 의 과대한 변위를 적확하게 방지하는 것이 곤란한 경우가 있다.

이상 설명한 기진기 (100) 는, 하한 위치 (LL) 또는 상한 위치 (UL) 에 중추 (4) 가 도달하면 서보 모터 (12) 의 운전을 정지시키는 것으로 하고 있는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하한 위치 (LL) 또는 상한 위치 (UL) 에 도달하기 직전에 중추 (4) 가 도달한 것을 검지하여, 그 후에 급격하게 정지시키는 것이 아니라, 소정 시간만큼 서보 모터 (12) 가 회전하는 것을 허용하고, 그 사이를 이용하여 완만한 감속을 거쳐 서보 모터 (12) 를 정지시킬 수도 있다.

이를 위한 구성예를 도 5 에 나타내는데, 중추 (4) 의 높이 방향의 양단에 피검지편 (16) 을 형성하고 있다. 따라서, 하한 위치 (LL) 또는 상한 위치 (UL) 에 도달하기 전에, 리밋 스위치 (15) 가 피검지편 (16) 의 접촉을 검지하고, 이 검지 결과를 제어 장치 (50) 에 보내 완만하게 정지시키는 제어 로직을 부여함으로써, 소정의 감속 과정을 거치고 나서 서보 모터 (12) 를 정지시킬 수 있다. 그러면, 서보 모터 (12) 가 급격하게 정지하는 것에 비해 받는 충격이 적어지므로, 기진기 (100) 가 보호된다.

또한, 기진기 (100) 에 있어서, 리밋 스위치 (15) 는, 형성하는 위치를 고정시켜도 되지만, 이동이 가능하도록 형성할 수도 있다. 그러면, 가진 시험을 하는 구조물 (200) 에 따른 위치에 리밋 스위치 (15) 를 설치하는 것이 용이해진다.

이상 설명한 기진기 (100) 는 연직 방향으로 진동을 발생시키지만, 본 발명은 수평 방향으로 진동을 발생시키는 기진기 (110) 에 적용할 수도 있다. 이하, 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명한다.

기진기 (110) 는, 기대 (21) 를 개재하여, 교량, 건축물 등의 구조물 (200) 에 장착되어, 구조물의 진동 특성을 구하는 시험에 사용된다. 기대 (21) 상에는, 지주 (22) 를 개재하여 프레임 (23) 이 형성되어 있다. 프레임 (23) 상에는, 가이드 레일 (23a) 이 부설되어 있다. 가이드 레일 (23a) 상에는, 중추 (24) 가 차륜 (25) 을 개재하여 배치 형성되어 있고, 중추 (24) 는, 가이드 레일 (23a) 을 따라 주행 이동할 수 있도록 되어 있다.

프레임 (23) 의 네 모서리 상에는, 중추 (24) 의 주행 이동 방향과 직교하는 수평축 둘레로 회전 가능한 드럼 (28a ∼ 28d) 이 각각 형성되어 있다. 드럼 (28a, 28c) 의 하방에 위치하는 기대 (21) 상에는, 드럼 (8) 과 동일한 드럼 (29a, 29b) 이 각각 형성되어 있다. 한편, 중추 (24) 의 주행 방향의 일단측에는, 선조물인 와이어 로프 (30a, 30b) 의 일단이 각각 연결 고정되어 있다. 와이어 로프 (30a) 는, 드럼 (28a, 29a, 28d) 을 개재하여 그 타단이 중추 (24) 의 주행 방향의 타단측에 연결 고정되어 있다. 와이어 로프 (30b) 는, 드럼 (28c, 29b, 28b) 을 개재하여 그 타단이 중추 (24) 의 주행 방향의 타단측에 연결 고정되어 있다.

