本發(fā)明涉及兩個物體或機械組件(一個被稱為“支撐件”且另一個被稱為“負載”)之間的特定連接。支撐的目的是當負載經(jīng)受各種應力、諸如其自身重量時限制其運動。通常在支撐件和負載之間遇到的連接是剛性的或可變形的?？勺冃芜B接大部分是彈性的，即鏈接力取決于連接構(gòu)件的伸長量，因此它們被稱為懸架。例如，當汽車(負載)借助于其車輪(支撐件)在不平坦的地面上移動時，懸掛裝置通過變形允許車輪跟隨地面的不平整，而不會使汽車乘坐過度顛簸。然而，減震器的變形導致懸掛力的變化，并且質(zhì)量仍然先驗地未改變的汽車因此經(jīng)受或多或少的舒適的垂直加速度。然而，由于這些懸掛力提供的彈性回復功能，其變化仍然是必要的，這是懸架的關(guān)鍵功能，其中負載可由于動態(tài)現(xiàn)象而顯著變化。

懸掛問題有所不同的一個領(lǐng)域是浮動海運單元。實際上，當水深對于要設(shè)置在海底上的單元而言太大時，支撐件(船舶或平臺)必然是浮動支撐件，并且因而其經(jīng)歷各種不可控的運動，特別是由于波浪運動造成的升沉。負載可以簡單地從浮子垂掛并伴隨其運動，因此可以由于其慣性或?qū)ζ浯怪边\動的防水性而產(chǎn)生唯一的懸掛力變化。負載也可以或多或少地鏈接到海的底部處的固定點。因此，懸掛力需要盡可能恒定，無論浮子的位置如何，以防對負載的最脆弱元件造成昂貴的損害。因此可以有兩種類型的解決方案：

1.要么操作在時間上受限并且負載不是太大。這是例如當從正在經(jīng)歷大量隆起的船舶在海底上鋪設(shè)幾噸的負載時的情況。最有效的解決方案是提升系統(tǒng)的動態(tài)控制，該提升系統(tǒng)供應或耗散當支撐件移動時將負載維持基本上靜止所需的能量。這因此被稱為“主動補償”，并且當支撐件以米的數(shù)量級進行運動時，負載運動公差性能可以是厘米的數(shù)量級；

2.要么負載非常高，永久或過長的操作時間。因此，對于主動補償所需的能量的成本變得過高。這是將海下井頭連接到浮動平臺持續(xù)10年至20年的垂直管道(立管)，或者將鉆柱部分地鋪設(shè)在由鉆井船鉆井幾天或幾周的井的底部上的情況。被稱為“被動補償”的常規(guī)解決方案在于液壓氣動缸，換句話說，空氣彈簧。這些系統(tǒng)不消耗能量，它們使得能夠進行大的垂直運動(幾米)，它們具有幾乎線性的特性(力-伸長率曲線)，并且它們允許根據(jù)空氣罐的體積和壓力的多種情況。性能在作為運動的函數(shù)的懸掛力的變化中測量，并且它們極大地依賴于在高壓下可用的空氣量。因而，為了補償在經(jīng)受7米到8米的幅度(25英尺)的波浪的船舶上鉆井時300噸的量級的鉆柱，即為了將鉆頭上的重量的變化限制到或多或少總懸掛重量的2％，即大約6噸，需要具有超過40立方米的在200巴的空氣儲備量。

在文獻US-5,520,369(FR-2,575,452)中描述了旨在用于海上鉆井操作的改善的被動補償系統(tǒng)，其中在上述示例中提及的所需空氣體積已經(jīng)通過補充液壓氣動缸的努力的特定幾何形狀的提升系統(tǒng)索道的實現(xiàn)而減少了大約一半。

在實踐中，分配給水下工作的船舶和平臺通常裝備有兩個系統(tǒng)，并且如果需要，則船舶和平臺以補充和同時的方式使用兩個系統(tǒng)。然而，有源系統(tǒng)的有限容量和操作成本激起為無源系統(tǒng)尋求更多的性能和精度。

本發(fā)明的目的是進一步改善該被動補償構(gòu)思并可以擴展其應用領(lǐng)域。

因而，本發(fā)明涉及用于控制負載P的相對運動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括行程C的縱向動作的并且具有兩個端部的至少一個主阻尼裝置，端部中的一個連接到框架且另一個連接到負載。該系統(tǒng)包括包含具有兩個端部的、縱向動作的至少一個次級阻尼裝置的補償設(shè)備，端部中的一個固定到所述框架且另一個端部連接到與負載相連的主阻尼裝置的端部，并且所述次級阻尼裝置以以下方式布置，在行程C的一個點處，次級阻尼裝置在與所述運動的方向正交的方向上具有動作。

