JP5716621B2

JP5716621B2 - Material testing machine and hydraulic adjustment method for material testing machine

Info

Publication number: JP5716621B2
Application number: JP2011206706A
Authority: JP
Inventors: 融松浦
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013068492A

Description

この発明は材料試験機に関し、特に、油圧シリンダを駆動源とする材料試験機および材料試験機の油圧調整方法に関する。 The present invention relates to a material testing machine, and more particularly to a material testing machine using a hydraulic cylinder as a drive source and a method for adjusting the hydraulic pressure of the material testing machine.

材料試験機においては、一般に、負荷機構の駆動により試験片等の供試体に対して、各種の負荷を加えている。例えば、試験片に対して疲労試験を行う場合には、試験片に連続して試験周波数の振動を付与している。そして、試験片に振動を付与するための負荷機構の駆動源としては、油圧シリンダが使用されている。 In a material testing machine, in general, various loads are applied to a specimen such as a test piece by driving a load mechanism. For example, when a fatigue test is performed on a test piece, vibration at a test frequency is continuously applied to the test piece. A hydraulic cylinder is used as a drive source of a load mechanism for applying vibration to the test piece.

このような油圧シリンダを駆動源とする材料試験機においては、油圧シリンダに対して作動油を供給するために、油圧ポンプを含む油圧源が使用される。そして、この油圧ポンプを駆動するためのモータは、例えば、ＡＣ電源で動作する誘導モータ等が使用され、材料試験の実行中においては、その回転数が一定に維持されている。また、油圧源から油圧シリンダに供給される作動油の供給圧は、例えば、リリーフ弁等を使用することによって一定圧に設定され、材料試験の実行中においては、その設定供給圧が維持される構成となっている。 In such a material testing machine using a hydraulic cylinder as a drive source, a hydraulic source including a hydraulic pump is used to supply hydraulic oil to the hydraulic cylinder. As the motor for driving the hydraulic pump, for example, an induction motor operating with an AC power source is used, and the rotation speed is kept constant during the execution of the material test. Further, the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source to the hydraulic cylinder is set to a constant pressure by using a relief valve, for example, and the set supply pressure is maintained during the material test. It has a configuration.

このような材料試験機においては、油圧源の能力は、材料試験機に要求される最大パフォーマンスに応じて設定されている。すなわち、材料試験機における油圧源を構成する各部材の選定に際しては、作動油の最大吐出量や最大吐出圧等は、材料試験機に要求される油圧シリンダの最大移動速度や最大の試験力等の最大パフォーマンスと関連付けて行われている。しかしながら、実際の材料試験は、通常パフォーマンスが要求される試験ほど短時間で終わり、低パフォーマンスになるほど試験時間が長くなる。このため、最大パフォーマンスを基準に設定された材料試験機は、必要以上に電力を消費しているという問題がある。また、油圧ポンプを駆動するモータの回転数や作動油の供給圧力が大きくなるほど作動油の劣化が早くすすむという問題も生ずる。 In such a material testing machine, the capacity of the hydraulic source is set according to the maximum performance required for the material testing machine. In other words, when selecting each member that constitutes the hydraulic power source in the material testing machine, the maximum discharge amount and the maximum discharge pressure of the hydraulic oil are the maximum moving speed of the hydraulic cylinder required by the material testing machine, the maximum test force, etc. Is associated with maximum performance. However, the actual material test is completed in a shorter time as a test that normally requires performance, and the test time becomes longer as the performance becomes lower. For this reason, there is a problem that the material testing machine set based on the maximum performance consumes more power than necessary. In addition, there is a problem that the deterioration of the hydraulic oil is accelerated as the rotational speed of the motor driving the hydraulic pump and the supply pressure of the hydraulic oil are increased.

このため、特許文献１においては、油圧式アクチュエータに対して作動油を供給する油圧源のポンプ駆動用のモータを回転数可変のものとし、そのモータの回転数を、材料試験機の試験準備から試験終了までの各状態に応じて自動的に変化させる材料試験機が開示されている。この材料試験機によれば、試験準備中などの作動油流量が要求されない状態では低速回転とし、必要なときにだけ高速で回転させることにより、消費電力を低減させることが可能となる。 For this reason, in Patent Document 1, a motor for driving a pump of a hydraulic source that supplies hydraulic oil to a hydraulic actuator is variable in number of revolutions, and the number of revolutions of the motor is determined from a test preparation of a material testing machine. A material testing machine that automatically changes according to each state until the end of the test is disclosed. According to this material testing machine, it is possible to reduce power consumption by rotating at a low speed when the hydraulic oil flow rate is not required, such as during test preparation, and by rotating at a high speed only when necessary.

特開２００４−１６３１４９号公報JP 2004-163149 A

この特許文献１に記載された材料試験機は、消費電力を低減可能な優れたものではあるが、油圧源の能力が材料試験機に要求される最大パフォーマンスに応じて設定されていることから、材料試験の実行中においても、材料試験に必要とされる能力以上の回転数で油圧ポンプが運転され、また、油圧シリンダに高圧の作動油が供給されていることから、必要以上に電力を消費していることにかわりはない。 Although the material testing machine described in this Patent Document 1 is an excellent one capable of reducing power consumption, since the capacity of the hydraulic source is set according to the maximum performance required for the material testing machine, Even during material testing, the hydraulic pump is operated at a speed higher than the capacity required for material testing, and high-pressure hydraulic fluid is supplied to the hydraulic cylinders, which consumes more power than necessary. There is no substitute for doing it.

一般的に、モータ電源周波数を小さくした場合や、油圧シリンダに供給する作動油の供給圧力を小さくした場合には、必要な消費電力を低減することができる。このため、材料試験の状態（試験周波数、油圧シリンダの振幅、最大試験力）に応じて、モータ電源周波数もしくは油圧シリンダへの作動油の供給圧力を変更することにより、消費電力を低減することが可能となる。ここで変更されるモータ電源周波数や供給圧力は、油圧源および負荷機構の構成に応じた複数のパラメータをもとに計算により求められるが、すべてのパラメータが正確な値であるとは限らない。すなわち、油圧源および負荷機構の構成部品の仕様から計算に必要なすべてのパラメータの情報を正確に知ることができない場合もあり、安全率を考慮したおおよその値として各パラメータを設定すると、そのモータ電源周波数や供給圧力が過剰なものとなり、消費電力をより効率的に低減することは困難となる。また、各種パラメータは、オペレータが予め制御装置等に入力しておかなければならず、パラメータの入力ミスにより、試験時において最適とされるモータ電源周波数や供給圧力にならず、消費電力を低減できない場合もある。 Generally, when the motor power supply frequency is reduced, or when the hydraulic oil supply pressure supplied to the hydraulic cylinder is reduced, the required power consumption can be reduced. For this reason, the power consumption can be reduced by changing the motor power supply frequency or the hydraulic oil supply pressure to the hydraulic cylinder according to the state of the material test (test frequency, hydraulic cylinder amplitude, maximum test force). It becomes possible. The motor power supply frequency and supply pressure to be changed here are obtained by calculation based on a plurality of parameters corresponding to the configurations of the hydraulic power source and the load mechanism, but all parameters are not necessarily accurate values. In other words, it may not be possible to accurately know the information of all parameters required for the calculation from the specifications of the components of the hydraulic power source and the load mechanism. If each parameter is set as an approximate value considering the safety factor, the motor Power supply frequency and supply pressure become excessive, and it becomes difficult to reduce power consumption more efficiently. In addition, various parameters must be input in advance by the operator to the control device, etc., and due to a parameter input error, the motor power frequency and supply pressure that are optimal during the test are not achieved, and power consumption cannot be reduced. In some cases.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、より効率的に消費電力を低減させることが可能な材料試験機および材料試験機の油圧調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a material testing machine and a hydraulic pressure adjustment method for the material testing machine that can reduce power consumption more efficiently.

