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大型鉄道車両用品の振動・衝撃試験

電気サーボモータ式振動試験機による鉄道車両用品振動・衝撃試験

鉄道車両用品には、インバータ・コンバータを始め、変圧装置、室内冷却装置等の大型で大きい質量の試験体が多く存在します。

鉄道車両用品の振動試験規格には、国際規格のIEC61373、およびそれに基づくJIS E4031 があります。2010年に、IEC61373は改訂され、上下、左右、前後の同時3軸振動試験が、初めて認められました。

ACサーボモータを振動アクチュエータとして搭載する電気サーボモータ式振動試験機は、サーボモータを数台同期運転させて、振動試験することができます。加振力の大きいサーボモータリニアアクチュエータを同期運転することで、大きな加振力を得ることができるため、多点型振動試験機として、特に大型で、質量の大きい鉄道用品の振動試験に適しています。

鉄道車両用品大型振動・衝撃試験機外観

JIS E4031:2008の振動試験規格区分1.等級ABに準拠するこの振動試験機は、振動加振テーブルの寸法2.5m×6.0m、上下方向にサーボモータリニアアクチュエータを8基搭載、加振力6000kgfの多点加振型の鉄道車両用品大型振動衝撃試験機です。

この多点型大型振動衝撃試験機の最大の特長は、試験機本体の構成が、2.5m×3.0mの振動テーブルと同一の振動テーブルの2つであり、それぞれ4基ずつのサーボモータ合計8基を同期運転することです。これによって、振動テーブルの共振周波数を試験条件に必要な周波数範囲以上へ上げることが可能になりました。

この大型振動試験機は、最大周波数200Hz、上下・左右最大加速度30m/s2、前後最大加速度50m/s2の振動性能を満足します。

電気サーボモータ式振動・衝撃試験機による鉄道車両用品の衝撃試験

衝撃パルス発生時のサーボモータの制御

JIS E4031:2008付属書JCによれば、規定されている正弦半波パルスの加速度波形から、その速度および変位波形を形成するために衝撃を与えると、制御されていない衝撃パルスを与えた場合、パルス作用後に供試品は等速度運動をして、初めの位置から離れ、振動台は試験機の固定部に激しく衝突する。こうした供試品への意図しない衝撃を避けるため、試験機はパルスの前後に設けられた許容差(許容値幅)内に補償波を追加した波形を制御目標波形としなければならない、とされています。

電気サーボモータ式振動衝撃試験機での衝撃試験では、下図に示すようにサーボモータの回転速度とトルクの制御によって、衝撃パルス波形を成形することができます。

下図に示す下側の線図は、経過時間に対するモータの速度を示し、上側の線図はトルクを示します。

サーボモータリニアアクチュエータで発生させた衝撃パルス波形

IEC61773 およびJIS E4031 では、前後方向に衝撃加速度5G、作用時間30ms、上下方向に衝撃加速度3G、作用時間20msの衝撃を、試験体に与えることが必要です。

下図に電気サーボモータ制御によって成形した、衝撃加速度5G、作用時間30msの衝撃パルス波形を示します。

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