CN109973578B - 一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置及设计方法 - Google Patents

一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置及设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，包括：主气室承载调节结构，由主气室(8)、胶膜(6)、内膜卡槽结构(5)、上承载盖板(4)以及高度弹簧阀(7)组成，胶膜(6)由高阻尼橡胶材料组成，位于主气室(8)和上承载盖板(4)之间，内膜卡槽结构(5)位于胶膜(6)两侧，上承载盖板(4)位于主气室(8)顶端，高度弹簧阀(7)连接在上承载盖板(4)与主气室(8)之间；附加气室群(2)，包括多组附气室，位于气源***(9)和管路连接***(1)之间；管路连接***(1)，主承载结构与所述附加气室群(2)之间采取分离设计，通过管路连接***(1)外部连接。还公开了相应减振装置的设计方法。

Description

一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置及设计方法
技术领域
本发明涉及减震装置领域，特别是涉及一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置及设计方法。
背景技术
目前，对于高端精密装备承重，一般需设置空气弹簧装置，并采用橡胶空气弹簧减振，但由于高端精密装备逐渐向大空间发展，且承重增大，安装空间有限而无法有效设置空气弹簧，即传统的主辅一体式的AS减振器不能满足有限空间的需求，传统方法具有以下缺陷：
(1)高承载空气弹簧暂无分离式产品，占据空间大。现有空气弹簧由主气室胶囊和辅助气室构成弹簧的弹簧环节，空气的可压缩性实现弹性作用，主气室与辅助气室叠合使空气弹簧高度增加，对于高度有限的安装空间，现有空气弹簧安装困难，难以用于装备承载。
(2)阻尼多气室调节困难。传统空气弹簧由主气室和辅助气室叠合组成，充气过程中辅助气室内气流速度快，导致空气弹簧阻尼高。辅助气室气体通过节流孔传递，需要人工调节节流孔来限制气体流速，但短时间内难以准确调节，上承载盖板因主气室气体流速差异发生振动，对设备产生影响。
发明内容
针对振动控制需求，结合当前高端精密装备逐渐向大型、重型发展，但安装及检修空间有限的现状，本发明提出了一种应用于大型高端精密装备的微振动控制装置及方法，是在传统的振动控制基础上提出的一种主、附气室分离，且多个附加气室可调型高承载空气弹簧装置的减振技术，即气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置及设计方法。
本发明的目的在于提供一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，包括：
主气室承载调节结构，由主气室(8)、胶膜(6)、内膜卡槽结构(5)、上承载盖板(4)以及高度弹簧阀(7)组成，所述主气室(8)为多层高阻尼性气室，所述胶膜(6)由高阻尼橡胶材料组成，位于所述主气室(8)和所述上承载盖板(4)之间，用于主气室承载调节结构的高度调节，所述内膜卡槽结构(5)位于所述胶膜(6)两侧，用于固定所述胶膜(6)以及控制所述胶膜(6)的高度调节，所述上承载盖板(4)位于主气室(8)顶端，由高刚性金属材料组成，用于承载大型高精密设备的竖向力，所述高度弹簧阀(7)连接在所述上承载盖板(4)与所述主气室(8)之间，用于稳定地调节主气室承载调节结构的高度，最终将主气室承载调节结构稳定在一个合理平衡面上；
附加气室群(2)，包括多组附气室，位于所述气源***(9)和所述管路连接***(1)之间，用于贮存气体，调节气压稳定和降低空气流速；
管路连接***(1)，所述主承载结构与所述附加气室群(2)之间采取分离设计，通过管路连接***(1)外部连接，从而使得主气室结构部分的高度降低，管路连接***(1)连接所述气源***9，所述附加气室群(2)通过所述管路连接***(1)为所述主气室(8)送气，气体在到达所述主气室(8)中时速度逐渐趋向稳定，从而缓冲气流。