請求項１に記載の発明は、供試体に対して試験周波数で振動を付与することにより、前記供試体に対して疲労試験を実行する材料試験機において、油圧シリンダと、サーボバルブと、交流電源を供給されることにより回転するモータと、このモータにより駆動されるポンプとを備え、前記油圧シリンダに対して前記サーボバルブを介して作動油を供給する油圧源と、予備試験により収集したデータから、モータ電源周波数ごとの油圧シリンダの最大速度と、試験周波数ごとの油圧シリンダの最大速度と、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力ごとの負荷可能な試験力の最大値と、を計算する予備試験データ処理手段と、前記予備試験データ処理手段により得られた値と、試験中の前記試験周波数と、試験中に前記供試体に対して負荷する試験力の最大値と、試験中の油圧シリンダの振幅とに基づいて、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値およびモータ電源周波数の目標値を演算する制御値演算手段と、を備える制御部と、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力が、前記制御値演算手段により演算された目標値になるように、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力を変更する供給圧力変更部と、前記モータ電源周波数が、前記制御値演算手段により演算された目標値となるように、前記モータ電源周波数を変更するインバータと、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a material testing machine that performs a fatigue test on a specimen by applying vibration to the specimen at a test frequency. In the material testing machine, a hydraulic cylinder, a servo valve, and an AC power source are provided. From a hydraulic source that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder via the servo valve, and data collected by a preliminary test. The maximum hydraulic cylinder speed for each motor power frequency, the maximum hydraulic cylinder speed for each test frequency, and the maximum loadable test force for each hydraulic oil supply pressure supplied from the hydraulic source are calculated. Preliminary test data processing means, values obtained by the preliminary test data processing means, the test frequency being tested, and loading on the specimen during testing Control value calculation means for calculating the target value of the supply pressure of hydraulic fluid supplied from the hydraulic source and the target value of the motor power supply frequency based on the maximum value of the test force and the amplitude of the hydraulic cylinder under test. And a supply pressure for changing the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source so that the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source becomes a target value calculated by the control value calculation means. And a inverter that changes the motor power supply frequency so that the motor power supply frequency becomes a target value calculated by the control value calculating means.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記油圧シリンダのシリンダロッドのストロークを検出する変位検出器と、前記油圧シリンダにより前記供試体に対して付与する試験力の大きさを検出する試験力検出器と、を備え、前記予備試験データ処理手段は、予備試験において前記変位検出器が検出した前記油圧シリンダのシリンダロッドのストロークから、モータ電源周波数ごとの油圧シリンダの最大速度を計算する第１の速度計算手段と、前記第１の速度計算手段の結果を利用して、試験周波数ごとの油圧シリンダの最大速度を計算する第２の速度計算手段と、予備試験において前記試験力検出器により検出した試験力の最大値と、その時に前記油圧源から供給された作動油の供給圧力に基づいて、前記油圧シリンダのピストンの受圧面積を決定する受圧面積決定手段と、を備える。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the displacement detector for detecting the stroke of the cylinder rod of the hydraulic cylinder, and the magnitude of the test force applied to the specimen by the hydraulic cylinder. A test force detector for detecting the length of the hydraulic cylinder, and the preliminary test data processing means is configured to detect a maximum of the hydraulic cylinder for each motor power frequency from a stroke of a cylinder rod of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector in a preliminary test. A first speed calculating means for calculating the speed, a second speed calculating means for calculating the maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency using the result of the first speed calculating means, Based on the maximum value of the test force detected by the test force detector and the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source at that time, the hydraulic cylinder Comprising a pressure-receiving area determining means for determining a pressure receiving area of the piston, the.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記予備試験データ処理手段は、前記第１の速度計算手段の結果に基づいて、モータ電源周波数が最大のときの試験周波数ごとの油圧シリンダの振幅を計算する振幅計算手段と、予備試験において前記変位検出器で検出した前記油圧シリンダの応答波形から、試験周波数ごとの油圧シリンダの振幅を決定する振幅決定手段と、前記振幅決定手段が決定した振幅が前記振幅計算手段により計算された振幅より減衰している試験周波数ごとの減衰率を計算する減衰率計算手段と、を備え、前記第２の速度計算手段は、各試験周波数について前記振幅決定手段が決定した振幅から試験周波数ごとの油圧シリンダの最大速度を計算し、前記減衰率計算手段は、前記第１の速度計算手段により得られた油圧シリンダの最大速度と、前記第２の速度計算手段により得られた油圧シリンダの最大速度に基づいて、試験周波数ごとの減衰率を計算する。 According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, the preliminary test data processing means is configured to determine, based on a result of the first speed calculation means, for each test frequency when the motor power supply frequency is maximum. Amplitude calculating means for calculating the amplitude of the hydraulic cylinder, amplitude determining means for determining the amplitude of the hydraulic cylinder for each test frequency from the response waveform of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector in a preliminary test, and the amplitude determination Attenuation rate calculation means for calculating an attenuation rate for each test frequency at which the amplitude determined by the means is attenuated from the amplitude calculated by the amplitude calculation means, and the second speed calculation means includes each test frequency. The maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency is calculated from the amplitude determined by the amplitude determining means, and the damping rate calculating means is calculated by the first speed calculating means. The maximum speed of the hydraulic cylinders which are based on the maximum speed of the resulting hydraulic cylinder by the second speed calculation means calculates the attenuation rate for each test frequency.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御値演算手段は、試験中の試験周波数と、試験中の油圧シリンダの振幅とに基づいて、油圧シリンダの最大速度を計算する第３の速度計算手段と、前記第１の速度計算手段により得られた油圧シリンダの最大速度と、前記第３の速度計算手段により得られた試験中の試験周波数における油圧シリンダの最大速度と、前記減衰率計算手段により求められた減衰率に基づいて、モータ電源周波数の最小値を求めるモータ電源周波数演算手段と、を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the control value calculating means determines the maximum speed of the hydraulic cylinder based on the test frequency under test and the amplitude of the hydraulic cylinder under test. Third speed calculating means for calculating, maximum speed of the hydraulic cylinder obtained by the first speed calculating means, and maximum speed of the hydraulic cylinder at the test frequency during the test obtained by the third speed calculating means And motor power frequency calculating means for obtaining a minimum value of the motor power frequency based on the attenuation rate obtained by the attenuation rate calculating means.

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御値演算手段は、前記減衰率計算手段により求めた減衰率と、前記受圧面積決定手段により決定した受圧面積を利用して、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値を演算する供給圧力演算手段を備える。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the control value calculating means uses the attenuation rate obtained by the attenuation rate calculating means and the pressure receiving area determined by the pressure receiving area determining means. Supply pressure calculation means for calculating a target value of the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pressure source.

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記供給圧力計算手段は、前記サーボバルブに必要な作動油の圧力と前記油圧シリンダに必要な作動油の圧力の合計値として、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値を演算する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the supply pressure calculating means is configured as a sum of hydraulic oil pressure necessary for the servo valve and hydraulic oil pressure necessary for the hydraulic cylinder. The target value of the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source is calculated.

