NO762682L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning til styring av vridningsdeformasjonen av en langstrakt del, og særlig styring av delens vridningsstivhet.

Langstrakte deler anvendes ofte under forhold der delene f.eks. skal beveges, slik at det da er behov for deler med liten treghet. Deler som tilfredsstiller dette krav kon-strueres vanligvis slik at de har liten masse slik man får det med hule fagverksbjelker. Selv om massen av materialer som anvendes i slike bjelker er liten i forhold til den stivhet som fremkommer på grunn av geometrien i konstruksjonen når det gjelder trykkpåkjenninger, strekkpåkjenninger og bøyemomenter, vil slike bjelker gi liten motstand mot vridningsdeformasjoner. Der det er.viktig å hindre vridningsdeformasjoner blir bjelken ofte avstivet ved hjelp av ekstra fagverksseksjoner. Slik for-sterkning av en .del vil imidlertid nødvendigvis Øke massen°9derfor tregheten bjelken har med.en verdi som stort sett står i forhold til den motstand mot vridningsdeformasjoner som delen

.yter.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning for styring av vridningsstivheten i en langstrakt del slik at den fører til minst mulig økning av delens treghet og masse.

I henhold til oppfinnelsen omfatter anordningen til styring av vridningsstivheten/en langstrakt del

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning til styring av vridningsdeformasjonen av en langstrakt del, pg særlig styring av delens vridningsstivhet.

Langstrakte deler anvendes ofte under forhold der delene f.eks. skal beveges, slik.at det da er behov for deler med liten treghet. Deler som tilfredsstiller dette krav kon-strueres vanligvis slik at de har liten masse slik man får det med hule fagverksbjelker. Selv om massen av materialer som anvendes i slike bjelker er liten i forhold til den stivhet som fremkommer på grunn av geometrien i konstruksjonen når det gjelder trykkpåkjenninger, strekkpåkjenninger og bøyemomenter, vil slike bjelker gi liten motstand mot vridningsdeformasjoner. Der det er viktig å hindre vridningsdeformasjoner blir bjelken ofte avstivet ved hjelp av ekstra fagyerksseksjoner. Slik for-sterkning av en, del vil imidlertid nødvendigvis øke massen og derfor tregheten bjelken har med en verdi som stort sett står i forhold til den motstand mot vridningsdeformasjoner som delen yter.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning for styring av vridningsstivheten i en langstrakt del slik at den fører til minst mulig økning av delens treghet og masse.

I henhold.til oppfinnelsen omfatter anordningen til styring av vridningsstivheten i en langstrakt del en. dreiemoment-overførende del som er anbrakt koaksialt med den langstrakte dels lengdeakse, o.g har en av sine ender festet til den langstrakte del, mens den annen ende av den dreiemomentoverførende del er i stand til å rotere om sin akse i forhold til den langstrakte del, og anordningen har også utstyr for måling av vrid-

ningsdeformasjonen av den langstrakte del og for frembringelse

av et styresignal som angir retning og størrelse av deformasjonen, og drivanordninger som påvirkes av styresignalet og som utøver et dreiemoment.ved den nevnte annen ende av den dreie-momentoverf ørende del om dennes akse,i en slik retning at den nevnte ene ende av.den langstrakte del bringes til å rotere i forhold til den annen, for å motvirke vridningsdeformasjonen.

Den dreiemomentoverførende del kan strekke seg mellom endene av den langstrakte del. Den kan videre omfatte et sylindrisk rør som ligger inne i den langstrakte del.

Måleanordningen kan omfatte transduktorer med et første parti festet til den langstrakte del. ved den ene ende av den dreiemomentoverførende del, og et andre parti festet til den langstrakte del ved den nevnte andréeende av den'dreiemoment-overførende del for å bli påvirket av rotasjon mellom de to partier til frembringelse ,av et transduktorsignal som angir graden av rotasjon, og måleanordningen kan ha en signalbehandlings-innretning som påvirkes av størrelsen av den målte rotasjon til frembringelse av et styresignal for drivanordningene.

Drivanordningene kan omfatte en rekke fluidumdrevne anordninger med.stempel og sylinder symmetrisk anbrakt rundt omkretsen av den dreiemomentoverførende del, der hver drivanordning er beregnet på å utøve trykk mellom den langstrakte del og den dreiemomentoverførende del for utøvelse av krefter tangensielt på den dreiemomentoverførende del, pg for å bevirke rotasjon av den nevnte ene ende av den dreiemomentoverførende del i forhold til langstrakte del.

