專利名稱：曲面柔性支撐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型物體作業(yè)的支撐方法，尤其是大型船舶船體曲面分段制造中曲面鋼板的支撐。
背景技術(shù)：
目前，類似曲面的支撐在被支撐體剛度較好的情況下采用3點(diǎn)支撐最為簡單易行，對(duì)于大面積曲面鋼板，其長寬尺寸遠(yuǎn)大于厚度，3點(diǎn)支撐變形較大，多采用多點(diǎn)支撐，支撐點(diǎn)的高度調(diào)節(jié)采用手工調(diào)節(jié)，很不方便，已公開的《多點(diǎn)浮動(dòng)式柔性支撐裝置》(CN2011101072535)發(fā)明申請(qǐng)是一種操作相對(duì)較方便的支撐，但因支柱浮力所限僅適合較輕物體的支撐，其使用面較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用液壓支柱(下或稱液壓缸)組成陣列，將陣列液壓支柱進(jìn)行分區(qū)，以3點(diǎn)支撐可得到靜平衡的原理，對(duì)可支撐范圍內(nèi)的液壓支柱依三點(diǎn)支撐的原理進(jìn)行區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有液壓缸的承載工作腔通過管路相互連通，分區(qū)之間管路不通。同一區(qū)域內(nèi)的液壓缸通過管路連通后，在連通管路密閉的情況下，連通的液壓缸工作腔總?cè)莘e不因載荷變化而發(fā)生變化，各液壓缸的伸長以受到作用力為止，作用力的大小取決于作用面積，無論作用面積大小，當(dāng)區(qū)域內(nèi)液壓支柱支撐重物而承受載荷時(shí)，其全部液壓支柱抵住重物時(shí)壓力方可建立，所以所有液壓缸均是伸出的，且以抵住被支撐物為目標(biāo)，當(dāng)作用力合力與被支撐物重心不合時(shí)，將會(huì)顛覆。為達(dá)到均載的目的，液壓缸的作用面積應(yīng)該是一致的。同一區(qū)域的液壓缸在支撐重物時(shí)，其姿態(tài)可以隨外力改變，如同蹺蹺板，兩人坐在蹺蹺板上，當(dāng)兩人均不出力時(shí)，蹺蹺板的姿態(tài)取決于重心位置，當(dāng)其中一人蹬到地面時(shí)，蹺蹺板的姿態(tài)取決于蹬地的力?；蛘呖梢岳斫鉃?，一個(gè)區(qū)域中連通的支柱，雖然對(duì)被支撐物體是多點(diǎn)支撐但其對(duì)地卻好似一個(gè)大球鉸，這就是“依三點(diǎn)支撐”中的一個(gè)點(diǎn)(下稱合支點(diǎn))，如此獨(dú)立的3個(gè)分區(qū)好似3點(diǎn)支撐。改變區(qū)域中液壓缸的總?cè)莘e可以改變合支點(diǎn)的支撐高度，分別調(diào)整3個(gè)區(qū)域的總?cè)莘e，可以調(diào)整被支撐物體的姿態(tài)，以下把這種依三點(diǎn)支撐的原理劃分的區(qū)域稱作作用區(qū)。對(duì)于大型船舶船體分段制造中兩塊曲面鋼板拼焊時(shí)，兩塊鋼板分別采用上述方法支撐，其組成的油缸陣列大于兩塊鋼板的支撐面積，作為柔性制造單元，要求總面積能夠覆蓋一定的范圍，對(duì)于不同大小不同曲率的板均需分別支撐后使對(duì)接邊對(duì)齊以便于施焊，為達(dá)到此目的，將陣列支柱似羽毛球場(chǎng)地般分成6個(gè)作用區(qū)，中界線將整個(gè)陣列分成了兩個(gè)工作區(qū)，分別支撐兩塊曲面鋼板，每個(gè)工作區(qū)分成3個(gè)作用區(qū)，距中界線較近的一個(gè)區(qū)為“球場(chǎng)中線”上的一個(gè)合支點(diǎn)，距離中界線較遠(yuǎn)的兩個(gè)區(qū)分立在“球場(chǎng)中線”的兩側(cè)，船體的長度方向與中界線平行，寬度方向與“球場(chǎng)中線”平行，分別調(diào)整“后區(qū)(球場(chǎng)術(shù)語)”兩個(gè)合支點(diǎn)的支撐高度(液壓缸總?cè)莘e)，可以調(diào)整鋼板的俯仰(相對(duì)船體而言)，調(diào)整“前區(qū)”合支點(diǎn)的支撐高度(液壓缸總?cè)莘e)，可以調(diào)整鋼板的側(cè)傾(相對(duì)船體而言)程度。