JPS6222019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プレス、鍛造機、はた織機などのほ
ぼ一定の周期をもつて持続的に衝撃を発生する機
械の据付部、機械基礎等の剛体ブロツクからの衝
撃振動を緩和し、よつて地面等への衝撃伝達力を
抑える動的吸振法に関するものである。

この種の機械についての防振には、防振ゴム、
防振バネなどを機械とその据付基礎の間に設置す
る方法が考えられるが、この方法では支持体の固
有振動数を可能な限り低くとつても衝撃的入力に
よる基礎から地面への衝撃伝達力を抑えることは
できない。これを解決するために、イナーシヤブ
ロツクを有する浮基礎上に機械を設置し、これを
水槽に浮かべることにより生ずる浮力を用いて固
有振動数を下げ、かつ慣性の大きいイナーシヤブ
ロツクによつて地面への衝撃伝達力を吸収する方
法が公知である（例えば特公昭53―7727号公報参
照）。しかるに、この方法では鍛造機などの機械
及びイナーシヤブロツクを浮力によつて浮かせる
ため、その浮力に見合うだけの空気室及び水槽を
必要とし、この工事は大がかりなものとなる欠点
を有し、実際上は既存設備に対する防振法として
は適切でない。

他方、定常的な振動源を有する機械によつて生
ずる据付基礎からの地面への振動伝達力を吸収す
るには、基礎上に補助的に据え付けた動吸振器が
有効に作用することも公知である。この方法は適
用範囲も広く、エンジンの振動防止、架線の風圧
による振動防止などに適用されている。しかしな
がら、衝撃的入力が機械基礎に加わつた場合には
地面への衝撃伝達力は抑制できず、衝撃後の減衰
振動を早める、すなわち残留振動の抑制にのみ効
果のあることが知られている。

本発明者は、動吸振器による振動吸収が簡単な
原理でかつ定常的な振動源に対する効果が大きい
ことを利用し、衝撃的入力源をもつた機械基礎に
対しても発生する衝撃伝達力を抑制することが可
能な方法の研究を続けた結果、ほぼ一定の周期を
もつて持続的な衝撃を基礎に加える機械に対し
て、基礎に衝撃が加わる瞬間より一定時間だけ位
相を進めて動吸振器質量部に衝撃を加えると、基
礎は動吸振器との相互作用により地面への負の伝
達力を有する状態となり、続いて加わる機械によ
る正方向の衝撃伝達力と相殺して、大巾な衝撃伝
達力の抑制が可能であることを見出し、この知見
に基づいて本発明をなすに至つたものである。

本発明に基づいて基礎から地面への衝撃伝達力
を抑制する方法について、本発明の基本概念を示
す第１図を参照して詳細に説明する。

第１図において、１は地面、２はほぼ一定の周
期をもつて持続的に衝撃を発生する機械、３は機
械の据付基礎などの剛体ブロツクを表わし、４及
び５は剛体ブロツクと地面との間で衝撃力を伝達
させる基礎―地面系での等価バネ及び等価ダツシ
ユポツトであるとする。６は補助的に剛体ブロツ
ク上に機械と並列して取り付けられた動吸振器
で、質量７、バネ８、ダツシユポツト９を備えて
いる。