Oppfinnelsen går også ut på en fremgangsmåte til styring av vridningsstivheten av en langstrakt del, der det utøves et dreiemoment på en dreiemomentoverførende del som strekker-seg koaksialt med lengdeaksen for den langstrakte del og er festet ved en ende til denne del, idet dreiemomentet utøves på et parti som ikke -er festet til den langstrakte del,for derved å vri det nevnte parti av den dreiemomentoverførende del i forhold til

den langstrakte del og bringe den nevnte ene ende til å dreie seg for å motvirke deformasjonen av den langstrakte del.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvis-ning til tegningene som gjengir en utførelsesform for oppfinnel sen i form' av en leddet bom for kroken på en kran, under hen-visning til tegningene der: Fig. 1, i perspektiv, viser en kran med en leddet bom som holder krankroken i stilling,

fig. 2 viser, i perspektiv, en fagverksbjelke med den vridningsavstivende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 3 viser et koplingsskjerna for anordningens styre-innretninger og

fig. 4(a) til 4(d) viser optiske anordninger for

måling av deformasjonen av bjelken på fig. 2.

Fig. 1 viser en del av en boreplattform 10 med til-førselsskip 11 liggende klar ved et lossested. Plattformen har en kran 12 på dekket 13 for overføring.av last.mellom skip og dekk. Kranen har et hus 14 for vinsjmaskineriet og er svingbart lagret på en søyle 15 for svingning til siden. Huset 14 har også en kranarm 16 som er svingbart lagret for bevegelse i verti-kalplanet, hvilken kranarm har en hovedheisekrok 17 og hjelpe-krokanordning 18, hvilken hjelpekrok 18 er vist hengende i en kabel 19 på fig. 1.

Kranen har også en krokstyring 20,omfattende.en leddet bom av sammenhengende fagverksbjelker 21, 22 og 23. Bjelken 21

er svingbart lagret på kranhuset 24 og kan svinge ievertikal-planet. Bjelken 22 er svingbart forbundet ved 25 til den ende.av bjelken 21 som vender fra kranhuset, og kan beveges i et verti-kalplan styr-t av en hydraulisk drivanordning 26 med stempel og sylinder. Bjelken 23 er svingbart forbundet, ved- 27, til bjelken 22 og kan svinge i et plan perpendikulært på svingeplanet for bjelken 22, styrt av en drivanordning 28 med stempel=og sylinder. Man kan således få hensiktsmessige luffebevegelser av bjelken 21 og innstilling av bjelkene 22 og 23 i forhold til denne, idet den ende 29 av bjelken 23 som vender fra kranen, kan stilles i en hvilken som helst stilling innenfor et bestemt område. Enden 29 av bjelken 23 har en utløsbar låseanordning som kan gripe kroken 18 slik at når kroken senker skipet, kan den styres til det ønskede punkt på skipet ved bevegelse av styreanordningen som er koordinert med skipets bevegelser i forhold til plattformen.

Det er klart at enden 29 av bjelken .23 kan måtte bevege seg hurtig på grunn av bevegelse av kroken 18 med kabelen 19 ved bevegelse av skipet. Av denne.grunn er det ønskelig at bjelkene i bommen har så liten treghet som mulig, noe man kan fåttil ved anvendelse av lettvekts fagverksbjelker.

Som nevnt ovenfor har slike fagverksbjelker liten motstand mot vridningsdeformasjon, mens bevegelsene av krankroken krever at bjelken 23 ofte er ute av planet for bjelken 22 slik at bjelken 21 vil bli utsatt for en vridningsbelastning. Denne vridningsbelastning øker med tregheten av kroken, og eventuell last som henger i kroken når denne påvirkes av bjelken 23.

I henhold til oppfinnelsen er bjelken 21 som er vist

på fig. 2, utstyrt med en anordning til styring av vridningsstivheten. Anordningen omfatter en dreiemomentoverførende del i form av et sylindrisk rør 31 som ligger inne i bjelken og strekker seg i dennes lengde. Sylinderen er koaksial med bjelkens lengdeakse, og de to deler er festet til hverandre ved de ender som vender fra kranen.

Sylinderen 31 er understøttet i bjelken' ved hjelp av anordninger som ikke er vist, og som muliggjør rotasjon av sylinderen i forhold til bjelken, en rotasjon som naturligvis hindres ved at, den ene ende av sylinderen er festet til bjelken.

