CZ304667B6

CZ304667B6 - Způsob a zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí

Info

Publication number: CZ304667B6
Application number: CZ2006-123A
Authority: CZ
Inventors: Michael Valášek
Original assignee: ÄŚVUT v Praze - Fakulta strojnĂ; Inomech S. R. O.
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2014-08-27
Also published as: CZ2006123A3

Abstract

Způsob změny tuhosti mechanických konstrukcí a zařízení, pro tento způsob kdy se vytvoří pomocná konstrukce k základní nosné konstrukci, obě konstrukce se spojí mezi sebou alespoň jedním spojovacím prvkem s řízenými vlastnostmi, stanoví se poloha připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu a podle deformace základní nosné konstrukce zjištěné na podkladě měření změny polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu se stanoví potřebný silový účinek, kterým se působí prostřednictvím spojovacího prvku na základní nosnou konstrukci pro změnu její tuhosti. Souběžně se základní nosnou konstrukcí (2) je uspořádána pomocná konstrukce (3), která je s nosnou konstrukcí (2) spojena alespoň jedním spojovacím prvkem (4) s řízenými vlastnostmi, např. aktuátorem řízeného zdroje síly a/nebo aktuátorem řízeného tlumení a/nebo aktuátorem řízené tuhosti, přičemž je zařízení opatřeno čidly (6) polohy připojovacích bodů spojovacího prvku (4). S výhodou je pomocná konstrukce (3) paralelní s nosnou konstrukcí (2).

Description

(57) Anotace:

Způsob změny tuhosti mechanických konstrukci a zařízeni, pro tento způsob kdy se vytvoří pomocná konstrukce k základní nosné konstrukci, obě konstrukce se spojí mezi sebou alespoň jedním spojovacím prvkem s řízenými vlastnostmi, stanoví se poloha připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu a podle deformace základní nosné konstrukce zjištěné na podkladě měření změny polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu se stanoví potřebný silový účinek, kterým se působí prostřednictvím spojovacího prvku na základní nosnou konstrukci pro změnu její tuhosti. Souběžně se základní nosnou konstrukcí (2) je uspořádána pomocná konstrukce (3), která je s nosnou konstrukcí (2) spojena alespoň jedním spojovacím prvkem (4) s řízenými vlastnostmi, např. aktuátorem řízeného zdroje síly a/nebo aktuátorem řízeného tlumení a/nebo aktuátorem řízené tuhosti, přičemž je zařízení opatřeno čidly (6) polohy připojovacích bodů spojovacího prvku (4). S výhodou je pomocná konstrukce (3) paralelní s nosnou konstrukcí (2).

Způsob a zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí.

Dosavadní stav techniky

Tuhost je jeden z nejdůležitějších požadavků na konstrukce. Tuhost se pasivně zvyšuje různými strukturními modifikacemi pomocí rozsáhlých optimalizací.

Aktivním mechatronickým řešením se většinou ovlivňuje přímo jen tlumení vibrací nebo deformace, tuhost se tak ovlivňuje jen nepřímo. Do struktury konstrukce se umísťují aktivní prvky, většinou piezoelektrické aktuátory, ale také elektrodynamické, magnetostrikční, hydraulické nebo magnetorheologické, případně iontové polymery. Aktivní prvky jsou umístěny do prvků konstrukce, prutů příhradové konstrukce, na povrchu nosníků nebo skořepin jako piezoelektrické aktuátorové záplaty nebo celé aktivní vrstvy, do aktuátorů lan spojujících části konstrukce nebo jako připevňovací prvky přídavných hmot.

Mechanismy řízeného tlumení vibrací jsou založeny na přídavném tlumení, vibroizolaci, vibrokompenzaci nebo vibroabsorbci. Dále rozlišujeme aktivní (s možným přívodem energie) a poloaktivní (jen s odvodem energie disipací) řízení. Aplikace sahají od křídel letadel, konstrukcí antén, radarů a teleskopů, vyvrtávacích tyčí po konstrukce lanových mostů.

Struktury mají obecně nekonečně mnoho stupňů volnosti a tak struktury s aktivním řízením jsou v nebezpečí vzniku jevu destabilizace přeléváním energie, tzv. spilloever. Bylo ukázáno, že toto nebezpečí nehrozí při kolokovaném řízení. Většinou tuhost potřebujeme v místě konstrukce, které nelze přímo a nejkratší cestou připojit na rám, podepřít z rámu, a tak zvýšit tuhost.

Dosavadní mechanismy řízení působí většinou na relativních souřadnicích konstrukce, případně například aktivním lanem z rámu. Otevřeným problémem je, zda lze analogický účinek od rámu přivést i do nepřístupných míst konstrukce a přímo ovlivnit zpětnovazebním řízením tuhost konstrukcí.

Cílem tohoto vynálezu je způsob a zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí, kterým se zvýší nebo upraví, případně sníží jejich tuhost s možností v jakémkoliv jejím místě, tedy i v místech konstrukce, která jsou nepřístupná.

