CN102837144A - 曲面柔性支撑方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用液压支柱组成阵列支撑曲面物体，将阵列液压支柱进行分区，以3点支撑可得到静平衡的原理，对可支撑范围内的液压支柱依三点支撑的原理进行区域划分，每个区域内的所有液压缸的承载工作腔通过管路相互连通。连通后的支柱，虽然对被支撑物体是多点支撑但其对地却好似一个球铰，称合支点，如此独立的3个分区好似3点支撑。将阵列支柱似羽毛球场地般分成两个大区，每个大区分成3个小区，分别支撑两块曲面钢板，对分区液压支柱总容积进行控制可调整姿态使对接边对齐。区域划分由控制阀控制，可根据被支撑物大小及其位置进行划分，中、边界位置可方便调整。

Description

曲面柔性支撑方法

技术领域

本发明涉及大型物体作业的支撑方法，尤其是大型船舶船体曲面分段制造中曲面钢板的支撑。

背景技术

目前，类似曲面的支撑在被支撑体刚度较好的情况下采用3点支撑最为简单易行，对于大面积曲面钢板，其长宽尺寸远大于厚度，3点支撑变形较大，多采用多点支撑，支撑点的高度调节采用手工调节，很不方便，已公开的《多点浮动式柔性支撑装置》(CN2011101072535)发明申请是一种操作相对较方便的支撑，但因支柱浮力所限仅适合较轻物体的支撑，其使用面较窄。

发明内容

本发明采用液压支柱(下或称液压缸)组成阵列，将阵列液压支柱进行分区，以3点支撑可得到静平衡的原理，对可支撑范围内的液压支柱依三点支撑的原理进行区域划分，每个区域内的所有液压缸的承载工作腔通过管路相互连通，分区之间管路不通。同一区域内的液压缸通过管路连通后，在连通管路密闭的情况下，连通的液压缸工作腔总容积不因载荷变化而发生变化，各液压缸的伸长以受到作用力为止，作用力的大小取决于作用面积，无论作用面积大小，当区域内液压支柱支撑重物而承受载荷时，其全部液压支柱抵住重物时压力方可建立，所以所有液压缸均是伸出的，且以抵住被支撑物为目标，当作用力合力与被支撑物重心不合时，将会颠覆。为达到均载的目的，液压缸的作用面积应该是一致的。同一区域的液压缸在支撑重物时，其姿态可以随外力改变，如同跷跷板，两人坐在跷跷板上，当两人均不出力时，跷跷板的姿态取决于重心位置，当其中一人蹬到地面时，跷跷板的姿态取决于蹬地的力。或者可以理解为，一个区域中连通的支柱，虽然对被支撑物体是多点支撑但其对地却好似一个大球铰，这就是“依三点支撑”中的一个点(下称合支点)，如此独立的3个分区好似3点支撑。改变区域中液压缸的总容积可以改变合支点的支撑高度，分别调整3个区域的总容积，可以调整被支撑物体的姿态，以下把这种依三点支撑的原理划分的区域称作作用区。

对于大型船舶船体分段制造中两块曲面钢板拼焊时，两块钢板分别采用上述方法支撑，其组成的油缸阵列大于两块钢板的支撑面积，作为柔性制造单元，要求总面积能够覆盖一定的范围，对于不同大小不同曲率的板均需分别支撑后使对接边对齐以便于施焊，为达到此目的，将阵列支柱似羽毛球场地般分成6个作用区，中界线将整个阵列分成了两个工作区，分别支撑两块曲面钢板，每个工作区分成3个作用区，距中界线较近的一个区为“球场中线”上的一个合支点，距离中界线较远的两个区分立在“球场中线”的两侧，船体的长度方向与中界线平行，宽度方向与“球场中线”平行，分别调整“后区(球场术语)”两个合支点的支撑高度(液压缸总容积)，可以调整钢板的俯仰(相对船体而言)，调整“前区”合支点的支撑高度(液压缸总容积)，可以调整钢板的侧倾(相对船体而言)程度。所以将调整俯仰的两个区放在后区，原因是船体的侧舷板在后区，侧舷板在投影面内的单位重量大于中间部位，钢板的重心偏向后区，距离重心较近的位置调整俯仰对于依靠自重放置在支撑上的物体来说是必要的，远离重心或许会调整时由于摩擦力的缘故使未调成“俯仰”而调成“侧倾”。对于不同大小的钢板，支撑面会发生变化，仍以羽毛球场地划区，可支撑面积如同单打边界线和双打后发球线所包围的区域，可支撑面内的区域划分为6个作用区，可支撑面外区域内的液压缸可全部缩回。