Hydrauliske drivanordninger 32 med stempel og sylinder sitter på bjelken 21 nær den frie ende av sylinderen 31 og er forbundet med sylinderen for å kunne utøve et dreiemoment på denne, ved hjelp av lineære, ta.ngensielt virkende krefter.

Måleinnretning.en for anordningen omfatter transduktorer med en bærer i form av en stav 33 som er festet til den motstående ende av bjelken med sylinderen og som strekker seg langs bjelkens akse til den frie ende. Staven er understøttet i en brakett 34 som sitter på bjelken, og staven kan rotere ved påvirkning av vridningsdeformasjonen mellom bjelkens ender. Ved braketten bærer staven en forskyvningstransduktor 35, f.eks. en vinkelmåler med rotor forbundet med staven og en stator forbundet med braketten 34. Staven kan også ha'en hastighetstrans-duktor 36 for måling av rotasjonshastigheten av staven. En ytterligere komponent i måleanordningen, nemlig et organ til behandling av signalet, er vist skjematisk på fig. 3. De hydrauliske drivanordninger 32 er forbundet med sylinderen 31 for å kunne vri denne i begge retninger alt etter forskyvningen av transduktorene 35 og 36." Utgangssignalene fra transduktorene, som skyldes vridningsdeformasjon av bjelken, føres gjennom forme- og filtreringskretser 37 til en signalblander 38, der signalene sammenliknes med et referanseinngangssignal som representerer den ønskede grense av vridningsdeformasjon mellom bjelkens ender. Dette referansesignal er normalt null og representerer da null deformasjon. Et feilsignal som frembringes av

- blanderen føres gjennom en forme- og filtreringskrets 39 og en forsterker 40 til.en elektrohydraulisk proporsjonal styreventil 41. Styreventilen tilføres hydraulisk energi gjennom en ledning 42 og styrer den kraft som utøves av de hydrauliske drivanordninger 32 på sylinderen, og det dreiemoment som utøves på denne samt retningen av det utøvede dreiemoment.

Under bruk vil enhever deformasjon som skyldes vridningsbelastning av.bjelken bli angitt med transduktorene 35 og 36. Den hydrauliske 'styreventil 31 bringer drivanordningene 32 til å utøve en kraft som svarer til deformasjonen, på sylinderen 31, slik at de ender av sylinderen ..og bjelken som er forbundet med hverandre vris mot vridningsbelastningen for å redusere deformasjonen. Slik styring kan.oppnås ved anvendelse bare av en forskyvningsføler 35, men dempning av annen orden kan også inn-føres av hastighetsføleren 36, noe som vil eliminere muligheten for at det settes opp svingninger i bjelken på grunn av svingninger i det følende styresystem.

Det skal her påpekes at en sylinder eller den annen

del som er i stand til.å overføre det dreiemoment det er behov for til kontroll av vridningsdeformasjonen av bjelken kan, hvis den er vridningselastisk, gjøres mindre og lettere enn en sylinder eller annen komponent som ikke gir etter under vridningsbelastningen . Vridningselastisistet i sylinderen kan tillates ved at enhver vridning av sylinderen ved overføring av dreiemomentet, kan utliknes ved å øke forskyvningen av den frie ende av sylinderen inntil den festede ende bringer bjelken til-bake til nullrdeformasjon..I .praksis vil elastistiteten eller ettergivenheten i den dreiemomentoverførende del øke når lengden og andre dimensjoner øker. Ved således å tillate elastisitet i sylinderen kan man få til kontroll med bommens vridningsdeformasjon ved valg av hensiktsmessige materialer i sylinderen

og med bare et minimum av økning i vekten og tregheten som bjelken har.

Ved en videreutviklé.tgmåleanordning benyttes det sekundære transistorer 43 og 44 for måling av forskyvning og hastighet, forbundet med den frie ende av sylinderen, som vist på fig.

3. De sekundære transduktorer angir den kraft som utøves av

drivanordningene og den hastighet kraften utøves med på sylinderen, såvel som resultatet av denne utøvelse ved den faststående ende av sylinderen. Dette har den fordel at stabilitetsbetingel-sene for styresystemet forenkles ved at den kraft som utøves på sylinderen kan varieres alt etter hvor nær systemet er et balanse-punkt, samtidig med at sekundære følere opphever behovet for å vite nøyaktig hvorledes sylinderen opptrer overfor vridnings-•kreftene ved tilpasning av signalet fra følerne 35 og 36 til

den kraft som skal utøves av drivanordningene.

