CZ28880U1 - Silový aktuátor - Google Patents

Description

Technické řešení se týká silového aktuátoru pro vytvoření síly libovolného průběhu působící na zkoumaný suvný objekt pomocí náhonů uspořádaných v silovém aktuátoru tvořeného rámem, ve kterém je uspořádán mechanismus spouštěcího zařízení pro náhony hnacího nosníku vedeného ve vedeních uchycených k rámu.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní silové aktuátory jsou tvořeny svazkem gumolan, která jsou současně spuštěna. Problém takových aktuátorů je, že průběh síly je dán poklesem síly v gumolanech. Průběhy takových sil jsou jen klesající a klesají jen podle poklesu síly v gumolanech. Dále deformační charakteristika gumolan se s časem a užíváním mění.

Cílem tohoto technického řešení je silový aktuátor pro vytvoření síly libovolného průběhu působící na zkoumaný suvný objekt.

Podstata technického řešení

Podstata silového aktuátoru tvořeného rámem, ve kterém je uspořádán mechanismus spouštěcího zařízení pro náhony hnacího nosníku vedeného ve vedeních uchycených k rámu spočívá v tom, že mezi přední stěnou rámu a zadní stěnou rámu je uspořádán aspoň jeden náhon opatřený distanční tyčí a zadní přírubou a přední přírubou, kdy jedna z těchto přírub je spojena s tažným prvkem pro docílení posuvu hnacího nosníku a jedna z těchto přírub je v přímém styku nebo mimo přímý styk s hnacím nosníkem.

Mezi přední stěnou rámu a zadní stěnou rámu je uspořádána střední stěna, na kterou dosedá hnací nosník, k níž je z druhé strany připevněn mechanismus spouštěcího zařízení, přičemž hnací nosník je opatřen průchozími otvory navazujícími na průchozí otvory střední stěny a průchozí otvory mechanismu spouštěcího zařízení, přičemž průchozími otvory procházejí náhony opatřené distanční tyčí opatřenou zadní přírubou a přední přírubou, kdy jedna z těchto přírub je spojena s tažným prvkem pro docílení posuvu hnacího nosníku a jedna z přírub jev přímém styku nebo mimo přímý styk s hnacím nosníkem.

Silový aktuátor v závislosti na požadavku průběhu síly na zkoumaný objekt obsahuje alespoň jeden přímý aktivní náhon spojený tažným prvkem se zadní stěnou rámu, uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení a dosedající přímo na hnací nosník, a alespoň jeden nepřímý aktivní náhon spojený tažným prvkem se zadní stěnou rámu, uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem nebo obsahuje alespoň jeden přímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu, a dosedající přímo na hnací nosník, a alespoň jeden nepřímý aktivní náhon spojený tažným prvkem se zadní stěnou rámu, uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem nebo obsahuje alespoň jeden přímý aktivní náhon spojený tažným prvkem se zadní stěnou rámu, uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení a dosedající přímo na hnací nosník, a alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem nebo obsahuje alespoň jeden přímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu, a dosedající přímo na hnací nosník, a alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem.

Silový aktuátor obsahuje případně alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem, nebo obsahuje případně kombinaci přímého aktivního náhonu a/nebo nepřímého aktivního náhonu a/nebo nepřímého neaktivního náhonu a/nebo přímého neaktivního náhonu, nebo obsahuje alespoň jeden

- 1 CZ 28880 Ul nepřímý neaktivní náhon spojený tažným prvkem s přední stěnou rámu a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem na vzpěmé tyči.

Tažné prvky jsou tvořeny gumolany nebo šroubovými pružinami nebo pneumatickými pružinami nebo lany se závažím.