縱向動作的阻尼裝置可以具有彈簧氣缸、液壓缸或氣動缸型，或它們的組合。

行程C可以至多對應于所述氣缸的桿的長度。

至少兩個次級阻尼裝置可以相對于所述主阻尼裝置的軸線對稱地布置，使得當至少兩個次級阻尼裝置與運動軸線正交時，其動作彼此抵消。

正交點基本上可以在行程C的中間。

縱向動作的次級阻尼裝置的端部中的一個可以通過鉸接系統(tǒng)連接到與負載相連的主阻尼裝置的端部。

有利地，鉸接系統(tǒng)包括連接桿。

根據(jù)一實施方案，鉸接系統(tǒng)包括第一連接桿和第二連接桿，第一連接桿的一端緊固到與負載相連的主阻尼裝置的端部，第二連接桿包括相對于第一連接桿的第二端的第一鉸接端和相對于框架的第二鉸接端，第一連接桿和第二連接桿之間的鉸接部緊固到與主阻尼裝置連接的次級阻尼裝置的端部。

可替代地，鉸接系統(tǒng)包括第一連接桿和第二連接桿，第一連接桿的一端緊固到連接到負載的主阻尼裝置的端部，第二連接桿包括相對于第一連接桿的第二端的第一鉸接端、相對于框架的鉸接部和緊固到連接到主阻尼裝置的次級阻尼裝置的端部的第二端。

次級阻尼裝置的縱向運動可以在相對于主阻尼裝置的運動方向的固定方向上。

本發(fā)明還涉及浮動支撐升沉補償器，其包括根據(jù)上述的負載運動控制系統(tǒng)。

在補償器中，主阻尼裝置可以由基本上平行于負載的方向的至少兩個轉(zhuǎn)向缸組成。

主阻尼裝置和次級阻尼裝置可以由液壓缸組成。

主阻尼裝置和次級阻尼裝置可以包括用于獨立地調(diào)節(jié)其液壓壓力的獨立的液壓氣動裝置。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將通過閱讀下文通過參考附圖的非限制性示例給出的實施方案的描述變得清楚，其中：

-圖1a-圖1d示意性示出了具有組合的T形壓縮彈簧的被稱為“等力”(isodyne)的補償器，

-圖2a-圖2d示意性示出了具有組合的彈簧和連接桿的“等力”補償器，

-圖3示出了具有3個T形彈簧的等力補償器的響應的示例，

-圖4示出了具有彈簧和連接桿的等力補償器的響應的示例，

-圖5a-圖5c示意性示出了具有處于三個位置的液壓氣動缸的等力補償器，

-圖6示出了具有3個T形彈簧的液壓氣動等力補償器的響應的示例，

-圖7a-圖7c示出了具有組合的氣缸和連接桿的等力補償器，

-圖8示出了具有用于不同負載情況的3個T形氣缸的氣動等力補償器的理論行為，

-圖9示出了具有組合的氣缸和連接桿的氣動等力補償器的理論行為，

-圖10示出了具有用于不同負載情況的氣缸和連接桿的氣動等力補償器的理論行為，

-圖11a、圖11b和圖11c示意性示出了液壓氣動等力補償器在浮動支撐件上的提升系統(tǒng)的應用，

-圖12a、圖12b、圖12c和圖12d示意性示出了具有包括兩個連接桿的鉸接系統(tǒng)的所謂“等力”補償器，

-圖13a、圖13b、圖13c和圖13d示意性示出了具有包括兩個連接桿的鉸接系統(tǒng)的所謂“等力”補償器的變型實施方案，

-圖14示出了包括兩個連接桿的鉸接系統(tǒng)的幾何參數(shù)化，

-圖15a至圖15e示出了包括根據(jù)圖13的變型實施方案的“等力”補償器的升沉補償器，

-圖16示出了具有包括根據(jù)圖13的變型實施方案的兩個連接桿的鉸接系統(tǒng)的等力補償器的理論行為，

-圖17示出了包括根據(jù)本發(fā)明的等力補償器的等壓補償器，

-圖18示出了包括根據(jù)本發(fā)明的等力補償器的懸架系統(tǒng)，以及

-圖19示出了對于裝備有“等力”補償器的懸架，作為升力的函數(shù)的行程的不同剛度的曲線。

根據(jù)本發(fā)明，由彈性彈簧產(chǎn)生的力基本上與其變形(偏轉(zhuǎn)量)成比例。因此，其在兩個極端值(最小值和最大值)之間或多或少線性地變化。所尋求的恒定值(設(shè)定點)位于這些極值之間，例如在中間。為了在整個行程(最大-最小)維持相同的設(shè)定點值，需要向主彈簧的力增加互補力或從主彈簧的力減去互補力，該互補力基本上與從對應于設(shè)定點力的位置(這里例如在中點處)偏轉(zhuǎn)的偏差成比例。