드럼 (29a, 29b) 에는, 정역 회전 가능한 서보 모터 (32a, 32b) 가 감속기 (31a, 31b) 를 개재하여 각각 연결되어 있다. 이 서보 모터 (32a, 32b) 를 동기하여 정역 회전시킴으로써, 감속기 (31a, 31b), 드럼 (29a, 29b), 와이어 로프 (30a, 30b) 를 통하여 중추 (24) 를 수평 방향을 따라 왕복 이동시킬 수 있다.

기진기 (110) 는, 중추 (24) 의 주행 방향의 양단 각각에 리밋 스위치 (15, 15) 를 구비하고 있다. 한편, 프레임 (23) 에는, 리밋 스위치 (15, 15) 에 대응하여 피검지편 (16, 16) 이 형성되어 있다. 피검지편 (16, 16) 은, 일방이 중추 (24) 의 좌한 위치 (FL) 에 형성되고, 타방이 중추 (4) 의 우한 위치 (RL) 에 형성되어 있다. 중추 (24) 는, 좌한 위치 (FL) 에 형성되는 피검지편 (16) 과 우한 위치 (RL) 에 형성되는 피검지편 (16) 에 의해 특정되는 수평 방향의 이동 경로를 왕복 이동한다. 중추 (24) 가 좌한 위치 (FL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 가 대응하는 피검지편 (16) 에 접하고, 또 중추 (24) 가 우한 위치 (RL) 에 이르렀을 때에 리밋 스위치 (15) 가 대응하는 피검지편 (16) 에 접한다.

기진기 (110) 는 기대 (21), 지주 (22), 프레임 (23), 가이드 레일 (23a), 차륜 (25) 이 가이드 지지 수단을 구성하고, 드럼 (28a ∼ 28d, 29a, 29b), 와이어 로프 (30a, 30b), 감속기 (31a, 31b), 서보 모터 (32a, 32b) 가 이동 수단을 구성하고 있다.

기진기 (110) 는, 기진기 (100) 가 구비하는 제어 장치 (50) 와 동일한 제어 장치 (50) 에 의해 그 동작이 제어된다.

기진기 (110) 의 동작을 설명한다.

구조물 (200) 에 세팅하고, 서보 모터 (32a, 32b) 를 동기하여 소정의 주기로 정역 회전시키면, 감속기 (31a, 31b), 드럼 (28a, 28b), 와이어 로프 (30a, 30b) 를 통하여 중추 (24) 가 차륜 (25) 을 개재하여 가이드 레일 (23a) 을 따라 소정의 주기로 수평 방향으로 주행 이동하기 때문에, 수평 방향의 진동이 발생하여, 구조물 (200) 에 수평 방향의 진동을 가할 수 있다. 이와 같이, 기진기 (100) 는 구조물 (200) 에 연직 방향의 진동을 부여할 수 있지만, 기진기 (110) 는 구조물 (200) 에 수평 방향의 진동을 부여할 수 있다.

따라서, 기진기 (110) 에 있어서도, 진동수에 그다지 좌우되지 않고 수평 방향의 기진력을 얻을 수 있어, 큰 기진 모멘트가 필요한 경우에 적용할 수 있음과 함께, 조립시의 시공 조정을 매우 용이하게 실시할 수 있어, 조립에 드는 수고를 간소화할 수 있다. 또, 중추 (24) 를 차륜 (25), 가이드 레일 (23a), 프레임 (23), 지주 (22), 기대 (21) 에 의해 지지하도록 했기 때문에, 중추 (24) 의 이동에 가해지는 운동 에너지량이 적어도 되게 된다.

또, 어떠한 원인으로 리밋 스위치 (15) 에 피검지편 (16) 이 접촉하면, 서보 모터 (32a, 32b) 의 운전이 정지된다. 따라서, 중추 (24) 의 과대한 이동이 억제되기 때문에, 구조물 (200) 이 손상되는 것을 방지하고, 또한 안전하게 가진 시험을 실시할 수 있다.

