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JP6309440B2 - 衝突試験装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の衝突試験を行うための衝突試験装置に関する。
例えば特許文献1などに、従来の衝突試験装置が記載されている。特許文献1の第2ページには次の記載がある。なお、特許文献1に記載の符号には括弧を付した。
通常の車両衝突試験は重錘(1)と重錘塔(2)と重錘(1)に連結されたワイヤ(3)と、第1のワイヤ(7)によつてけん引される第1の車両(9)と、を備えて行われている。この車両衝突試験においては、重錘(1)を所定高さにまで持ち上げた後、重錘(1)を落下させ車両(9、10)を走行させ衝突予定地点(13)付近において衝突せしめるようにしている。
実開昭58−60250号公報 特開昭59−119235号公報 特開2007−322161号公報 特開平8−54329号公報
特許文献1に記載の技術では、重錘(1)(落錘)を落下させることにより、車両(9)が牽引される。重錘(1)の落下高さを高くすることにより、車両(9)の牽引速度は速くなる。しかし、重錘(1)の落下高さを高くすると、衝突試験装置が大型化する問題がある。
そこで本発明は、落錘の落下高さを抑制しつつ、車両の牽引速度を速くできる、衝突試験装置を提供することを目的とする。
本発明の衝突試験装置は、落錘と、吊下部と、牽引ロープと、動滑車装置と、を備える。前記吊下部は、前記落錘が吊り下げられる部分である。前記牽引ロープは、前記吊下部に対する前記落錘の落下運動を車両に伝達し、前記車両を水平方向に牽引する。前記動滑車装置は、前記吊下部と前記落錘との間に設けられる。前記動滑車装置は、定滑車と、動滑車と、を備える。前記定滑車は、前記吊下部に回転軸が固定され、前記牽引ロープが掛けられる。前記動滑車は、前記落錘に回転軸が固定され、前記牽引ロープが掛けられる。
上記構成により、落錘の落下高さを抑制しつつ、車両の牽引速度を速くできる。
第1実施形態の衝突試験装置1を示す図である。 第2実施形態の衝突試験装置101を示す図である。 図1などに示す車両11の速度と、落錘23の落下高さHと、の関係を示すグラフである。 図1などに示す車両11の速度と、落錘23の落下高さHと、の関係を示すグラフである。 従来の衝突試験装置201を示す図である。 従来の衝突試験装置301を示す図である。
(第1実施形態)
図1を参照して本発明の第1実施形態の衝突試験装置1について説明する。
衝突試験装置1は、車両11(下記)の衝突試験(衝突評価試験)を行うための装置(試験機)である。衝突試験装置1は、車両11の衝突試験が行われる衝突試験場などに配置される。車両11の衝突試験が行われる目的は次の通りである。車両11には、他の車両や障害物などとの衝突に備えて、車両11の機能損傷を抑制するための機能を備えることが要求される。また、車両11には、乗員や歩行者の生命を守り、その損傷を抑制する機能を備えることが要求される。そこで、例えば車両11の衝突エネルギーを吸収する構造などの開発が継続して行われている。このような車両11を開発するために、車両11の衝突試験が行われる。車両11の衝突試験の内容は次の通りである。所望の(規定の、予め定められた)速度まで車両11を加速させ、車両11を衝突体15(下記)に衝突させる。この衝突時や衝突後の、車両11や模擬乗員(ダミー人形)の損傷データなどが採取される。
この衝突試験装置1は、車両11を牽引する装置(牽引装置)である。衝突試験装置1は、落錘式である。落錘式は、車両11を牽引するための落錘23(下記)が用いられる方式である。衝突試験装置1は、落下錘水平牽引方式である。落下錘水平牽引方式は、落錘23を落下させることにより、車両11を水平方向(略水平方向を含む、以下同様)に牽引する方式である。衝突試験装置1は、車両11と、車両切り離し装置13と、衝突体15と、衝突体周辺機器17と、落錘部20と、牽引ロープ80と、を備える。
車両11は、衝突体15に衝突させられるもの(被衝突体、被衝突試験体)である。車両11は、実車または模擬車両(実車を模した車両)などである。車両11は、牽引ロープ80により牽引される、被牽引車両である。車両11は、車輪を有する機械である。車両11は、例えば自動車である。自動車である車両11は、例えば乗用車(普通自動車、軽自動車など)であり、例えばトラックでもよく、例えば商用車などでもよい。車両11は、鉄道車両でもよい。