由本發(fā)明提供的第一解決方案在于布置一個或多個側(cè)向彈簧，其具有與主彈簧的一端共點(concurrent)的軸線，并且垂直于該主彈簧的軸線用于設(shè)定點值。此類補償?shù)脑砜梢杂脠D1中描述的示例更好地理解。四個圖1a、1b、1c和1d示出了在移動點M的四個位置中的設(shè)備。圖1b被稱為設(shè)定點圖，其中沒有來自側(cè)向的輔助彈簧或次級彈簧的合力作用在點M上。主彈簧施加力Fp₀。在說明書的其余部分和所有描述的實施方案中，術(shù)語“彈簧”表示阻尼裝置，其可以采取彈簧氣缸、液壓缸、氣動缸或類似系統(tǒng)，或此類氣缸的組合的形式。

當主壓縮彈簧1被壓縮到其最小長度Lp_最小時，主壓縮彈簧1提供力Fp_最大(圖1a)，并且當它被擴張到其最大長度Lp_最大時提供力Fp_最小(圖1d)。在行程C的中途，力的值是設(shè)定點值Fp₀(圖1b)。圖1c示出了在由值x指示的行程的任何點處的操作，并且該力由下式評估：

F_p＝F_p0-K_px

其中K_p是主彈簧的剛度。

被稱為次級的兩個相同的壓縮彈簧2、3對稱地布置在主彈簧軸線的兩側(cè)。它們具有鉸接在主彈簧1的移動端M上的公共移動端，并且它們的固定端4、5鉸接在與主彈簧相同的支承結(jié)構(gòu)上。這些彈簧沿著與主彈簧的軸線垂直的軸線、在其行程的中途以距離B對準(圖1b)。對于所有其它位置，它們的力的合力的垂直分量加到主彈簧的力，用于行程的上半部，并從主彈簧的力中扣除，用于行程的下半部。使用與主彈簧的符號類似的符號，然后我們可以寫出：

F_s＝F_s最大-K_s(L_s-L_s最小)

其中：

合力P或系統(tǒng)的升力被寫為如下：

P＝F_p+2F_ssinα

其中：

即最終：

因此，“等力”補償(即在恒力下)相當于選擇允許如果不是滿足以下等式，則至少在行程的最大可能部分上最小化以下等式第一項的量和參數(shù)。

在實踐中，強加了彈簧的特性。然而，仍然可以向其添加可調(diào)節(jié)長度的延伸部或連接部，或者將它們串聯(lián)或并聯(lián)組合。變量x受主彈簧的行程限制，并且量B決定次級彈簧的傾斜度。

確定參數(shù)集的方法可以是使用計算機模型的優(yōu)化，其允許在快速查看結(jié)果時探索大量組合。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以改變次級彈簧的數(shù)量或布置，例如通過機械引導件來承受它們的力的水平分量。

從機械上相當接近的第二解決方案在于，在主彈簧的移動端M和次級彈簧S1和S2(圖2a)的移動端之間插入鉸接的連接桿。然后，為了平衡各個力，需要通過適當引導件(垂直于主彈簧軸線)來承受連接桿小端的力。圖2a-圖2d示出了該解決方案，其中次級或輔助彈簧相對于與主彈簧軸線正交的方向不傾斜，但總是通過長度L_b的連接桿6、7的動作和適當?shù)囊龑Ъ刂嗤妮S線壓縮和擴張。

彈簧的力被寫為如下：

F_p＝F_p0-K_px

F_s＝F_s最大-K_s(L_s-L_s最小)

其中：

連接桿的平衡意味著其壓縮Fb的水平Fb_h分量和垂直Fb_v分量通過下式相關(guān)：

F_bv＝F_bh tgα

其中Lb為連接桿的長度：

并且在行程的任何點處：

F_bh＝F_s

且：

P＝F_p+2F_bv

然后對于升力P的表達被寫為如下：

“等力”補償在行程的最大可能部分上相當于滿足等式：

對于x非零，后者等式可以簡化為：

因而，看起來至少在靜態(tài)域中存在至少一個“理想”補償解決方案：它是任何集的量和參數(shù)，諸如：

和

這將在整個行程上提供理論上理想的等力補償。

在該實施方式中，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變次級彈簧的數(shù)量或布置，例如通過用定位在兩個連接桿小端之間的拉伸彈簧代替兩個對抗的壓縮彈簧并產(chǎn)生相同的力。