Podstata vynálezu

Podstatou způsobu změny tuhosti mechanických konstrukcí podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že se vytvoří pomocná konstrukce k základní nosné konstrukci, obě konstrukce se spojí mezi sebou alespoň jedním spojovacím prvkem s řízenými vlastnostmi, stanoví se poloha připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu a podle deformace základní nosné konstrukce zjištěné na podkladě měření změny polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu se stanoví potřebný silový účinek, kterým se působí prostřednictvím spojovacího prvku na základní nosnou konstrukci pro změnu její tuhosti.

Změna polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu je stanovena měřením polohy připojovacích bodů s nosnou konstrukcí vůči rámu a s pomocnou konstrukcí vůči rámu, případně měřením polohy připojovacích bodů spojovacího prvku buď s nosnou konstrukcí, nebo pomoc- 1 CZ 304667 B6 nou konstrukcí a měřením vzájemné polohy připojovacích bodů spojovacích prvků na nosnou konstrukci a na souběžnou pomocnou konstrukci.

Podstatou zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí podle výše uvedeného způsobu spočívá v tom, že souběžně se základní nosnou konstrukcí je uspořádána pomocná konstrukce, která je s nosnou konstrukcí spojena alespoň jedním spojovacím prvkem s řízenými vlastnostmi, přičemž obě konstrukce, nosná i pomocná, jsou připevněny k rámu. Spojovacím prvkem může být aktuátor řízeného zdroje síly a/nebo aktuátor řízeného tlumení a/nebo aktuátor řízené tuhosti.

Zařízení je opatřeno čidly polohy připojovacích bodů spojovacího prvku a s výhodou je pomocná konstrukce paralelní s nosnou konstrukcí.

Výhodou způsobu a zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí je, že změna tuhosti mechanických konstrukcí je možné v jakémkoliv jejím místě, tedy i v místech konstrukce, která jsou nepřístupná. Další výhodou je, že řešení je založeno na kolokovaném řízení, a tedy není náchylné na vznik nestabilizujícího jevu spillover. Konečně výhodou je, že změna tuhosti zpětnovazební řízením umožňuje její změnu ve velkém rozsahu, např. pro zamezení deformace nosné konstrukce.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro změnu tuhosti mechanických konstrukcí podle vynálezu, kde obr. 1 až 4 znázorňují různé kombinace nosné a pomocné konstrukce, obr. 5 znázorňuje provedení podle obr. 1 se samostatnými měřeními polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu, obr. 6 znázorňuje provedení podle obr. 1 s alternativním měřením polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu a obr. 7 znázorňuje další alternativní provedení, kdy nosná i pomocná konstrukce mohou být větveny, mohou obsahovat smyčky a mohou být rovinné nebo prostorové.

Příklady provedení vynálezu

Jak je patrné na obr. 1, je k rámu I připevněna základní nosná konstrukce 2. Souběžně se základní nosnou konstrukcí 2 je k rámu i připevněna pomocná konstrukce 3, která je se základní nosnou konstrukcí 2 spojena prostřednictvím spojovacího prvku 4. S výhodou je pomocná konstrukce 3 paralelní se základní nosnou konstrukcí 2. Poddajnost konstrukcí 2, 3 je schematicky znázorněna zakreslenými znaky pružin pro spojení s rámem L Vlastnosti spojovacího prvku 4 jsou řízeny a jsou představovány aktuátorem řízeného zdroje síly. Síla, která je řízena aktuátorem, může být představována nastavovanou silou proměnné, obecné velikosti nebo proměnnou silou vyvozenou aktuátorem řízené tuhosti nebo řízeného tlumení.

Tato síla v jednom místě připojení může být vyvozena vjednom směru nebo ve více směrech současně včetně silových momentů. Spojovací prvek 4 je spojen v připojovacích bodech s nosnou konstrukcí 2 a s pomocnou konstrukcí 3.

Poloha připojovacích bodů spojovacího prvku 4 vůči rámu 1 je měřena prostřednictvím čidel 6 polohy, kdy, jak je patrné na obr. 5, je měřena vzdálenost připojovacích bodů spojovacího prvku

-2CZ 304667 B6 s pomocnou konstrukcí 3 a rámem £ jedním čidlem 6 polohy a vzdálenost připojovacích bodů spojovacího prvku 4 s nosnou konstrukcí 2 a rámem £ dalším čidlem 6 polohy, zatímco podle obr. 6 je poloha připojovacích bodů spojovacího prvku 4 s nosnou konstrukcí 2 vzhledem k rámu £ měřena jedním čidlem 6, zatímco vzdálenost mezi připojovacím bodem spojovacího prvku 4 s pomocnou konstrukcí 3 a rámem £ je stanovena na základě měření vzájemné polohy připojovacích bodů s nosnou konstrukcí 2 a pomocnou konstrukcí 3.

Čidla 6 polohy připojovacích bodů spojovacího prvku 4 jsou součástí zařízení, případně je možné použít externích měřicích prvků pro stanovení poloh připojovacích bodů spojovacího prvku 4.

Rám £, ke kterému jsou připevněny konstrukce 2, 3 může být případně pohyblivý, např. při unášivém pohybu.