車両切り離し装置13は、車両11と牽引ロープ80とを結合する(つなぐ)装置である。車両切り離し装置13は、車両11と牽引ロープ80との結合を切り離す(結合を解く)装置である。車両切り離し装置13は、車両11が衝突体15に衝突した後に、牽引ロープ80が車両11を牽引し続けるという不具合を解消するための装置である。
衝突体15は、車両11を衝突させるものである。衝突体15は、例えば、コンクリートバリヤ15aと、衝突試験体15bと、を備える。コンクリートバリヤ15aは、地面Gに固定される、コンクリートの壁である。衝突試験体15bは、各種の衝突試験基準に対応した衝突アタッチメント類、例えば、斜め衝突用アタッチメント、オフセット衝突用アタッチメント、ポール衝突用アタッチメント、などである。衝突試験体15bは、例えば、車両11とは別の車両、またはガードレールなどでもよい。衝突試験体15bは設けられなくてもよい。
衝突体周辺機器17は、衝突体15の周辺に配置される機器である。衝突体周辺機器17には、例えば、高速度カメラ17aと、照明装置17bと、がある。高速度カメラ17aは、車両11と衝突体15との衝突の様子を撮影する装置である。照明装置17bは、車両11および衝突体15に光をあてる装置である。
落錘部20は、落錘23(下記)を落下させるための部分(機構、装置)である。落錘部20は、落錘塔21と、落錘23と、緩衝装置25と、落下高さ制御装置30と、下部滑車40と、動滑車装置50と、を備える。
落錘塔21(落錘タワー)は、落錘23を吊り下げるための塔である。落錘塔21は、落錘23を落下させるための塔である。塔とは、水平方向の幅や奥行に比べ、上下方向に高い建造物である。落錘塔21は、地面Gに対して固定される。落錘塔21は、支柱21aと、吊下部21bと、を備える。
支柱21aは、地面Gに対して吊下部21bを支持する柱である。支柱21aは、地面Gから上に突出する。支柱21aは、複数本設けられる。
吊下部21bは、落錘23が吊り下げられる部分である。吊下部21bは、動滑車装置50が吊り下げられる部分である。吊下部21bは、落錘塔21の上部である。吊下部21bは、例えば、複数本の支柱21aの上端部どうしをつなぐ。吊下部21bは、例えば水平方向に延びる梁などであり、例えば板などでもよい。なお、吊下部21bは、塔でない建造物(図示なし)に設けられた梁や、塔でない建造物の天井などでもよい。また、支柱21aの一部(上部など)が、動滑車装置50を吊り下げてもよい(吊下部21bと支柱21aとが兼ねられてもよい)。
落錘23は、車両11を牽引するためのおもり(重錘)である。落錘23は、落下させられるおもり(落下錘)である。落錘23は、動滑車装置50を介して、吊下部21bから吊り下げられる。
緩衝装置25は、落下している落錘23を受け止める装置である。緩衝装置25は、落錘23の落下による衝撃を和らげる(吸収する)装置である。緩衝装置25は、落錘23の真下に配置される。
落下高さ制御装置30は、落錘23の落下高さHを制御(調整、変更)する装置である。落錘23の落下高さHとは、落錘23の落下が開始された時から、落錘23の落下が終わる時(落錘23が緩衝装置25に接触する時)までに、落錘23が落下する高さ(距離)である。落下高さ制御装置30は、落錘23の落下高さHを制御することにより、落下高さHから決まる車両11の牽引速度を制御し、車両11の衝突速度を制御する。車両11の衝突速度とは、車両11が衝突体15に衝突するときの車両11の速度である。落下高さ制御装置30は、吊下部21bと落錘23との間に配置される。落下高さ制御装置30は、ウインチ31と、吊下ロープ33と、落錘切り離し装置35と、を備える。
ウインチ31(ホイスト)は、吊下部21bに設けられる。ウインチ31は、吊下部21bに直接的または間接的に取り付けられる。ウインチ31は、例えば吊下部21bから吊り下げられる。ウインチ31は、吊下部21bに接触してもよい。
吊下ロープ33は、ウインチ31から落錘23を吊り下げるためのロープ(ワイヤ)である。吊下ロープ33の下端部は、落錘23に結合される。吊下ロープ33は、ウインチ31により巻取りおよび巻出しされる。その結果、落錘23が、上下方向に移動する。その結果、落錘23の落下高さHが変わる。