区域划分采用液压控制阀实现，为适用不同的大小，其中界线和支撑面的边界均可能会需要调整，采用6路控制阀按需分别与6组连通管道连接使液压缸有选择的投入6个作用区中的一个，其组合最方便也最具柔性，所谓连通管道是指通向各缸的液压通路间连通的管道，其压力相等，连接通道分为两种，一种是用于控制油缸上升或下降的等压回路称作控制回路，其回路连同液压缸工作腔总容积在液压缸动作时是变化的，一种是使液压缸间连通后无论连通其中的液压缸行程如何变化其回路连同液压缸工作腔总容积不变，这样的回路称作连通器。但从实际出发，大可不必，对于两块钢板对接，以中界线为界的两个工作区，每个工作区的后区总在其所处的场区内，不会有机会到对方场区中，因此，后区的两个区不会跨界，而对于前区只要中界线在一定范围内可调整即可满足需求，过大将失去实用价值。中界线的调整，可采用将中界线附近的连通管路可选择的分别连接到两个分区的前区连通器中的方法实现。如此这般，可在每个液压缸的下方设置5个液压控制通路(前区、左后区、右后区、上升控制、下降控制)，采用5路控制阀控制液压缸分别与5个功能通路中的一个连通，或全部不通(锁定)。各缸相同功能通路间按照一定的规则连通：中界线附近液压缸下方的前区管路为半连通器，所谓半连通器指的是同一列中液压缸的控制通路连通至同一管路，相邻列间管路不直接连通，每列管路(即半连通器)可通过2位3通阀切换到不同的前区连通器中；其余液压缸的各相同功能通路均相互连通，构成5组连通回路，其中3组为连通器，2组为控制回路。采用本方法连接组成的区域不仅仅似羽毛球场地，也可以似两个并列的品字或羽毛球前后区互换等等，只是似羽毛球场地划分区域是较好的一种区域划分方法。上升控制用于在调整姿态时需要投入新的液压支柱时使用，投入新的液压缸时，需要先使液压缸抵住被支撑物，然后在投入其划分作用区中，以避免直接投入使连通器中压力突然失压跳变。下降控制用于使可支撑面外的液压缸收回。锁定控制可以使部分油缸暂时脱离控制，这部分油缸在脱离控制时或可承受更高的压力或可承担安全保护的作用(耐压允许的话)。

本发明因区域连通可使区域内支撑点的受力一致(均载)，作用区的投入与退出切换方便，可适应不同大小，作用去的边界可任意调整，可适用不同曲率，可调整各种姿态，具有较好的柔性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是2自由度摆动平台图片，为3点支撑的一个例子

图2是多液压缸连通后的合支点示意图

图3是阵列液压支柱分区平面布置示意图

图4是液压支柱分区切换原理图

图5是中线附近液压支柱分区切换原理图

图中代号表示如下：

F1-1#工作区前区连通器，F2-2#工作区前区连通器，F-前区半连通器，BL-后左区连通器，BR-后右区连通器，U-上升控制连通器，D-下降控制连通器

具体实施方式

中线不同于中界线，中线为整个阵列的几何中轴线，矩形阵列的几何中线有2条，相互间垂直，特意强调的“球场中线”指左右发球区之间的线，未强调的中线指球网所处的线，由中线分开的两个区域称作场区其大小相等，中界线是两个被支撑物之间的分界线，其位置在中线附近可调整，由中界线分割的区域为2个，称作工作区，工作区包含前区、后左区、后右区，工作区的大小取决于被支撑物的大小，由连通器连通的区域称作作用区。

图1所示2自由度摆动平台，为一种应用实例，其3个支点决定了一个平面，改变3个支撑点的相对坐标可以获得两个转动自由度，这一实例与本案所述的3点支撑原理一致，其中十字联轴节连接的支点，相当于总容积不变的合支点，另外两个支点，相当于改变总容积的合支点。

图2为两组下腔通过管路连通的液压支柱，由连通器连接的液压缸在支撑重物时，全部液压支柱都会抵住被支撑体，全部由连通器连接的液压缸对被支撑物虽然能够做到多点均载支撑，但其约束作用相当于一个铰接点，只能约束重力方向，不能够约束转动自由度，其被支撑物体需要借助外力才能达到平衡，这正是我们所期望的一个特点。图中两组液压支柱共同支撑被支撑物，相当于两个铰支点支撑一个2维平面图形，可以看到，两组液压缸支撑一个物体，在液压缸作用面积一致的情况下，每个液压缸以抵住被支撑物为伸出终止长度，当改变任一组液压缸承载工作腔的总容积时，这一组液压缸的伸出总长度随之改变，对应的一端或升高或降低，被支撑物的姿态随之变化，无论总容积如何变化，支撑被支撑物的所有液压缸的伸出仍然是以抵住被支撑物为终止伸出长度，其伸出长度总和取决于其组内总容积，每个液压缸在调整过程中载荷不发生变化。在三维空间中，由连通器连通的液压支柱阵列相当于一个大球铰支点，被支撑物还需要空间另外两组由连通器连通的液压支柱阵列(或两个球铰支点)同时支撑才能达到平衡，这样由连通器连通的3组阵列油缸支撑物体除了如同图1两自由度平台具备2个转动自由度外，还由于3组均可改变总容积(即调整高度和)，具备调整高度的自由度，或者说3组液压缸组成了3维工作台(X转动、Y转动、Z位移)。