Obr. 2 znázorňuje příklad základní konstrukce 2 a pomocné konstrukce 3 ve formě nosníků, obr. 3 znázorňuje vytvoření pomocné konstrukce 3 uspořádané uvnitř trubkovité základní konstrukce 2, kdy propojení mezi nosnou konstrukcí 2 a pomocnou konstrukcí 3 je představováno prvkem 5 řízené tuhosti. Prvek 5 řízené tuhosti je prvek, který může měnit svoji tuhost, např. zapojováním nebo vypojováním pružných elementů. Obdobně je možné využít spojovacího prvku ve formě aktuátoru řízeného tlumení, například hydraulický tlumič s proměnlivým škrtícím otvorem.

Na obr. 4 je pak znázorněno obdobné provedení nosné konstrukce 2 a pomocné konstrukce 3 s tím, že obě, např. paralelní konstrukce 2, 3 probíhají v prostoru nepravidelně, přičemž je pro docílení změny tuhosti použito více spojovacích prvků 4 v různých místech připojení.

Obdobně nepravidelný průběh nosné konstrukce 2 a pomocné konstrukce 3 je patrný na obr. 7, kdy nosná i pomocná konstrukce 2, 3 mohou být větveny, mohou obsahovat smyčky a mohou být rovinné nebo prostorové.

Při potřebě změny, resp. zvýšení tuhosti základní nosné konstrukce 2 se vytvoří pomocná konstrukce 3, obě konstrukce 2, 3, se mezi sebou spojí alespoň jedním spojovacím prvkem 4 s řízenými vlastnostmi, následně se stanoví poloha připojovacích bodů spojovacího prvku 4 vůči rámu £, podle deformace základní nosné konstrukce 2 zjištěné na podkladě měření změny polohy připojovacích bodů spojovacího prvku 4 vůči rámu £ se stanoví potřebný silový účinek, kterým se působí prostřednictvím spojovacího prvku 4 na základní nosnou konstrukci 2 pro změnu její tuhosti.

Změna polohy připojovacích bodů spojovacího prvku 4 vůči rámu £ je stanovena měřením polohy připojovacích bodů s nosnou konstrukcí 2 vůči rámu a s pomocnou konstrukcí 3 vůči rámu £ (obr. 5), případně měřením polohy připojovacích bodů spojovacího prvku 4 buď s nosnou konstrukcí 2, nebo pomocnou konstrukcí 3 a měřením vzájemné polohy připojovacích bodů spojovacích prvků na nosnou konstrukci 2 a na souběžnou pomocnou konstrukci 3 (obr. 6).

Deformace v sobě obecně zahrnuje pohyb obou konstrukcí 2, 3 vůči rámu £. Stanovení polohy připojovacích bodů spojovacího prvku 4 lze tedy stanovit rovněž na základě pohybu konstrukcí 2, 3, přičemž za tímto účelem mohou být měřeny jakékoliv veličiny pohybu, např. rychlost nebo zrychlení.

-3CZ 304667 B6

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob změny tuhosti základní nosné konstrukce připevněné k rámu, vyznačený tím, že vytvoříme s rámem spojenou pomocnou konstrukci k základní nosné konstrukci, obě konstrukce spojíme mezi sebou alespoň jedním spojovacím prvkem s řízenými vlastnostmi, stanovíme polohu připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu, podle deformace základní nosné konstrukce zjištěné na podkladě měření změny polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu stanovíme potřebný silový účinek, kterým působíme prostřednictvím spojovacího prvku na základní nosnou konstrukci pro změnu její tuhosti.

2. Způsob změny tuhosti nosné konstrukce podle nároku 1, vyznačený tím, že změna polohy připojovacích bodů spojovacího prvku vůči rámu je stanovena měřením polohy připojovacích bodů s nosnou konstrukcí vůči rámu a s pomocnou konstrukcí vůči rámu, případně měřením polohy připojovacích bodů spojovacího prvku buď s nosnou konstrukcí, nebo s pomocnou konstrukcí, a měřením vzájemné polohy připojovacích bodů spojovacích prvků na nosnou konstrukci a na souběžnou pomocnou konstrukci.

3. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle způsobu uvedeného v nároku 1, vyznačené tím, že souběžně se základní nosnou konstrukcí (2) je uspořádána pomocná konstrukce (3), která je s nosnou konstrukcí (2) spojena alespoň jedním spojovacím prvkem (4) s řízenými vlastnostmi, přičemž obě konstrukce (2, 3) jsou připevněny k rámu (1).

4. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle nároku 3, vyznačené tím, že spojovacím prvkem (4) je aktuátor řízeného zdroje síly.

5. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle nároku 3, vyznačené tím, že spojovacím prvkem (4) je aktuátor řízeného tlumení.

6. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle nároku 3, vyznačené tím, že spojovacím prvkem (4) je aktuátor řízené tuhosti.

7. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že je opatřeno čidly (6) polohy připojovacích bodů spojovacího prvku (4)·

8. Zařízení pro změnu tuhosti nosné konstrukce podle některého z předešlých nároků, vyznačené tím, že pomocná konstrukce (3) je paralelní s nosnou konstrukcí (2).

3 výkresy

-4CZ 304667 B6