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    空氣彈簧在振動設備上的應用

    2019-2-16 11:21:55

    目前,空氣彈簧的使用范圍越來越廣,特別是在一些振動設備上,空氣彈簧成為了不可或缺的設備之一。所以,探討空氣彈簧在振動設備上的運用非常有必要,這是提高應用效果的必要工作。




    二、空氣彈簧的結構形式及特點

    空氣彈簧是利用橡膠氣囊內部壓縮空氣的反力作為彈性恢復力的一種彈性元件?諝鈴椈梢云淞己玫臏p振和隔振性能而被廣泛應用于汽車、鐵道車輛、艦船、航空、工業等領域的動力機械、電子設備、儀器儀表、化工機械等設備。

    1、空氣彈簧結構形式

    空氣彈簧是在柔性的橡膠囊中充入有一定壓力的空氣,利用空氣的可壓縮性實現彈性作用的非金屬彈簧?諝鈴椈芍饕譃槟沂娇諝鈴椈珊湍な娇諝鈴椈蓛深。

    在現今機械設計過程中,空氣彈簧已經像齒輪一樣,可以作為標準件對待,根據載荷的重量和幾何安裝尺寸就可以選定相應的空氣彈簧。常見的空氣彈簧的結構如圖1所示。

    圖1空氣彈簧結構圖

    2、空氣彈簧的特點

    (1)空氣彈簧的彈性系數是可變的,隨著所加載荷的增加,彈性系數也隨之增大?諝鈴椈煽梢栽O計各種以滿足各種性能要求的特性曲線,因為空氣彈簧具有非線性的特性。

    (2)空氣彈簧橡膠本體比較輕,空氣的質量也非常小,空氣彈簧的重量大多來自上蓋和下蓋,不像鋼彈簧,金屬質量比較重。

    (3)空氣彈簧的承載力可根據橡膠氣囊內充氣壓力的大小進行調節,則對于同一空氣彈簧,可以通過調整充氣壓力的大小來滿足不同的承載力需要。

    (4)由于空氣彈簧以空氣為彈性介質,當壓縮時,內摩擦小,所以隔振特性比較好。此外,空氣彈簧有很好的消除噪聲能力,因為空氣和橡膠傳遞聲音的能力都比較弱。

    (5)空氣彈簧抗疲勞能力比較強,試驗表明:對于一般的鋼板彈簧可承受的應力循環數為50萬至60萬次,而普通空氣彈簧可以達到300萬次左右,高性能空氣彈簧可承受的應力循環數可以達到500萬次以上。所以空氣彈簧在抵抗應變方面作用突出。

    (6)但是制造空氣彈簧工藝要求高且復雜,因此成本高。

    三、空氣彈簧的控制系統

    空氣彈簧的控制系統隨著其它相關科技的進步發生了兩次變革,經歷了三個發展階段:機械控制,電子控制和智能控制。但無論何種控制系統都大致包含三個子模塊:空氣供給系統(氣源),控制元器件(包括軟件),安全裝置(保證空氣彈簧的正常運行)。三種控制系統的氣源和安全裝置隨著控制元器件的不同會有一定的差異,但是它們最根本的差異在于控制元器件,對于機械控制系統來講,它的控制元器件主要是高度控制閥,利用其自動地對空氣彈簧進行充氣和排氣,實現空氣彈簧高度的控制;電子控制系統較機械控制系統前進了一大步,是一個質的飛躍,它是利用電子控制器(ECU)采集各類傳感器傳來的信號,對信號進行分析后將控制信號發送給執行器(主要是各種電磁閥),從而實現對空氣彈簧的控制;智能控制系統是在電子控制系統的基礎之上借助當今自動控制理論發展起來的,它主要是對ECU的軟件部分進行了改進,不但可以控制空氣彈簧的高度和剛度,而且可以利用模糊神經網絡等控制技術可以實現空氣彈簧非線性特性的控制。

    四、幾個影響因素分析

    氣室與附加氣室容積的比例,空氣彈簧形狀、材料、尺寸,以及氣室與附加氣室之間的節流孔的大小,對系統剛度和固有頻率都有一定的影響。

    1、簧囊橡膠材料本身剛度對系統一階諧振頻率的影響。試驗證明,橡膠氣囊材料本身剛度對空氣彈簧剛度影響極大,這是造成空氣彈簧剛度理論值與試驗值差異較大的原因。橡膠氣囊材料剛度越大,空氣彈簧的剛度就越大,其一階諧振頻率越高,其結果提高了系統工作時最小工作頻率。所以,橡膠氣囊隔震系統應當減小材料剛度,減小自振頻率,使得空氣彈簧隔振器的承載能力留有足夠的余量情況下,系統最小工作頻率盡可能低。

    2、振動臺橫向振動時,簧囊橡膠材料剛度要大得多。橡膠空氣彈簧的本體結構柔軟,因此具有軸向、橫向和旋轉向的綜合隔振作用。機械式振動臺橫向振動時,簧囊橡膠材料剛度要大得多。

    3、在空氣彈簧和附加氣室之間設一節流孔,當空氣流過節流孔時,由于阻力而吸收一部分振動能量,從而起到減振阻尼的作用。除了影響系統的剛度和固有頻率之外,節流孔的大小主要影響了系統的阻尼。

    系統剛度隨節流孔開度增大而減小,阻尼隨節流孔的增大先增大后減小,附加氣室容積的增大能使系統剛度減小并使阻尼比增大,激勵頻率的增大會增大系統剛度并減小系統阻尼比,靜載荷的變化對系統振動特性影響不大。

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