落錘切り離し装置35は、吊下ロープ33と落錘23とを結合する装置である。落錘切り離し装置35は、吊下ロープ33と落錘23との結合を切り離す装置である。落錘切り離し装置35は、吊下ロープ33と落錘23との間に配置される。落錘切り離し装置35が吊下ロープ33と落錘23との結合を切り離した時(瞬間)の落錘23の位置が、落錘23の落下起点になる。
下部滑車40には、牽引ロープ80(下記)が掛けられる。下部滑車40は、牽引ロープ80の延びる方向を、水平方向から鉛直方向に変える。下部滑車40は、衝突体15よりも落錘塔21に近い側に配置される。下部滑車40の回転軸は、地面Gに対して固定される。下部滑車40の回転軸は、落錘塔21に固定され、例えば支柱21aに固定される。下部滑車40は、回転軸回りに回転自在である。回転軸回りに回転自在である点は、下記の他の滑車(定滑車61、動滑車71、動滑車73など)も同様である。
動滑車装置50は、吊下部21bと落錘23とをつなぐ、滑車装置である。動滑車装置50は、吊下部21bと落錘23との間に設けられる。動滑車装置50は、落錘23の落下距離よりも、車両11の牽引距離を、長くするための装置である。動滑車装置50は、落錘23の落下速度よりも、車両11の牽引速度を、速くするための装置である。ここで、車両11の牽引速度が、落錘23の落下速度のn倍の大きさになる動滑車装置50(または衝突試験装置1)を、「n倍速装置」とする。動滑車装置50は、2倍速装置である。動滑車装置50は、定滑車61と、動滑車71と、動滑車73と、を備える。
定滑車61の回転軸は、吊下部21bに固定される。定滑車61は、下部滑車40の真上(略真上を含む、以下同様)に配置される。定滑車61には、牽引ロープ80が掛けられる。牽引ロープ80が掛けられる点は、他の滑車(動滑車71、動滑車73など)も同様である。なお、定滑車61とは別の新たな定滑車(図示なし)を、支柱21aよりも外側(水平方向外側)に張り出された吊下部21bに設け、牽引ロープ80の部分80c(下記)を、落錘塔21よりも外側に配置してもよい。
動滑車71および動滑車73それぞれの回転軸は、落錘23に固定される。動滑車71および動滑車73それぞれの回転軸は、落錘23の例えば上面などに固定される。動滑車71は、定滑車61の真下(略真下を含む)に配置される。動滑車73は、例えば、動滑車71から水平方向に間隔をあけた位置に配置される。なお、動滑車71に対する動滑車73の位置は適宜変更されてもよい。また、動滑車73は設けられなくてもよい(動滑車装置50には、1つのみ動滑車71が設けられてもよい)。
牽引ロープ80は、車両11を水平方向に牽引する。牽引ロープ80は、車両11に結合されるロープ(ワイヤ)である。牽引ロープ80は、吊下部21b(下記)に対する落錘23(下記)の落下運動を車両11に伝達する。牽引ロープ80は、衝突試験装置1に例えば1本設けられる。牽引ロープ80の車両11側の端部を、端部80aとする。牽引ロープ80の車両11側とは反対側の端部を、端部80zとする。牽引ロープ80には、端部80a側から端部80z側の順に、部分80bと、部分80cと、部分80dと、部分80eと、部分80yと、がある。牽引ロープ80には、動滑車支持部81がある。
端部80aは、車両切り離し装置13に結合される。端部80aは、車両切り離し装置13を介して車両11に結合される。端部80aは、車両11に直接結合されてもよい。
部分80bは、車両切り離し装置13と下部滑車40との間の部分である。部分80bは、水平方向に延びる。
部分80cは、下部滑車40と定滑車61との間の部分である。部分80cは、鉛直方向(略鉛直方向を含む、以下同様)に延びる。
部分80dは、定滑車61と動滑車71との間の部分である。部分80dは、鉛直方向に延びる。
部分80eは、動滑車71と動滑車73との間の部分である。部分80eは、水平方向に延びる。動滑車73が設けられない場合は、牽引ロープ80に部分80eはない。
部分80yは、動滑車73と端部80zとの間の部分である。部分80yは、鉛直方向に延びる。
端部80zは、地面Gに対して固定される。端部80zは、落錘塔21に固定される。端部80zは、動滑車73よりも上側で落錘塔21に固定される。端部80zは、吊下部21bに固定される。端部80zは、支柱21aに固定されてもよい。
