氣彈簧減振托盤(pán)隔振性能實(shí)驗(yàn)研究

王嶺松，王文杰，翟博豪，陳 偉，傅 鈺

（天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300134）

氣彈簧減振托盤(pán)隔振性能實(shí)驗(yàn)研究

王嶺松，王文杰，翟博豪，陳 偉，傅 鈺

（天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300134）

為研究氣彈簧托盤(pán)在運(yùn)輸過(guò)程中的減振效果，對(duì)氣彈簧托盤(pán)模型進(jìn)行模擬運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)分析。在加速度為0.5g的激勵(lì)下，對(duì)不同載荷下氣彈簧減震托盤(pán)及普通木質(zhì)運(yùn)輸托盤(pán)在時(shí)域和頻域內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：氣彈簧減振托盤(pán)的振動(dòng)傳遞率基本在50%以下，比木托盤(pán)的振動(dòng)傳遞率低30%，對(duì)向下的振動(dòng)衰減最為明顯，且在35～65Hz頻率下，隔振效果最佳。氣彈簧托盤(pán)可以為精密儀器及軍事裝備的運(yùn)輸提供有效緩沖。

氣彈簧托盤(pán)；振動(dòng)實(shí)驗(yàn)；振動(dòng)傳遞率

0 引 言

托盤(pán)[1-3]是現(xiàn)代物流中經(jīng)常使用的一種集裝載物單元，可用于集裝、堆放、搬運(yùn)和運(yùn)輸，作為單元負(fù)荷的貨物和制品的水平平臺(tái)運(yùn)儲(chǔ)裝置，極大地方便了貨物裝卸、搬運(yùn)和貯藏。木制平托盤(pán)約占90%左右，亦有少量用塑料、金屬或其他材料制作。

不論使用何種運(yùn)輸工具，因路面及運(yùn)輸工具影響，貨物都會(huì)受到?jīng)_擊振動(dòng)等復(fù)雜附加力的作用，對(duì)一些避震要求苛刻的貨物（如精密電子設(shè)備、軍事裝備彈藥等）會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

目前大多數(shù)托盤(pán)都是利用剛性結(jié)構(gòu)直接將上下托盤(pán)面結(jié)合到一起，基本沒(méi)考慮將托盤(pán)作為緩沖減震器。而當(dāng)物體受到外界較大振動(dòng)沖擊力作用時(shí)，因其緩沖減振效果差，輕者會(huì)損壞貨物，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致彈藥爆炸等危險(xiǎn)情況發(fā)生。

本文為彌補(bǔ)木托盤(pán)缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種氣彈簧托盤(pán)。利用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)氣彈簧緩沖托盤(pán)的振動(dòng)特性與原始的木托盤(pán)振動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)還測(cè)試分析了加載載荷對(duì)氣彈簧托盤(pán)減振性能的影響。結(jié)果表明氣彈簧托盤(pán)在一定頻率范圍內(nèi)具有明顯的緩沖減振效果，利用該托盤(pán)能為精密儀器及特殊物資運(yùn)輸提供有效緩沖防護(hù)，具有良好應(yīng)用前景。

1 氣彈簧托盤(pán)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)

1.1 氣彈簧托盤(pán)模型設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎米灾髟O(shè)計(jì)的氣彈簧托盤(pán)。4個(gè)900N的氣彈簧安裝在兩塊600mm×600mm的木板間[4]，木板和氣彈簧之間采用帶有螺紋的固定鋼板和M10螺栓固定。氣彈簧托盤(pán)的整體尺寸為600mm× 600mm×175mm。可承受靜載荷為3600N。其模型如圖1所示。

圖1 氣彈簧托盤(pán)模型

1.2 氣彈簧托盤(pán)測(cè)試方法及加載

1）本實(shí)驗(yàn)采用DY-600-5型振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。分析系統(tǒng)采用Vib′SYS振動(dòng)信號(hào)采集、處理和分析系統(tǒng)。它由多功能的信號(hào)處理程序模塊構(gòu)成一個(gè)完整的信號(hào)處理系統(tǒng)程序。Vib′SYS程序能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析和處理，同時(shí)還能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運(yùn)算。試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)主要由振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、加速度傳感器、信號(hào)放大儀（本實(shí)驗(yàn)采用的為10倍增益）、信號(hào)采集及分析系統(tǒng)組成。試驗(yàn)時(shí),將氣彈簧減振托盤(pán)下盤(pán)面緊緊固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)面上，先對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行初始數(shù)值標(biāo)定，再給試驗(yàn)臺(tái)施加激勵(lì)加速度0.5g，初始標(biāo)定值為85。加速度傳感器放在加載物體表面。測(cè)試設(shè)備如圖2所示。