优选的，所述主气室(8)充气时将与所述多组附气室之间产生压力差，由于多组附气室为弹性体，会发生缓慢变形，缓慢变形过程中，通过调节附气室数量和管道连接方式，逐层对不同气室间气体交换作用进行降速，多组附气室阻尼可调，空气通过主气室节流孔时由于流程阻力而吸收振动能量，衰减振动。
优选的，所述管路连接***(1)为橡胶管道。
优选的，所述主气室(8)的侧向设置一个或多个排气孔，通过弹簧调节高度弹簧阀(7)，当气压足够大时，上承载盖板(4)被顶起，导致所述高度弹簧阀(7)拉起，所述主气室(8)的侧向排气孔打开，气体被排出一部分后，所述上承载盖板(4)下落，排气孔被所述高度弹簧阀(7)密封，如此往复，使整个装置处于一个稳定的高度。
优选的，在多个附加气室之间还设置多个附气室交换管道(3)，多个附气室交换管道(3)数量根据附气室的数量确定，位于两个附气室之间，用于调节气体流速和两个附气室之间的气体输送。
本发明的目的还在于提供一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的设计方法，包括：
步骤一，根据承重计算承载力；
步骤二，计算内膜造型，包括胶膜(6)和内膜卡槽结构；
步骤三，根据额定工作时间设定主气室(8)的内压；
步骤四，根据控制阻尼进行管路连接***(1)的设计，包括管路连接***(1)的长度以及连接方式；
步骤五，设计附加气室群(2)，包括确定多个附加气室的具体数量以及造型；
步骤六，进行自平衡时间验证；
步骤七，通过多次协调步骤一至步骤六地设计参数以及设计造型进行减振效率优化，获得气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的最终设计方案。
优选的，所述步骤四还包括：根据控制阻尼进行附气室交换管道(3)的设计，包括附气室交换管道(3)的数量及长度。
本发明的有益效果：
(1)整体分离式，主、附气室管路连接架构。本发明装置主要由两部分构成，即主气室调节承载结构和附加气室群部分。该技术突破传统的主辅气室一体的模式，将主、附气室用管路连接***分离，直接使得主气室结构部分的高度降低，且高度弹簧阀能够稳定地调节主气室承载结构的高度，最终将承载结构稳定在一个合理平衡面上。附加气室通过管路连接***给主气室送气，在多层高阻尼性气室中，由气源***输送的气体，在到达主气室中时，速度已逐渐趋向稳定。这种分离式空气弹簧减振器有效地解决了空间不足和气压不稳定的问题。
(2)附气室阻尼可调，气室可塑性。主气室充气时将与附气室之间产生压力差，附气室缓慢变形过程中，可通过调节附气室数量和管道连接方式，逐层对不同气室间气体交换作用进行降速，实现附气室阻尼可调，空气通过主气室节流孔时由于流程阻力而吸收振动能量,从而起到衰减振动的作用。多组附气室相互作用，整体台座自平衡时间缩短。而且附气室可根据不同工艺条件和环境特点，加工成任意形状，易于装配。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明实施例的气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置结构示意图；
附图2为根据本发明实施例的气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置剖视图；
附图3为根据本发明实施例的气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置设计流程图。
具体实施方式
参见图1-2，一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，包括两大部分以及管道部分，其中两大部分包括：
