JPH03183931A - High-temperature and high-pressure underwater wear testing machine - Google Patents
High-temperature and high-pressure underwater wear testing machineInfo
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- JPH03183931A JPH03183931A JP32144989A JP32144989A JPH03183931A JP H03183931 A JPH03183931 A JP H03183931A JP 32144989 A JP32144989 A JP 32144989A JP 32144989 A JP32144989 A JP 32144989A JP H03183931 A JPH03183931 A JP H03183931A
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- sliding
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高温高圧水中において使用される機器および
構造部材の接触部の摩耗試験装置において、環境と力学
的条件、特に振動に伴う摩耗条件を模擬する試験機に関
する。。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention is a wear test device for contacting parts of equipment and structural members used in high-temperature, high-pressure water. Concerning a test machine that simulates .
従来の装置は、葉山著「金属・合金の摩耗現象の基礎」
、丸首（昭６２）に記載のように、回転動による摩耗試
験機が主である。一部往復動の試験機もあるが、クラン
ク仕掛による往復動は速度が一定にならない、また、低
速度のものが多いことが本書において指摘されている。The conventional device is based on Hayama's ``Fundamentals of Wear Phenomena of Metals and Alloys.''
As described in Marukubi (1982), the main type of wear testing machine is a rotary motion abrasion tester. Although there are some reciprocating test machines, this book points out that the speed of reciprocating motion using a crank mechanism is not constant, and that many of them are at low speeds.
これらは、クランク機構のガタに起因しているものと推
察される。It is presumed that these are caused by play in the crank mechanism.
上記の文献には、さらに、摩耗挙動は各種の摩擦条件、
すなわち摩擦速度、摩擦荷重、試験片相互の大きさ、形
状、潤滑剤その他の第３物質の有無、雰囲気、温度、湿
度などの多くの因子によって変化することが指摘されて
いる。したがって、摩耗試験はできる限り、実際の機器
および構造物の使用条件に近い条件で行うことが望まし
い。The above literature further states that wear behavior is determined under various friction conditions,
That is, it has been pointed out that it changes depending on many factors such as friction speed, friction load, mutual size and shape of the test pieces, presence or absence of a lubricant or other third substance, atmosphere, temperature, and humidity. Therefore, it is desirable to conduct wear tests under conditions as close as possible to the conditions in which the equipment and structures are actually used.
本発明は、高温高圧水環境下で使用される機器および構
造部材の接触部における振動に伴う摩耗挙動を実験的に
模擬することを目的とし、さらに摩耗の定量的な評価が
可能な摩耗試験機を提供することを目的とする。The purpose of the present invention is to experimentally simulate the wear behavior associated with vibration in the contact parts of equipment and structural members used in high-temperature, high-pressure water environments, and furthermore, the present invention is a wear tester capable of quantitatively evaluating wear. The purpose is to provide
振動に伴う摩耗の力学的条件は、複数の物体が微小な摺
動距離にて互いに摺動を繰返し、かつ、物体同志の押付
力が繰返し変動することである。The mechanical conditions for wear caused by vibration are that a plurality of objects repeatedly slide against each other over small sliding distances, and that the pressing force between the objects changes repeatedly.
場合によっては、一定の押付力にて摺動する場合、また
は、摺動を伴わずに押付力が繰返し変動する場合が考え
られる。Depending on the situation, there may be cases where the slide is performed with a constant pressing force, or cases where the pressing force repeatedly fluctuates without sliding.
上記のように微小な摺動距離にて繰返し摺動させるため
に１本発明はピエゾ型圧電アクチュエータを摺動の駆動
源としたものである。また、前記の駆動源とは別シこ、
押付力を繰返し変動させるために、たとえば、カム機構
を設けたステップモータを押付力の駆動源としたもので
ある。さらに、様々な振動パターンを模擬するために繰
返し摺動と繰返し押付力の波形をコンピュータ制御する
ものである。In order to repeatedly slide over a minute sliding distance as described above, one aspect of the present invention uses a piezo type piezoelectric actuator as the driving source for sliding. In addition, separate from the above-mentioned driving source,
In order to repeatedly vary the pressing force, for example, a step motor provided with a cam mechanism is used as the driving source of the pressing force. Furthermore, the waveforms of repeated sliding and repeated pressing force are computer-controlled in order to simulate various vibration patterns.