動滑車支持部81は、牽引ロープ80のうち、動滑車71および動滑車73に働く荷重(ほぼ落錘23の質量)を、動滑車71および動滑車73よりも上から支える部分である。動滑車支持部81は、動滑車71および動滑車73から、上側に延びる部分である。動滑車支持部81は、部分80dと、部分80yと、の2か所(いわば2本)ある。
(作動)
衝突試験装置1は次のように作動する。
[作動A]所望の衝突速度(車両11の衝突速度)が得られるように、落錘23の落下高さHが調整される。具体的には、ウインチ31により、吊下ロープ33の巻取りや巻出しが行われる。
[作動B]落錘切り離し装置35は、吊下ロープ33と落錘23との結合を切り離す。その結果、落錘23の落下が開始される。
[作動C]牽引ロープ80は、落錘23の落下運動を、車両11に伝える。その結果、車両11は、落錘23の落下に伴って牽引される。さらに詳しくは、落錘23の落下に伴い、動滑車71および動滑車73それぞれの回転軸が落下する。その結果、牽引ロープ80の部分80eが下がり、その結果、部分80bが下部滑車40側に移動する。その結果、車両11は、衝突体15側に牽引され、加速する。このとき、車両11の牽引速度は、落錘23の落下速度の2倍の大きさである。
[作動D]車両11が衝突体15に所定距離(予め定められた距離)まで近づいたとき、車両切り離し装置13は、牽引ロープ80と車両11との結合を解く。
[作動E]上記[作動D]の後、車両11は、衝突体15に衝突する。このとき、上記[作動D]により、車両11は、牽引ロープ80から切り離されている。よって、このときに落錘23が落下し続けていても、車両11は、牽引ロープ80により牽引されることはない。
[作動F]落錘23は、緩衝装置25に衝突する。なお、車両11が衝突体15に衝突する時と、落錘23が緩衝装置25に衝突する時とは、どちらが先でもよく、同時でもよい。
(衝突試験装置の方式の比較)
上記のように、衝突試験装置1は、落下錘水平牽引方式により車両11を牽引する。ここで、車両11を牽引する方式には、落下錘水平牽引方式の他に、電動ウインチ方式、カタパルト方式、リニアモータ方式、自由落下錘方式などがある。
電動ウインチ方式は、例えば上記の特許文献2などに記載されている。電動ウインチ方式は、他の方式と比べて大規模な衝突試験装置で使用される。電動ウインチ方式は、高出力(車両11を牽引できる程度に高出力)な電動ウインチを電気的に制御することで、車両11の牽引速度を精密に制御する方式である。電動ウインチ方式では、機構および制御系が複雑かつ高価となる。また、電動ウインチ方式では、設備の必要面積が大きい。そのため、電動ウインチ方式では、落下錘水平牽引方式や自由落下錘方式に比べ、衝突試験装置を手軽な装置にできないおそれがある。カタパルト方式およびリニアモータ方式も、電動ウインチ方式と同様に、装置が複雑かつ高価となる。
自由落下錘方式は、例えば上記の特許文献3、4などに記載されている。図5に、自由落下錘方式の衝突試験装置201を示す。自由落下方式では、車両11(図1参照)またはその部品(以下「車両など」)に、落錘23を直接衝突させる。または、自由落下方式では、車両などを落下させ、車両などを衝突体15に衝突させる場合もある。自由落下方式は、電動ウインチ方式、カタパルト方式、およびリニアモータ方式に比べ、装置が単純かつ安価である。しかし、自由落下方式には、次の欠点がある。自由落下方式では、落錘23(または車両など)の衝突速度Vは、落錘23の落下高さHにより決まる。具体的には、衝突速度Vと落下高さHとの関係は、次の[数1]で表される。
Figure 0006309440
ただし、
g:重力加速度(約9.8[m/s2])
H:落下高さ[m]
V:衝突速度[m/s]
である。
この自由落下錘方式では、落下高さHを高くしたとき、落下高さHの平方根に比例して衝突速度Vが上昇する。そのため、例えば落下高さHを2倍にしても、速度は1.4倍しか上がらない。具体的には例えば、落下高さHが10[m]の場合、落錘23の衝突速度Vは約50[km/h]となる。落下高さHを20[m]にしても、落錘23の衝突速度Vは約71[km/h]にしかならない。そのため、大きな(高い)落錘塔21が必要になる。実際には、自由落下する落錘23を安定して落下させ、落錘23を衝突体15(目標物)に衝突させるために、落錘23の落下をガイドするガイド部材が設けられることが多い。このガイド部材と落錘23との摩擦抵抗や、落錘23が受ける空気抵抗がある。そのため、上記の[数1]から算出される衝突速度Vよりも実際の衝突速度は低下する。そのため、ある衝突速度Vを得たい場合、上記の[数1]から算出される落下高さHよりも大きい落下高さHが必要になる。