從機械上比較接近第二解決方案的第三解決方案在于，在主彈簧的移動端M和次級彈簧S1和S2的移動端之間插入鉸接系統(tǒng)(圖12a)。根據(jù)圖12a至圖12d所示的實施方案，每個鉸接系統(tǒng)包括分別相對于彼此鉸接的兩個連接桿8和9以及10和11。第一連接桿9(或11分別)包括緊固到與負載相連的主彈簧1的端部的一端和相對于第二桿8(或10)的第一端的第二鉸接端。第二連接桿8(或10)包括相對于第一桿的第二端的鉸接端和相對于框架的第二鉸接端13(或15)。鏈接到主彈簧的次級彈簧2(或3)的端部緊固到第一連接桿9(或11)和第二桿8(或10)之間的鉸接部12(或14)。該解決方案的主彈簧1和次級彈簧2相對于框架布置和安裝，與它們在第一和第二解決方案中的布置和組裝相同。圖12a-圖12d示出了該解決方案，其中次級或輔助彈簧相對于與主彈簧軸線正交的方向不傾斜，但是它們總是通過長度L_b的連接桿8、9、10和11的動作和適當?shù)囊龑Ъ刂嗤妮S線壓縮和擴張。

對于該第三解決方案，鉸接的連接桿系統(tǒng)更輕且更容易構(gòu)建。桿小端的軌跡是圓的弧，并且由次級彈簧施加的力的施加點可以移動或用作杠桿，以減小組件的尺寸或降低組件的重心。

在該實施方式中，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變次級彈簧的數(shù)量或布置，例如通過用定位在兩個連接桿小端之間的拉伸彈簧代替兩個對抗的壓縮彈簧并產(chǎn)生相同的力。

從機械上比較接近第三解決方案的第四解決方案在于，在主彈簧的移動端M和次級彈簧S1和S2的移動端之間插入鉸接系統(tǒng)(圖13a)。根據(jù)圖13a至圖13d所示的實施方案，每個鉸接系統(tǒng)包括分別相對于彼此鉸接的兩個連接桿8和9以及10和11。第一連接桿9(或11分別)包括緊固到與負載相連的主彈簧1的端部的一端和相對于第二桿8(或10)的第一端的第二鉸接端。第二連接桿8(或10)包括相對于第一桿的第二端的鉸接端、相對于框架的鉸接部13(或15)和緊固到次級彈簧2(或3)的第二端。鉸接部13(或15)不對應于桿8(或10)的端部，并且鉸接部13(或15)定位在兩個端部之間。該解決方案的主彈簧1和次級彈簧2相對于框架布置和安裝，與它們在第一和第二解決方案中的布置和組裝相同。圖13a-圖13d示出了該解決方案，其中次級(或輔助)彈簧相對于與主彈簧軸線正交的方向不傾斜，但是它們總是通過長度L_b的連接桿8、9、10和11的動作和適當?shù)囊龑Ъ刂嗤妮S線壓縮和擴張。

對于該第四解決方案，鉸接的連接桿系統(tǒng)更輕且更容易構(gòu)建。桿小端的軌跡是圓的弧，并且由次級彈簧施加的力的施加點可以移動或用作杠桿以減小組件的尺寸或降低組件的重心。

在該實施方式中，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變次級彈簧的數(shù)量或布置，例如通過用定位在兩個連接桿小端之間的拉伸彈簧代替兩個對抗的壓縮彈簧并產(chǎn)生相同的力。例如，人們可以考慮將兩個對稱的連接桿小端與橫向拉伸彈簧連接，從而在第一連接桿9和11中產(chǎn)生期望的壓縮。此類拉伸彈簧的端部可以在第一桿和第二桿上的任何地方，只要它們關(guān)于垂直軸線對稱。根據(jù)另一示例，次級壓縮彈簧可以用鏈接第二桿的第二端的單個彈簧代替。根據(jù)另一變型實施方案，線性次級彈簧可以用拉伸彈簧或彎曲彈簧或棒來代替，從而控制桿繞框架周圍的鉸接部的旋轉(zhuǎn)。

對于第三和第四解決方案，關(guān)于前兩個解和根據(jù)圖14的幾何參數(shù)化可執(zhí)行力的計算。圖14對應于圖13a-圖13d的解。主彈簧的力是：F_p＝F_p0-K_px，其中Fp₀是中點處的標稱力，并且Kp是剛度。