請求項７に記載の発明は、油圧シリンダと、サーボバルブと、交流電源を供給されることにより回転するモータにより駆動するポンプの作用により、前記油圧シリンダに対して前記サーボバルブを介して作動油を供給する油圧源と、を備え、供試体に対して試験周波数で振動を付与することにより、前記供試体に対して疲労試験を実行する材料試験機の油圧調整方法であって、予備試験において変位検出器が検出した前記油圧シリンダのシリンダロッドのストロークから、モータ電源周波数ごとの油圧シリンダの最大速度を計算する第１の速度計算工程と、前記第１の速度計算工程の結果を利用して、試験周波数ごとの油圧シリンダの最大速度を計算する第２の速度計算工程と、予備試験において前記試験力検出器により検出した試験力の最大値と、その時に前記油圧源から供給された作動油の供給圧力に基づいて、前記油圧シリンダのピストンの受圧面積を決定する受圧面積決定工程と、を含む予備試験データ処理工程と、前記第１の速度計算工程、第２の速度計算工程および受圧面積決定工程の結果を利用して、試験中の前記試験周波数と、試験中の前記油圧シリンダにより前記供試体に対して付与する試験力の最大値と、試験中の油圧シリンダの振幅とに基づいて、前記油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値およびモータ電源周波数の最小値を演算する制御値演算工程と、を備える。 According to a seventh aspect of the present invention, hydraulic oil is supplied to the hydraulic cylinder via the servo valve by the action of a hydraulic cylinder, a servo valve, and a pump driven by a motor that is rotated by being supplied with AC power. A hydraulic pressure adjustment method for a material testing machine that performs a fatigue test on the specimen by applying vibration to the specimen at a test frequency, in a preliminary test Based on the stroke of the cylinder rod of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector, the first speed calculation step for calculating the maximum speed of the hydraulic cylinder for each motor power supply frequency and the result of the first speed calculation step are used. A second speed calculation step for calculating the maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency, and a maximum of the test force detected by the test force detector in the preliminary test. A preliminary test data processing step including: a pressure receiving area determining step for determining a pressure receiving area of a piston of the hydraulic cylinder based on a value and a supply pressure of hydraulic oil supplied from the hydraulic source at that time; The maximum test force applied to the specimen by the test cylinder under test and the hydraulic cylinder under test using the results of the speed calculation step, the second speed calculation step, and the pressure receiving area determination step And a control value calculation step of calculating a target value of the supply pressure of hydraulic fluid supplied from the hydraulic pressure source and a minimum value of the motor power supply frequency based on the value and the amplitude of the hydraulic cylinder under test.

請求項１乃至請求項７に記載の発明によれば、油圧制御における制御値である油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値、および、モータ電源周波数の最小値の演算に利用する、モータ電源周波数ごとの油圧シリンダの最大速度、試験周波数ごとの油圧シリンダの最大速度、油圧源から供給する作動油の供給圧力ごとの負荷可能な試験力の最大値を、実際の装置を動かして行う予備試験により収集したデータにより予め求めていることから、各材料試験機に最適な制御パラメータの設定ができ、材料試験を行う場合の消費電力を効率的に低減させることができる。 According to the first to seventh aspects of the invention, it is used to calculate the target value of the hydraulic oil supply pressure supplied from the hydraulic pressure source, which is a control value in hydraulic control, and the minimum value of the motor power frequency. Move the actual device to set the maximum hydraulic cylinder speed for each motor power frequency, the maximum hydraulic cylinder speed for each test frequency, and the maximum loadable test force for each hydraulic oil supply pressure supplied from the hydraulic source. Since it is obtained in advance from the data collected by the preliminary test, it is possible to set the optimum control parameter for each material testing machine, and to efficiently reduce the power consumption when performing the material test.

請求項２に記載の発明によれば、油圧シリンダのピストンの受圧面積決定手段を備えることから、負荷機構の構成部品としての油圧シリンダの仕様書には通常記載されず、推定により求めていた受圧面積をより正確に求めることができ、より適正な作動油の供給圧力の目標値を演算することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the pressure receiving area determining means for the piston of the hydraulic cylinder is provided, the pressure receiving pressure which is not usually described in the specification of the hydraulic cylinder as a component of the load mechanism and is obtained by estimation. The area can be obtained more accurately, and a more appropriate target value of the hydraulic oil supply pressure can be calculated.

請求項６に記載の発明によれば、サーボバルブに必要な作動油の圧力と油圧シリンダに必要な作動油の圧力の合計値として、油圧源から供給する作動油の供給圧力の目標値を演算することから、油圧シリンダのみならずサーボバルブの影響も考慮して作動油の供給圧力の目標値を設定することが可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, the target value of the hydraulic oil supply pressure supplied from the hydraulic power source is calculated as the total value of the hydraulic oil pressure required for the servo valve and the hydraulic oil pressure required for the hydraulic cylinder. Therefore, it is possible to set the target value of the hydraulic oil supply pressure in consideration of not only the hydraulic cylinder but also the servo valve.

この発明に係る材料試験機の概要図である。1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention. 油圧供給部３０を示す概要図である。2 is a schematic diagram showing a hydraulic pressure supply unit 30. FIG. 油圧シリンダ２１をサーボバルブ２２等とともに示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the hydraulic cylinder 21 with the servo valve 22 grade | etc.,. この発明に係る材料試験機の主要な電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main electrical structures of the material testing machine which concerns on this invention. この発明に係る材料試験機により材料試験としての疲労試験を実行する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which performs the fatigue test as a material test with the material testing machine which concerns on this invention. モータ電源周波数調整手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a motor power supply frequency adjustment procedure. 作動油の供給圧調整手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the supply pressure adjustment procedure of hydraulic oil.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention.

この材料試験機は、テーブル１１により支持された一対のコラム１２と、これらのコラム１２により支持された架台１３とを備える。テーブル１１には、供試体としての試験片１０に試験力を負荷するための油圧シリンダ２１が配設されている。この油圧シリンダ２１は、作動油の供給量を弁開度等により決定するサーボバルブ２２と、油圧シリンダ２１のシリンダロッド２５の変位を検出する変位検出器２６とに接続されている。油圧シリンダ２１のシリンダロッド２５には、試験片１０を掴むつかみ具２９が取り付けられている。 This material testing machine includes a pair of columns 12 supported by a table 11 and a gantry 13 supported by these columns 12. The table 11 is provided with a hydraulic cylinder 21 for applying a test force to the test piece 10 as a specimen. The hydraulic cylinder 21 is connected to a servo valve 22 that determines a supply amount of hydraulic oil based on a valve opening degree and the like, and a displacement detector 26 that detects a displacement of a cylinder rod 25 of the hydraulic cylinder 21. A gripping tool 29 for holding the test piece 10 is attached to the cylinder rod 25 of the hydraulic cylinder 21.

架台１３の下面には、試験力を検出するための試験力検出器としてのロードセル２７と、試験片１０を固定するためのつかみ具２９とが配設されている。また、テーブル１１の下方には、油圧シリンダ２１を動作させるための作動油を供給する油圧供給部３０が配置されている。 A load cell 27 as a test force detector for detecting the test force and a gripping tool 29 for fixing the test piece 10 are disposed on the lower surface of the gantry 13. A hydraulic pressure supply unit 30 that supplies hydraulic oil for operating the hydraulic cylinder 21 is disposed below the table 11.

また、この材料試験機は、装置全体を制御するための制御部４０を備える。この制御部４０は、表示部４１および入力部４２を備えるとともに、その内部に記憶装置としてのＲＯＭ、ＲＡＭおよび演算装置としてのＣＰＵを備えたコンピュータ４３と接続されている。上述したサーボバルブ２２は、制御部４０から供給される制御信号によってその弁開度が制御される。また、変位検出器２６の出力信号と、ロードセル２７の出力信号とは、材料試験の実行中に、所定時間ごとに制御部４０に取り込まれる。 The material testing machine also includes a control unit 40 for controlling the entire apparatus. The control unit 40 includes a display unit 41 and an input unit 42, and is connected to a computer 43 including a ROM and a RAM as a storage device and a CPU as an arithmetic unit. The servo valve 22 described above has its valve opening controlled by a control signal supplied from the control unit 40. Further, the output signal of the displacement detector 26 and the output signal of the load cell 27 are taken into the control unit 40 every predetermined time during the execution of the material test.

油圧シリンダ２１は、油圧供給部３０から供給される作動油によって動作する。この油圧供給部３０からの作動油は、管路３７からサーボバルブ２２を介して油圧シリンダ２１に供給される。また、油圧シリンダ２１から排出された作動油は、サーボバルブ２２を通過した後、配管３８を介して油圧供給部３０に戻される。 The hydraulic cylinder 21 is operated by hydraulic oil supplied from the hydraulic supply unit 30. The hydraulic oil from the hydraulic pressure supply unit 30 is supplied to the hydraulic cylinder 21 from the pipe line 37 via the servo valve 22. Further, the hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinder 21 passes through the servo valve 22 and is then returned to the hydraulic pressure supply unit 30 via the pipe 38.

図２は、上述した油圧供給部３０を示す概要図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the hydraulic pressure supply unit 30 described above.