[제 2 실시형태]

제 1 실시형태에 의한 기진기 (100, 110) 는, 리밋 스위치 (15) 에 의해 중추 (4, 24) 의 과대한 변위를 억제하지만, 리밋 스위치 (15) 대신에, 본 발명은 중추 (4, 24) 의 변위를 직접 계측할 수 있는 변위계를 형성할 수 있다. 이하, 그 예를 도 6 ∼ 도 8 을 참조하여 설명한다.

도 6 에 나타내는 기진기 (120) 는, 제 1 실시형태의 기진기 (100) 와 기본 구성이 일치하지만, 리밋 스위치 (15, 15) 대신에 변위계 (17) 를 구비하고 있다. 변위계 (17) 는, 기대 (1) 상에 형성되어 있고, 중추 (4) 의 하단까지의 거리를 계시적으로 측정함으로써 중추 (4) 의 변위를 검지할 수 있다.

변위계 (17) 는, 목적을 완수하는 한 그 형태는 문제되지 않는다. 예를 들어, 와이어식 변위계, 레이저식 변위계 등을 널리 적용할 수 있다. 중추 (4) 의 변위량에 의해서도 영향을 받지만, 동일한 변위량이라면 와이어식 변위계가 비용면에서 유리하지만, 중추 (4) 의 변위 속도가 빠른 경우에는, 레이저 변위계 등의 비접촉형 변위계를 사용할 것이 추장 (推奬) 된다.

변위계 (17) 의 계측 결과는, 데이터 수록 장치 (60) 에 보내진다. 도 8 의 (a) 및 도 8 의 (b) 는, 변위계 (17) 에 의한 계측 결과의 일례를 나타낸다. 서보 모터 (12) 가 정상적으로 구동되고 있으면, 중추 (4) 는, 도 8 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 일정 주기, 일정 진폭 (일정 변위) 으로 승강 운동을 한다. 그러나, 어떠한 요인으로 중추 (4) 의 변위가 이상을 나타내는 경우가 있는 것은 전술한 바와 같다. 그 일례를 도 8 의 (b) 에 나타내고 있다. 이 예에서는, 주기 및 진폭은 유지되고 있지만, 변위가 서서히 상측으로 어긋나 있다. 오퍼레이터는, 데이터 수록 장치 (60) 에 의해 취득한 변위계 (17) 로부터의 변위 정보의 경위를 관찰하고, 변위가 임계값에 이르르면, 서보 모터 (12) 의 운전을 정지시킨다. 도 8 의 (a) 및 도 8 의 (b) 에서는, 예를 들어, ±40 ㎝ 를 서보 모터 (12) 의 운전을 정지시키는 임계값으로 설정할 수 있다. 또, 변위계 (17) 의 계측 결과를 직접 제어 장치 (50) 에 입력하여, 상기의 일련의 조작을 제어 장치 (50) 에서 실행하는 것도 가능하다.

기진기 (120) 는, 중추 (4) 의 변위를 변위계 (17) 에 의해 직접 계측하기 때문에, 중추 (4) 의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 그 결과, 중추 (4) 의 과대한 변위를 억제할 수 있기 때문에, 구조물 (200) 이 손상되는 것을 방지하고, 또한 안전하게 가진 시험을 실시할 수 있다.

본 발명은 도 7 에 나타내는 바와 같이, 수평 방향으로 진동을 발생시키는 기진기 (130) 에 대하여 적용할 수 있다. 기진기 (130) 는, 제 1 실시형태의 기진기 (110) 와 기본 구성이 일치하지만, 리밋 스위치 (15, 15) 대신에 변위계 (17) 를 구비하고 있다. 변위계 (17) 는, 중추 (24) 상에 형성되어 있고, 프레임 (23) 에 형성된 기준편 (18) 까지의 거리를 계시적으로 측정함으로써 중추 (24) 의 변위를 검지할 수 있다. 기진기 (130) 도 기진기 (120) 와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

또, 본 발명은 제 1 실시형태의 리밋 스위치 (15) 와 제 2 실시형태의 변위계 (17) 중 어느 일방 또는 쌍방을 적용할 수 있다. 특히, 쌍방을 적용하면, 중추 (4) 의 과대한 변위 억제에 대한 안전성이 이중으로 확보된다. 게다가, 변위계 (17) 에 의해 계측된 결과 (도 8 의 (a) 및 도 8 의 (b) ) 를 모니터링함으로써, 중추 (4) 의 동작을 축차적으로 파악할 수 있기 때문에, 안전하고 적절한 가진 시험의 수행에 기여한다.