所以將調(diào)整俯仰的兩個(gè)區(qū)放在后區(qū)，原因是船體的側(cè)舷板在后區(qū)，側(cè)舷板在投影面內(nèi)的單位重量大于中間部位，鋼板的重心偏向后區(qū)，距離重心較近的位置調(diào)整俯仰對(duì)于依靠自重放置在支撐上的物體來說是必要的，遠(yuǎn)離重心或許會(huì)調(diào)整時(shí)由于摩擦力的緣故使未調(diào)成“俯仰”而調(diào)成“側(cè)傾”。對(duì)于不同大小的鋼板，支撐面會(huì)發(fā)生變化，仍以羽毛球場(chǎng)地劃區(qū)，可支撐面積如同單打邊界線和雙打后發(fā)球線所包圍的區(qū)域，可支撐面內(nèi)的區(qū)域劃分為6個(gè)作用區(qū)，可支撐面外區(qū)域內(nèi)的液壓缸可全部縮回。區(qū)域劃分采用液 壓控制閥實(shí)現(xiàn)，為適用不同的大小，其中界線和支撐面的邊界均可能會(huì)需要調(diào)整，采用6路控制閥按需分別與6組連通管道連接使液壓缸有選擇的投入6個(gè)作用區(qū)中的一個(gè)，其組合最方便也最具柔性，所謂連通管道是指通向各缸的液壓通路間連通的管道，其壓力相等，連接通道分為兩種，一種是用于控制油缸上升或下降的等壓回路稱作控制回路，其回路連同液壓缸工作腔總?cè)莘e在液壓缸動(dòng)作時(shí)是變化的，一種是使液壓缸間連通后無論連通其中的液壓缸行程如何變化其回路連同液壓缸工作腔總?cè)莘e不變，這樣的回路稱作連通器。但從實(shí)際出發(fā)，大可不必，對(duì)于兩塊鋼板對(duì)接，以中界線為界的兩個(gè)工作區(qū)，每個(gè)工作區(qū)的后區(qū)總在其所處的場(chǎng)區(qū)內(nèi)，不會(huì)有機(jī)會(huì)到對(duì)方場(chǎng)區(qū)中，因此，后區(qū)的兩個(gè)區(qū)不會(huì)跨界，而對(duì)于前區(qū)只要中界線在一定范圍內(nèi)可調(diào)整即可滿足需求，過大將失去實(shí)用價(jià)值。中界線的調(diào)整，可采用將中界線附近的連通管路可選擇的分別連接到兩個(gè)分區(qū)的前區(qū)連通器中的方法實(shí)現(xiàn)。如此這般，可在每個(gè)液壓缸的下方設(shè)置5個(gè)液壓控制通路(前區(qū)、左后區(qū)、右后區(qū)、上升控制、下降控制)，采用5路控制閥控制液壓缸分別與5個(gè)功能通路中的一個(gè)連通，或全部不通(鎖定)。各缸相同功能通路間按照一定的規(guī)則連通中界線附近液壓缸下方的前區(qū)管路為半連通器，所謂半連通器指的是同一列中液壓缸的控制通路連通至同一管路，相鄰列間管路不直接連通，每列管路(即半連通器)可通過2位3通閥切換到不同的前區(qū)連通器中；其余液壓缸的各相同功能通路均相互連通，構(gòu)成5組連通回路，其中3組為連通器，2組為控制回路。采用本方法連接組成的區(qū)域不僅僅似羽毛球場(chǎng)地，也可以似兩個(gè)并列的品字或羽毛球前后區(qū)互換等等，只是似羽毛球場(chǎng)地劃分區(qū)域是較好的一種區(qū)域劃分方法。上升控制用于在調(diào)整姿態(tài)時(shí)需要投入新的液壓支柱時(shí)使用，投入新的液壓缸時(shí)，需要先使液壓缸抵住被支撐物，然后在投入其劃分作用區(qū)中，以避免直接投入使連通器中壓力突然失壓跳變。下降控制用于使可支撐面外的液壓缸收回。鎖定控制可以使部分油缸暫時(shí)脫離控制，這部分油缸在脫離控制時(shí)或可承受更高的壓力或可承擔(dān)安全保護(hù)的作用(耐壓允許的話)。