この油圧供給部３０は、油圧ポンプ３３と、この油圧ポンプ３３を駆動するためのモータ３４により構成される油圧源を備える。また、この油圧供給部３０は、作動油を貯留するオイルタンク３６と、モータ３４の回転数を変更するためのインバータ３５と、供給圧力変更部３２と、制御盤３１とを備える。ここで、モータ３４としては、誘導モータや同期モータなどの、交流電源を供給されることにより回転するとともに、インバータ３５の制御によりその回転数が変更可能なモータが使用される。 The hydraulic pressure supply unit 30 includes a hydraulic pressure source configured by a hydraulic pump 33 and a motor 34 for driving the hydraulic pump 33. The hydraulic pressure supply unit 30 includes an oil tank 36 that stores hydraulic oil, an inverter 35 for changing the rotation speed of the motor 34, a supply pressure changing unit 32, and a control panel 31. Here, as the motor 34, a motor such as an induction motor or a synchronous motor that rotates when supplied with AC power and whose rotation speed can be changed by the control of the inverter 35 is used.

供給圧力変更部３２は、制御部４０からの指令を受けて、油圧シリンダ２１に供給する作動油の圧力を調整するためのものであり、作動油の圧力調整部材を備えた構成を有する。すなわち、この供給圧力変更部３２においては、比例制御弁を使用することや、複数個の圧力調整弁を選択的に使用すること等により、油圧シリンダ２１に送る作動油の圧力を、連続的または段階的に変更することが可能となっている。オイルタンク３６に貯留された作動油は、油圧ポンプ３３の作用により、この供給圧力変更部３２に圧送される。そして、この供給圧力変更部３２に圧送された作動油は、比例制御弁や圧力調整弁の作用により設定圧力となった状態で、油圧シリンダ２１に送られる。また、所定圧力以上となった作動油は、オイルタンク３６に回収される。 Supply pressure changing unit 32 receives a command from the control unit 40 is for adjusting the pressure of the working oil supplied to the hydraulic cylinder 21, and has a configuration in which a pressure adjusting member of the hydraulic oil. That is, in the feed pressure changing unit 32, and the use of proportional control valves, such as by selectively using a plurality of pressure regulating valve, the pressure of the hydraulic oil sent to the hydraulic cylinder 21, continuous Or it can be changed in stages. The hydraulic oil stored in the oil tank 36 is pumped to the supply pressure changing unit 32 by the action of the hydraulic pump 33. Then, the hydraulic oil pressure fed to the supply pressure changing unit 32 is sent to the hydraulic cylinder 21 in a state where the hydraulic oil is set to a set pressure by the action of the proportional control valve and the pressure regulating valve. Further, the hydraulic oil that has become a predetermined pressure or higher is collected in the oil tank 36.

図３は、油圧シリンダ２１をサーボバルブ２２等とともに示す概要図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the hydraulic cylinder 21 together with the servo valve 22 and the like.

この図において、Ａは油圧シリンダ２１のピストン５１の受圧面積であり、Ｌは油圧シリンダ２１の有効長さである。また、Ｐ_ｓはサーボバルブ２２を介して油圧シリンダ２１に供給する総圧力であり、サーボバルブ２２に必要とされる圧力と油圧シリンダ２１に必要とされる圧力の和である。この図３に示す状態において、ピストン５１は、シリンダ内に圧力Ｐ_１の作動油が供給されるとｒ２の位置まで移動し、シリンダ内に圧力Ｐ_２の作動油が供給されるとｒ１の位置まで移動するように構成されている。すなわち、圧力を受けたピストン５１の移動により、シリンダロッド２５が所定のストロークで往復移動するように構成されている。 In this figure, A is the pressure receiving area of the piston 51 of the hydraulic cylinder 21, and L is the effective length of the hydraulic cylinder 21. P _s is the total pressure supplied to the hydraulic cylinder 21 via the servo valve 22, and is the sum of the pressure required for the servo valve 22 and the pressure required for the hydraulic cylinder 21. In the state shown in FIG. 3, the piston 51, when the hydraulic fluid pressure P ₁ is fed into the cylinder moves to the position of r2, the position of the hydraulic fluid pressure P ₂ is supplied r1 into the cylinder Configured to move up to. That is, the cylinder rod 25 is configured to reciprocate with a predetermined stroke by the movement of the piston 51 that receives the pressure.

以上のような構成を有する材料試験機においては、試験片１０をつかみ具２９により支持した状態で、下つかみ具２９を油圧シリンダ２１のシリンダロッド２５により往復移動させ、この試験片１０に対して試験周波数の振動を付与する。このときの油圧シリンダ２１におけるシリンダロッド２５のストロークは、変位検出器２６により検出される。また、このときに試験片１０に付与される試験力Ｆは、ロードセル２７により検出される。そして、上述したように、このときの変位検出器２６の出力信号と、ロードセル２７の出力信号とは、所定時間ごとに制御部４０に取り込まれる。 In the material testing machine having the above-described configuration, the lower gripping tool 29 is reciprocated by the cylinder rod 25 of the hydraulic cylinder 21 while the test piece 10 is supported by the gripping tool 29, and the test piece 10 is moved relative to the test piece 10. Apply vibration at the test frequency. The stroke of the cylinder rod 25 in the hydraulic cylinder 21 at this time is detected by the displacement detector 26. Further, the test force F applied to the test piece 10 at this time is detected by the load cell 27. As described above, the output signal of the displacement detector 26 and the output signal of the load cell 27 at this time are taken into the control unit 40 every predetermined time.

図４は、この発明に係る材料試験機の主要な電気的構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the main electrical configuration of the material testing machine according to the present invention.

制御部４０は、予備試験において収集したデータを処理する予備試験データ処理部７０と、材料試験の試験中において、制御盤３１等に指令として送信する制御値を演算する制御値演算部８０とを備える。そして、試験条件等の設定は、制御部４０に接続されたコンピュータ４３の入力部４２をオペレータが操作することにより行われる。このときには、変位検出器２６により検出した油圧シリンダ２１のシリンダロッド２５のストロークを制御量とするストローク制御モードや、ロードセル２７により検出した試験片１０に対する試験力を制御量とする試験力制御モード、あるいは、試験片１０のひずみによる変位量を制御量とするひずみ制御モード、さらには、これらのモードを組み合わせたその他の制御モードを選択することができる。そして、各モードにおける試験条件として、例えば、ストローク制御モードにおいてはシリンダロッド２５のストロークを、また、試験力制御モードにおいては試験片１０に付与すべき試験力の大きさを設定する。また、このときには、併せて、試験片１０に付与する試験周波数を設定する。なお、予備試験データ処理部７０と制御値演算部８０は、この発明の予備試験データ処理手段および制御値演算手段として機能する。 The control unit 40 includes a preliminary test data processing unit 70 that processes data collected in the preliminary test, and a control value calculation unit 80 that calculates a control value to be transmitted as a command to the control panel 31 or the like during the material test. Prepare. The test conditions and the like are set by an operator operating the input unit 42 of the computer 43 connected to the control unit 40. At this time, a stroke control mode in which the stroke of the cylinder rod 25 of the hydraulic cylinder 21 detected by the displacement detector 26 is a control amount, a test force control mode in which the test force for the test piece 10 detected by the load cell 27 is a control amount, Alternatively, it is possible to select a strain control mode in which the amount of displacement due to strain of the test piece 10 is a control amount, and further, another control mode in which these modes are combined. As test conditions in each mode, for example, the stroke of the cylinder rod 25 is set in the stroke control mode, and the magnitude of the test force to be applied to the test piece 10 is set in the test force control mode. At this time, a test frequency to be applied to the test piece 10 is also set. The preliminary test data processing unit 70 and the control value calculation unit 80 function as preliminary test data processing means and control value calculation means of the present invention.