图3为同时支撑两个物体进行对接连接的液压支柱阵列布置和区域划分示意图，划分的区域似羽毛球场地，包括中界线、前区、后左右区、单打左右边界线、双打后发球线，中间阴影区域为某一外形尺寸被支撑物可支撑范围，阴影区域以外区域内的液压支柱在这一被支撑物作业时可不投入使用。以中界线为界，两侧分别支撑2个物体，每个物体由3个分区液压支柱支撑，3个分区似三足鼎立，分别调整三个分区的液压缸承载工作腔总容积，可调整被支撑物体的姿态，用于曲面板拼接，可调整曲面平滑过渡，调整对接边对齐，图中数字坐标表示的为行，字母坐标表示的为列。

图4表示的液压缸通过5路控制阀可分别与3组连通器或2个控制回路连接，连通器代表区域或者说由连通器定义作用区，液压缸连通到哪个连通器或哪个控制回路就划入了哪个作用区或受到某种控制，连通器和控制回路为连通的管道，分布在液压缸的下方或下端，连通器以整个阵列的中线为界分成两个场区，场区间不连通，连通器如图中的某个标有代号的管路，在中线同一侧的液压缸控制管路的标有相同代号的所有管子是相互连通的(中线附近数列F代号的管子例外)，控制回路的连接如同连通器，但不分场区，全部连通。

每个区有3组连通器(F、BL、BR)，2组控制回路(U、D)。连通器用于连通液压缸使其成为大球铰的一个分子，控制回路用于控制液压缸，使其上升或下降，每组连通器和控制回路均有通道与液压缸的控制阀连接，图中字母U和D表示的管路为整个液压支柱阵列的共用控制回路，F、BL、BR为以中线为界两侧相互独立。

图5表示的是一部分处于中线附近的称作半连通器的连接方法，如图4所示的3组独立的连通器中又有一组连通器(F连通器)是部分连通，这组部分连通的连通器分布在中线附近数列中，所谓部分连通即相邻列之间的管路不同，列中各液压缸间有可连接的连通器，因列间未构成连通，所以称这部分连通器为半连通器，半连通器通过列中的一个2位3通换向阀可选择地连通到中线两侧中的任-连通器F1或F2中，连通后构成了行列间连通的连通器，这样做的好处是，可以将两个大区前区间的中界线位置进行调整，已达到适合一大一小两块板拼装的目的。

Claims (8)

1.一种支撑方法，尤其是曲面的支撑，采用阵列支柱多点支撑，支柱采用液压缸调整高度，其特征在于阵列中的液压缸分3个区，一个分区中的所有液压缸的承载工作腔通过管路相互连通，分区间管路不通。

2.根据权利要求1所述的方法，液压缸可选择投入分区，其特征在于每个油缸可通过3个可控的截止阀分别与三个相互独立的管路连接，也可通过一个可分别控制3路的4通阀分别与三个相互独立的管路连接，或采用2位阀控制3个通道。

3.根据权利要求1和2所述的方法，液压缸可单独控制上升或下降，其特征在于增加2个可控的截止阀分别与另外两个相互独立的管路连接，也可通过一个可分别控制5路的6通阀分别与5个相互独立的管路连接。

4.一种用于对齐连接两个物体时采用的支撑方法，尤其是两个曲面的拼接，其特征是将支柱阵列划分成6个区域，其特征在于分区似羽毛球场地，以中界分成2个大区，每个大区支撑一个物体，每个大区分成3个小区，共计6个小区，各小区内的所有液压缸的承载工作腔通过管路相互连通，分区间管路不通。

5.根据权利要求1和4所述的方法，其特征在于每个区可通过独立的控制回路控制区内液压缸承载工作腔总容积。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在支撑物体范围以外的油缸可不与6个区中的任何一个管路连接，与一个控制下降的管路连接。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于阵列油缸下方的用于承载连通的管路为3路，每个大区各有3路。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是中界附近区域阵列油缸下方的用于承载连通的管路可分别通过换向阀切换到2个独立的前区连通管路中。

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