また、この自由落下方式では、バンパーやクラッシュボックスなど、比較的小さく(車両全体に比べて小さく)、単一または単一に近い、部材や部品の簡易評価は可能である。しかし、走行する車両11(図1参照)が衝突体15に衝突するときの複雑な衝突現象(動的挙動)は再現できず、実際の車両11の衝突現象とは大きく異なる評価しかできない。なお、複雑な衝突現象には、例えば、衝突後の車両11が、衝突直前の車両11の進行方向とは違う角度(180°以外の角度)に跳ね返る現象や、タイヤがスリップして横滑りする現象などがある。複雑な衝突現象は、例えば、車両11の進行方向に対して斜めを向いた衝突体15に車両11が衝突した場合や、2台の車両11が角度を持って(正対せずに)衝突した場合に生じる。また、複雑な衝突現象は、例えば、車両11の車幅の一部のみに存在する衝突体15に車両11が衝突した場合などに生じる。
この自由落下方式では、空圧やバネ圧などにより落錘23の落下速度を加速する装置(加速装置)が、落錘塔21の上部に設けられる場合がある。しかし、加速装置は複雑であり、大型であり、高価である。加速装置による落錘23の加速度が大きいほど、加速装置が大きく高価になる。
落下錘水平牽引方式では、上記のように、落錘23を落下させることにより、車両11を水平方向に牽引する。そのため、落下錘水平牽引方式は、電動ウインチ方式、カタパルト方式、およびリニアモータ方式に比べ、原理が明快(単純)であり、簡易な装置を用いることができる。例えば、落下錘水平牽引方式では、電動ウインチ方式で用いられる電動ウインチを制御するための複雑な制御装置などは不要である。また、落下錘水平牽引方式では、車両11を衝突体15に水平方向に衝突させる。よって、上記の「複雑な衝突現象」を模擬できる(上記の自由落下方式の問題点の1つを解消できる)。図6に、従来の落下錘水平牽引方式の衝突試験装置301を示す。従来の衝突試験装置301は、動滑車装置50(図1参照)を備えない。そのため、車両11の衝突速度Vを大きくするには、落下高さHを高くする必要があり、例えば落錘塔21を高くする必要がある。
(質量比αなどについて)
この落下錘水平牽引方式では、車両11の衝突速度Vは、落錘23の落下高さHと、質量比αにより決まる。質量比αは、車両11の質量m1と、落錘23の質量m2と、の比であり、α=m2/m1である。質量比αは、例えば、車両11の牽引距離の制限(最大値)、落下高さHの制限(例えば落錘塔21の高さの制限)、および、所望の車両11の衝突速度Vなどに基づいて設定される。車両11の衝突速度Vは、落錘23の落下高さHを高くするほど速くなる。車両11の衝突速度Vは、質量比αを大きくするほど速くなる(詳細は下記)。
(効果1)
図1に示す衝突試験装置1による効果は次の通りである。衝突試験装置1は、落錘23と、吊下部21bと、牽引ロープ80と、動滑車装置50と、を備える。吊下部21bは、落錘23が吊り下げられる部分である。牽引ロープ80は、吊下部21bに対する落錘23の落下運動を車両11に伝達し、車両11を水平方向に牽引する。
[構成1]動滑車装置50は、吊下部21bと落錘23との間に設けられる。動滑車装置50は、定滑車61と、動滑車71および動滑車73の少なくともいずれか(以下「動滑車71・73」)と、を備える。定滑車61の回転軸は、吊下部21bに固定される。定滑車61には、牽引ロープ80が掛けられる。動滑車71・73の回転軸は、落錘23に固定される。動滑車71・73には、牽引ロープ80が掛けられる。
衝突試験装置1は、上記[構成1]の動滑車装置50を備える。よって、落錘23の落下速度よりも、車両11の牽引速度を速くできる。よって、落錘23の落下速度と車両11の牽引速度とが同じもの(図6参照)(以下「従来技術」)に比べ、落錘23の落下高さHを抑制しつつ、車両11の牽引速度を速くできる。具体的には例えば、落錘23の落下高さHが従来技術と同じでも、車両11の牽引速度を従来技術よりも速くできる。また例えば、車両11の牽引速度が従来技術と同じでも、落錘23の落下高さHを従来技術よりも低くできる。その結果、例えば、従来技術よりも地面Gから吊下部21bまでの高さを低くでき、例えば落錘塔21を低くできる。
(効果2)