さて、このような系においては、機械２によつ
て矢印Ａで示す衝撃的入力がほぼ一定周期で作用
している。このとき、動吸振器６を取り付けてい
なければ、剛体ブロツク３から地面への衝撃伝達
力はいわゆる自由減衰振動として衝撃入力の周期
で繰り返し生ずる。そこで、剛体ブロツク上に補
助的に付加した動吸振器振動系の固有振動数を上
記の自由減衰振動の固有振動数近傍に設定し、か
つ減衰を剛体ブロツクと地面との間の減衰定数の
２倍程度以上に設定し、動吸振器振動系を拘束す
る。更に、図中の双方向矢印Ｂは本発明で導入し
た同期衝撃入力である。このとき、 F₀：機械によつて発生する衝撃の大きさ αF₀：同期衝撃入力の大きさ g₁（ｔ）：機械から加わる衝撃によつて生ずる基
礎から地面への衝撃伝達力 g₂（ｔ）：動吸振器に加わる同期衝撃によつて生
ずる基礎から地面への衝撃伝達力 Ｔ：機械が発生する衝撃の繰り返し周期 ｔ_a：同期衝撃を加えるさいの進み時間 とすると、機械および動吸振器への同期制御を加
えた運転動作時の基礎から地面への衝撃伝達力ｘ
（ｔ）は ｘ（ｔ）＝g₁（ｔ）F₀＋g₂（ｔ＋ｔ_a）αF₀
……(1) となる。これを十分小さくすることが衝撃伝達力
の抑制ということであるが、次に、これを行うの
にｘ（ｔ）を一周期Ｔ内で二乗積分し、それを
最小とするｔ_a，αの存在することを示す。すな
わち J₁₁＝∫^Ｔ _０ｇ^２ _１（ｔ）dt ……(2) J₁₂（ｔ_a）＝∫^Ｔ _０g₁（ｔ）g₂（ｔ＋ｔ_a）dt ……(3) J₂₂＝∫^Ｔ _０ｇ^２ _２（ｔ＋ｔ_a）dt ……(4) Ｊ＝∫^Ｔ _０x²（ｔ）dt ……(5) と定義すると、 Ｊ＝｛J₁₁＋2J₁₂（ｔ_a）α＋J₂₂α^２｝Ｆ^２ _０
……(6) よつて、このＪを最小とするαは α^*＝−J₁₂（ｔ_a）／J₂₂ ……(7) で、このとき、 Ｊ^*＝｛J₁₁−Ｊ^２ _１２（ｔ_a）／J₂₂｝Ｆ^２ _０……(8
) となる。ここで、J₁₁F^２ _０はα＝０、すなわち動吸
振器のみを取りつけた場合の機械基礎―動吸収振
器系で発生する衝撃伝達力の二乗積分値（この値
は動吸振器を取りつけない機械基礎系のそれより
小さい）であるから、同期制御入力を加えた系で
は更に小さくなることがわかる。ここで先に定義
したJ₁₂（ｔ_a）が動吸振器と機械基礎系との間の
相互干渉項であつて、これを大きくとることがＪ
^*を更に小さくすることがわかる。ここでｔ_a
をいくつか変化させることによりＪ^*の最小値
に達し、このときのｔ_aが同期制御時の時間の進
み分で、このｔ_aにより式(1)でg₁（ｔ）に対して
g₂（ｔ＋ｔ_a）は逆の伝達力を発生させる状態と
なつている。

種々の場合を想定した計算の結果、動吸振器と
剛体ブロツクとの質量比を１／20〜１／10とした
場合、ｔ_aは剛体ブロツクの振動固有周期の1/6〜
1/3、αを0.5〜0.7とすればよいことがわかつ
た。これらは計算により厳密に求まるが、本発明
では同期制御回路において、αを一定にとつてｔ
_aを調整し、この状態で衝撃伝達力、すなわち地
面のゆれを最小とするよう設定し、この後αを調
整して更に衝撃伝達力が最小となるよう設定す
る。この状態が衝撃伝達力を抑制するのに最も効
果のある運転時であり、動吸振器をつけない未対
策の場合とくらべて1/10程度の衝撃吸収を行うこ
とが可能である。

第２図及び第３図により本発明を実施する装置
の構成とその動作を更に詳細に説明する。第２図
ではほぼ一定の周期をもつて持続的な衝撃を発生
させる機械として鍛造機を、第１図の矢印Ｂで示
す同期衝撃入力を発生させる衝撃発生装置として
油圧加振装置を用いた場合について説明する。原
理的な方法は、他の機械、衝撃発生装置を用いた
場合でも同様である。

第２図において、１１が地面で、その中に前記
剛体ブロツクに相当する基礎１３が設置され、基
礎上の中央部に衝撃発生機械、すなわち鍛造機１
２が据え付けられている。この鍛造機で発生する
衝撃力はピストンロツド１２ａによる強制打撃に
基づくものである。また、動吸振器１６は質量部
１７をもち、バネ１８及びダツシユポツト１９で
基礎１３に拘束されている。ここでは、基礎上で
力の釣合を保たせるために同じ動吸振器１６を左
右に並列設置した場合を示しているが、この場合
には第１図で説明した１個の動吸振器を設けた場
合と比較して、質量、バネ剛さ、ダツシユポツト
減衰定数をそれぞれ1/2に調整することになる。
動吸振器１６に付設した衝撃発生装置２０は、油
圧シリンダ２１、それによつて作動するピストン
２２、動吸振器１６への周期衝撃力の発生を制御
するサーボバルブ２３及び油圧源２４を備え、動
吸振器１６に対してピストン２２により打撃衝撃
を加えるものである。