本發(fā)明因區(qū)域連通可使區(qū)域內(nèi)支撐點(diǎn)的受力一致(均載)，作用區(qū)的投入與退出切換方便，可適應(yīng)不同大小，作用去的邊界可任意調(diào)整，可適用不同曲率，可調(diào)整各種姿態(tài)，具有較好的柔性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖I是2自由度擺動(dòng)平臺(tái)圖片，為3點(diǎn)支撐的一個(gè)例子圖2是多液壓缸連通后的合支點(diǎn)示意3是陣列液壓支柱分區(qū)平面布置示意4是液壓支柱分區(qū)切換原理圖
圖5是中線附近液壓支柱分區(qū)切換原理中代號(hào)表示如下F1-1#工作區(qū)前區(qū)連通器，F(xiàn)2-2#工作區(qū)前區(qū)連通器，F(xiàn)-前區(qū)半連通器，BL-后左區(qū)連通器，BR-后右區(qū)連通器，U-上升控制連通器，D-下降控制連通器
具體實(shí)施例方式中線不同于中界線，中線為整個(gè)陣列的幾何中軸線，矩形陣列的幾何中線有2條，相互間垂直，特意強(qiáng)調(diào)的“球場(chǎng)中線”指左右發(fā)球區(qū)之間的線，未強(qiáng)調(diào)的中線指球網(wǎng)所處的線，由中線分開的兩個(gè)區(qū)域稱作場(chǎng)區(qū)其大小相等，中界線是兩個(gè)被支撐物之間的分界線，其位置在中線附近可調(diào)整，由中界線分割的區(qū)域?yàn)?個(gè)，稱作工作區(qū)，工作區(qū)包含前區(qū)、后左區(qū)、后右區(qū)，工作區(qū)的大小取決于被支撐物的大小，由連通器連通的區(qū)域稱作作用區(qū)。圖I所示2自由度擺動(dòng)平臺(tái)，為一種應(yīng)用實(shí)例，其3個(gè)支點(diǎn)決定了一個(gè)平面，改變3個(gè)支撐點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)可以獲得兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這一實(shí)例與本案所述的3點(diǎn)支撐原理一致，其中十字聯(lián)軸節(jié)連接的支點(diǎn)，相當(dāng)于總?cè)莘e不變的合支點(diǎn)，另外兩個(gè)支點(diǎn)，相當(dāng)于改變總?cè)莘e的合支點(diǎn)。圖2為兩組下腔通過管路連通的液壓支柱，由連通器連接的液壓缸在支撐重物時(shí)，全部液壓支柱都會(huì)抵住被支撐體，全部由連通器連接的液壓缸對(duì)被支撐物雖然能夠做到多點(diǎn)均載支撐，但其約束作用相當(dāng)于一個(gè)鉸接點(diǎn)，只能約束重力方向，不能夠約束轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其被支撐物體需要借助外力才能達(dá)到平衡，這正是我們所期望的一個(gè)特點(diǎn)。圖中兩組液壓支柱共同支撐被支撐物，相當(dāng)于兩個(gè)鉸支點(diǎn)支撐一個(gè)2維平面圖形，可以看到，兩組液壓缸支撐一個(gè)物體，在液壓缸作用面積一致的情況下，每個(gè)液壓缸以抵住被支撐物為伸出終止長度，當(dāng)改變?nèi)我唤M液壓缸承載工作腔的總?cè)莘e時(shí)，這一組液壓缸的伸出總長度隨之改變，對(duì)應(yīng)的一端或升高或降低，被支撐物的姿態(tài)隨之變化，無論總?cè)莘e如何變化，支撐被支撐物的所有液壓缸的伸出仍然是以抵住被支撐物為終止伸出長度，其伸出長度總和取決于其組內(nèi)總?cè)莘e，每個(gè)液壓缸在調(diào)整過程中載荷不發(fā)生變化。