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理大机械系研发创新抗振结构,应用领域广泛
发布时间:2017-05-09 09:54:28 | 浏览次数:


香港理工大学(理大)机械工程学系成功研发创新的仿生物抗振结构,非线性的结构能大幅减低各类机械系统承受的振动,效能可靠度与成本效益远胜现有工具和设备,因而应用领域非常广泛。

创新的抗振结构乃参照雀鸟昆虫X型的肢体结构的原理,这结构令它们快速走动时仍能抑制振动、维持身体稳定。X型抗振结构同时展示三大优点 : (1) 对任何振动均产生接近「零反应」(近零的低动刚度 /quasi-zero low dynamic stiffness)(2) 高负载能力 (high loading capacity);以及 (3) 在较强振动下阻尼 (damping / 即消耗能量)自动调高,而小幅振动时阻尼自动调低(避免在较弱振动情况下,大阻尼妨碍机械系统的正常运作)。创新的结构能具备这些优越性能,全因其为非线性系统 (nonlinear system),现时市面大多数抗振系统乃按线性系统设计,无法三项优点皆备。因此,理大创新的仿生物结构能广泛应用于各种工程运作与抗振防振设施。

抗振装备助保障工人健康

理大机械工程学系副教授景兴建博士领导研究团队,率先将已取得专利的创新结构,应用于手提钻凿路面工具,团队已获资助、及建筑业界提供的设备与测试支援,着手为钻凿工具设计外置辅助抗振装备。

新装备抗振性能优越,因而能显着预防建筑工人手与臂振动导致的职业病。与目前市面大部份常用的钻凿工具相比,新外置装备能大幅抑制钻凿石屎路面时手与臂承受的振动水平,达到理想的安全范围。此外,新装备的制造及维修保养成本极低,折叠结构设计弹性非常大,可调节配合不同体积、物料的工具,有助大大提升其广泛使用。现时,市面常用的钻凿路面工具售价约港币1,000元,添加理大研发的外置辅助抗振装备,估计额外只需港币1,000 - 2,000元,但性能则大幅优于高质素的主动振动控制工具,后者目前市价约港币10,000 - 40,000元。

理大三科研项目获「2017 TechConnect 全球创新奖」

景博士研发的创新仿生物抗振结构,与理大另外两项科研项目并获「2017 TechConnect全球创新奖」,理大是香港首间大学获颁此奖项,主办机构每年于美国举办

TechConnect 世界创新会议暨博览会」,旨在推动创新科技的发展与商用化,现已成为全球最大型的周年跨界别盛事,云集来自逾70国家超过4,000名科技发明者、企业家、工业伙伴、投资者等。

主办机构每年于提交的创新发明中,只选取最优秀的 20% 颁授奖项,评选主要按创新技术在特定工业领域的潜在影响。今届共颁26 项全球创新奖 (Global Innovation Awards) 予非美国资助的项目,以及60 项国家创新奖 (National Innovation Awards) 予美国国家资金资助的项目。理大是唯一来自香港的得奖者,兼且同时连夺三项全球创新奖。其他得奖者包括世界知名的科研机构,如: 美国太空总署、美国国家实验室、乔治亚理工学院、普林斯顿实验室、加州大学洛杉矶分校、澳洲国立大学等等。理大代表团将于五月中到美国华盛顿领奖,同时于TechConnect 世界创新会议暨博览会展示理大的科研成果。

 

创新抗振结构应用领域广泛

隔振或减振系统分为「被动控制」及 「主动控制 」两类,被动控制包括橡胶垫、机械弹簧、底部隔振等;主动控制则从外部振动源头相反的方向,施加主动控制力,以相同力度抗衡外部振动。一般而言,主动控制系统的抗振效果明显较为优胜;然而,两者相比,被动控制系统的制造、运作与保养成本显着较低,兼且能量消耗低、设计较简单、易于维修、稳定性因而较高,大多数工程操作因此仍然倾向选用被动控制系统。

理大创新的仿生物X型结构兼具被动和主动控制系统的优点,其展示非线性系统的刚度与阻尼特性,能大幅抑制振动及消耗振动能量,因而能非常广泛应用于不同领域,除了理大团队已着手研究应用于钻凿工具外,创新结构的其他应用范畴还包括 : 机械人结构、铁路、车辆制动系统、精密机械仪器、离岸平台、航海及航天工程、各类土木工程结构如建筑物、桥樑等。

 
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