また、鍛造機１２に付設した光学的変位計２５
は、ピストンロツド１２ａが加工材料に打撃を加
える瞬間を検出するもので、この光学的変位計２
５には観測回路２６、同期制御回路２７を順次接
続し、さらにその同期制御回路２７は上記サーボ
バルブ２３を駆動するための信号を発生する駆動
回路２８に接続している。

次に、上記構成に基づく衝撃伝達力の抑制につ
いて説明する。

鍛造機１２による衝撃は、第３図Ａのような時
間経過で繰り返し打撃衝撃として基礎１３に加わ
り、第３図Ｆに示す基礎１３から地面１１への衝
撃伝達力を発生し、地面１１をゆらす。他方、打
撃衝撃は鍛造機１２におけるピストンロツド１２
ａの落下によつて加わるので、ピストンロツド１
２ａが加工材料に打撃を加える瞬間を光学的変位
計２５により観測する。この変位計出力は、第３
図Ｂのようなオン・オフ信号として取り出され、
一定の時間遅延をかけて第３図Ｃのパルス列とし
て調整、整形する。これを行うのが観測回路２６
及び同期制御回路２７である。このパルス列の信
号は駆動回路２８へ送られ、そのパルスの時間周
期、高さに応じて衝撃発生装置２０のサーボバル
ブ２３に対する駆動信号を作り出し（第３図
Ｄ）、これがサーボバルブ２３へ送られて第２図
の油圧ピストン２２を動作させることにより、動
吸振器への同期衝撃力を発生する。この衝撃は第
３図Ｅに示すような衝撃力として繰り返し加えら
れるが、鍛造機１２による衝撃力に対して一定時
間だけ位相を進めて加えられるように同期制御さ
れるので、それによる基礎から地面への衝撃伝達
力は第３図Ｇのように同図(F)とは逆向きの衝撃伝
達力となる。この結果鍛造機及び動吸振器におけ
る衝撃発生装置を動作させた場合の基礎から地面
への衝撃伝達力は第３図Ｈに示すように大巾に抑
制軽減され、地面のゆれを最小限に抑えることが
できる。

以上に詳述したところから明らかなように、本
発明によれば基礎そのものの大がかりな工事を必
要とせず、外部付加装置すなわち補助的な動吸振
器、衝撃発生装置、同期制御回路及び駆動回路を
設置する空間があればよく、既設の鍛造機などに
ついても機械の移動を伴わず、撤去、再据付工事
を必要としない。更に、本発明による方法は基礎
から地面への衝撃伝達力を抑制すると同時に、基
礎そのもののゆれをも抑えているので、鍛造機な
どによる材料の加工作業の効率を落すようなこと
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動的吸振方法についての原理
説明図、第２図は鍛造機についての吸振に本発明
を適用した場合についての構成図、第３図Ａ〜Ｈ
は第２図の各部における衝撃または信号の波形図
である。 １，１１……地面、２……機械、３……剛体ブ
ロツク、６，１６……動吸振器、１３……基礎、
１７……質量部、２０……衝撃発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼ一定の周期をもつて持続的に衝撃を発生
   する機械が据え付けられている機械基礎等の剛体
   ブロツク上にその機械と並列して付加した動吸振
   器の質量部に対し、機械から加わる衝撃の周期に
   対し一定時間位相を進めて衝撃発生装置による衝
   撃を加えることにより、剛体ブロツクから地面へ
   負の伝達力を予め発生させ、それによつて引き続
   き加えられる機械による衝撃からの正方向の衝撃
   伝達力を相殺し、剛体ブロツクからの衝撃力の伝
   達を減少させることを特徴とする衝撃振動の動的
   吸振方法。