在三維空間中，由連通器連通的液壓支柱陣列相當(dāng)于一個(gè)大球鉸支點(diǎn)，被支撐物還需要空間另外兩組由連通器連通的液壓支柱陣列(或兩個(gè)球鉸支點(diǎn))同時(shí)支撐才能達(dá)到平衡，這樣由連通器連通的3組陣列油缸支撐物體除了如同圖I兩自由度平臺(tái)具備2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度外，還由于3組均可改變總?cè)莘e(即調(diào)整高度和)，具備調(diào)整高度的自由度，或者說3組液壓缸組成了 3維工作臺(tái)(X轉(zhuǎn)動(dòng)、Y轉(zhuǎn)動(dòng)、Z位移)。圖3為同時(shí)支撐兩個(gè)物體進(jìn)行對(duì)接連接的液壓支柱陣列布置和區(qū)域劃分示意圖，劃分的區(qū)域似羽毛球場(chǎng)地，包括中界線、前區(qū)、后左右區(qū)、單打左右邊界線、雙打后發(fā)球線，中間陰影區(qū)域?yàn)槟骋煌庑纬叽绫恢挝锟芍畏秶幱皡^(qū)域以外區(qū)域內(nèi)的液壓支柱在這一被支撐物作業(yè)時(shí)可不投入使用。以中界線為界，兩側(cè)分別支撐2個(gè)物體，每個(gè)物體由3個(gè)分區(qū)液壓支柱支撐，3個(gè)分區(qū)似三足鼎立，分別調(diào)整三個(gè)分區(qū)的液壓缸承載工作腔總?cè)莘e，可調(diào)整被支撐物體的姿態(tài)，用于曲面板拼接，可調(diào)整曲面平滑過渡，調(diào)整對(duì)接邊對(duì)齊，圖中數(shù)字坐標(biāo)表示的為行，字母坐標(biāo)表示的為列。圖4表示的液壓缸通過5路控制閥可分別與3組連通器或2個(gè)控制回路連接，連通器代表區(qū)域或者說由連通器定義作用區(qū)，液壓缸連通到哪個(gè)連通器或哪個(gè)控制回路就劃入了哪個(gè)作用區(qū)或受到某種控制，連通器和控制回路為連通的管道，分布在液壓缸的下方或下端，連通器以整個(gè)陣列的中線為界分成兩個(gè)場(chǎng)區(qū)，場(chǎng)區(qū)間不連通，連通器如圖中的某個(gè)標(biāo)有代號(hào)的管路，在中線同一側(cè)的液壓缸控制管路的標(biāo)有相同代號(hào)的所有管子是相互連通的(中線附近數(shù)列F代號(hào)的管子例外)，控制回路的連接如同連通器，但不分場(chǎng)區(qū)，全部連通。每個(gè)區(qū)有3組連通器(F、BL、BR)，2組控制回路(U、D)。連通器用于連通液壓缸使其成為大球鉸的一個(gè)分子，控制回路用于控制液壓缸，使其上升或下降，每組連通器和控制回路均有通道與液壓缸的控制閥連接，圖中字母U和D表示的管路為整個(gè)液壓支柱陣列的共用控制回路，F(xiàn)、BL、BR為以中線為界兩側(cè)相互獨(dú)立。圖5表示的是一部分處于中線附近的稱作半連通器的連接方法，如圖4所示的3組獨(dú)立的連通器中又有一組連通器(F連通器)是部分連通，這組部分連通的連通器分布在中線附近數(shù)列中，所謂部分連通即相鄰列之間的管路不同，列中各液壓缸間有可連接的連通器，因列間未構(gòu)成連通，所以稱這部分連通器為半連通器，半連通器通過列中的一個(gè)2位 3通換向閥可選擇地連通到中線兩側(cè)中的任-連通器Fl或F2中，連通后構(gòu)成了行列間連通的連通器，這樣做的好處是，可以將兩個(gè)大區(qū)前區(qū)間的中界線位置進(jìn)行調(diào)整，已達(dá)到適合一大一小兩塊板拼裝的目的。
權(quán)利要求
