栏目导航

空气弹簧在振动设备上的应用

2019-2-16 11:21:55

目前,空气弹簧的使用范围越来越广,特别是在一些振动设备上,空气弹簧成为了不可或缺的设备之一。所以,探讨空气弹簧在振动设备上的运用非常有必要,这是提高应用效果的必要工作。




二、空气弹簧的结构形式及特点

空气弹簧是利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。空气弹簧以其良好的减振和隔振性能而被广泛应用于汽车、铁道车辆、舰船、航空、工业等领域的动力机械、电子设备、仪器仪表、化工机械等设备。

1、空气弹簧结构形式

空气弹簧是在柔性的橡胶囊中充入有一定压力的空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的非金属弹簧。空气弹簧主要分为囊式空气弹簧和膜式空气弹簧两类。

在现今机械设计过程中,空气弹簧已经像齿轮一样,可以作为标准件对待,根据载荷的重量和几何安装尺寸就可以选定相应的空气弹簧。常见的空气弹簧的结构如图1所示。

图1空气弹簧结构图

2、空气弹簧的特点

(1)空气弹簧的弹性系数是可变的,随着所加载荷的增加,弹性系数也随之增大。空气弹簧可以设计各种以满足各种性能要求的特性曲线,因为空气弹簧具有非线性的特性。

(2)空气弹簧橡胶本体比较轻,空气的质量也非常小,空气弹簧的重量大多来自上盖和下盖,不像钢弹簧,金属质量比较重。

(3)空气弹簧的承载力可根据橡胶气囊内充气压力的大小进行调节,则对于同一空气弹簧,可以通过调整充气压力的大小来满足不同的承载力需要。

(4)由于空气弹簧以空气为弹性介质,当压缩时,内摩擦小,所以隔振特性比较好。此外,空气弹簧有很好的消除噪声能力,因为空气和橡胶传递声音的能力都比较弱。

(5)空气弹簧抗疲劳能力比较强,试验表明:对于一般的钢板弹簧可承受的应力循环数为50万至60万次,而普通空气弹簧可以达到300万次左右,高性能空气弹簧可承受的应力循环数可以达到500万次以上。所以空气弹簧在抵抗应变方面作用突出。

(6)但是制造空气弹簧工艺要求高且复杂,因此成本高。

三、空气弹簧的控制系统

空气弹簧的控制系统随着其它相关科技的进步发生了两次变革,经历了三个发展阶段:机械控制,电子控制和智能控制。但无论何种控制系统都大致包含三个子模块:空气供给系统(气源),控制元器件(包括软件),安全装置(保证空气弹簧的正常运行)。三种控制系统的气源和安全装置随着控制元器件的不同会有一定的差异,但是它们最根本的差异在于控制元器件,对于机械控制系统来讲,它的控制元器件主要是高度控制阀,利用其自动地对空气弹簧进行充气和排气,实现空气弹簧高度的控制;电子控制系统较机械控制系统前进了一大步,是一个质的飞跃,它是利用电子控制器(ECU)采集各类传感器传来的信号,对信号进行分析后将控制信号发送给执行器(主要是各种电磁阀),从而实现对空气弹簧的控制;智能控制系统是在电子控制系统的基础之上借助当今自动控制理论发展起来的,它主要是对ECU的软件部分进行了改进,不但可以控制空气弹簧的高度和刚度,而且可以利用模糊神经网络等控制技术可以实现空气弹簧非线性特性的控制。

四、几个影响因素分析

气室与附加气室容积的比例,空气弹簧形状、材料、尺寸,以及气室与附加气室之间的节流孔的大小,对系统刚度和固有频率都有一定的影响。

1、簧囊橡胶材料本身刚度对系统一阶谐振频率的影响。试验证明,橡胶气囊材料本身刚度对空气弹簧刚度影响极大,这是造成空气弹簧刚度理论值与试验值差异较大的原因。橡胶气囊材料刚度越大,空气弹簧的刚度就越大,其一阶谐振频率越高,其结果提高了系统工作时最小工作频率。所以,橡胶气囊隔震系统应当减小材料刚度,减小自振频率,使得空气弹簧隔振器的承载能力留有足够的余量情况下,系统最小工作频率尽可能低。

2、振动台横向振动时,簧囊橡胶材料刚度要大得多。橡胶空气弹簧的本体结构柔软,因此具有轴向、横向和旋转向的综合隔振作用。机械式振动台横向振动时,簧囊橡胶材料刚度要大得多。

3、在空气弹簧和附加气室之间设一节流孔,当空气流过节流孔时,由于阻力而吸收一部分振动能量,从而起到减振阻尼的作用。除了影响系统的刚度和固有频率之外,节流孔的大小主要影响了系统的阻尼。

系统刚度随节流孔开度增大而减小,阻尼随节流孔的增大先增大后减小,附加气室容积的增大能使系统刚度减小并使阻尼比增大,激励频率的增大会增大系统刚度并减小系统阻尼比,静载荷的变化对系统振动特性影响不大。

网站首页 | 北京pk赛车软件 | 产品中心 | 新闻中心 | 留言反馈 | 资质证书 | 联系宏鑫