また、摺動の駆動源または押付力の駆動源を単独に設け
れば、それぞれ、上記した一定の押付力にて摺動する場
合、または、摺動を伴わずに押付力が繰返し変動する場
合を模擬することが可能である。In addition, if a sliding drive source or a pressing force driving source is provided independently, it is possible to slide with a constant pressing force as described above, or when the pressing force repeatedly fluctuates without sliding. It is possible to simulate
ピエゾ素子は、電圧が負荷されるとわずかに伸びる性質
があり、この性質を利用した製品のひとつとしてピエゾ
型圧電アクチュエータがある。従って、当該アクチュエ
ータは、負荷された電圧の大きさによって変形し、たと
えば、サイン波形の電圧を負荷すれば、微小な摺動距離
にて繰返し摺動させるための駆動源とすることができる
。さらに、電圧波形の振幅および周波数を調整すること
によって、それぞれ繰返し摺動の振幅および周波数を制
御することが可能となる。Piezo elements have the property of expanding slightly when a voltage is applied to them, and one product that takes advantage of this property is the piezo-type piezoelectric actuator. Therefore, the actuator deforms depending on the magnitude of the applied voltage, and can be used as a drive source for repeatedly sliding over a small sliding distance, for example, by applying a sinusoidal voltage. Furthermore, by adjusting the amplitude and frequency of the voltage waveform, it is possible to control the amplitude and frequency of the repetitive sliding, respectively.
ステップモータはステップ信号により回転数を制御する
ことができる。当該モータにたとえば、カム機構を設け
、回転力を駆動軸に伝達することにより、ステップモー
タは繰返し押付力を発生させるための駆動源とすること
ができる。さらに、カムの大きさを調整することおよび
ステップ信号の時間間隔を調整することによって、それ
ぞれ繰返し押付力の振幅および周波数を制御することが
できる。The rotation speed of the step motor can be controlled by a step signal. For example, by providing the motor with a cam mechanism and transmitting rotational force to the drive shaft, the step motor can be used as a drive source for repeatedly generating pressing force. Further, by adjusting the size of the cam and the time interval of the step signal, it is possible to control the amplitude and frequency of the repetitive pressing force, respectively.
摩耗をもたらす振動は、様々な振動パターンが考えられ
る。つまり、振動に伴う繰返し摺動と繰返し押付力の関
係は、全くランダムなものから規則性のあるものまで様
々であり、摩耗は両者の関係に強く依存することが知ら
れている。従って、摩耗試験機は両者の関係を制御でき
るものでなければならない。そのためには、摺動と押付
力の繰返し波形を検出する必要がある。繰返し摺動の波
形は、たとえば変位計を設けることにより検出すること
ができる。また、繰返し押付力の波形は、たとえばロー
ドセルを設けることにより検出することができる。検出
された波形をＡＤ変換し、コンピュータ等に入力し両者
の波形を比較計算し、４−
両者の関係を測定することができる。Various vibration patterns can be considered as vibrations that cause wear. In other words, it is known that the relationship between repeated sliding due to vibration and repeated pressing force varies from completely random to regular, and wear is strongly dependent on the relationship between the two. Therefore, the wear tester must be able to control the relationship between the two. For this purpose, it is necessary to detect repetitive waveforms of sliding and pressing force. The waveform of repeated sliding can be detected by providing a displacement meter, for example. Further, the waveform of the repeated pressing force can be detected by, for example, providing a load cell. The detected waveform is AD converted, inputted into a computer, etc., the two waveforms are compared and calculated, and the relationship between the two can be measured.
予め、コンピュータにプログラミングした摺動と押付力
の繰返し波形および周期と上記において検出された波形
および周期が等しくなるようにコンピュータ制御を行う
。以上により、様々な振動パターンに伴う繰返し摺動を
繰返し押付力の関係を制御することが可能となる。なお
、コンピュータにランダム波形をプログラミングすれば
、ランダム制御も可能となる。Computer control is performed so that the repetitive waveform and period of sliding and pressing force programmed in advance into the computer are equal to the waveform and period detected above. As described above, it becomes possible to repeatedly control the relationship of the pressing force by repeatedly sliding with various vibration patterns. Note that random control is also possible by programming random waveforms into a computer.
本発明において設けたピエゾ型圧電アクチュエータは、
圧縮荷重には強いが、引張り荷重には弱く、小さな引張
り荷重で壊れることが知られている。従って、アクチュ
エータを駆動させる際、当該アクチュエータには常に圧
縮荷重を作用させることが必要となる。圧縮荷重は板バ
ネ等を設けることにより発生させることが可能である。The piezo type piezoelectric actuator provided in the present invention is
It is strong against compressive loads, but weak against tensile loads, and is known to break under small tensile loads. Therefore, when driving the actuator, it is necessary to always apply a compressive load to the actuator. Compressive load can be generated by providing a leaf spring or the like.