Výhodou tohoto způsobu činnosti silového aktuátoru a samotného silového aktuátoru podle vynálezu je možnost vytvoření síly libovolného průběhu působící na zkoumaný suvný objekt. Objasnění výkresů

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro silový aktuátor s předepsaným silovým průběhem, kde obr. 1 znázorňuje schematicky základní uspořádání jednoho provedení aktuátoru, obr. 2-5 znázorňují schematicky jednotlivé fáze pohybu hnacího nosníku při uvolnění spouštěcího zařízení u aktuátoru z obr. 1, obr. 6 znázorňuje schematicky základní uspořádán dalšího provedení aktuátoru, obr. 7 znázorňuje dva grafy s různým průběhem síly na hnací nosník při činnosti aktuátoru a jím odpovídající grafy pro stanovení typu a nastavení jednotlivých náhonů aktuátoru obr. 8 znázorňuje schematicky mechanismus spouštěcího zařízení aktuátoru.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je schematicky znázorněno jedno z provedení silového aktuátoru. Aktuátor sestává z rámu 9 opatřeného přední stěnou 12 a zadní stěnou 13, mezi kterými je k rámu připevněno spouštěcí zařízení 8 a střední stěna 14. Na střední stěnu 14 dosedá hnací nosník I, který je posuvný ve vedeních 1T· Hnací nosník lje opatřen průchozími otvory 15. střední stěna 14 průchozími otvory 16 a mechanismus spouštěcího zařízení 8 průchozími otvory 17 (na obr. 8). Průchozí otvory 17 mechanismu spouštěcího zařízení 8 slouží jednak pro zachycení předních přírub 6 přímého aktivního náhonu 2a a přední příruby 6 nepřímého aktivního náhonu 2b a jednak pro průchod vzpěmé tyče 7 nepřímého neaktivního náhonu 2c. Zadní příruby 5 přímých aktivních náhonů 2a dosedají na hnací nosník 1, zadní příruba 6 náhonu 2b je uspořádána v určité vzdálenosti od hnacího nosníku 1. Zadní příruby 6 přímých aktivních náhonů 2a a nepřímého aktivního náhonu 2b jsou spojeny s tažným prvkem 3, který působí při spuštění mechanismu spouštěcího zařízení 8 na hnací nosník 1 ve směru k zadní stěně 13 rámu 9. U nepřímého neaktivního náhonu

2c prochází jeho distanční tyč 4 průchozím otvorem 15 hnacího nosníku I, přičemž jak jeho přední příruba 6, tak jeho zadní příruba 5 jsou mimo styk s hnacím nosníkem 1, přičemž jeho působení na hnací nosník ve směru působení přímých aktivních náhonů 2a nastává po časové prodlevě dané vzdáleností jeho zadní příruby 5 od hnacího nosníku 1. Přední příruba 6 nepřímého neaktivního náhonu 2c je spojena s tažným prvkem 3, který působí při spuštění mecha35 nismu spouštěcího zařízení 8 na hnací nosník 1 ve směru k přední stěně 12 rámu 9 v časové prodlevě dané vzdáleností zadní příruby 5 od hnacího nosníku 1. Tažné prvky jsou představovány gumolany nebo šroubovými pružinami nebo pneumatickými pružinami, nebo lany se závažím, které působí svojí tíhou přes kladku.

Při popisuje použita následující terminologie. Přímý náhon znamená, že dosedá na hnací nosník

1 při spuštění, tedy při spuštění zařízení má přímý styk s hnacím nosníkem. Jde o náhony 2a a 2d. Nepřímý náhon znamená, že nedosedá na hnací nosník I při spuštění, tedy styk s hnacím nosníkem 1 nastane později během pohybu. Jde o náhony 2b a 2c. Aktivní náhon znamená, že je spouštěn spouštěcím zařízením 8, tedy je ve spouštěcím zařízení 8 při spuštění uchycen. Jde o náhony 2a a 2b. Neaktivní náhon znamená, že není spouštěn spouštěcím zařízením 8, tedy není ve spouštěcím zařízení 8 při spuštění uchycen. Jde o náhony 2c a 2d. Je proto užito označení přímý aktivní náhon 2a pro náhon, který pohání hnací nosník 1 ve směru od přední stěny 12