[제 3 실시형태]

제 1 실시형태 및 제 2 실시형태는, 이동 경로에 있어서의 중추 (4, 24) 의 위치 (변위량) 를 정확하게 파악함으로써, 중추 (4, 24) 의 과대한 변위를 억제하는데, 추가적인 안전책을 취할 것이 요망된다.

그래서, 제 3 실시형태에서는, 도 9 의 (a) 가 나타내는 바와 같이, 중추 (4) 가 하한 위치 (LL) 또는 상한 위치 (UL) 를 넘어가면 충돌하는 스토퍼 (40) 를 형성하거나, 또는 도 9 의 (b) 가 나타내는 바와 같이, 중추 (24) 가 좌한 위치 (FL) 또는 우한 위치 (RL) 를 넘어가면 충돌하는 스토퍼 (40) 를 형성한다. 예를 들어, 기진기가 제어 불능이 되어, 리밋 스위치 (15), 변위계 (17) 가 작동하지 않는 상태가 되어도, 기계식 스토퍼 (40) 로 충격을 흡수하여 강제적으로 중추 (4, 24) 의 진동을 멈추게 한다. 또한, 도 9 에는 리밋 스위치 (15), 변위계 (17) 의 기재는 생략하고 있지만, 상기 서술한 바와 같이, 리밋 스위치 (15) 및 변위계 (17) 의 일방 또는 쌍방이 형성된다.

스토퍼 (40) 를 구성하는 재질은, 상기 목적을 달성할 수 있는 것이라면 제한은 없으며, 금속 재료만으로 구성할 수도 있지만, 충격 흡수를 효율적으로 실시하기 위해, 고무, 그 밖의 탄성체를 장착하거나 탄성체만으로 구성할 수도 있다.

기진기에 이상이 발생하여 제어 불능에 빠지면, 리밋 스위치 (15), 변위계 (17) 가 동작하지 않을 우려가 있지만, 그러한 경우에서도 제 3 실시형태에 의하면, 스토퍼 (40) 로 중추 (4, 24) 의 진동을 멈추게 하여, 가진 대상인 구조물 및 기진기의 손상을 방지할 수 있다.

[제 4 실시형태]

제 4 실시형태는, 도 10 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 중추 (4) 에 가속도 센서 (제 1 가속도 센서) (19) 를 형성하고, 또 도 10 의 (b) 에 나타내는 바와 같이 중추 (24) 에 가속도 센서 (19) 를 형성한다. 또한, 도 10 의 (a) 및 도 10 의 (b) 에는, 리밋 스위치 (15), 변위계 (17), 스토퍼 (40), 제어 장치 (50), 데이터 수록 장치 (60) 의 기재가 생략되어 있지만, 리밋 스위치 (15) 및 변위계 (17) 의 일방 또는 쌍방이 형성되고, 추가로 스토퍼 (40) 를 형성할 수 있다. 가속도 센서 (19) 의 검지 결과는, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 데이터 수록 장치 (60) 에 보내지는데, 제어 장치 (50) 에 보낼 수도 있다.