一方、高圧水中における試験を行う際、圧力容器の外部
に駆動源を設ける必要があり、この場合、圧力容器内外
差圧が駆動軸に作用する。この時、駆動源であるアクチ
ュエータには過大な圧縮荷重が作用し、これを除くため
に圧力バランス装置を設ける必要がある。当該圧力バラ
ンス装置のピストンの径を適当に設定することにより、
圧力バランスをわずかにくずし、すなわち、圧力容器側
から駆動軸を押す力を発生させ、駆動軸および駆動源で
ある圧電アクチュエータに圧縮荷重を作用させることが
可能となる。本手法によれば、前述の板バネは不要とな
り、構成部品を少なくすことができる。On the other hand, when conducting tests in high-pressure water, it is necessary to provide a drive source outside the pressure vessel, and in this case, the differential pressure inside and outside the pressure vessel acts on the drive shaft. At this time, an excessive compressive load acts on the actuator, which is the driving source, and it is necessary to provide a pressure balance device to remove this load. By appropriately setting the diameter of the piston of the pressure balance device,
It becomes possible to slightly upset the pressure balance, that is, to generate a force that pushes the drive shaft from the pressure vessel side, and to apply a compressive load to the drive shaft and the piezoelectric actuator that is the drive source. According to this method, the above-mentioned leaf spring becomes unnecessary, and the number of components can be reduced.
以下、本発明の詳細な説明する。 The present invention will be explained in detail below.
第１図は、本発明の一実施例全体の概略図である。高温
高圧水を封入した圧力容器１の内部に試験材２および相
手材３を設置する。圧力容器１は、ふた部］Ａと胴部Ｉ
Ｂとから成る。試験材２は連結治具４を介して、圧電ア
クチュエータ５に連結され、当該アクチュエータ５は、
ふた部ＩＡに、固定治具６によって設置される。一方、
相手材３はバネ７等を介して固定治具８によって、試験
体２に押し付けながら設置される。圧電アクチュエータ
５の伸びは電源の電圧に比例する。従って、たとえばサ
イン波形の交流電源を用いれば、圧電アクチュエータ５
はサイン波状に伸縮を繰返し、よって、試験材２を相手
材３に対して繰返し摺動させることが可能となる。また
、繰返し摺動における振幅および周波数は、交流電源の
電圧振幅および周波数によって制御することができる。FIG. 1 is a schematic diagram of an entire embodiment of the present invention. A test material 2 and a counterpart material 3 are placed inside a pressure vessel 1 filled with high-temperature, high-pressure water. The pressure vessel 1 has a lid part A and a body part I.
It consists of B. The test material 2 is connected to a piezoelectric actuator 5 via a connecting jig 4, and the actuator 5 is
It is installed on the lid part IA with a fixing jig 6. on the other hand,
The mating member 3 is installed while being pressed against the test specimen 2 by a fixing jig 8 via a spring 7 or the like. The expansion of the piezoelectric actuator 5 is proportional to the voltage of the power supply. Therefore, for example, if a sinusoidal AC power source is used, the piezoelectric actuator 5
The test material 2 repeatedly expands and contracts in a sine wave pattern, thus making it possible to repeatedly slide the test material 2 against the mating material 3. Moreover, the amplitude and frequency of repeated sliding can be controlled by the voltage amplitude and frequency of the AC power source.
さらに、電圧が負荷されたときの圧電アクチュエータ５
の伸びは微小であり、１００μｍ以下の微小な摺動を試
験材２に与えることができる。Furthermore, the piezoelectric actuator 5 when a voltage is applied
The elongation is minute, and a minute sliding motion of 100 μm or less can be applied to the test material 2.
繰返し摺動を試験材２に与える方法として、たとえば、
疲労試験装置等に用いられている油圧サーボを用いる方
法があるが、本実施例によれば、油圧源を設置すること
なく、直接電源によって動作できるという効果がある。As a method of applying repeated sliding to the test material 2, for example,
Although there is a method using a hydraulic servo used in fatigue testing equipment, etc., this embodiment has the advantage of being able to operate directly from a power source without installing a hydraulic power source.