-2CZ 28880 Ul k zadní stěně 13 rámu 9, v tomto směru působí na hnací nosník 1 kladnou sílou a urychluje ho, je upevněn k zadní stěně 13 a při spuštění spouštěcího zařízení 8 je v něm uchycen a přímo dosedá na hnací nosník 1. Nepřímý aktivní náhon 2b označuje náhon, který pohání hnací nosník i ve směru od přední stěny 12 k zadní stěně 13 rámu 9, v tomto směru působí na hnací nosník i kladnou silou a urychluje ho, je upevněn k zadní stěně 13, při spuštění spouštěcího zařízení 8 je vněm uchycen, ale při spuštění nedosedá na hnací nosník i. Nepřímý neaktivní náhon 2c označuje náhon, který brzdí hnací nosník 1 ve směru od přední stěny 12 k zadní stěně 13 rámu 9, v tomto směru působí na hnací nosník 1 záporou silou a zpomaluje ho, je upevněn k přední stěně 12, pří spuštění spouštěcího zařízení 8 není v něm uchycen a při spuštění nedosedá na hnací nosník 1. Přímý neaktivní náhon 2d označuje náhon, který brzdí hnací nosník 1 ve směru od přední stěny 12 k zadní stěně 13 rámu 9, v tomto směru působí na hnací nosník 1 záporou silou a zpomaluje ho, je upevněn k přední stěně 12, při spuštění spouštěcího zařízení 8 není v něm uchycen, ale při spuštění dosedá na hnací nosník 1.

Na obr. 2 je znázorněna poloha hnacího nosníku 1 v určitém časovém okamžiku po uvolnění mechanismu spouštěcího zařízení 8, kdy na hnací nosník 1 působí ve směru k zadní stěně 13 rámu 9 přímé aktivní náhony 2a, zatímco nepřímý aktivní náhon 2b a nepřímý neaktivní náhon 2c prozatím na hnací nosník 1 nepůsobí.

Na obr. 3 je znázorněna poloha hnacího nosníku 1 v následném časovém okamžiku po uvolnění mechanismu spouštěcího zařízení 8, kdy na hnací nosník 1 působí ve směru k zadní stěně 13 rámu 9 přímé aktivní náhony 2a, a začíná ve stejném směru působit nepřímý aktivní náhon 2b, když jeho zadní příruba 5 dosedla na hnací nosník 1. Nepřímý neaktivní náhon 2c v tomto okamžiku na hnací nosník 1 ještě nepůsobí.

Na obr. 4 je znázorněna poloha hnacího nosníku 1 v dalším časovém okamžiku po uvolnění mechanismu spouštěcího zařízení 8, kdy na hnací nosník 1 působí ve směru k zadní stěně 13 rámu 9 přímé aktivní náhony 2a, a nepřímý aktivní náhon 2b, a současně začíná působit v protisměru, k přední straně 12 rámu 9 nepřímý neaktivní náhon 2c.

Na obr. 5 je znázorněna poloha hnacího nosníku i v dalším časovém okamžiku po uvolnění mechanismu spouštěcího zařízení 8, kdy na hnací nosník 1 působí všechny náhony, tedy přímé aktivní náhony 2a, nepřímý aktivní náhon 2b a nepřímý neaktivní náhon 2c.

Na obr. 6 je schematicky znázorněno alternativní uspořádání silového aktuátoru se dvěma přímými neaktivními náhony 2d působícími na hnací nosník 1 ihned po uvolnění mechanismu spouštěcího zařízení 8 ve směru k přední stěně 12 rámu 9, zatímco nepřímý aktivní náhon 2b působí na hnací nosník 1 ve směru k zadní stěně 13 rámu 9 v určitém časovém odstupu po dosednutí jeho zadní příruby 5 na hnací nosník 1, přičemž nepřímý neaktivní náhon 2c působí na hnací nosník i rovněž v určitém časovém odstupu, po styku hnacího nosníku 1 s jeho zadní přírubou 5.

Další možná provedení silových aktuátorů mohou obsahovat různé kombinace jednotlivých náhonů tvořených jedním nebo více přímými aktivními náhony 2a, nepřímými aktivními náhony 2b, nepřímými neaktivními náhony 2c a přímými neaktivními náhony 2d.

Na obr. 7a je znázorněn příklad požadovaného průběhu síly na hnací nosník 1 pro jeho rozběh ve smyslu kladných sil a na obr. 7b je znázorněn příklad požadovaného průběhu síly na hnací nosník 1 pro jeho rozběh ve smyslu záporných sil (v opačném smyslu od kladných sil).

