並聯阻尼油缸的隔振裝置的製作方法

2023-09-18 22:46:35 2

本發明涉及隔振技術領域，特別是指一種並聯阻尼油缸的隔振裝置。

背景技術：

空氣彈簧和倒擺(又叫倒立擺)因具有製造加工簡單、成本低廉和隔振性能良好等突出優點而被廣泛應用於各種精密和超精密機械領域隔振系統中。空氣彈簧具有較低的垂直剛度而被廣泛應用於各種垂直方向的隔振機構中，倒擺具有較低的水平剛度而被廣泛應用於各種水平方向的隔振機構中，二者串聯使用後的隔振器等效水平剛度近似為倒擺的水平剛度，等效垂直剛度近似為空氣彈簧的垂直剛度，隔振器垂直和水平方向同時實現了低剛度。

隔振器垂直方向和水平方向的剛度減小時，固有頻率會降低，起始隔振頻率也隨之降低，隔振帶寬變大，低頻段隔振性能顯著提高，但是，系統隔離地基振動能力與直接幹擾衰減能力存在固有矛盾，當剛度降低時隔振器對直接幹擾變得非常敏感，受到較大擾動後很難回復到初始的平穩狀態，系統的穩定性大大降低。目前，很多空氣彈簧採用雙腔室設計，在腔室之間設置阻尼孔來增加阻尼從而提高系統的穩定性。當空氣彈簧聯合倒擺使用時，雙腔室空氣彈簧的設計只能增加垂直方向的阻尼而不能增加水平方向的阻尼，系統水平方向的穩定性問題依然無法解決。

專利文獻CN1487216A「倒擺式氣動隔振器」公開了一種倒擺與空氣彈簧串聯的隔振器，通過調整四個水平彈簧的剛度，垂直方向和水平方向的固有頻率均可達到1.16Hz左右。專利文獻CN102072275 A「基於球頭連杆的氣浮式正倒擺串聯機構的空氣彈簧隔振器」公開了一種單擺機構與倒擺機構串聯構成正倒擺串聯機構，正倒擺串聯機構再與空氣彈簧串聯，形成氣浮式正倒擺串聯的空氣彈簧隔振器，該隔振器可通過調節空氣彈簧內部的氣體壓力來實現隔振器總剛度的實時調節，以滿足不同的工程實際需要。但上述兩種發明中，都沒有考慮隔振器系統的穩定性問題，更沒有相關的結構設計。

技術實現要素：

本發明提供一種並聯阻尼油缸的隔振裝置，其能同時實現隔振器垂直方向和水平方向的低固有頻率併兼顧隔振器的穩定性。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種並聯阻尼油缸的隔振裝置，包括倒擺、空氣彈簧和阻尼油缸，其中：

所述倒擺包括倒擺擺杆、頂板、上活塞和下活塞，所述倒擺擺杆的頂端與所述頂板固定連接，所述倒擺擺杆的底端設置有第一定位面，所述上活塞的中部設置有第一透孔，所述下活塞的中部設置有U形槽，所述倒擺擺杆穿過所述上活塞和下活塞位於所述U形槽中，所述U形槽的底部設置有與所述第一定位面相配合的第二定位面；

所述空氣彈簧包括上下兩端開口的環狀本體、設置在所述環狀本體下方的底板、設置在所述環狀本體上方的壓環和橡膠膜片、以及所述上活塞和下活塞，所述上活塞和下活塞位於所述環狀本體內，所述橡膠膜片為圓盤狀，所述橡膠膜片的中部設置有與所述第一透孔相對應的第二透孔，所述橡膠膜片的內邊緣固定設置於所述上活塞和下活塞之間，所述橡膠膜片的外邊緣固定設置於所述壓環和環狀本體之間，所述橡膠膜片的內邊緣和外邊緣之間為自由段，從而使得所述底板、環狀本體、橡膠膜片和下活塞內形成所述空氣彈簧的腔室；