衝突試験装置1は、ウインチ31と、吊下ロープ33と、落錘切り離し装置35と、を備える。
[構成3−1]ウインチ31は、吊下部21bに設けられる。
[構成3−2]吊下ロープ33は、ウインチ31により巻取りおよび巻出しされ、ウインチ31から落錘23を吊り下げる。
[構成3−3]落錘切り離し装置35は、吊下ロープ33と落錘23とを結合し、吊下ロープ33と落錘23との結合を切り離す。
衝突試験装置1は、上記[構成3−1]および[構成3−2]を備える。よって、ウインチ31で吊下ロープ33を巻取りおよび巻出しすることにより、吊下ロープ33に吊り下げられた落錘23が、上下方向に移動する。ウインチ31により落錘23をある高さに配置させた状態で、上記[構成3−3]の落錘切り離し装置35により、吊下ロープ33と落錘23との結合を切り離すことができる。このように、落錘23の落下起点(落下開始時の落錘23の位置)を調整できる。よって、落錘23の落下高さHを調整できる。特に、衝突試験装置1では、従来技術に比べ、落錘23の落下高さHの変化量に対する車両11の牽引速度の変化量が大きくなりやすい。具体的には、図3に示すグラフ(詳細は下記)の傾きが大きくなりやすい。そのため、車両11の牽引速度を所望の値にするためには、従来技術に比べてより正確に落下高さHを設定する必要がある。そこで、衝突試験装置1では、上記の[構成3−1]〜[構成3−3]により、落錘23の落下高さHを容易に調整できるので、車両11の牽引速度を所望の値に設定しやすい。
(第2実施形態)
図2を参照して、第2実施形態の衝突試験装置101について、第1実施形態の衝突試験装置1との相違点を説明する。なお、衝突試験装置101のうち、第1実施形態の衝突試験装置1との共通点については、実施形態と同一の符号を付し、説明を省略した。第1実施形態の衝突試験装置1に対する第2実施形態の衝突試験装置101の相違点は、動滑車装置150の構成、および、牽引ロープ180の配置である。
動滑車装置150は、次のように構成される。図1に示す動滑車装置50は、2倍速装置であった。一方、図2に示す動滑車装置150は、車両11の牽引速度が落錘23の落下速度の2倍よりも大きくなるように構成される。具体的には、動滑車装置150は、4倍速装置である。図1に示す2倍速装置の動滑車装置50をいわば単式とすれば、図2に示す動滑車装置150は、いわば複式である。動滑車装置150は、第1実施形態と同様の定滑車61と、動滑車71と、動滑車73と、を備える。第1実施形態では動滑車73は設けられる必要はなかったが、動滑車装置150では動滑車73は設けられる必要がある。さらに、動滑車装置150は、定滑車163と、定滑車165と、を備える。
定滑車163および定滑車165それぞれの回転軸は、吊下部21bに固定される。定滑車163は、動滑車71の真上に配置される。定滑車165は、動滑車73の真上に配置される。定滑車165は、例えば、定滑車163に対して水平方向に間隔をあけて配置される。なお、定滑車163に対する定滑車165の配置は、適宜変更されてもよい。また、定滑車165は設けられなくてもよい。
牽引ロープ180は、次のように配置される。図1に示す牽引ロープ80には、動滑車71と動滑車73との間の部分80eがあった。一方、図2に示す牽引ロープ180には、部分80e(図1参照)はない。牽引ロープ180には、端部80a側から端部80z側の順に、部分80bと、部分80cと、部分80dと、部分180iと、部分180jと、部分180kと、部分80yと、がある。牽引ロープ180には、動滑車支持部181がある。
部分180iは、動滑車71と定滑車163との間の部分である。部分180iは、鉛直方向に延びる。
部分180jは、定滑車163と定滑車165との間の部分である。部分180jは、水平方向に延びる。
部分180kは、定滑車165と動滑車73との間の部分である。部分180kは、鉛直方向に延びる。
動滑車支持部181は、次のように設けられる。図1に示す動滑車支持部81は、部分80dと、部分80yと、の2か所(いわば2本)であった。一方、図2に示すように、動滑車支持部181は、部分80dと、部分180iと、部分180kと、部分80yと、の4か所(いわば4本)である。
(効果3)
図2に示す衝突試験装置101による効果は次の通りである。
[構成2]動滑車装置150は、車両11の牽引速度が落錘23の落下速度の2倍よりも大きくなるように構成される。