第一部分：主气室承载调节结构，由主气室8、胶膜6、内膜卡槽结构5、上承载盖板4、高度弹簧阀7组成，主气室8为多层高阻尼性气室，胶膜6全称为橡胶膜片，由高阻尼橡胶材料组成，位于主气室8和上承载盖板4之间，用于主气室承载调节结构的高度调节，内膜卡槽结构5位于胶膜6两侧，用于固定胶膜6以及控制胶膜6的高度调节，上承载盖板4位于主气室8顶端，由高刚性金属材料组成，用于承载大型高精密设备的竖向力，高度弹簧阀7连接在上承载盖板4与主气室8之间，用于稳定地调节主气室承载调节结构的高度，最终将主气室承载调节结构稳定在一个合理平衡面上，工作过程为：通过弹簧调节高度弹簧阀7，当气压足够大时，上承载盖板4被顶起，导致高度弹簧阀7拉起，主气室8的侧向排气孔打开，气体被排出一部分后，上承载盖板4下落，排气孔被高度弹簧阀7密封，如此往复，使整个装置处于一个稳定的高度。
第二部分：附加气室群2，包括四组附气室，分别为附气室I，附气室II，附气室III，附气室IV，均位于气源***9和管路连接***1之间，用于贮存气体，调节气压稳定和降低空气流速。
管路部分即管路连接***1，主承载结构与附加气室群2之间采取分离设计，通过管路连接***1外部连接，从而使得主气室结构部分的高度降低，管路连接***1连接气源***9，附加气室群2通过管路连接***1为主气室8送气，气体在到达主气室8中时速度逐渐趋向稳定，具有缓冲气流作用。
主气室充气时将与所述多组附气室之间产生压力差，由于多组附气室为弹性体，会发生缓慢变形，缓慢变形过程中，通过调节附气室数量和管道连接方式，逐层对不同气室间气体交换作用进行降速，实现附气室阻尼可调，空气通过主气室节流孔时由于流程阻力而吸收振动能量,从而起到衰减振动的作用。
本实施例中管路连接***1为橡胶管道，当然不排除其它形式的管道，只要不造成短时间的腐蚀，不影响气体传送过程中气压稳定和空气流速降低的效果即可，均在本发明的保护范围之内。
在多个附加气室之间还设置多个附气室交换管道3，多个附气室交换管道3数量根据附气室的数量确定，位于两个附气室之间，并不是每个附气室之间都需要设置，其作用是用于调节气体流速和两个附气室之间的气体输送。
参见图3，该气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的设计方法，包括：
步骤一，根据承重计算承载力；
步骤二，计算内膜造型，包括胶膜6和内膜卡槽结构5；
步骤三，根据额定工作时间设定主气室8的内压；
步骤四，根据控制阻尼进行管路连接***1的设计，包括管路连接***1的长度以及连接方式；
步骤五，设计附加气室群2，包括确定多个附加气室的具体数量以及造型；
步骤六，进行自平衡时间验证；
步骤七，通过多次协调步骤一至步骤六地设计参数以及设计造型进行减振效率优化，获得气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的最终设计方案。
对于设置附气室交换管道3的装置方案，步骤四中根据控制阻尼进行附气室交换管道3的设计，包括附气室交换管道3的数量及长度。
采用本实施例可以：
(1)主、附气室分离，可独自调节高度。高端的精密设备逐渐向大型发展，但是安装空间有限，传统的主辅一体式的AS减振器不能满足有限空间的需求。而该分离式AS减振器主要由主气室、承载主板和附加气室组成，附加气室和主气室是通过管路连接***连接，很大程度上降低了空气弹簧结构的高度，为大型精密设备节省了空间。同时管路连接***也对气流的交换起到缓冲作用，方便远程调节结构高度。
(2)占据空间小，便于后期运维升级。由于本装置采用主附气室分离设计，在高度上远低于传统空气弹簧，可以在安装高度受限的情况下，不受影响地安装。空气弹簧主体结构占据空间小，附加气室置于外侧，后期可以快捷方便地对设备进行维护升级。
(3)高阻尼特性。空气弹簧在柔性的封闭气室内充入压力空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用，能在大载荷下实现弹簧的低刚度。空气弹簧有较理想的非线性弹性特性,与空气室相连，可使装置振动频率降低到0.5-3Hz,具有高阻尼特性。
虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (7)

1.一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，其特征在于包括：