I de mekaniske anordninger og signalbehandlingsanord-ninger som er vist på fig. 2 og 3 bevirker de hydrauliske drivanordninger vridning av sylinderen i begge retninger. I stedet for drivanordninger som arbeider i to retninger kan ytterligere drivanordninger (ikke vist) anvendes for å dreie sylinderen i hver av retningene når dreieretningene bestemmes av følerne 35 og 36. Der det er behov for å styre deformasjonen bare i en retning kan enkeltvirkende drivanordninger og en forenklet elektrohydraulisk styreventil anvendes.

Ved de ovenfor beskrevene utførelsesformer benyttes det rettlinjene krefter som fåes fra drivanordningene 32 til utøvelse av et dreiemoment på sylinderen. Dette dreiemoment kan imidlertid også godt settes opp av en roterende drivanordning eller motor (ikke vist), som står koaksialt med sylinderen og som kan drives pneumatisk i stedet for hydraulisk.

Andre endringer i de ovenfor beskrevne utførelsesformer kan gjøres for blant annet å eliminere staven 33 for styreanordningen.

På fig. 4(a) er en lyskilde 45 montert for å sende en lysstråle i eller utenfor det synlige spektrum langs bjelkens lengdeakse. En mottaker 46 er montert nær lyskilden og for-skjøvet fra aksen for å motta lys som reflekteres av en speil-anordning 47 festet til den motstående ende av bjelken. Speilanordningen omfatter to speil 48, 49 som står i 90° vinkel på

hverandre og i 45° vinkel på aksen, slik at enhver vridning av

. speilanordningen om aksen på grunn av vridningsdeformasjon av

bjelken fører til at lysstrålen som faller inn på mottakeren beveger seg i en bue over dennes flate. Det skal påpekes at speilanordningen 47 kan erstattes med et passende prisme.

Som et alternativ kan mottakeren monteres ved den ende av bjelken som vender fra kilden, som vist på fig. 4(b). Mottakeren blir da forskjøvet fra bjelkens rotasjonsakse og kilden likeledes forskjøvet som vist med heltrukne linjer ved 45' eller den blir liggende på aksen som vist med linjen 45", og dermed frembringer en skråttrettet stråle. Relativ rotasjon mellom endene av stålen fører til at lys som faller på mottakeren beveger seg over mottakerens flate.

Mottakeren 46 kan i begge de beskrevne utførelsesformer som vist på fig. 4(c), omfatte en rekke enkeltdetektorer 50 anordnet i bånd eller i en sats over hvilken den innfallende stråle beveger seg for ved påvirkning av en bestemt detektor å angi størrelsen av lysstrålens bevegelse. Som et alternativ kan, som vist på fig. 4(d), mottakeren omfatte en enkel detektor som er hensiktsmessig dekket av en maske bortsett fra en spalte 51, hvis bredde er avpasset til forskyvningsvinkelen slik at styrken på det mottatte lys varierer med deformajons-graden.

Den dreiemomentoverførende del er vist som en huls sylinder, men kan under visse forhold erstattes av en massiv, aksialt lagret stav i stedet for staven 33, for overføring av dreiemomentet når hensiktsmessige materialer står til rådighet.

I é't slikt tilfelle kan måleanordningen for forskyvningen dannes av et omgivende beskyttende rør (svarende til røret 31) eller man kan anvende den fotoelektriske metode som er beskrevet ovenfor, eller man kan ha en viser som stikker ut fra den faste ende av bjelken og frem til måleanordningen ved drivanordningene 32.

Formålet med den ovenfor beskrevne fremgangsmåte er altså å redusere vridningsdeformasjoner til null. Blandekretsen 38 (fig. 3) kan tilføres et referansesignal som avviker fra null, slik at hvis man har en anordning som sørger for kontroll i en retning kan bjelken tillates å bli utsatt for en på forhånd bestemt' størrelse av deformasjon før avstivning av bjelken inn-føres, med styreanordningen, i begge retninger, idet bjelken som forspennes i en på forhånd bestemt deformasjonsgtad.