Požadovaný průběh síly je rozložen na posloupnost obdélníků podle obr. 7c a obr. 7d, které požadovaný průběh síly vhodně aproximují. Postupů aproximace vedoucí k velikosti a počtu obdélníků může být více. Počet obdélníků odpovídá počtu jednotlivých náhonů použitých v aktuátoru. Výška prvního obdélníka na obr. 7c nebo obr. 7d v čase 0 přímo určuje velikost požadované síly tažného prvku 3 po spuštění aktuátoru. Tedy součet sil tažných prvků 3 náhonů 2a na obr. 1 je roven výšce obdélníku v čase 0 na obr. 7c. Obdobně součet sil tažných prvků 3 náhonů 2d na obr. 6 je roven výšce obdélníku v čase 0 na obr. 7d. Další síly tažných prvků 3 se musejí určit složitěji. Jednak síla tažného prvku 3 se mění (klesá, roste jen s výjimkou lan se závažími, kdy je

-3CZ 28880 Ul konstantní) s deformací danou polohou hnacího nosníku I a jednak poloha hnacího nosníku I závisí na průběhu hnacích sil náhonů, na průběhu zátěže a na průběhu odporových sil. Poloha hnacího nosníku 1 zpětně určuje velikost deformace tažného prvku 3, a tak jeho působící sílu. Nechť v čase tu byla aplikována síla daná obdélníkem A podle obr. 7e nebo 7f. Pro čas tj je požadována síla daná velikostí obdélníku B. Působením předchozích sil a síly z obdélníku A je průběh síly ze sil všech tažných prvků v souhrnu dán průběhem závislostí C. Pak potřebná síla tažného prvku 3 pro náhon, který začne působit v čase tj, se určí jako rozdíl mezi hodnotami B a C, tedy velikost šedivého obdélníku D na obr. 7e nebo 7f. To je bud v případě kladné síly obdélníku D velikost zbývající síly náhonu typu 2b z obr. 1 nebo obr. 2 po dostižení hnacího nosníku I nebo v případě záporné síly obdélníku D velikost předepnuté síly náhonu typu 2c z obr. 1 nebo obr. 2 po dostižení zadní příruby 5 hnacím nosníkem I. Pro kladnou sílu obdélníku D je čas ti=t3 a pro zápornou sílu je ti=t4. Podle těchto časů se nastaví distance mezi přední 6 a zadní přírubou 5 pro náhon 2b nebo délka vzpěmé tyče 7 pro náhon 2c.

Na obr. 1-6 jsou užity dvojice aktuátorů 2a a 2d z důvodů symetrie pro jeden aproximující obdélník v čase 0 (např. náhony 2a na obr. 1 nebo 2d na obr. 6).

Na obr. 8 je schematicky znázorněno možné řešení mechanismu spouštěcího zařízení 8 aktuátoru podle obr. 1. Jde o průmět řezu zařízením. Mechanismus spouštěcího zařízení 8 je tvořen dvěma nosníky 22_x a 222, jež drží zadní příruby 5 ve výchozí poloze. Mezi nosníky 221 a 22_z je průchozí otvor 17, kterým procházejí distanční tyče 4 spojující přední 6 a zadní 5 příruby náhonů 2a a 2b. Spuštění se uskuteční tak, že silou F působící na páky 20 se tyto páky 20 otočí kolem otočných čepů 21 v rámu 9, rozevřou nosníky 22_x a 22? a uvolní přední příruby 6 náhonů 2a a 2b. Je zřejmé, že přední příruba 6 náhonu 2c není v mechanismu spouštěcího zařízení 8 uchycena.