2）本試驗(yàn)的加載工況，根據(jù)研究目的不同分為兩個(gè)對(duì)比組。

對(duì)比組1：研究不同質(zhì)量對(duì)氣彈簧托盤(pán)減振性能的影響。

對(duì)比組2：研究同質(zhì)量下木質(zhì)普通托盤(pán)與氣彈簧托盤(pán)的減振效果。

圖2 振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)

試驗(yàn)所加載重物主要由鋼板組成，加載物須經(jīng)壓緊固定。

3）對(duì)比組1：分別在氣彈簧托盤(pán)上加載2 335 N（約233.5kg）及2644N（約264.4kg）相同載荷，采集其振動(dòng)加速度值。

對(duì)比組2：在木質(zhì)和氣彈簧托盤(pán)上分別加載2 644N（約264.4kg）載荷，采集其振動(dòng)加速度值。

實(shí)驗(yàn)從0～100Hz，分20個(gè)點(diǎn)，每隔5Hz進(jìn)行一次采集，在振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后隨機(jī)采集3s的加速度值。信號(hào)采樣頻率為1000Hz，通過(guò)信號(hào)放大器采集3個(gè)通道的數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 振動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)域圖像分析

通過(guò)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，圖3為40Hz下加載2335N載荷，氣彈簧托盤(pán)的振動(dòng)響應(yīng)。圖4為40Hz下加載2644N載荷，氣彈簧托盤(pán)的振動(dòng)響應(yīng)。圖5為40Hz下加載2644N載荷，木質(zhì)托盤(pán)的振動(dòng)響應(yīng)。重物的振動(dòng)響應(yīng)通過(guò)加速度傳感器采集并輸出信號(hào)，如實(shí)驗(yàn)時(shí)由于試驗(yàn)臺(tái)綜合環(huán)境因素的影響，實(shí)驗(yàn)圖像有雜波存在，在實(shí)驗(yàn)分析時(shí)濾去雜波。

1）對(duì)比圖3與圖4，在同一振動(dòng)頻率下，在2335 N時(shí)其振動(dòng)傳遞率為49.3%，在2644N時(shí)其振動(dòng)傳遞率為39.4%，因此在氣彈簧剛度有效范圍內(nèi)隨著載荷的增加，氣彈簧托盤(pán)振動(dòng)傳遞率降低，其減振效果更好。

2）對(duì)比圖4與圖5，在加載2 644 N載荷時(shí)，木質(zhì)托盤(pán)的振動(dòng)傳遞率為76.8%，氣彈簧托盤(pán)的振動(dòng)傳遞率為39.4%。顯然氣彈簧托盤(pán)的隔振性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通木質(zhì)托盤(pán)。同時(shí)從圖中可以看出，木質(zhì)托盤(pán)向下的振動(dòng)加速度值較大，振動(dòng)傳遞率較高。正負(fù)加速度波動(dòng)較大，這樣對(duì)物體的破壞度極大。而氣彈簧減振托盤(pán)對(duì)向下的加速度隔震效果最好，正負(fù)加速度對(duì)稱(chēng)，加速度基本保持穩(wěn)定，振動(dòng)傳遞率較低。