第２図は、第工図の詳細構成を示す。試験材２を連結治
具４を介して、圧電アクチュエータ５に連結する。これ
は第１−図に示した通りである。しかし、圧電アクチュ
エータ５は引張り荷重に弱く、常に圧縮荷重が当該アク
チュエータ５に作用させなくてはならない。そこで、本
実施例ではコイルバネ９を設け、アクチュエータ５の破
損防止を図っている。FIG. 2 shows the detailed structure of the first engineering drawing. The test material 2 is connected to the piezoelectric actuator 5 via the connection jig 4. This is as shown in Figure 1. However, the piezoelectric actuator 5 is weak against tensile loads, and a compressive load must always be applied to the actuator 5. Therefore, in this embodiment, a coil spring 9 is provided to prevent damage to the actuator 5.
試験材２のセツティングを容易とするために、アクチュ
エータ５と試験材２との間の連結棒４に一方が逆ネジと
なっている長さＷ８整治具１０Ａを設ける。同様な調整
治具１０Ｂが相手材３の連結機構にも用いられ、この場
合は、初期押付力の調整が可能となる。In order to facilitate the setting of the test material 2, a length W8 adjustment jig 10A with one end having a reverse thread is provided on the connecting rod 4 between the actuator 5 and the test material 2. A similar adjustment jig 10B is also used for the coupling mechanism of the mating member 3, and in this case, the initial pressing force can be adjusted.
摩耗試験において、試験材２と相手材３とを既知の押付
力にて押付ける必要があることは前記した通りである。As described above, in the wear test, it is necessary to press the test material 2 and the mating material 3 with a known pressing force.
本実施例において、相手材３は、力の方向を９０°変換
して伝達する荷重方向変換治具１１に連結され、さらに
、調整治具１− ＯＢ 。In this embodiment, the counterpart member 3 is connected to a load direction conversion jig 11 that converts the direction of force by 90 degrees and transmits the force, and is further connected to an adjustment jig 1-OB.
連結治具４Ｂ及び連結治具１２Ａ等を介して天称１３に
連結される。このとき、相手材３を試験材２に対して一
方向から押すと試験材２はわん曲する可能性がある。こ
れを防止するためには、相手材３を複数個設け、個々の
押付力を調整し、試験材２に対して力を釣り合せる必要
がある。本実施例においては、２個の相手材３を向い合
せに設置し、両者に同程度の押付力を発生させることに
より試験材２のわん曲を防止する。すなわち、２本の連
結治具１２Ａ及び１２Ｂをピン支持にて、天称１３に連
結する。さらに、一方の連結治具１２Ａにカム機構１４
を有するモータ等の駆動源を、他方の連結治具１２Ｂに
反力バネ１５をそれぞれ設ける。カム機構１４により一
方の連結棒１２Ａが押し下げられると天称１３を介して
他方１２Ｂは押し」二げられ、反力バネ１５が圧縮され
る。当該カム機構１４自体は連結棒１２−ｌを押し上げ
る機能はないが、圧縮された反力バネ１５によって連結
治具１２Ｂを押戻すことにより、連結棒工２、を押し上
げることができる。さらに、２個の相手材３に連結され
る荷重方向変換治具１１の方向を反対向きに設置するこ
とにより、試験材２を両方向から押付けることが可能と
なる。押付力を検出するために、連結治具１２Ａにはロ
ードセル１６が設けられ、また、試験材２の動きを検出
するために長さ調整治具１０Ａには変位検出器１７が設
けられている。ロードセル］６は、連結治具４Ｂにも取
付けられる。It is connected to the heavenly name 13 via the connecting jig 4B, the connecting jig 12A, etc. At this time, if the mating material 3 is pushed against the test material 2 from one direction, the test material 2 may be bent. In order to prevent this, it is necessary to provide a plurality of mating materials 3, adjust the pressing force of each of them, and balance the forces against the test material 2. In this embodiment, two mating materials 3 are placed facing each other, and the same pressing force is generated on both materials to prevent the test material 2 from being bent. That is, the two connecting jigs 12A and 12B are connected to the heavenly head 13 by pin support. Furthermore, a cam mechanism 14 is attached to one of the connecting jigs 12A.
A drive source such as a motor having a drive source and a reaction spring 15 are respectively provided on the other connecting jig 12B. When one connecting rod 12A is pushed down by the cam mechanism 14, the other connecting rod 12B is pushed down via the head 13, and the reaction spring 15 is compressed. Although the cam mechanism 14 itself does not have the function of pushing up the connecting rod 12-l, the connecting rod work 2 can be pushed up by pushing back the connecting jig 12B with the compressed reaction spring 15. Furthermore, by installing the load direction conversion jigs 11 connected to the two mating materials 3 in opposite directions, it becomes possible to press the test material 2 from both directions. A load cell 16 is provided on the connection jig 12A to detect the pressing force, and a displacement detector 17 is provided on the length adjustment jig 10A to detect the movement of the test material 2. The load cell] 6 is also attached to the connecting jig 4B.