1.一種支撐方法，尤其是曲面的支撐，采用陣列支柱多點(diǎn)支撐，支柱采用液壓缸調(diào)整高度，其特征在于陣列中的液壓缸分3個(gè)區(qū)，一個(gè)分區(qū)中的所有液壓缸的承載工作腔通過管路相互連通，分區(qū)間管路不通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，液壓缸可選擇投入分區(qū)，其特征在于每個(gè)油缸可通過3個(gè)可控的截止閥分別與三個(gè)相互獨(dú)立的管路連接，也可通過一個(gè)可分別控制3路的4通閥分別與三個(gè)相互獨(dú)立的管路連接，或采用2位閥控制3個(gè)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的方法，液壓缸可單獨(dú)控制上升或下降，其特征在于增加2個(gè)可控的截止閥分別與另外兩個(gè)相互獨(dú)立的管路連接，也可通過一個(gè)可分別控制5路的6通閥分別與5個(gè)相互獨(dú)立的管路連接。
4.一種用于對(duì)齊連接兩個(gè)物體時(shí)采用的支撐方法，尤其是兩個(gè)曲面的拼接，其特征是將支柱陣列劃分成6個(gè)區(qū)域，其特征在于分區(qū)似羽毛球場(chǎng)地，以中界分成2個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)支撐一個(gè)物體，每個(gè)大區(qū)分成3個(gè)小區(qū)，共計(jì)6個(gè)小區(qū)，各小區(qū)內(nèi)的所有液壓缸的承載工作腔通過管路相互連通，分區(qū)間管路不通。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和4所述的方法，其特征在于每個(gè)區(qū)可通過獨(dú)立的控制回路控制區(qū)內(nèi)液壓缸承載工作腔總?cè)莘e。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在支撐物體范圍以外的油缸可不與6個(gè)區(qū)中的任何一個(gè)管路連接，與一個(gè)控制下降的管路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于陣列油缸下方的用于承載連通的管路為3路，每個(gè)大區(qū)各有3路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是中界附近區(qū)域陣列油缸下方的用于承載連通的管路可分別通過換向閥切換到2個(gè)獨(dú)立的前區(qū)連通管路中。
全文摘要
本發(fā)明采用液壓支柱組成陣列支撐曲面物體，將陣列液壓支柱進(jìn)行分區(qū)，以3點(diǎn)支撐可得到靜平衡的原理，對(duì)可支撐范圍內(nèi)的液壓支柱依三點(diǎn)支撐的原理進(jìn)行區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有液壓缸的承載工作腔通過管路相互連通。連通后的支柱，雖然對(duì)被支撐物體是多點(diǎn)支撐但其對(duì)地卻好似一個(gè)球鉸，稱合支點(diǎn)，如此獨(dú)立的3個(gè)分區(qū)好似3點(diǎn)支撐。將陣列支柱似羽毛球場(chǎng)地般分成兩個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)分成3個(gè)小區(qū)，分別支撐兩塊曲面鋼板，對(duì)分區(qū)液壓支柱總?cè)莘e進(jìn)行控制可調(diào)整姿態(tài)使對(duì)接邊對(duì)齊。區(qū)域劃分由控制閥控制，可根據(jù)被支撐物大小及其位置進(jìn)行劃分，中、邊界位置可方便調(diào)整。
文檔編號(hào)F15B11/16GK102837144SQ20121015908
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者劉明利, 周曉歡, 李本海 申請(qǐng)人:機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司