Výhodou a odlišností popisovaného zařízení oproti existujícím je rozdělení působících sil tažných prvků 3 na dílčí části odpovídající jednotlivým fázím pohybu a současné společné spuštění všech dílčích tažných prvků 3 společně. To umožňuje realizovat libovolný průběh sil aktuátoru a umožňuje jejich přesné načasování. Přesné načasování začátků působení sil jednotlivých tažných prvků 3 je jinak velký problém zvláště při větších silách, například při tisíci newtonů. Zařízení je tak předprogramovatelné pro libovolný průběh síly. Například kombinací náhonů 2a a 2b lze dosáhnout konstantní hnací síly oproti klesající síle ze samotných pružin nebo kombinací náhonů 2d a 2b lze dosáhnout konstantní brzdící síly oproti rostoucí síle ze samotných pružin. Složitějšími kombinacemi náhonů 2 (2a a/nebo 2b a/nebo 2c a/nebo 2d) lze dosáhnout libovolného průběhu síly, například sinus nebo kosinus a další.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Silový aktuátor tvořený rámem, ve kterém je uspořádán mechanismus spouštěcího zařízení pro náhony hnacího nosníku vedeného ve vedeních uchycených k rámu, vyznačený tím, že mezi přední stěnou (12) rámu (9) a zadní stěnou (13) rámu (9) je uspořádán aspoň jeden náhon (2a - 2d) opatřený distanční tyčí (4) a zadní přírubou (5) a přední přírubou (6), kdy jedna z přírub (5 nebo 6) je spojena s tažným prvkem (3) pro docílení posuvu hnacího nosníku (1) a jedna z přírub (5 nebo 6) je v přímém styku nebo mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
2. 2. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že mezi přední stěnou (12) rámu (9) a zadní stěnou (13) rámu (9) je uspořádána střední stěna (14), na kterou dosedá hnací nosník (1) a k níž je z druhé strany připevněn mechanismus spouštěcího zařízení (8), přičemž hnací nosník (1) je opatřen průchozími otvory (15) navazujícími na průchozí otvory (16) střední stěny (14) a průchozími otvory (17) mechanismu spouštěcího zařízení (8), přičemž průchozími otvory procházejí náhony (2) opatřené distanční tyčí (4) a zadní přírubou (5) a přední přírubou (6), kdy

   -4CZ 28880 Ul jedna z přírub (5 nebo 6) je spojena s tažným prvkem (3) pro docílení posuvu hnacího nosníku (1) a jedna z přírub (5 nebo 6) je v přímém styku nebo mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
3. 3. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje alespoň jeden přímý aktivní náhon (2a) spojený tažným prvkem (3) se zadní stěnou (13) rámu (9), uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení (8) a dosedající přímo na hnací nosník (1), a alespoň jeden nepřímý aktivní náhon (2b) spojený tažným prvkem (3) se zadní stěnou (13) rámu (9), uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení (8) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
4. 4. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje alespoň jeden přímý neaktivní náhon (2d) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9), a dosedající přímo na hnací nosník (1), a alespoň jeden nepřímý aktivní náhon (2b) spojený tažným prvkem (3) se zadní stěnou (13) rámu (9), uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení (8) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
5. 5. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje alespoň jeden přímý aktivní náhon (2a) spojený tažným prvkem (3) se zadní stěnou (13) rámu (9), uchycený v mechanismu spouštěcího zařízení (8) a dosedající přímo na hnací nosník (1), a alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon (2c) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
6. 6. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje alespoň jeden přímý neaktivní náhon (2d) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9), a dosedající přímo na hnací nosník (1), a alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon (2c) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
7. 7. Silový aktuátor podle nároku 3 nebo 4, vyznačený tím, že dále obsahuje alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon (2c) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1).
8. 8. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje kombinaci přímého aktivního náhonu (2a) a/nebo nepřímého aktivního náhonu (2b) a/nebo nepřímého neaktivního náhonu (2c) a/nebo přímého neaktivního náhonu (2d).
9. 9. Silový aktuátor podle nároku 1, vyznačený tím, že osahuje alespoň jeden nepřímý neaktivní náhon (2c) spojený tažným prvkem (3) s přední stěnou (12) rámu (9) a uspořádaný mimo přímý styk s hnacím nosníkem (1) na vzpěmé tyči (7).
10. 10. Silový aktuátor podle některého z předchozích nároků, vyznačený tím, že tažné prvky (3) jsou tvořeny gumolany nebo šroubovými pružinami nebo pneumatickými pružinami nebo lany se závažím.

    7 výkresů