所述阻尼油缸包括上下兩端開口的油缸筒，所述油缸筒下方設置有油缸底板，所述油缸筒上方設置有油缸蓋板，所述油缸筒內設置有阻尼油，所述油缸蓋板上設置有圓形通孔，所述通孔內插設有活塞杆，所述圓形通孔的內徑大於所述活塞杆的外徑，所述活塞杆的頂端與所述頂板固定連接，所述活塞杆的底端設置有油缸活塞，所述油缸活塞與所述油缸筒之間具有一定間隙，所述油缸底板的一端延伸與所述環狀本體固定連接。

進一步的，所述第一定位面和第二定位面均為弧形凹槽，所述第一定位面和第二定位面之間設置有滾球，所述滾球的初始位置位於所述第一定位面和第二定位面的中心；

或者，所述第一定位面為弧形凸面，所述第二定位面為弧形凹槽。

進一步的，所述橡膠膜片的自由段為鼓起圓弧狀。

進一步的，所述橡膠膜片的內部衝有帘布。

進一步的，所述油缸活塞完全淹沒在所述阻尼油中。

進一步的，所述橡膠膜片、壓環、上活塞、環狀本體、下活塞、倒擺擺杆、底板同軸安裝，所述活塞杆、油缸蓋板、油缸筒和油缸活塞同軸安裝。

進一步的，所述壓環與環狀本體之間、所述環狀本體與所述底板之間、所述上活塞與所述下活塞之間均設置有密封圈。

進一步的，所述倒擺擺杆與所述頂板之間、所述橡膠膜片與所述壓環和所述環狀本體之間、所述環狀本體與所述底板之間、所述油缸蓋板與所述油缸筒之間、所述油缸底板與所述油缸筒之間、所述油缸底板與所述環狀本體之間均採用螺釘連接，所述橡膠膜片與所述上活塞和所述下活塞之間採用螺栓或者螺釘連接。

進一步的，所述滾球、第一定位面和第二定位面的材質為鋼或者硬質合金。

進一步的，所述油缸活塞與所述油缸筒之間的間隙為8mm～12mm。

本發明具有以下有益效果：

本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置，應用時，在空氣彈簧和倒擺串聯使用的基礎上再並聯一個阻尼油缸，當來自地基環境的垂直振動傳遞到空氣彈簧時，引起腔室內氣體的往復運動，從而實現彈性緩衝作用，達到垂直方向振動隔離的目的，當來自地基環境的水平振動傳遞到倒擺時，引起倒擺往復運動，從而實現彈性緩衝作用，達到水平方向振動隔離的目的，阻尼油缸中通過添加阻尼油能獲得粘滯阻尼，當有較大外界擾動作用於隔振裝置時，由於阻尼油缸中阻尼油的粘滯性，隔振裝置能快速回復到初始的平穩狀態，阻尼油缸不僅能增加垂直方向的阻尼，還能增加水平方向的阻尼，不僅結構簡單緊湊，而且使整個隔振裝置同時兼顧了良好的隔振性能和較強的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的原始狀態結構示意圖；

圖2為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的工作狀態結構示意圖；

圖3為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的垂直方向實測隔振傳遞率曲線圖；

圖4為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的水平方向實測隔振傳遞率曲線圖；

圖5為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的垂直方向實測擾動回復時間曲線圖；

圖6為本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置的水平方向實測擾動回復時間曲線圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明提供一種並聯阻尼油缸的隔振裝置，如圖1-6所示，包括倒擺、空氣彈簧和阻尼油缸，其中：

倒擺包括倒擺擺杆1、頂板2、上活塞3和下活塞4，倒擺擺杆1的頂端與頂板2固定連接，倒擺擺杆1的底端設置有第一定位面5，上活塞3的中部設置有第一透孔，下活塞4的中部設置有U形槽，倒擺擺杆1穿過上活塞3和下活塞4位於U形槽中，U形槽的底部設置有與第一定位面5相配合的第二定位面6；

空氣彈簧包括上下兩端開口的環狀本體7、設置在環狀本體7下方的底板8、設置在環狀本體7上方的壓環9和橡膠膜片10、以及上活塞3和下活塞4，上活塞3和下活塞4位於環狀本體7內，橡膠膜片10為圓盤狀，橡膠膜片10的中部設置有與第一透孔相對應的第二透孔，橡膠膜片10的內邊緣固定設置於上活塞3和下活塞4之間，橡膠膜片10的外邊緣固定設置於壓環9和環狀本體7之間，橡膠膜片10的內邊緣和外邊緣之間為自由段，從而使得底板8、環狀本體7、橡膠膜片10和下活塞4內形成空氣彈簧的腔室11；