予備試験データ処理部７０は、第１速度計算部７１と、振幅計算部７２と、振幅決定部７３と、第２速度計算部７４と、減衰率計算部７５と、受圧面積決定部７６とを備える。これら各部は、それぞれこの発明の第１の速度計算手段、振幅計算手段、第２の速度計算手段、減衰率計算手段、受圧面積決定手段として機能する。 The preliminary test data processing unit 70 includes a first speed calculation unit 71, an amplitude calculation unit 72, an amplitude determination unit 73, a second speed calculation unit 74, an attenuation rate calculation unit 75, and a pressure receiving area determination unit 76. Prepare. Each of these sections functions as a first speed calculation means, an amplitude calculation means, a second speed calculation means, an attenuation rate calculation means, and a pressure receiving area determination means of the present invention.

また、制御値演算部８０は、第３速度計算部８１と、電源周波数演算部８２と、供給圧力演算部８３とを備える。これら各部は、それぞれこの発明の第３の速度計算手段、電源周波数演算手段、供給圧力演算手段として機能する。なお、予備試験データ処理部７０および制御値演算部８０を構成する各部の詳細については後述する。 Further, the control value calculation unit 80 includes a third speed calculation unit 81, a power supply frequency calculation unit 82, and a supply pressure calculation unit 83. These units function as third speed calculation means, power supply frequency calculation means, and supply pressure calculation means of the present invention, respectively. The details of each part constituting the preliminary test data processing unit 70 and the control value calculation unit 80 will be described later.

次に、上述した材料試験機により予備試験を行うときの動作、および、予備試験により収集したデータの処理について説明する。 Next, the operation when the preliminary test is performed by the above-described material testing machine and the processing of the data collected by the preliminary test will be described.

予備試験は、油圧供給部３０のモータ３４のモータ電源周波数や、油圧供給部３０から油圧シリンダ２１へ作動油を供給する際の供給圧力を計算により求めるための、複数のパラメータを予め決定するための試験である。 In the preliminary test, a plurality of parameters for determining the motor power supply frequency of the motor 34 of the hydraulic pressure supply unit 30 and the supply pressure when hydraulic oil is supplied from the hydraulic pressure supply unit 30 to the hydraulic cylinder 21 are calculated in advance. This is a test.

まず、モータ電源周波数ごとの油圧シリンダ２１の最大速度を求めるための予備試験（以下、予備試験１とする）を行う。すなわち、モータ３４の回転数に対応して変更される各モータ電源周波数に対するシリンダ速度の最大パフォーマンスを調べる。この予備試験１では、油圧シリンダ２１のピストン５１を、図３に示す最下位置ｒ２から最上位置ｒ１まで移動可能な状態にし、インバータ３５を介してモータ電源周波数を設定可能な周波数の最大値に設定する。この条件で油圧供給部３０を動作させ、これに応答した油圧シリンダ２１の最大速度Ｖを、変位検出器２６の出力信号をもとに求める。しかる後、モータ電源周波数を変更して同様の予備試験１を繰り返すことにより、各モータ電源周波数ｆ_ｍ（Ｈｚ）での油圧シリンダ２１の最大速度Ｖを求める。なお、これらの計算は、予備試験データ処理部７０における第１速度計算部７１において行われる。 First, a preliminary test (hereinafter referred to as a preliminary test 1) for obtaining the maximum speed of the hydraulic cylinder 21 for each motor power supply frequency is performed. That is, the maximum performance of the cylinder speed with respect to each motor power supply frequency that is changed in accordance with the rotation speed of the motor 34 is examined. In the preliminary test 1, the piston 51 of the hydraulic cylinder 21 is moved from the lowest position r2 to the highest position r1 shown in FIG. 3 and the motor power supply frequency is set to the maximum value that can be set via the inverter 35. Set. Under this condition, the hydraulic pressure supply unit 30 is operated, and the maximum speed V of the hydraulic cylinder 21 in response thereto is obtained based on the output signal of the displacement detector 26. Thereafter, the motor power supply frequency is changed and the same preliminary test 1 is repeated to obtain the maximum speed V of the hydraulic cylinder 21 at each motor power supply frequency f _m (Hz). These calculations are performed by the first speed calculation unit 71 in the preliminary test data processing unit 70.

次に、試験周波数ごとの油圧シリンダ２１の最大速度を求めるための予備試験（以下、予備試験２とする）を行う。この材料試験機では、試験条件として試験周波数を設定するように構成されており、この予備試験２により各試験周波数に対応するシリンダ速度の最大パフォーマンスを調べる。予備試験２では、まず、油圧シリンダ２１を最大振幅試験が可能な状態に設定する。モータ電源周波数ｆ_ｍが最大値のときに、試験周波数ｆ_ｔを変化させた場合の振幅ｄ（ｍｍ）を、第１速度計算部７１において計算されたモータ電源周波数が最大値のときの油圧シリンダ２１の最大速度Ｖを利用して、下記の数式１により求める。 Next, a preliminary test (hereinafter referred to as preliminary test 2) for obtaining the maximum speed of the hydraulic cylinder 21 for each test frequency is performed. This material testing machine is configured to set a test frequency as a test condition, and the preliminary test 2 examines the maximum performance of the cylinder speed corresponding to each test frequency. In the preliminary test 2, first, the hydraulic cylinder 21 is set to a state in which the maximum amplitude test is possible. When the motor power supply frequency f _m is the maximum value, the hydraulic cylinder when the amplitude d of (mm), the calculated motor power supply frequency maximum value at the first speed calculation unit 71 in the case of changing the test frequency f _t The maximum speed V of 21 is used to obtain the following formula 1.

すなわち、数式１においてＶ（ｆ_ｍ）＝Ｖとしてモータ電源周波数ｆ_ｍが最大値のときに、試験周波数ｆ_ｔの値を変化させて、各試験周波数ｆ_ｔに対応する振幅ｄを求める。なお、この計算は、予備試験データ処理部７０における振幅計算部７２において行われる。 That is, when the motor supply frequency f _m is the maximum value as in Equation _{1 V (f m) = V} , by changing the value of the test frequency f _t, obtains an amplitude d corresponding to each test frequency f _t. This calculation is performed in the amplitude calculation unit 72 in the preliminary test data processing unit 70.

続いて、油圧シリンダ２１を最大振幅試験が可能な状態から、油圧シリンダ２１を各試験周波数で動作させ、油圧シリンダ２１の応答波形の振幅ｄ_ｆを変位検出器２６の出力信号による計測値として得る。なお、油圧シリンダ２１の応答波形から各試験周波数での振幅ｄ_ｆを得るまでの処理は、振幅決定部７３において行われる。このとき、数式１の計算により求めた試験周波数ｆ_ｔでの振幅ｄよりも、その試験周波数ｆ_ｔでの計測値としての振幅ｄ_ｆが減衰している場合には、その試験周波数ｆ_ｔでの最大の振幅ｄ_ｆから、予備試験データ処理部７０における第２速度計算部７４において、下記の数式２によりその試験周波数ｆ_ｔでの油圧シリンダ２１の最大速度Ｖ_ｆを計算する。 Subsequently, the hydraulic cylinder 21 from a state capable of maximum amplitude test, the hydraulic cylinder 21 is operated at the test frequency, to obtain the amplitude d _f of the response waveform of the hydraulic cylinder 21 as the measurement value by the output signal of the displacement detector 26 . The processing from the response waveform of the hydraulic cylinder 21 until obtaining the amplitude d _f at each test frequency is performed in the amplitude determining unit 73. At this time, than the amplitude d of the test frequency f _t determined by calculation of the equation 1, when the amplitude d _f as measured value at the test frequency f _t is attenuated, at the test frequency f _t from the maximum amplitude d _f of the second speed calculation unit 74 in the preliminary test data processing unit 70 calculates the maximum velocity V _f of the hydraulic cylinder 21 at that test frequency f _t by equation 2 below.

数式２により求めた試験周波数ｆ_ｔでの最大速度Ｖ_ｆ（ｆ_ｔ）と、先に予備試験１において求めたモータ電源周波数ｆ_ｍでの最大速度Ｖ（ｆ_ｍ）から、この試験周波数ｆ_ｔでの減衰率η（ｆ_ｔ）を下記の数式３により求める。 And Equation 2 by the determined test frequency _{f t} maximum velocity at _V f _{(f t),} from the maximum velocity V _{(f m)} of the motor power supply frequency _{f m} determined in preliminary tests 1 above, the test frequency _{f t} The attenuation rate η (f _t ) at is obtained by the following Equation 3.