上記[構成2]により、車両11の牽引速度が落錘23の落下速度の2倍以下の場合に比べ、落錘23の落下高さHを抑制しつつ、車両11の牽引速度をより速くできる。
(2倍速装置と、4倍速装置と、従来技術と、の比較)
様々な衝突試験装置について、落錘23の落下高さH[m]と、車両11の衝突速度V[m/s]と、の関係を計算し、計算結果を比較した。比較した各衝突試験装置は、次の通りである。
・図5に示す、自由落下方式の衝突試験装置201(比較例1)。
・図6に示す、動滑車装置50(図1)を備えない落下錘水平牽引方式の衝突試験装置301(比較例2)。
・図1に示す第1実施形態の衝突試験装置1(2倍速装置)。
・図2に示す第2実施形態の衝突試験装置101(4倍速装置)。
ここで、図1に示す車両11が牽引されるときの車両11と地面Gとの間の摩擦力と、牽引ロープ80や滑車(下部滑車40や定滑車61など)の抵抗力と、を計算上、車両11の摩擦係数μで代表させた。この摩擦係数μの値を、μ=0.4とした。上記の質量比αを5.33とした(質量比αに関係なく衝突速度Vが決まる衝突試験装置201(図5参照)を除く)。なお、例えば、車両11の質量m1を1.5トン(乗用車の標準的な質量)、落錘23の質量m2を8トンと設定した場合、質量比α(=m2/m1)は、5.33となる。この計算では、車両切り離し装置13による牽引ロープ80と車両11との切り離しは行われないとする。
計算結果は図3に示すグラフ(落下高さ−速度関係曲線)のようになった。例えば、80[km/h]の衝突速度Vを得るために必要な落下高さH[m]は、次のようになった。
・図5に示す衝突試験装置201(比較例1):25.2[m]
・図6に示す衝突試験装置301(比較例2):32.5[m]
・図1に示す衝突試験装置1(2倍速装置):13.0[m]
・図2に示す衝突試験装置101(4倍速装置):9.0[m]
このように、衝突試験装置1(図1参照)および衝突試験装置101(図2参照)では、ある衝突速度Vを得るために必要な落下高さHを、比較例1、2に比べて大幅に(ほぼ半分以下に)低減できる。
(異なる質量比αの比較)
図2に示す衝突試験装置101(4倍速装置)の質量比αを様々に変えたときの、落下高さH[m]と、衝突速度V[m/s]と、の関係を計算し、計算結果を比較した。比較した質量比αは、α=5.33、α=4、および、α=3である。計算結果は図4に示すグラフのようになった。質量比αが大きくなるほど、ある衝突速度Vを得るために必要な落下高さHが低くなる。
(衝突速度Vと落下高さHとの関係式)
図1に示す衝突試験装置1(2倍速装置)における、衝突速度Vと落下高さHとの関係は次のように導き出される。質量m2の落錘23が高さhまで上昇した場合の落錘23の位置エネルギーと、落錘23が高さhだけ落下したときの質量m1の車両11が持つ運動エネルギーと、の釣合い式は、次の[数2]となる。
Figure 0006309440
ただし、
1:車両11の牽引速度
2:落錘23の落下速度
μ:車両11の摩擦係数(詳細は上記)
である。
衝突試験装置1(2倍速装置)では、v1=2v2である。このv1=2v2を上記[数2]に適用して整理すると、次の[数3]が得られる。
Figure 0006309440
ただし、上記のように、α=m2/m1である。
図2に示す衝突試験装置101(4倍速装置)における、衝突速度Vと落下高さHとの関係は次のように導き出される。上記[数2]と同様の釣合い式を衝突試験装置101について作ると、次の[数4]となる。
Figure 0006309440
衝突試験装置101(4倍速装置)では、v1=4v2である。このv1=4v2を[数4]に適用して整理すると、次の[数5]が得られる。
Figure 0006309440
上記の[数3]および[数5]それぞれにおいて、高さh=落下高さHとしたときの車両11の牽引速度v1が、車両11の衝突速度Vである。図3および図4に示す、衝突試験装置1および衝突試験装置101のグラフ(落下高さ−速度関係曲線)は、この[数3]および[数5]を用いて作成されたものである。
(落錘23が落下可能な質量比αの下限値)
図4に示すように、質量比αが小さくなるほど、ある衝突速度Vを得るために必要な落下高さH[m]が高くなる。質量比αを小さくしすぎると、落錘23が落下できず、車両11が牽引されない。落錘23が落下可能な質量比αの下限は、次のように求まる。