阻尼油缸包括上下兩端開口的油缸筒12，油缸筒12下方設置有油缸底板13，油缸筒12上方設置有油缸蓋板14，油缸筒12內設置有阻尼油15，油缸蓋板14上設置有圓形通孔18，通孔18內插設有活塞杆16，圓形通孔18的內徑大於活塞杆16的外徑，活塞杆16的頂端與頂板2固定連接，活塞杆16的底端設置有油缸活塞17，油缸活塞17與油缸筒12之間具有一定間隙，油缸底板13的一端延伸與環狀本體7固定連接。

本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置，應用時，在空氣彈簧和倒擺串聯使用的基礎上再並聯一個阻尼油缸，當來自地基環境的垂直振動傳遞到空氣彈簧時，引起腔室內氣體的往復運動，從而實現彈性緩衝作用，達到垂直方向振動隔離的目的，當來自地基環境的水平振動傳遞到倒擺時，引起倒擺往復運動，從而實現彈性緩衝作用，達到水平方向振動隔離的目的，阻尼油缸中通過添加阻尼油能獲得粘滯阻尼，當有較大外界擾動作用於隔振裝置時，由於阻尼油缸中阻尼油的粘滯性，隔振裝置能快速回復到初始的平穩狀態，阻尼油缸不僅能增加垂直方向的阻尼，還能增加水平方向的阻尼，不僅結構簡單緊湊，而且使整個隔振裝置同時兼顧了良好的隔振性能和較強的穩定性。

優選的，定位結構採用以下兩種結構方式：

結構方式1：

如圖1和圖2所示，第一定位面5和第二定位面6均為弧形凹槽，第一定位面5和第二定位面6之間設置有滾球19，滾球19的初始位置位於第一定位面5和第二定位面6的中心；

結構方式2：

第一定位面為弧形凸面，第二定位面為弧形凹槽。

當來自地基環境的水平振動傳遞到倒擺機構時，引起倒擺往復運動，這種結構能夠更好地實現彈性緩衝作用，達到水平方向振動隔離的目的。應當理解的是，定位結構除了採用上述結構方式外，還可以採用本領域技術人員容易想到的結構方式，均不影響本發明技術方案的實施。

進一步的，橡膠膜片10的自由段為鼓起圓弧狀。當來自地基環境的垂直振動傳遞到空氣彈簧機構時，引起腔室內氣體的往復運動，這種結構能夠更好地實現彈性緩衝的作用，達到垂直方向振動隔離的目的。另外，橡膠膜片10的內部衝有帘布，優選的，帘布採用高強度、耐疲勞、耐衝擊的材質。這樣能夠增加橡膠膜片的牢固度，提高使用壽命。

為了保持較強的穩定性，油缸活塞17完全淹沒在阻尼油15中。這樣當系統受到較大的擾動時，油缸活塞在阻尼油中往復運動，從而能夠更好地提供較大的額外阻尼，使系統也能快速消耗較大擾動的能量。

作為本發明的一種改進，橡膠膜片10、壓環9、上活塞3、環狀本體7、下活塞4、倒擺擺杆1、底板8同軸安裝，活塞杆16、油缸蓋板14、油缸筒12和油缸活塞17同軸安裝。這種結構能夠使整個系統更好地工作，從而更好地實現隔振。

為了防止因腔室11內氣體的洩露引起設備的損壞或能源的浪費，壓環9與環狀本體7之間、環狀本體7與底板8之間、上活塞3與下活塞4之間均設置有密封圈，優選的，密封圈採用橡膠材質。

本發明中，倒擺擺杆1與頂板2之間、橡膠膜片10與壓環9和環狀本體7之間、環狀本體7與底板8之間、油缸蓋板14與油缸筒12之間、油缸底板13與油缸筒12之間、油缸底板13與環狀本體7之間均採用螺釘連接，橡膠膜片10與上活塞3和下活塞4之間採用螺栓或者螺釘連接。這種連接方式能夠更好地起到緊固和便於安裝拆卸的作用，另外，螺栓除了起到緊固作用外，還可以承受較大的受力。