중추 (4, 24) 에 가속도 센서 (19) 를 형성함으로써, 가진 시험 중의 중추 (4, 24) 의 기진력을 구하여, 가진 시험이 적절히 행해지고 있는지 여부의 판단 지표로 할 수 있다. 또, 제어 이상이 발생하여, 중추 (4, 24) 가 스토퍼 (40) 에 충돌하여 발생한 가속도를 가속도 센서 (19) 가 실측할 수 있다. 이 가속도에 관한 정보는 데이터 수록 장치 (60) 에 보내지기 때문에, 그것을 확인하면 기진기 본체의 데미지를 파악할 수 있다. 또, 가속도 센서 (19) 의 검지 결과를 제어 장치 (50) 에 보내고, 또한 가속도 이상에 대해서도 사전에 장치를 정지시키는 제어 로직을 입력해 두면, 기진기가 손상되는 것을 사전에 방지하는 것도 가능해진다.

도 11 의 (a), 도 11 의 (b), 도 12 의 (a) 및 도 12 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 중추 (4, 24) 에 복수의 가속도 센서 (19) 를 형성할 수 있다.

도 11 의 (a) 및 도 11 의 (b) 는, 사각형의 정점에 배치되도록, 중추 (4) 상에 4 개의 가속도 센서 (19-1 ∼ 19-4) 를 형성하고 있다. 가속도 센서 (19-1 ∼ 19-4) 는, 연직 방향의 가속도를 검지한다. 따라서, 가속도 센서 (19-1) 에 의해 얻어지는 가속도 (a1) 와 가속도 센서 (19-3) 에 의해 얻어지는 가속도 (a3) 가 상이하면, 가속도 센서 (19-1) 가 고정된 위치와 가속도 센서 (19-3) 가 고정된 위치에서 가속도에 편차가 발생하여, 중추 (4) 가 이동 방향 (연직 방향) 에 대해 기울어지면서 진동하고 있을 가능성이 있는 것을 알 수 있다. 또, 가속도 센서 (19-2) 와 가속도 센서 (19-4) 의 비교, 가속도 센서 (19-1) 와 가속도 센서 (19-2) 의 비교에 의해서도 중추 (4) 가 기울어진 진동 상태를 파악할 수 있다.

도 12 의 (a) 및 도 12 의 (b) 는, 2 개의 가속도 센서 (19-5) 와 가속도 센서 (19-6) 가, 중추 (24) 의 이동 방향에 직교하는 방향을 따라 배치되어 있다. 그리고, 가속도 센서 (19-5) 와 가속도 센서 (19-6) 가 수평 방향의 가속도를 검지하도록 배치되어 있다. 그러면, 가속도 센서 (19-5) 에 의해 얻어지는 가속도 (a5) 와 가속도 센서 (19-6) 에 의해 얻어지는 가속도 (a6) 가 상이하면, 가속도 센서 (19-5) 가 고정된 위치와 가속도 센서 (19-6) 가 고정된 위치에서 가속도에 편차가 생겨, 중추 (24) 가 연직축 둘레의 평면 방향으로 뒤틀려 진동이 발생하고 있을 가능성이 있는 것을 알 수 있다.

중추 (4) 가 경사져 있는 것 혹은 중추 (24) 가 뒤틀려 있는 것은, 중추 (4, 24) 가 비정상적인 동작을 하고 있는 것을 시사하고 있다. 가속도 센서 (19-1 ∼ 19-6) 로부터의 가속도 정보를 시계열로 취득함으로써, 서보 모터 (12, 32a, 32b) 의 이상 동작을 의미하는 중추 (4, 24) 의 경사, 뒤틀림을 검지할 수 있기 때문에, 기진기의 이상을 조기에 검지할 수 있어, 필요한 경우에는 기진기의 동작을 정지시킬 수 있다. 또, 가속도 센서 (19-1 ∼ 19-6) 의 검지 결과를 제어 장치 (50) 에 보내고, 또한 중추 (4, 24) 의 비정상적인 경사, 뒤틀림에 대해서도 사전에 장치를 정지시키는 제어 로직을 입력해 두면, 기진기가 손상되는 것을 사전에 방지하는 것도 가능해진다.