衝突試験装置1(2倍速装置)での質量比αの下限を表す式は、上記[数3]の平方根の中が正である条件から、
α−2μ≧0
となる。よって、質量比αの下限は、
α≧2μ
となる。
衝突試験装置101(4倍速装置)での質量比αの下限を表す式は、上記[数5]の平方根の中が正である条件から、
α−4μ≧0
となる。よって、質量比αの下限は、
α≧4μ
となる。例えば、μ=0.4の場合、質量比αの下限は1.6である。なお、図4に、質量比αが下限近くのα=1.7の場合のグラフ(落下高さ−速度関係曲線)を示す。
(自由落下方式よりも落下高さHが低くなる、質量比αの下限値)
図1に示す衝突試験装置1(2倍速装置)および図2に示す衝突試験装置101(4倍速装置)で、図3に示す自由落下方式(比較例1)に相当する落下高さ−速度関係曲線を得るための質量比αは、次の値である。
衝突試験装置1(2倍速装置)の場合:αは2.4程度。
衝突試験装置101(4倍速装置)の場合:αは2.8程度。
質量比αがこれらの値以上であれば、図3に示す自由落下方式(比較例1)よりも低い落下高さHでも、同じ衝突速度Vを得ることが可能となる。
(変形例)
上記の第1実施形態(図1参照)および第2実施形態(図2参照)は、様々に変形されてもよい。例えば、図1に示す第1実施形態では動滑車装置50は2倍速装置であり、図2に示す第2実施形態では動滑車装置150は4倍速装置であった。具体的には、図1に示す第1実施形態では動滑車支持部81が2か所であり、図2に示す第2実施形態では動滑車支持部181が4か所であった。しかし、動滑車装置50を、6倍速装置や8倍速装置などに変形してもよい。具体的には、動滑車支持部81を6か所や8か所などにしてもよい。
また例えば、図1に示すように、第1実施形態では、落錘23を地面Gよりも上側の位置に落下させた。具体的には、緩衝装置25は、地面G上に配置された。しかし、落錘23を、地下に落下させてもよい。この場合、例えば、落錘塔21の基礎(落錘塔21の下端部の周辺)に地下ピットが設けられる。そして、この地下ピット内に緩衝装置25が配置され、この地下ピット内に落錘23を落下させる。落錘23を地下に落下させることにより、落錘塔21を低くできる。ただし、地面Gに対して地下ピットを深くするほど、地下ピットにかかるコストが高くなる。そのため、落錘23を地下に落下させるか否かにかかわらず、落錘23の落下高さHさを抑制することが重要である。
1、101 衝突試験装置
11 車両
21b 吊下部
23 落錘
25 緩衝装置
31 ウインチ
33 吊下ロープ
35 落錘切り離し装置
50 動滑車装置
61、163、165 定滑車
71、73 動滑車
80、180 牽引ロープ

Claims (3)

  1. 落錘と、
    前記落錘が吊り下げられる吊下部と、
    前記吊下部に対する前記落錘の落下運動を車両に伝達し、前記車両を水平方向に牽引する牽引ロープと、
    前記吊下部と前記落錘との間に設けられる動滑車装置と、
    前記吊下部に設けられるウインチと、
    前記ウインチにより巻取りおよび巻出しされ、前記ウインチから前記落錘を吊り下げる吊下ロープと、
    前記吊下ロープと前記落錘とを結合し、前記吊下ロープと前記落錘との結合を切り離すことで、前記落錘の落下を開始させる落錘切り離し装置と、
    を備え、
    前記動滑車装置は、
    前記吊下部に回転軸が固定され、前記牽引ロープが掛けられる定滑車と、
    前記落錘に回転軸が固定され、前記牽引ロープが掛けられる動滑車と、
    を備え
    前記動滑車装置は、前記車両の牽引速度が前記落錘の落下速度の2倍よりも大きくなるように構成される、
    衝突試験装置。
  2. 請求項1に記載の衝突試験装置であって、
    前記定滑車は、複数設けられ、
    前記動滑車は、複数設けられ、
    前記牽引ロープは、前記動滑車から前記定滑車に延びる動滑車支持部を4か所以上備え、
    前記車両の牽引速度が、前記落錘の落下速度の4倍以上になるように構成される、
    衝突試験装置。
  3. 請求項1または2に記載の衝突試験装置であって、
    前記落錘の真下に配置され、落下している前記落錘を受け止める緩衝装置を備える、
    衝突試験装置。
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