予備試験２においては、モータ電源周波数ｆ_ｍは最大値に設定していることから、この数式３においてＶ（ｆ_ｍ）＝Ｖ（モータ電源周波数ｆ_ｍが最大値のときの最大速度）として減衰率の計算が行われる。なお、これらの計算は、予備試験データ処理部７０における減衰率計算部７５において行われる。 In a preliminary test 2, the attenuation from the motor power supply frequency f _m is set to the maximum value, as in this equation _{3 V (f m) = V} ( maximum speed when the motor power supply frequency f _m is the maximum value) The rate is calculated. These calculations are performed in the attenuation rate calculation unit 75 in the preliminary test data processing unit 70.

次に、受圧面積Ａを計算により求めるための予備試験（以下、予備試験３とする）を行う。すなわち、油圧シリンダ２１の出力（試験力）は、受圧面積に作用する圧力によって決まることから、試験力と油圧源からの供給圧力との関係から、受圧面積を導き出すことができる。この予備試験３では、まず材料試験機を最大試験力が付加できる状態に設定する。そして、油圧供給部３０を動作させて試験片１０に試験力を付与し、ロードセル２７の検出信号から静的な最大試験力F_ｓｍａｘを計測する。しかる後、最大試験力F_ｓｍａｘと、このときの油圧源から供給された作動油の供給圧力Ｐ_ｓとから、この油圧シリンダ２１の受圧面積Ａを下記の数式４により決定する。 Next, a preliminary test (hereinafter referred to as preliminary test 3) for obtaining the pressure receiving area A by calculation is performed. That is, since the output (test force) of the hydraulic cylinder 21 is determined by the pressure acting on the pressure receiving area, the pressure receiving area can be derived from the relationship between the test force and the supply pressure from the hydraulic source. In the preliminary test 3, first, the material testing machine is set in a state where the maximum test force can be applied. Then, the hydraulic pressure supply unit 30 is operated to _{apply a} test force to the test piece 10, and the static maximum test force F _smax is measured from the detection signal of the load cell 27. Thereafter, the pressure receiving area A of the hydraulic cylinder 21 is determined by the following Equation 4 from the maximum test force F _smax and the supply pressure P _s of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source at this time.

なお、この受圧面積Ａを求めるための計算は、予備試験データ処理部７０における受圧面積決定部７６において行われる。こうして受圧面積が決定されＡの値が定まると、数式４に示す受圧面積、最大試験力および供給圧力との関係から、予備試験データ処理部７０において、供給圧力ごとの負荷可能な最大試験力（試験力の最大値）も求められる。 The calculation for obtaining the pressure receiving area A is performed by the pressure receiving area determining unit 76 in the preliminary test data processing unit 70. When the pressure receiving area is thus determined and the value of A is determined, from the relationship between the pressure receiving area, the maximum test force, and the supply pressure shown in Equation 4, the preliminary test data processing unit 70 can apply the maximum test force that can be loaded for each supply pressure ( The maximum value of the test force is also determined.

上述した各予備試験により求められた各種パラメータは、コンピュータ４３内の記憶装置等に記憶され、実際の疲労試験において、必要以上に電力を消費することがないようにモータ３４の回転数調整や供給圧力調整のための制御部４０において実行される制御値演算において使用される。 Various parameters obtained by the above-described preliminary tests are stored in a storage device or the like in the computer 43, and in an actual fatigue test, the rotational speed of the motor 34 is adjusted and supplied so as not to consume more power than necessary. It is used in the control value calculation executed in the control unit 40 for pressure adjustment.

次に、上述した材料試験機により疲労試験を行うときの動作について説明する。図４は、この発明に係る材料試験機により材料試験としての疲労試験を実行する動作を示すフローチャートである。 Next, an operation when the fatigue test is performed by the material testing machine described above will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an operation of executing a fatigue test as a material test by the material testing machine according to the present invention.

この発明に係る材料試験機で供試体としての試験片１０の材料試験を実行するときには、最初に、油圧供給部３０を起動する（ステップＳ１）。このときには、図２に示すモータ３４は回転して油圧ポンプ３３が駆動される。但し、この状態においては、材料試験機におけるサーボバルブ２２は閉じられており、オイルタンク３６から油圧ポンプ３３に吸引された作動油は、再度、オイルタンク３６に回収される。 When the material test of the test piece 10 as a specimen is performed with the material testing machine according to the present invention, first, the hydraulic pressure supply unit 30 is activated (step S1). At this time, the motor 34 shown in FIG. 2 rotates and the hydraulic pump 33 is driven. However, in this state, the servo valve 22 in the material testing machine is closed, and the hydraulic oil sucked into the hydraulic pump 33 from the oil tank 36 is collected again in the oil tank 36.

また、これと並行して、試験条件を設定する（ステップＳ２）。このときには、油圧シリンダ２１のシリンダロッド２５のストロークを制御量とするストローク制御モードや、試験片１０に対する試験力を制御量とする試験力制御モード、あるいは、試験片１０のひずみによる変位量を制御量とするひずみ制御モード、さらには、これらのモードを組み合わせたその他の制御モードを選択することができる。そして、各モードにおける試験条件として、例えば、ストローク制御モードにおいてはシリンダロッド２５のストロークを、また、試験力制御モードにおいては試験片１０に付与すべき試験力の大きさを設定する。また、このときには、併せて、試験片１０に付与する試験周波数を設定する。 In parallel with this, test conditions are set (step S2). At this time, a stroke control mode in which the stroke of the cylinder rod 25 of the hydraulic cylinder 21 is controlled, a test force control mode in which the test force on the test piece 10 is controlled, or a displacement amount due to strain of the test piece 10 is controlled. It is possible to select a strain control mode as a quantity, and other control modes combining these modes. As test conditions in each mode, for example, the stroke of the cylinder rod 25 is set in the stroke control mode, and the magnitude of the test force to be applied to the test piece 10 is set in the test force control mode. At this time, a test frequency to be applied to the test piece 10 is also set.

この状態において、材料試験を開始する（ステップＳ３）。このときには、サーボバルブ２２が開放され、油圧シリンダ２１に作動油が供給され、油圧シリンダ２１におけるシリンダロッド２５が移動する。そして、つかみ具２９により支持された試験片１０に対して試験周波数の振動を付与する。このときの、油圧シリンダ２１におけるシリンダロッド２５の往復移動のストロークは、変位検出器２６により検出される。また、このときに試験片１０に付与される試験力は、ロードセル２７により検出される。 In this state, a material test is started (step S3). At this time, the servo valve 22 is opened, hydraulic oil is supplied to the hydraulic cylinder 21, and the cylinder rod 25 in the hydraulic cylinder 21 moves. And the vibration of a test frequency is provided with respect to the test piece 10 supported by the holding tool 29. FIG. The stroke of the reciprocating movement of the cylinder rod 25 in the hydraulic cylinder 21 at this time is detected by the displacement detector 26. Further, the test force applied to the test piece 10 at this time is detected by the load cell 27.

この材料試験の実行中に、一定時間が経過すれば（ステップＳ４）、制御部４０が、モータ３４の回転数を調整するとともに(ステップＳ５）、作動油の供給圧を調整する（ステップＳ６）。これらのモータ３４の回転数調整工程(ステップＳ５）と作動油の供給圧調整工程(ステップＳ６)については、後述する。 If a certain time elapses during execution of this material test (step S4), the control unit 40 adjusts the rotation speed of the motor 34 (step S5) and adjusts the supply pressure of hydraulic oil (step S6). . The rotation speed adjustment process (step S5) and the hydraulic oil supply pressure adjustment process (step S6) of the motor 34 will be described later.