由次級彈簧在點B處產(chǎn)生的力F_s的水平分量F_sh在兩個連接桿的鉸接點12或14處提供相反的水平力強度其中n是第二桿8或10與框架和次級彈簧之間的鉸接部的長度，并且m是第二桿8或10與框架和第一桿9或11的鉸接部之間的長度。連接到負載的主彈簧端被限制為垂直線，該力引起桿BC的壓縮。根據(jù)點C的位置，并且因此根據(jù)桿BC相對于水平的傾斜度，該互補力被向上或向下引導，或者當桿BC是水平時，該互補力為零。

對于C的每個位置的互補力的計算分別基于三角形ABC和APT的解，通過廣義的畢達哥拉斯定理或余弦定律，提供角度α和θ的值以及長度PT允許力F_s是已知的。

如果我們首先提出：和AC²＝h²+e²，我們可以寫出以下等式：

和

并且最后：

F_s＝F_s最大-K_s(PT-PT_最小)

其中：

·Fs_最大是次級彈簧的最大壓縮，其對應于長度PT的最小PT_最小，即當連接桿BC是水平時，

·K_s是次級彈簧的剛度。

因而，垂直互補力為：

最終，系統(tǒng)的總升力通過將主彈簧的力加到由此計算出的互補力來獲得：

F＝F_p+F_sv

實施例：

1：帶有3個T形彈簧的補償器：

通過根據(jù)圖1a-圖1d的布局布置市售彈簧，可以對設(shè)備的行為進行建模。為本實施例選擇的(壓縮)彈簧具有以下特性：

主彈簧

中等彈簧Olma T2 56 90 500

側(cè)向彈簧

輕彈簧Olma T2bis 56 84 400

指數(shù)a、b和c分別表征每個彈簧的行程的50％、63％和80％的值。圖1a中的距離B是次級彈簧的最小長度L_s最小和表示桿端與軸承的值E的總和(這里分別為177mm和76mm，即對于B為253mm)。

對于500daN(單位：十牛)的主彈簧上對應于其偏轉(zhuǎn)量的一半的標稱負載(Fp₀，設(shè)定點)，圖3的圖表示出了設(shè)備的行為。曲線CS示出了設(shè)定點，曲線RPS是單個主彈簧的響應，并且曲線RC是根據(jù)圖1a-圖1d的補償?shù)捻憫?。在行程C的寬的中心范圍(即大約100mm)上，升力F在大約500daN(單位：十牛)處幾乎恒定。在行程的端部，系統(tǒng)示出了小的剛度，從而提供約100daN(單位：十牛)的最小彈性回復。作為抗振過濾器或甚至抗震過濾器的應用可以證明是有趣的。

2：帶有彈簧和連接桿的補償器(圖2a-圖2d)：

使用與上述實施例中相同的主彈簧和根據(jù)圖2a-圖2d的構(gòu)造的與176mm長的鉸接連接桿相關(guān)聯(lián)的較輕的側(cè)向彈簧，獲得以下行為：

側(cè)向彈簧

輕彈簧Olma T2bis 45 68 250

其中在圖4中可以觀察到改善的效果，因為在500daN(單位：十牛)的恒定負載F下的行程已經(jīng)從100mm(圖3)增加到150mm。

另一方面，“理想”補償更難以僅從目錄特性獲得。對于“定制”彈簧，將可以更容易地更接近它，特別是只要剛度值在整個行程中仍然恒定并且它們不隨時間改變。

3：帶有氣動缸或液壓氣動缸的補償器(圖5a-圖5c)：

目錄或甚至定制彈簧的缺點是限于單一且比較窄的負載范圍。另一方面，氣動缸或液壓氣動缸可以通過簡單的壓力調(diào)節(jié)有利地適應于負載，并通過變化氣缸中的體積變化與系統(tǒng)連接到的氣體的總體積的比率來獲得剛度。由于其通常是壓縮空氣，其不是相當理想的氣體，通常容許用于相關(guān)壓力P與體積V的公式為：

P.V^γ＝常數(shù)

其中空氣：γ＝1.4。

因此，氣動缸的響應不像螺旋彈簧的響應那樣是線性的。其“剛度”沿行程略微變化。

圖5a-圖5c的布局是通過用此類氣缸代替圖1a-圖1d的彈簧而獲得的。次級或輔助氣缸連接到液壓回路P₂V₂，主氣缸連接到第二回路P₁V₁。因而，液壓壓力設(shè)置是獨立的。