圖3 加載2335N氣彈簧托盤(pán)的加速度圖像

圖4 加載2644N氣彈簧托盤(pán)的加速度圖像

圖5 加載2644N木質(zhì)托盤(pán)的加速度圖

2.2 振動(dòng)實(shí)驗(yàn)頻域圖像分析

1）加載質(zhì)量對(duì)氣彈簧托盤(pán)振動(dòng)加速度的影響由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)最大承載為3000N，而氣彈簧減振平臺(tái)可承載3600N以上，所以進(jìn)行了承載物質(zhì)量對(duì)氣彈簧托盤(pán)減振性能的影響。如圖6所示，在頻域內(nèi)，加速度圖像變化趨勢(shì)基本吻合，其中g(shù)（1）所代表的圖像為2 335 N載荷下的加速度變化曲線，g（2）所代表的圖像為2644N載荷下的加速度變化曲線，在35～65 Hz對(duì)氣彈簧托盤(pán)減振效果影響最為明顯。其衰減率最大在60%～80%之間。所以當(dāng)托盤(pán)承重質(zhì)量達(dá)3600N時(shí)，其減振效果更為明顯。

2）同質(zhì)量下木質(zhì)普通托盤(pán)與氣彈簧托盤(pán)振動(dòng)加速度的影響：實(shí)驗(yàn)分析時(shí)需要濾掉雜波，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理獲得其平均值。在整個(gè)測(cè)試頻域內(nèi)，木質(zhì)托盤(pán)和氣彈簧托盤(pán)的加速度變化如圖7所示，在35～65Hz，氣彈簧托盤(pán)的減振效果極為明顯。70Hz以上，由于系統(tǒng)振幅極小，加速度基本趨于零。

3）圖8為氣彈簧托盤(pán)在2644N載荷時(shí)的振動(dòng)傳遞率。在20～30Hz處的振動(dòng)傳遞率稍有偏高，主要是由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)所加載的重物由多塊鋼板組成，在低頻振動(dòng)時(shí)，由于振幅較大，鋼板自身的相互振動(dòng)，使得測(cè)量數(shù)值偏高。其傳遞率基本都在50%以下。從圖中可以看出40～65Hz時(shí)，其振動(dòng)傳遞率為40%～20%，隔振性能最佳。

圖6 氣彈簧托盤(pán)對(duì)不同載荷下的振動(dòng)響應(yīng)

圖7 氣彈簧托盤(pán)和木制托盤(pán)同載荷下的振動(dòng)響應(yīng)

圖8 加載2644N氣彈簧托盤(pán)的振動(dòng)傳遞率

3 結(jié)束語(yǔ)

氣彈簧托盤(pán)作為一種運(yùn)輸時(shí)精密儀器及軍事裝備的緩沖集裝運(yùn)輸載具，通過(guò)改變承載能力，適用于不同的機(jī)械設(shè)備緩沖。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)最大承載力為3 000 N，而本實(shí)驗(yàn)所采用的4個(gè)氣彈簧，其總支撐力為3600N，根據(jù)現(xiàn)有研究，得出如下結(jié)論：

1）在其承載范圍內(nèi)，隨著加載重物質(zhì)量的增加，氣彈簧托盤(pán)對(duì)重物的緩沖效果越佳。

2）氣彈簧托盤(pán)對(duì)35～65 Hz的振動(dòng)，隔振效果最佳。

3）氣彈簧托盤(pán)振動(dòng)傳遞率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的木制托盤(pán)。振動(dòng)變化平穩(wěn)，對(duì)向下的振動(dòng)衰減最為明顯。

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Isolation efficiency check for gas spring damping tray

WANG Lingsong，WANG Wenjie，ZHAI Bohao，CHEN Wei，F(xiàn)U Yu
（School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

For studying the vibration reduction effect of gas spring tray during transportation，the research conducted a shaking table test simulating transport vibration of gas spring tray model. Under the stimulus of acceleration of 0.5gand various loads，the vibration responses of gas spring damping tray and ordinary wood transportation pallet in both time and frequency domain were collected and compared for analytical purposes.Test results show that the vibration transfer ratio of the gas spring damping tray was generally below 50%which was approximately 30%less than that of wooden pallets.Downside vibration，which was most evident in overall vibration reduction，was below 35-65 Hz in frequency，and demonstrated the best effect of vibration isolation.Gas spring tray can be used to provide effective buffer for the transportation of sophisticated instrument for both civil and military use.

gas spring tray；ratio vibration test；vibration transmissibility

A

：1674-5124（2015）07-0116-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.07.027

2014-09-10；

：2014-11-18

王嶺松（1955-），男，天津市人，教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械及包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等。