摩耗試験を実施する場合には、前述したように試験材２
を繰返し摺動させることと相手材３を試験材２に繰返し
押付ける動きとを制御することが必要となる。第３図に
その制御装置の一例を示す。When carrying out a wear test, test material 2 is used as described above.
It is necessary to control the repeated sliding of the test material 3 and the repeated movement of pressing the mating material 3 against the test material 2. FIG. 3 shows an example of the control device.
ロードセル１６と変位検出器１７の出力をＡＤ変換し、
コンピュータに導く。コンピュータには予め、図中に示
すようなたとえば両者を同期させるプログラミングまた
は半周期のずれを生じさせるようなプログラミングをし
、検出波形がプログラミング波形と等しくなるように、
ＤＡ変換を通して、ステップモータ１４またはピエゾア
クチュエータ５を制御する。以上によれば、様々な振動
パターンに伴う繰返し摺動と繰返し押付力の関係を制御
することが可能となる。なお、コンピュータにランダム
波形をプログラミングすれば、ランダム制御も可能とな
る。AD converts the outputs of the load cell 16 and displacement detector 17,
Lead to computer. The computer is programmed in advance to synchronize the two or to create a half-cycle shift as shown in the figure, so that the detected waveform is equal to the programming waveform.
The step motor 14 or piezo actuator 5 is controlled through DA conversion. According to the above, it becomes possible to control the relationship between repeated sliding and repeated pressing force associated with various vibration patterns. Note that random control is also possible by programming random waveforms into a computer.
本発明によれば、微小振動に伴う部材の摩耗挙動を模擬
することができ、高温高圧水中における摩耗試験が可能
となるので、摩耗現象に対する信頼性向上の効果がある
。According to the present invention, it is possible to simulate the wear behavior of a member due to minute vibrations, and it is possible to perform a wear test in high-temperature, high-pressure water, which has the effect of improving reliability with respect to wear phenomena.
第１図は本発明の一実施例の概略構造図、第２図は第１
図の詳細構造図、第３図は第２図に用いられる制御装置
の構成図である。FIG. 1 is a schematic structural diagram of one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a detailed structural diagram of the control device used in FIG. 2.
Claims (1)
せる摩耗試験機において、両者を高温高圧水を封入した
圧力容器内に設置し、試験材または相手材のいずれか一
方の駆動源としてピエゾ型圧電アクチュエータを設け、
１００μｍ以下の微小な摺動距離にて互いに繰返し摺動
させることを特徴とする高温高圧水中摩耗試験機。 ２、試験片と相手材とを互いに押し付ける力を調整し、
また、繰返しの押付力を発生させる駆動源を設けた請求
項１の高温高圧水中摩耗試験機。 ３、摺動と押付力の繰返し波形を検出し、両者の波形を
コンピュータ制御等によつて、ある一定の関係づけを行
う請求項１または２の高温高圧水中摩耗試験機。[Scope of Claims] 1. In an abrasion tester in which a test material and a counterpart material are pressed against each other and made to slide, both are placed in a pressure vessel filled with high-temperature, high-pressure water, and either the test material or the counterpart material is A piezo-type piezoelectric actuator is installed as a drive source for one side,
A high-temperature, high-pressure underwater abrasion tester characterized by repeatedly sliding on each other at a minute sliding distance of 100 μm or less. 2. Adjust the force that presses the test piece and the mating material against each other,
2. The high-temperature, high-pressure underwater abrasion tester according to claim 1, further comprising a drive source that generates repeated pressing force. 3. The high-temperature, high-pressure underwater abrasion tester according to claim 1 or 2, wherein repetitive waveforms of sliding and pressing force are detected and a certain relationship is established between the two waveforms through computer control or the like.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32144989A JPH03183931A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | High-temperature and high-pressure underwater wear testing machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32144989A JPH03183931A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | High-temperature and high-pressure underwater wear testing machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183931A true JPH03183931A (en) | 1991-08-09 |
Family
ID=18132685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32144989A Pending JPH03183931A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | High-temperature and high-pressure underwater wear testing machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03183931A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1989-12-13 JP JP32144989A patent/JPH03183931A/en active Pending
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