Claims (14)

1. Anordning til styring av vridningsstivheten i en langstrakt del, karakterisert ved en dreiemoment-overførende del montert koaksialt med lengdeaksen for den langstrakte del og ved en av sine ender festet til denne, mens den annen ende av den dreiemomentoverførende del er i stand til å rotere om sin akse i forhold til den langstrakte del, måle-anordninger som kan måle vridningsdeformasjonen av den langstrakte del for .å frembringe et styresignal som angir deforma-sjonens retning og størrelse, og drivanordninger som påvirkes av styresignalet for å utøve et dreiemoment på den annen ende av den dreiemomentoverførende del om dennes akse i en slik retning av den nevnte ene ende av den. langstrakte del bringes til å rotere i forhold til den annen for å motvirke vridningsdeformasjonen.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den dreiemomentoverførende del strekker seg mellom endene av den langstrakte del.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den dreiemomentoverførende del omfatter et sylindrisk rør som ligger inne i den langstrakte del.

4. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at måleanordningen omfatter transduktoranordninger med et første parti festet til den langstrakte del ved en ende av den dreiemomentoverførende del og et andre parti festet til den langstrakte del ved den nevnte annen ende av den dreiemomentoverførende del, hvilken transduktoranordning påvirkes av rotasjonen mellom de første og andre partier for å frembringe et transduktorsignal som angir graden av rotasjon, og signalbehandlingsinnretninger som påvirkes av størrelsen av den målte rotasjon til.frembringelse av et styresignal for drivanordningen.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved ytterligere transduktoranordninger som er innrettet til å måle hastigheten av den innbyrdes bevegelse mellom endene av den langstrakte del.

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at den første og andre del av transduktoranordningen omfatter en lyskilde og en mottaker for lyset anbrakt ved motstående ender av den langstrakte del, hvilken mottaker er følsom overfor en lysstråle som mottas fra kilden og som forskyves fra lengdeaksen for den langstrakte del, for derved å frembringe transduktorsignalet.

7. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at den første del av måleanordningen omfatter, en lyskilde og en mottaker for lyset, begge anbrakt ved samme ende av den langstrakte del, hvilken kilde er innrettet til å sende en lysstråle langs den langstrakte del til den annen del av måleanordningen som omfatter en reflektor ved den annen ende av den langstrakte del, innrettet til å reflektere lysstrålen slik at den faller på mottakeren for å frembringe transduktorsignalet.

8. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at transduktoranordningen bæres av en av endene av den langstrakte del og er innrettet til å avgi et elektrisk signal som representerer forskyvningsvinkelen mellom de to dréibare deler av transduktoranordningen, der den ene del står fåst i forhold til den langstrakte del på dennes lengdeakse ved den ende der transduktoren befinner seg, mens den annen av delene sitter på en bærer som er festet til og strekker seg ut fra den ende av den langstrakte del som vender fra transduktoren.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at transduktoranordningen omfatter en vinkelmåler.

10. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at transduktoranordningen omfatter en optisk vinkelmåler.

11. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at drivanordningene omfatter en rekke fluidumdrevne sylindre med stempel som er symmetrisk anbrakt rundt omkretsen av den dreie-momentoverf ørende del, der hver drivanordning ér innrettet til å utøve trykk mellom den langstrakte del og,den nevnte annen ende av den dreiemomentoverførende del for utøvelse av krefter tangensielt på den dreiemomentoverførende del, og for å bevirke dreining av den nevnte ene ende av den dreiemomentoverførende del i forhold til den langstrakte del.

12. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at hver drivanordning er innrettet til å utøve de tangensielle krefter i. begge retninger av stempelslaget.

13. Anordning som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningen omfatter signalblandemidler beregnet på å sammenlikne transduktorsignalet eller hvert transduktorsignal med et referansesignal, for å frembringe et feilsignal knyttet til transduktorsignalets avvikelse fra referansesignalet og en elektrohydraulisk proporsjonal styreventil som påvirkes av feilsignalet for å sende fluidum til drivanordningene.

14. Fremgangsmåte til styring av vridningsstivheten i en langstrakte del, karakterisert ved at den ut-øves et dreiemoment på en dreiemomentoverførende del strekker seg koaksialt med lengdeaksen for den langstrakte del, og er festet til en ende av denne, idet dreiemomentet utøves ved en del som ikke er festet til den langstrakte del for å vri den nevnte del av den dreiemomentoverfø rende del i forhold til den langstrakte del og bringe den ene ende til å rotere for å motvirke deformasjon av den langstrakte del.