實施例基于由于波浪運動引起的波動的升沉的應用。下表給出了單元的主要尺寸：

最大負載為454噸(1百萬磅：1000Klbs或Kips(Klbs/Kips為單位：千磅))，并且7.62m(25ft(單位：英尺))的最大行程對應于該類型的氣缸的常規(guī)長度。存在2個主氣缸(N)和4個次級氣缸(n)。圖6的圖表示出了補償器的行為。曲線CS表示設(shè)定點，曲線VVS表示具有單個主氣缸的響應，并且曲線VC表示具有根據(jù)圖5a-圖5c的補償?shù)捻憫?。整個7.62m長的行程C以454噸下的幾乎恒定的升力行進，最大差值的絕對值為2.623噸，即設(shè)定點值CS的0.58％。

通過變化每個回路的壓力，可以用相同的裝備來補償任何較低負載的情況的升沉，如下表和圖8的圖表所匯總的。

4：帶有氣動缸或液壓氣動缸和連接桿的補償器(圖7a-圖7c)：

圖7a-圖7c的布局是通過用此類液壓氣動缸代替圖2a-圖2d的彈簧而獲得的。

負載情況和行程與前面的實施例相同。下表給出了主要尺寸：

主氣缸桿的直徑已經(jīng)減小了4mm，并且空氣的體積V1顯著地從22.3m³減小至14.9m³，并且V2從5.0m³減少至0.197m³。圖9的圖表示出了補償器的行為。曲線CS表示設(shè)定點，曲線VVS表示具有單個主氣缸的響應，并且曲線VC表示具有根據(jù)圖7a-圖7c的補償?shù)捻憫?。最大差值?.272噸，即設(shè)定點值的0.28％。理論上的理想補償非常接近，但在任何情況下，由于氣動響應的非線性造成它是虛假的。

下面的匯總表和圖10的圖表通過類似地掃描如前面的實施例中的負載情況來獲得。

圖11a、圖11b和圖11c示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備應用于負載提升系統(tǒng)，例如由浮動單元支撐的鉆機。無論浮動支撐件隨著洶涌的移動如何，各種操作，鉆井(在鉆頭上施加恒定重量)、立管拉伸、井口處理，需要控制負載P的移動。將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備并入升沉補償系統(tǒng)中允許控制的優(yōu)化。圖11b示出了在中間行程處的位置，其中通過桿6、7連接到定滑輪的次級氣缸不與主氣缸互補地起作用。圖11a示出了補償系統(tǒng)在上部位置中的位置，其中借助于桿增加由次級氣缸提供的力。圖11c示出了在下部位置中的系統(tǒng)，其中借助于桿減去由次級氣缸提供的力?？紤]到纜索長度保持，通過如現(xiàn)有技術(shù)中的索道，從其中基本上恒定的負載P被懸掛的定滑輪相對于底部實際上仍然靜止。

在圖11a中可以看出，每個主和次級氣缸系統(tǒng)具有獨立的靜壓控制裝置(P2V2和P1V1)。

當然，如上所述，連接桿的使用不是系統(tǒng)的，但是它極大地促進將根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)并入常規(guī)補償器中，例如在文獻US-5,520,369中所述的補償器。

5：帶有氣動缸或液壓氣動缸和連接桿的補償器(圖15a-圖15e)：

將該第四解決方案應用于常規(guī)的海上鉆井船舶或平臺，即使用作用在桅頂處的定滑輪上的繩索絞盤和液壓氣動缸，可以相當簡單地進行。實際上，升沉補償器的鉸接棒系統(tǒng)已經(jīng)用于例如在常規(guī)升沉補償器中在整個行程中保持纜索長度，特別是如文獻US-5,520,369中所述。圖15a至圖15e示出了對于25ft(英尺)長行程(7.62m)(僅液壓氣動回路不是按比例的，圖15a至圖15e示出一半升沉補償器，另一半通過對稱推導)的此類實施方案的原理。圖15a至圖15e示出了主氣缸1和次級氣缸2在升沉補償器的上部滑輪的整個行程C上的移動。

此類系統(tǒng)的升力的計算類似于上面詳細描述的機械彈簧的計算，剛度K_p和K_s由在每個點處通過“多變”公式PV^γ＝常數(shù)計算的氣動等值代替。

與454噸×7.62m(1000千磅×25ft(英尺))的常規(guī)情況有關(guān)系的優(yōu)化導致了表1和圖16的圖表中詳細描述的理論結(jié)果。

表1-實施例5的數(shù)據(jù)

對于圖14和圖15的符號，以及D為主氣缸桿的直徑，NVP為主氣缸的數(shù)量，SP為主氣缸的總截面，d為輔助氣缸桿的直徑，NVA為輔助氣缸的數(shù)量，SA為輔助氣缸的總截面，NP為行進滑輪的滑輪數(shù)量，并且TC為纜索張力。

