常州巿威鍛氣彈簧有限公司
目前，空氣彈簧的使用范圍越來越廣，特別是在一些振動設(shè)備上，空氣彈簧成為了不可或缺的設(shè)備之一。所以，探討空氣彈簧在振動設(shè)備上的運用非常有必要，這是提高應(yīng)用效果的必要工作.
二、空氣彈簧的結(jié)構(gòu)形式及特點
空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)部壓縮空氣的反力作為彈性恢復(fù)力的一種彈性元件。空氣彈簧以其良好的減振和隔振性能而被廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道車輛、艦船、工業(yè)等領(lǐng)域的動力機械、電子設(shè)備、儀器儀表、化工機械等設(shè)備。
1、空氣彈簧結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)今機械設(shè)計過程中，空氣彈簧已經(jīng)像齒輪一樣，可以作為標(biāo)準(zhǔn)件對待，根據(jù)載荷的重量和幾何安裝尺寸就可以選定相應(yīng)的空氣彈簧。常見的空氣彈簧的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1空氣彈簧結(jié)構(gòu)圖
2、空氣彈簧的特點
(1)空氣彈簧的彈性系數(shù)是可變的，隨著所加載荷的增加，彈性系數(shù)也隨之增大?？諝鈴椈煽梢栽O(shè)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(zhì)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(zhì)量比較重。
(3)空氣彈簧的承載力可根據(jù)橡膠氣囊內(nèi)充氣壓力的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，則對于同一空氣彈簧，可以通過調(diào)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(zhì)，當(dāng)壓縮時，內(nèi)摩擦小，所以隔振特性比較好。
(5)空氣彈簧能力比較強，試驗表明:對于一般的鋼板彈簧可承受的應(yīng)力循環(huán)數(shù)為50萬至60萬次，而普通空氣彈簧可以達(dá)到300萬次左右，高性能空氣彈簧可承受的應(yīng)力循環(huán)數(shù)可以達(dá)到500萬次以上。所以空氣彈簧在抵抗應(yīng)變方面作用突出。
(6)但是制造空氣彈簧工藝要求高且復(fù)雜，因此成本高。
三、空氣彈簧的控制系統(tǒng)
空氣彈簧的控制系統(tǒng)隨著其它相關(guān)科技的進(jìn)步發(fā)生了兩次變革，經(jīng)歷了三個發(fā)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(tǒng)都大致包含三個子模塊:空氣供給系統(tǒng)(氣源)，控制元器件(包括軟件)。三種控制系統(tǒng)的氣源和裝置隨著控制元器件的不同會有一定的差異，但是它們根本的差異在于控制元器件，對于機械控制系統(tǒng)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(jìn)行充氣和排氣，實現(xiàn)空氣彈簧高度的控制；電子控制系統(tǒng)較機械控制系統(tǒng)前進(jìn)了一大步，是一個質(zhì)的飛躍，它是利用電子(ECU)采集各類傳感器傳來的信號，對信號進(jìn)行分析后將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器(主要是各種電磁閥)，從而實現(xiàn)對空氣彈簧的控制；智能控制系統(tǒng)是在電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上借助當(dāng)今自動控制理論發(fā)展起來的，它主要是對ECU的軟件部分進(jìn)行了改進(jìn)，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(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制技術(shù)可以實現(xiàn)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(jié)流孔的大小，對系統(tǒng)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(tǒng)一階諧振頻率的影響。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(jié)果提高了系統(tǒng)工作時工作頻率。所以，橡膠氣囊隔震系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)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(tǒng)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(jié)構(gòu)柔軟，因此具有軸向、橫向和旋轉(zhuǎn)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(shè)一節(jié)流孔，當(dāng)空氣流過節(jié)流孔時，從而起到減振阻尼的作用。除了影響系統(tǒng)的剛度和固有頻率之外，節(jié)流孔的大小主要影響了系統(tǒng)的阻尼。
系統(tǒng)剛度隨節(jié)流孔開度增大而減小，阻尼隨節(jié)流孔的增大先增大后減小，附加氣室容積的增大能使系統(tǒng)剛度減小并使阻尼比增大，激勵頻率的增大會增大系統(tǒng)剛度并減小系統(tǒng)阻尼比，靜載荷的變化對系統(tǒng)振動特性影響不大。