以上の動作は、試験終了まで繰り返される。すなわち、モータ３４の回転数調整工程(ステップＳ５）と作動油の供給圧調整工程(ステップＳ６)は、試験片の状態変化に追従するため、数秒から数分おきに繰り返し実行される。そして、必要な材料試験が終了すれば（ステップＳ７）、処理を終了する。 The above operation is repeated until the end of the test. That is, the rotation speed adjustment step (step S5) of the motor 34 and the hydraulic oil supply pressure adjustment step (step S6) are repeatedly executed every few seconds to every few minutes in order to follow the state change of the test piece. Then, when the necessary material test is finished (step S7), the process is finished.

次に、上述した回転数調整工程について説明する。図６は、回転数調整行程を示すフローチャートである。 Next, the rotation speed adjustment process described above will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the rotation speed adjustment process.

この回転数調整工程においては、制御部４０が、変位検出器２６により検出された油圧シリンダ２１におけるシリンダロッド２５の往復移動のストロークを油圧シリンダ２１の振幅ｄ_ｔとして読み込む（ステップＳ５１）。そして、読み込まれた油圧シリンダ２１の振幅ｄ_ｔに基づいて、油圧ポンプ３３を駆動するためのモータ３４のモータ電源周波数を、電源周波数演算部８２において演算する。まず、油圧シリンダ２１の振幅をｄ_ｔ、試験周波数をｆ_ｔとしたときの油圧シリンダ２１の最大速度Ｖ_ｆを、下記の数式５により求める。なお、この数式５による計算は、第３速度計算部８１において行われる。 In this rotational speed adjustment step, the control unit 40 reads the stroke of the reciprocating movement of the cylinder rod 25 in the hydraulic cylinder 21 detected by the displacement detector 26 as the amplitude _dt of the hydraulic cylinder 21 (step S51). Based on the read amplitude _dt of the hydraulic cylinder 21, the motor power frequency of the motor 34 for driving the hydraulic pump 33 is calculated by the power frequency calculator 82. First, the maximum speed V _f of the hydraulic cylinder 21 when the amplitude of the hydraulic cylinder 21 is d _t and the test frequency is _ft is obtained by the following Equation 5. The calculation according to Equation 5 is performed in the third speed calculation unit 81.

ここで、モータ３４のモータ電源周波数ｆ_ｍは、この試験条件で必要とされる油圧シリンダ２１の最大速度Ｖ_ｆを実現できるものであればよい。このため、下記の数式６の関係を充足する最小のモータ電源周波数ｆ_ｍを導き出し、この試験条件でのモータ電源周波数の目標値とする。 The motor power supply frequency f _m of the motor 34, as long as it can realize the maximum velocity V _f of the hydraulic cylinders 21 that are required by this test condition. Thus, deriving the minimum of the motor power supply frequency f _m which satisfies the relationship of Equation 6 below, the target value of the motor power supply frequency in the test conditions.

数式６において、予備試験２で求めた試験周波数ごとの減衰率から、この疲労試験での試験周波数ｆ_ｔに対応する減衰率（ｆ_ｔ）は定まる。したがって、予備試験１で求めた各モータ電源周波数での最大速度を、数式６のＶ（ｆ_ｍ）に順次代入し計算を実行する。減衰率η（ｆ_ｔ）と最大速度Ｖ（ｆ_ｍ）との積が、数式５で求めた最大速度Ｖ_ｆより大きくなる条件を満たす最小のＶ（ｆ_ｍ）に対応するモータ電源周波数ｆ_ｍが、この試験において必要なモータ電源周波数となる（ステップＳ５２）。なお、この工程は、制御値演算部８０における電源周波数演算部８２において行われる。 In Equation 6, the attenuation rate of each test frequency determined in preliminary tests 2, the attenuation factor corresponding to the test frequency f _t in the fatigue test (f _t) is determined. Therefore, the maximum speed at each motor power supply frequency obtained in the preliminary test 1 is sequentially substituted into V (f _m ) of Equation 6 to execute the calculation. The motor power supply frequency f _m corresponding to the minimum V (f _m ) that satisfies the condition that the product of the damping rate η (f _t ) and the maximum speed V (f _m ) is larger than the maximum speed V _f obtained in Expression 5. Is the motor power frequency required for this test (step S52). This step is performed in the power supply frequency calculation unit 82 in the control value calculation unit 80.

また、数式６は、予備試験２において振幅ｄｔが減衰している場合に減衰率が求められていることを前提としているが、予備試験２において振幅ｄ_ｔが減衰していない試験周波数ｆ_ｔについては、η（ｆ_ｔ）＝１として計算を行うことになる。 Further, Equation 6, it is assumed that the attenuation rate is determined when the amplitude dt is attenuated in the preliminary test 2, the test frequency f _t of the preliminary test 2 amplitude d _t is not attenuated Is calculated with η (f _t ) = 1.

モータ３４に与えられるモータ電源周波数が決まれば、制御部４０からの指令によりインバータ３５を制御して、モータ３４の回転数を調整することにより、回転数調整工程が完了する（ステップＳ５３）。 If the motor power supply frequency given to the motor 34 is determined, the rotation speed adjustment process is completed by controlling the inverter 35 by a command from the control unit 40 and adjusting the rotation speed of the motor 34 (step S53).

次に、上述した作動油の供給圧調整工程について説明する。図７は、作動油の供給圧調整工程を示すフローチャートである。 Next, the above-described hydraulic oil supply pressure adjusting step will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a hydraulic oil supply pressure adjustment step.

この作動油の供給圧調整工程においても、制御部４０が、変位検出器２６により検出された油圧シリンダ２１におけるシリンダロッド２５の往復移動のストロークを油圧シリンダ２１の振幅ｄ_ｔとして読み込む（ステップＳ６１）。また、制御部４０が、ロードセル２７により検出された試験片１０に対する試験力の大きさを読み込む（ステップＳ６２）。そして、読み込まれた油圧シリンダ２１の振幅ｄ_ｔと、試験力の最大値Ｆ_ｔと、試験周波数ｆ_ｔとに基づいて、油圧シリンダ２１に供給する作動油の供給圧力の目標値Ｐ_Ｌを演算する（ステップＳ６３）。なお、目標値Ｐ_Ｌは、下記の数式７により求められる。 Also in this hydraulic oil supply pressure adjustment step, the control unit 40 reads the stroke of the reciprocating movement of the cylinder rod 25 in the hydraulic cylinder 21 detected by the displacement detector 26 as the amplitude _dt of the hydraulic cylinder 21 (step S61). . Moreover, the control part 40 reads the magnitude | size of the test force with respect to the test piece 10 detected by the load cell 27 (step S62). Then, the amplitude d _t of the hydraulic cylinder 21 that is read, and the maximum value F _t test force, on the basis of the test frequency f _t, the target value P _L of the supply pressure of the hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 21 operation (Step S63). The target value P _L is obtained by the following formula 7.

ここで、数式７におけるＡは、予備試験３における数式４で求められた油圧シリンダ２１の受圧面積であり、η（ｆ_ｔ）は、予備試験２で求められたこの疲労試験での試験周波数ｆ_ｔに対応する減衰率である。そして、Ｐ_ｖ０は、サーボバルブ２２の定格差圧であり、αは、各種損失等を補填するための圧力補正量として予め定められる値である。制御値演算部８０における供給圧力演算部８３において、数式７を用いた演算を実行することにより、必要とされる供給圧力Ｐ_Ｌ（目標値）を得ることができる。 Here, A in Equation 7 is the pressure receiving area of the hydraulic cylinder 21 obtained in Equation 4 in Preliminary Test 3, and η ( _ft ) is the test frequency f in this fatigue test obtained in Preliminary Test 2. It is an attenuation factor corresponding to _t . P _v0 is the _rated differential pressure of the servo valve 22, and α is a value determined in advance as a pressure correction amount for compensating for various losses and the like. In the supply pressure calculation part 83 in the control value calculation part 80, the required supply pressure P _L (target value) can be obtained by performing the calculation using Formula 7.