圖16的圖表示出了補償器的行為。以虛線形式的曲線CS示出了設(shè)定點，曲線VVS是僅具有垂直主氣缸(V1)的響應，曲線LVV是垂直主氣缸的線性(理論)響應，并且以實線形式的曲線VC是具有根據(jù)圖15a-圖15e的補償?shù)捻憫?/p>

與懸掛重量設(shè)定點的最大絕對偏差為1.384噸，即負載的0.305％。因而，如果我們將其與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其最佳結(jié)果相當于在2％或更多的量級上，則該設(shè)備是有效的。

根據(jù)該實施方案的設(shè)備的主要優(yōu)點還在于，在所需的高壓下減少空氣的總體積。最佳的現(xiàn)有實施方案在高壓(210巴)下需要15m³至20m³的空氣，而本實施例僅需要相同量級的壓力的6m³的主體積(V1)和400升用于輔助回路(V2)。

此外，可以注意到，僅在中間行程處主氣缸的升力略低于設(shè)定點值。實際上，這意味著連接桿BC在精確的中點處不是水平的。在主氣缸的零行進處執(zhí)行的最大壓力P1的調(diào)節(jié)未因此受到影響。另一方面，通過水平放置桿BC獲得的壓力P2的最大值稍微高于中間行程值(這里大約0.5巴)，這被認為是開始優(yōu)化的最大值。這個細節(jié)需要在尺寸上考慮。

應用

1.如上所示的各種實施例所述，用于控制負載(根據(jù)上述本發(fā)明的變型實施方案中的任一個)的相對運動的系統(tǒng)(也被稱為“等力”補償器)可以集成在在浮動結(jié)構(gòu)上使用的升沉補償系統(tǒng)。例如，等力補償器可以集成在如文獻US-5,520,369中所述的常規(guī)補償器中。在圖11a-圖11c和圖15a-圖15e中示出了在升沉補償器中的集成的兩個實施例。在升沉補償器中使用根據(jù)本發(fā)明的等力補償器能夠優(yōu)化被動負載運動控制。

對于升沉補償器，框架對應于浮動單元。對于該應用，主阻尼裝置可以由基本上平行于負載的方向(基本上垂直)的至少一個，優(yōu)選至少兩個轉(zhuǎn)向缸組成。此外，在升沉補償器中，主阻尼裝置和次級阻尼裝置可以包括液壓缸。而且，主阻尼裝置和次級阻尼裝置可以包括用于獨立地調(diào)節(jié)其液壓壓力的獨立的液壓氣動裝置。

2.根據(jù)本發(fā)明的運動控制系統(tǒng)(等力補償器)也可以應用于等壓壓力補償器。實際上，需要保護包含可能經(jīng)歷體積變化(熱擴張或收縮、化學反應等)的一種或多種流體的任何不可變形的外殼(殼體、筒、管、回路等)，以防止引起的壓力變化，這些壓力變化都是更大的，因為流體幾乎不可壓縮。

該保護主要在于使外殼與氣體體積連通，該氣體體積比所考慮的并且通過膜或活塞通常與其隔離的流體顯著地更可壓縮，并且因而限制了壓力變化的幅度，以便將所述壓力包含在由外殼可允許的極限內(nèi)。被稱為壓力貯存器的設(shè)備受到氣體體積的限制，氣體體積本身構(gòu)成經(jīng)受與主外殼相同的應力的第二外殼，并且由于該體積需要都是更大的，因為壓力變化幅度是有限的。良好設(shè)計的壓力貯存器防止對外殼的破壞，并且其能夠?qū)⒘黧w保持在其中，但是其尺寸和壓力相關(guān)的管理要求(定期檢查)限制了其使用，特別是在昂貴的或危險流體情況下。然而，該保護在不可控擴張(化學反應失控、火災等)的情況下不是絕對的。

通常使用的另一種類型的保護在于，一達到壓力極限，就通過破裂盤或閥門將外殼打開到外部。此類裝備是對外殼的破壞的絕對保護，但是排出的流體損失了，并且通常由外殼所實現(xiàn)的功能至少需要重新啟動(化學反應器的情況)。因此，該類型的保護優(yōu)選用于便宜的流體(水、空氣等)以及用于在重新啟動之前臨時停止不太過分不利的情況。

