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仪器精度理论-7.3空气弹簧隔振平台技术

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 18:02 | 阅读:

7.3空气弹簧隔振平台技术

主讲人:禹静

空气弹簧隔振是国防科研中超精密测量实验室的技术,由于技术含量高、造价高而未在民用领域得到广泛应用。目前,在民用领域用得最多的空气弹簧隔振器就是在动车组上的减振器。空气弹簧最初主要应用是作为汽车悬架系统的减振元件。随着研究的深入,空气弹簧的应用范围越来越广泛。空气弹簧除应用在车辆上,还应用于各类机车的座椅减振,航空航天中精密仪器、仪表的减振,精密和超精密加工设备的隔振系统、超精密试验平台的振动控制。空气弹簧是柔性密闭容器中加入压力空气,利用空气受压缩时的恢复力来提供弹性力,从而实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧,从这点看与汽车轮胎很类似。与普通的钢制弹簧相比,它有许多优点,其中最突出的优点有两个:一是它能在大载荷下实现弹簧的低刚度。作为隔振系统的弹性元件,这一优点使它成为地基隔振的最理想的元件。另一个优点是能在较小的压力下,支撑起数十吨的重物,相当于千斤顶的功能。

目前国内已有多家科研单位或高校引入了空气弹簧隔振地基,其中应用在精密测量及加工方面具有代表性的是哈尔滨工业大学和中国计量科学研究院。由于空气弹簧隔振地基的价格昂贵,作者所在的项目组自行研制了空气弹簧隔振地基,成为国内为数不多的掌握此项技术的小组之一。

设计的空气弹簧精密隔振平台为T字型结构,是该类隔振平台中最简单的型式,即正方体台体、四点支撑,各支撑点的硬件设施完全相同,均由储气罐和空气弹簧组成,各空气弹簧和储气罐型号相同。四处支撑设施以空气弹簧精密隔振平台的主惯性轴为对称轴对称分布,能有效防止由于空气弹簧的刚度和各点挠度不相同或受力不均而引起的平台偏转。理论上讲,该系统的刚度、阻尼等在三自由度上均存在耦合作用,但四点支撑属于耦合作用中最弱的一种形式。

非工作状态下,地基落在地面上,四个空气弹簧内压为大气压,处于自然状态并与隔振地基相脱离。工作时,气源发出气体经主管路过滤器、冷冻式空气干燥器、油雾分离器、超微油雾分离器、除臭过滤器等空气净化元器件组成的供气装置后成为无杂质纯净压缩空气,再通过四个电磁阀给对应的空气弹簧充气,空气弹簧变形,高度增加与隔振地基相接触并将其撑起,隔振地基脱离地面,这时就会隔离来自地面的振动。经测振仪测得:该空气弹簧隔振平台可以隔离1.28Hz以上的振动。

在充分调研的基础上,我们在国内有关厂家定制了4只空气弹簧。其参数见表7-8。

7-8  空气弹簧技术参数

技术参数

单位

数值

技术参数

单位

数值

有效直径

mm

550

最大外径

mm

686

最大工作压力

Mpa

0.5

工作高度

mm

200

最大垂向工作行程

mm

30

最大横向向工作行程

mm

±60

横向刚度

N/mm

<180

横向刚度

N/mm

<380

为了隔离更小频率的振动以及高精度平面度,在隔振地基中央放置一精密光学隔振平台,经二级隔振后,台体固有频率为1~2Hz,振幅不大于2μm,平面度不大于0.05m∕mm2,表面粗糙度小于1μm,为隔振平台上进行的试验提供更好的条件。

 


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