본 실시형태에서는, 도 13 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 시험 대상인 구조물 (200) 에 접하는 기부 (1) 에 가속도 센서 (제 2 가속도 센서) (20) 를 형성할 수도 있다. 이 가속도 센서 (20) 의 검지 결과는, 데이터 수록 장치 (60) (도시 생략) 에 보내진다. 이로써, 가진 시험시에 구조물 (200) 의 진동 응답을 실측함으로써, 도 13 의 (b) 의 그래프에 예시되는 바와 같이, 응답 배율, 위상 곡선을 실시간으로 파악하는 것이 가능해져, 재작업이 없고, 또한 정밀도가 양호한 실험을 실시하는 것이 가능해진다.

이 이외에도, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한, 상기 실시형태에서 예시한 구성을 취사 선택하거나, 다른 구성으로 적절히 변경하는 것이 가능하다.

1, 21 : 기대
2 : 가이드 지주
3 : 대판
4, 24 : 중추
5 : 롤러
6 : 인장 코일 스프링
7 : 에어 실린더
8, 9 : 드럼
10, 30, 30a, 30b : 와이어 로프
11, 31a, 31b : 감속기
12, 32a, 32b : 서보 모터
13 : 에어 탱크
15 : 리밋 스위치
16 : 피검지편
17 : 변위계
18 : 기준편
19, 20 : 가속도 센서
22 : 지주
23 : 프레임
23a : 가이드 레일
25 : 차륜
28a ∼ 28d, 29a, 29b : 드럼
40 : 스토퍼
50 : 제어 장치
100, 110, 120, 130 : 기진기
200 : 구조물
a1, a2, a3, a4, a5, a6 : 가속도
LL : 하한 위치
UL : 상한 위치
FL : 좌한 위치
RL : 우한 위치

Claims

중추와,
상기 중추를 연직 방향 또는 수평 방향을 따른 이동 경로를 왕복 이동할 수 있도록 안내하는 가이드 수단과,
상기 중추에 연결한 선조물을 개재하여 당해 중추를 상기 이동 경로를 따라 왕복 이동시키는 이동 수단과,
상기 중추가 연직 방향으로 왕복 이동하는 경우에, 상기 중추를 탄성적으로 매다는 탄성 지지 수단과,
상기 이동 경로에 있어서의 상기 중추의 위치를 검지하는 검지 수단과,
상기 검지 수단에 의해 검지된 상기 중추의 위치에 기초하여, 상기 이동 수단에 의한 상기 중추의 이동을 정지시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기진기.
제 1 항에 있어서,
상기 검지 수단은,
상기 중추가 상기 이동 경로 상의 소정 위치에 도달한 것을 검지하는 기진기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 검지 수단은,
상기 중추가 상기 이동 경로를 이동하고 있는 위치를 검지하는 기진기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이동 경로를 넘어 이동한 상기 중추가 충돌하여 충격을 흡수하는 스토퍼를 구비하는 기진기.
제 3 항에 있어서,
상기 이동 경로를 넘어 이동한 상기 중추가 충돌하여 충격을 흡수하는 스토퍼를 구비하는 기진기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
이동 중의 상기 중추의 가속도를 검지하는, 단수 또는 복수의 제 1 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 3 항에 있어서,
이동 중의 상기 중추의 가속도를 검지하는, 단수 또는 복수의 제 1 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 4 항에 있어서,
이동 중의 상기 중추의 가속도를 검지하는, 단수 또는 복수의 제 1 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중추가 이동함으로써 가진하는 대상 구조물의 가속도를 검지하는 제 2 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 3 항에 있어서,
상기 중추가 이동함으로써 가진하는 대상 구조물의 가속도를 검지하는 제 2 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 4 항에 있어서,
상기 중추가 이동함으로써 가진하는 대상 구조물의 가속도를 검지하는 제 2 가속도 센서를 구비하는 기진기.
제 5 항에 있어서,
상기 중추가 이동함으로써 가진하는 대상 구조물의 가속도를 검지하는 제 2 가속도 센서를 구비하는 기진기.