本發(fā)明應用于包含可能經(jīng)歷體積變化的一種或多種流體的外殼的保護可以根據(jù)圖17的圖表相當簡單地實現(xiàn)。區(qū)段A的氣缸連接到填充有處于壓力P下的流體的外殼16。在氣缸內(nèi)在一段長度上滑動的密封活塞17將外殼內(nèi)的流體與外部隔開。根據(jù)本發(fā)明的等力補償器將所述活塞17相對于外殼16連接到固定框架。等力補償器可以根據(jù)圖12所示的第三解決方案形成，即具有主彈簧1、次級彈簧2，次級彈簧2通過包括兩個連接桿8和9的鉸接系統(tǒng)鏈接到主彈簧1。因而，由等力補償器施加在活塞上的力幾乎恒定，在外殼內(nèi)存在的壓力P僅僅受到引起活塞在一個方向或另一個方向上移動的內(nèi)部流體的體積變化的非常輕微的影響。此類補償器還可以裝備有允許檢測內(nèi)部流體的任何體積變化的活塞位置傳感器。此類檢測允許例如在沒有任何壓力條件改變的情況下更好地控制外殼內(nèi)的化學反應的演變，或者以非常低的流速識別流體損失或增益。

最終，該設(shè)備還可以用作脈動阻尼器，例如用于活塞泵，或者用作臨時機械能量貯存器。對于后者使用，存儲的能量是活塞位移與裝備傳遞的恒力的乘積。優(yōu)點是在整個活塞行程中具有相同的力，這允許例如利用獨立于貯存器的“填充”水平的油壓來致動液壓馬達。同樣，如果使用相同的液壓馬達(可逆的)作為泵，也在恒定壓力下發(fā)生填充。對于單個壓力優(yōu)化的裝備因而在整個使用范圍上具有最大效率，并且瞬時功率，無論是存儲還是抽出，理論上僅取決于可能的油流速。可以的應用是從車輛恢復制動能量，其中可用瞬時功率容量高于能量本身的總量。

3.根據(jù)本發(fā)明的負載運動控制系統(tǒng)(“等力”補償器)還可以用于車輛懸架系統(tǒng)中。實際上，根據(jù)懸架的兩個主要特性，通過可變形連桿(懸架)從支撐件懸掛的質(zhì)量M對支撐件的脈沖或振蕩做出反應：剛度K，其確定根據(jù)變形幅度所施加的力，以及阻尼系數(shù)C，其確定取決于變形率的附加力。

M和K定義系統(tǒng)的本征頻率或諧振頻率，其寫為：

懸架的主要功能是過濾支撐件的振蕩，對于K選擇最小值，使得本征頻率相對于所述振蕩預期的頻率盡可能低。然而，K必須足以防止懸架達到其停止，例如在高的附加動態(tài)力的情況下。由于通常不可以修改K(螺旋彈簧、橡膠塊等)，所選擇的值是沖突的各約束之間的折衷，并且使大多數(shù)懸架適應于各種支撐應力條件(頻率、動態(tài)效應等)僅通過變化阻尼系數(shù)來實現(xiàn)，其使用液壓回路相對容易調(diào)整，其中流體被迫通過可變區(qū)段的孔口。

本發(fā)明的原理允許相當容易地在懸架的整個行程(沖程)上連續(xù)地調(diào)節(jié)期望的剛度。圖18示出了包括根據(jù)圖13a-圖13d中所示的第四解決方案的等力補償器的車輛懸架。等力補償器布置在車輪19和車輛18的框架(例如車輛的底盤)之間。如圖19所示，可以簡單地通過將桿8的杠桿的長度從零值(無補償)變化到最大值(等力補償)來調(diào)整連接桿9的壓縮，并且因此調(diào)整懸架的整體彈性響應。通過修改杠桿臂和/或行程以及因此例如通過桿8的可調(diào)節(jié)長度Lr來修改次級彈簧2的可能的力的范圍，可以獲得等同的結(jié)果。

圖19示出了示出對于不同厚度K的、根據(jù)以噸為單位的升力F的行程C的變化的幾條曲線。杠桿長度值n與每個剛度K相關(guān)聯(lián)(參見圖14)。這些曲線對應于0.5噸懸掛質(zhì)量和500mm沖程。根據(jù)該實施例，此類設(shè)備的剛度可以設(shè)定在2daN(單位：十牛)/mm(僅主彈簧)和0.001daN(單位：十牛)/mm之間，即大約1克/mm(等力懸架)。可以注意到，只有對應于最大剛度的曲線是直線。其它曲線的輕微變形是由于鉸接棒系統(tǒng)的幾何形狀，其不可接近具有用于連接桿小端的橫向?qū)蚣某跏冀鉀Q方案的平衡。

其它調(diào)節(jié)是可以的，特別是樞軸A和主彈簧行程最小值之間的距離。因此，效果是圍繞可以變化剛度的升力值。直到一定限度，可以使懸架適應中值的±30％的變化。