以上の工程により、サーボバルブ２２および油圧シリンダ２１に対する作動油の供給圧力Ｐ_Ｌが演算されれば、制御部４０からの指令により、供給圧力変更部３２を制御してサーボバルブ２２および油圧シリンダ２１に対する作動油の供給圧力を調整する（ステップＳ６４）。 Through the above steps, the servo valves 22 and if it is supply pressure P _L of the hydraulic fluid operations on the hydraulic cylinder 21, by a command from the control unit 40 controls the supply pressure change unit 32 servo valve 22 and the hydraulic cylinder 21 The hydraulic oil supply pressure is adjusted (step S64).

以上のように、この発明に係る材料試験機においては、試験周波数と、試験力の最大値と、油圧シリンダの振幅とを考慮して作動油の供給圧力を決定することから、材料試験を行う場合の消費電力を低減させることができ、また、作動油の劣化も低減させることが可能となる。このとき、作動油の供給圧力を、サーボバルブ２２に必要な作動油の圧力と油圧シリンダ２１に必要な作動油の圧力の合計値として決定することから、作動油の供給圧力をより適正なものとすることが可能となる。 As described above, in the material testing machine according to the present invention, the hydraulic oil supply pressure is determined in consideration of the test frequency, the maximum value of the test force, and the amplitude of the hydraulic cylinder, so that the material test is performed. In this case, power consumption can be reduced, and deterioration of hydraulic oil can be reduced. At this time, the hydraulic oil supply pressure is determined as the total value of the hydraulic oil pressure required for the servo valve 22 and the hydraulic oil pressure required for the hydraulic cylinder 21, so that the hydraulic oil supply pressure is more appropriate. It becomes possible.

１０試験片
１１テーブル
１２コラム
１３架台
２１油圧シリンダ
２２サーボバルブ
２５シリンダロッド
２６変位検出器
２７ロードセル
２９つかみ具
３０油圧供給部
３１制御盤
３２供給圧力変更部
３３油圧ポンプ
３４モータ
３５インバータ
３６オイルタンク
３７管路
３８管路
４０制御部
４１表示部
４２入力部
４３コンピュータ
５１ピストン
７０予備試験データ処理部
７１第１速度計算部
７２振幅計算部
７３振幅決定部
７４第２速度計算部
７５減衰率計算部
７６受圧面積決定部
８０制御値演算部
８１第３速度計算部
８２電源周波数演算部
８３供給圧力演算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Test piece 11 Table 12 Column 13 Base 21 Hydraulic cylinder 22 Servo valve 25 Cylinder rod 26 Displacement detector 27 Load cell 29 Grasp 30 Hydraulic supply part 31 Control panel 32 Supply pressure change part 33 Hydraulic pump 34 Motor 35 Inverter 36 Oil tank 37 Pipe line 38 Pipe line 40 Control part 41 Display part 42 Input part 43 Computer 51 Piston 70 Preliminary test data processing part 71 First speed calculation part 72 Amplitude calculation part 73 Amplitude determination part 74 Second speed calculation part 75 Decay rate calculation part 76 Pressure receiving area determining unit 80 Control value calculating unit 81 Third speed calculating unit 82 Power frequency calculating unit 83 Supply pressure calculating unit

Claims

In a material testing machine that performs a fatigue test on the specimen by applying vibration to the specimen at a test frequency,
A hydraulic cylinder;
A servo valve;
A hydraulic source that includes a motor that is rotated by being supplied with AC power, and a pump that is driven by the motor, and that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder via the servo valve;
From the data collected in the preliminary test, the maximum hydraulic cylinder speed for each motor power supply frequency, the maximum hydraulic cylinder speed for each test frequency, and the loadable test force for each hydraulic oil supply pressure supplied from the hydraulic source. A preliminary test data processing means for calculating a maximum value;
Based on the value obtained by the preliminary test data processing means, the test frequency under test, the maximum value of the test force applied to the specimen during the test, and the amplitude of the hydraulic cylinder under test, Control value calculating means for calculating a target value of the supply pressure of hydraulic oil supplied from the hydraulic source and a target value of the motor power supply frequency;
A control unit comprising:
A supply pressure changing unit for changing the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source so that the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source becomes a target value calculated by the control value calculation unit;
An inverter that changes the motor power frequency so that the motor power frequency becomes a target value calculated by the control value calculating means;
A material testing machine characterized by comprising:

The material testing machine according to claim 1,
A displacement detector for detecting a stroke of a cylinder rod of the hydraulic cylinder;
A test force detector for detecting the magnitude of the test force applied to the specimen by the hydraulic cylinder,
The preliminary test data processing means includes:
First speed calculating means for calculating a maximum speed of the hydraulic cylinder for each motor power frequency from a stroke of a cylinder rod of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector in a preliminary test;
Second speed calculating means for calculating the maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency using the result of the first speed calculating means;
Pressure receiving area determination for determining the pressure receiving area of the piston of the hydraulic cylinder based on the maximum value of the test force detected by the test force detector in the preliminary test and the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source at that time Means,
Material testing machine equipped with.

The material testing machine according to claim 2,
The preliminary test data processing means includes:
Amplitude calculation means for calculating the amplitude of the hydraulic cylinder for each test frequency when the motor power supply frequency is maximum, based on the result of the first speed calculation means;
Amplitude determining means for determining the amplitude of the hydraulic cylinder for each test frequency from the response waveform of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector in a preliminary test;
An attenuation rate calculating means for calculating an attenuation rate for each test frequency in which the amplitude determined by the amplitude determining means is attenuated from the amplitude calculated by the amplitude calculating means;
With
The second speed calculation means calculates the maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency from the amplitude determined by the amplitude determination means for each test frequency,
The damping rate calculating means is configured to attenuate each test frequency based on the maximum hydraulic cylinder speed obtained by the first speed calculating means and the maximum hydraulic cylinder speed obtained by the second speed calculating means. Material testing machine to calculate rate.

The material testing machine according to claim 3,
The control value calculating means includes
Third speed calculating means for calculating the maximum speed of the hydraulic cylinder based on the test frequency under test and the amplitude of the hydraulic cylinder under test;
The maximum speed of the hydraulic cylinder obtained by the first speed calculating means, the maximum speed of the hydraulic cylinder at the test frequency under test obtained by the third speed calculating means, and the damping rate calculating means. Motor power frequency calculating means for obtaining a minimum value of the motor power frequency based on the attenuation rate,
Material testing machine equipped with.

The material testing machine according to claim 3,
The control value calculating means includes
Supply pressure calculation means for calculating a target value of the supply pressure of hydraulic oil supplied from the hydraulic source using the attenuation rate obtained by the attenuation rate calculation means and the pressure receiving area determined by the pressure receiving area determination means. Material testing machine.

The material testing machine according to claim 5,
The supply pressure calculation means calculates a target value of the supply pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic source as a total value of the hydraulic oil pressure required for the servo valve and the hydraulic oil pressure required for the hydraulic cylinder. Material testing machine.

A hydraulic cylinder, a servo valve, and a hydraulic source that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder through the servo valve by the action of a pump that is driven by a motor that rotates when supplied with AC power. A method of adjusting the hydraulic pressure of a material testing machine that performs a fatigue test on the specimen by applying vibration to the specimen at a test frequency,
A first speed calculating step of calculating a maximum speed of the hydraulic cylinder for each motor power frequency from a stroke of the cylinder rod of the hydraulic cylinder detected by the displacement detector in the preliminary test;
A second speed calculating step for calculating a maximum speed of the hydraulic cylinder for each test frequency using the result of the first speed calculating step;
The maximum value of the detected test force by test force detector Te pretest odor, based on the supply pressure of the hydraulic fluid supplied from said hydraulic pressure source when the pressure receiving area to determine the pressure receiving area of the hydraulic cylinder piston A decision process;
A preliminary test data processing process including:
A test applied to the specimen by the test frequency under test and the hydraulic cylinder under test using the results of the first speed calculation step, the second speed calculation step, and the pressure receiving area determination step. A control value calculation step for calculating a target value of the supply pressure of hydraulic fluid supplied from the hydraulic source and a minimum value of the motor power supply frequency based on the maximum value of the force and the amplitude of the hydraulic cylinder under test;
A hydraulic adjustment method for a material testing machine.