主气室承载调节结构，由主气室(8)、胶膜(6)、内膜卡槽结构(5)、上承载盖板(4)以及高度弹簧阀(7)组成，所述主气室(8)为多层高阻尼性气室，所述胶膜(6)由高阻尼橡胶材料组成，位于所述主气室(8)和所述上承载盖板(4)之间，用于主气室承载调节结构的高度调节，所述内膜卡槽结构(5)位于所述胶膜(6)两侧，用于固定所述胶膜(6)以及控制所述胶膜(6)的高度调节，所述上承载盖板(4)位于主气室(8)顶端，由高刚性金属材料组成，用于承载大型高精密设备的竖向力，所述高度弹簧阀(7)连接在所述上承载盖板(4)与所述主气室(8)之间，用于稳定地调节主气室承载调节结构的高度，最终将主气室承载调节结构稳定在一个合理平衡面上；
附加气室群(2)，包括多组附气室，位于气源***(9)和管路连接***(1)之间，用于贮存气体，调节气压稳定和降低空气流速；
管路连接***(1)，所述主气室承载调节结构与所述附加气室群(2)之间采取分离设计，通过管路连接***(1)外部连接，从而使得主气室承载调节结构的高度降低，管路连接***(1)连接所述气源***(9)，所述附加气室群(2)通过所述管路连接***(1)为所述主气室(8)送气，气体在到达所述主气室(8)中时速度逐渐趋向稳定，从而缓冲气流。
2.根据权利要求1所述的一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，其特征在于：所述主气室(8)充气时将与所述多组附气室之间产生压力差，由于多组附气室为弹性体，会发生缓慢变形，缓慢变形过程中，通过调节附气室数量和管道连接方式，逐层对不同气室间气体交换作用进行降速，多组附气室阻尼可调，空气通过主气室节流孔时由于流程阻力而吸收振动能量，衰减振动。
3.根据权利要求1所述的一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，其特征在于：所述管路连接***(1)为橡胶管道。
4.根据权利要求1所述的一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，其特征在于：所述主气室(8)的侧向设置一个或多个排气孔，通过弹簧调节高度弹簧阀(7)，当气压足够大时，上承载盖板(4)被顶起，导致所述高度弹簧阀(7)拉起，所述主气室(8)的侧向排气孔打开，气体被排出一部分后，所述上承载盖板(4)下落，排气孔被所述高度弹簧阀(7)密封，如此往复，使整个装置处于一个稳定的高度。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置，其特征在于：在多个附气室之间还设置多个附气室交换管道(3)，多个附气室交换管道(3)数量根据附气室的数量确定，位于两个附气室之间，用于调节气体流速和两个附气室之间的气体输送。
6.一种根据权利要求1-4任一所述气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的设计方法，其特征在于包括：
步骤一，根据承重计算承载力；
步骤二，计算内膜造型，包括胶膜(6)和内膜卡槽结构；
步骤三，根据额定工作时间设定主气室(8)的内压；
步骤四，根据控制阻尼进行管路连接***(1)的设计，包括管路连接***(1)的长度以及连接方式；
步骤五，设计附加气室群(2)，包括确定多个附气室的具体数量以及造型；
步骤六，进行自平衡时间验证；
步骤七，通过多次协调步骤一至步骤六地设计参数以及设计造型进行减振效率优化，获得气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的最终设计方案。
7.一种根据权利要求5所述气室分离可调型高承载空气弹簧减振装置的设计方法，其特征在于包括：
步骤一，根据承重计算承载力；
步骤二，计算内膜造型，包括胶膜(6)和内膜卡槽结构；
步骤三，根据额定工作时间设定主气室(8)的内压；
步骤四，根据控制阻尼进行管路连接***(1)的设计，包括管路连接***(1)的长度以及连接方式；根据控制阻尼进行附气室交换管道(3)的设计，包括附气室交换管道(3)的数量及长度；
步骤五，设计附加气室群(2)，包括确定多个附气室的具体数量以及造型；
步骤六，进行自平衡时间验证；
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