優選的，滾球19、第一定位面5和第二定位面6的材質為鋼或者硬質合金。採用鋼或者硬質合金這種硬質材料，能夠更好地實現隔振功能。另外，環狀本體7和壓環9也採用鋼或者硬質合金等硬質材料。

進一步的，油缸活塞17與油缸筒12之間的間隙為8mm～12mm。這樣方便油缸活塞在油缸筒內進行擺動，實現水平方向的隔振。

本發明的並聯阻尼油缸的隔振裝置工作原理如下：

如圖2所示，工作時，空氣彈簧的腔室11中充入壓縮氣體(壓縮空氣的氣壓與負載有關，可靈活選擇)後，上活塞3、下活塞4、倒擺擺杆1、頂板2以及負載在橡膠膜片10的作用下浮起。當受到來自垂直方向的擾動時，橡膠膜片10發生變形，引起腔室11內的壓縮氣體體積發生變化，利用氣體的可壓縮性使機械能轉化為熱能消耗掉，實現垂直方向的隔振效果。當受到來自水平方向的擾動時，橡膠膜片10也發生變形，引起倒擺擺杆1、頂板2以及負載產生水平運動，上活塞3和下活塞4產生偏轉，隨後在腔室11內部氣體壓力的作用下回復到原來的初始位置，由於系統水平方向固有頻率較低，也可實現水平方向的隔振效果。當系統受到較小的擾動時，空氣彈簧內部氣體的阻尼足夠消耗掉擾動的能量，當系統受到較大的擾動時，僅在空氣彈簧內部氣體較小的阻尼作用下，系統會無法消耗掉擾動的能量或消耗得過慢，從而會失去原先穩定的狀態或回復初始位置時間過長。並聯阻尼油缸後，在受到較大的擾動時，阻尼油缸中的油缸活塞17在阻尼油15中往復運動，由於阻尼油15的動力黏度係數較高，具有很強的粘滯性，從而能提供較大的額外阻尼，使系統也能快速消耗較大擾動的能量，保持較強的穩定性。因此，本發明提供的並聯阻尼油缸的隔振裝置，不僅能同時實現垂直和水平方向的振動隔離，還具有很強的抗擾動能力，具有很強的穩定性。

現有串聯倒擺的空氣彈簧隔振器垂直方向一般能實現1～2Hz左右的固有頻率，如圖3所示，本發明中的空氣彈簧垂直方向能實現低至1.25Hz的固有頻率；現有串聯倒擺的空氣彈簧隔振器水平方向一般只能實現1Hz以上的固有頻率，如圖4所示，本發明中的倒擺水平方向能實現低至0.75Hz的固有頻率。

阻尼油缸中通過添加不同粘度的阻尼油能獲得不同大小的粘滯阻尼，從而滿足不同實際情況的需求。阻尼油缸中的阻尼油優選為高動力粘度係數的優質矽油，使用條件必須禁水、禁油和禁粉塵等雜物，且阻尼油在阻尼油缸中不能出現洩漏，如果阻尼油缸中的阻尼油出現進水、進油、進粉塵等雜物或洩漏時，應立刻更換或添加阻尼油，否則會影響整個裝置的隔振性能，嚴重的情況會造成設備的損壞和財產的損失。當有較大外界擾動作用於隔振裝置時，阻尼油缸中高動力粘度係數(高粘滯性)的阻尼油能快速消耗掉擾動能量使隔振裝置快速回復到初始的平穩狀態。現有串聯倒擺的空氣彈簧隔振器中並未考慮隔振器的穩定性問題，如圖5和圖6所示，本發明中的隔振裝置分別受到垂直方向和水平方向的較大擾動時，均能在5～10秒內快速回復，具有很強的穩定性。

本發明的隔振裝置承載能力主要依賴於空氣彈簧，而由於氣體的可壓縮性，衝入空氣彈簧腔室內的氣體壓力可達標準大氣壓的數倍或數十倍，從而本發明的承載範圍非常大，為0～5噸。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。