CN108036018A - 串联式六自由度空气悬挂隔振平台 - Google Patents

串联式六自由度空气悬挂隔振平台 Download PDF

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韩丽
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李金杭
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Abstract

本发明涉及一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，该隔振平台包括下支架、阻尼器、空气弹簧、上支架、控制装置，所述下支架通过顶角处的四个空气弹簧和倾斜设置在下支架和上支架之间的八个阻尼器与上支架连接；所述上支架对应的两个侧面通孔设有用于放置调整重力梯度仪稳定性的电机，并通过通孔端盖将电机固定在上支架上。该隔振平台具有优良的隔振性能，特别是低频隔振性能；当重力梯度仪工作时，可充分保证其工作环境可靠性。

Description

串联式六自由度空气悬挂隔振平台
技术领域
本发明涉及汽车悬挂领域，具体的说涉及一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台。
背景技术
在地质勘探、生命科学仪器制造、纳米技术领域以及其他工程领域中，很多精密仪器都需要严格隔振，比如重力梯度仪、原子力显微镜、太空望远镜、干涉仪、雷达通信系统,以及机械制造加工行业等等，因此为这些仪器提供稳定的隔振平台具有重要意义。众多研究机构和制造企业都看好其在制造领域的应用前景，研究人员正试图开发出在速度、刚度、精度和费用等方面更优的隔振机构装备。
目前，国内外对隔振平台的研究主要集中在航空领域，典型的有Stewart平台，Stewart平台由上下两平台和六个可伸缩支腿组成，通过对支腿的控制以减少控制力矩陀螺仪工作对航天器产生微振动干扰。然而，对地面工作的车载隔振平台研究确很少，当重力梯度仪、光学器件等高精设备搭载于车辆上时，路面的不平将影响其测量精度，为了保证重力梯度仪这一高精度仪器的工作精度和工作环境可靠性，有必要为其设计相应的隔振平台，以减少复杂路面对重力梯度仪的冲击。已有的相关研究很少，且隔振性能较差，特别是低频隔振效果。因此本发明将针对路面工作和车辆搭载的条件设计一种新型车载隔振平台。
发明内容
针对上述技术问题，本发明公开了一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，该隔振平台具有优良的隔振性能，特别是低频隔振性能；当重力梯度仪工作时（主要测量垂向数据），可充分保证其工作环境可靠性。
本发明的的目的是这样实现的：一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，该隔振平台包括下支架、阻尼器、空气弹簧、上支架、控制装置，所述下支架通过顶角处的四个空气弹簧和倾斜设置在下支架和上支架之间的八个阻尼器与上支架连接；所述上支架对应的两个侧面通孔设有用于放置调整重力梯度仪稳定性的电机，并通过通孔端盖将电机固定在上支架上。
所述上支架为一矩形框架结构，对应的两个侧面带有用于放置调整重力梯度仪稳定性电机的圆形通孔，所述电机外端通过圆形通孔的端盖用螺栓固定在上支架上、电机输出轴与重力梯度仪轴连；所述上支架四角处分别带有两个螺栓孔，所述空气弹簧通过螺栓孔设置在上支架四角处，所述螺栓孔用于将空气弹簧上端封装板和上支架用螺栓固定起来。
所述下支架由下面的框架体和垂直设置在框架体四角处的支座构成，所述阻尼器支撑件设置在每个支座的下方，所述吊耳与阻尼器支撑件固连，所述空气弹簧支撑件设置在每个支座的顶端、用于连接空气弹簧，所述下支架横向稳定梁横向设置在相邻的两个支座之间；八个所述阻尼器倾斜设置在上支架和下支架之间，所述阻尼器下端连接在支座上的吊耳上、上端连接在上支架内侧吊耳上，所述空气弹簧支撑件的上板和空气弹簧下端封装板通过螺栓固定。
本发明的有益效果是：
1、本发明的平台下支架采用四角支撑结构，区别于Stewart平台的支腿支撑，和航空用stewart平台相比增加了车载平台在崎岖路面的整体稳定性，更加适用于地面工作环境。
2、发明的串联结构布置方式，八根阻尼器斜置在上下支架之间，四根空气弹簧垂直布置在上下支架四角处，构成了此串联隔振机构；采用八根阻尼器斜置支撑平台上支架，充分隔离平台的高频振动，同时增加平台的横向稳定性。
3、空气弹簧在汽车等行业应用广泛，确很少应用在隔振平台上，本发明针对隔离地面振动情形，采用空气弹簧作为隔振的主要部件之一，既提高了隔振效果又具有创新性；空气弹簧具有自振频率低、振动及噪声小等优点，另外空气弹簧具有非线性弹性特性，可以将其特性曲线设计成理想需求特性曲线。
4、本发明将四根空气弹簧与八根阻尼器采用串联形式，可进一步隔离路面传来的低频振动,且空气弹簧对低频隔振效果比传统金属弹簧更好、更稳定；
5、本发明空气弹簧配备相应气体阀门，可通过调节弹簧气压实现隔振平台高度可调，进一步提升平台对崎岖路面的适应性。
本发明不仅结构简单，可靠性性高，而且成本低，不需要大量额外能量；平台上支架安装的电机用于控制重力梯度仪的俯仰运动，可增加其工作精确度；
6、本发明隔振平台在阻尼器和空气悬挂减振的基础上，在上支架另配备了调整重力梯度仪俯仰角度的电机，进一步保证了搭载仪器的稳定性。
附图说明
图1 本发明串联式六自由度空气悬挂隔振平台整体轴测图；
图2 本发明串联式六自由度空气悬挂隔振平台的上支架整体结构图；
图3 本发明串联式六自由度空气悬挂隔振平台的下支架整体结构图；
图4 本发明串联式六自由度空气悬挂隔振平台阻尼器结构图；
图5 本发明串联式六自由度空气悬挂隔振平台空气弹簧结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种具体实施方案作详细的描述：
如图1所示，一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，该隔振平台包括下支架1、阻尼器2、空气弹簧3、上支架4、控制装置5，所述下支架1通过顶角处的四个空气弹簧3和倾斜设置在下支架1和上支架4之间的八个阻尼器2与上支架4连接；所述上支架4对应的两个侧面通孔4-2设有用于放置调整重力梯度仪稳定性的电机4-1，并通过通孔端盖4-3将电机4-1固定在上支架4上。
如图2所示：所述上支架4为一矩形框架结构，对应的两个侧面带有用于放置调整重力梯度仪稳定性电机4-1的圆形通孔4-2，所述电机4-1外端通过圆形通孔4-2的端盖4-3用螺栓固定在上支架4上、内部与重力梯度仪轴连，所述上支架4四角处分别带有两个螺栓孔4-4，所述空气弹簧3通过螺栓孔4-4设置在上支架4四角处，所述螺栓孔4-4用于将空气弹簧3上端封装板和上支架用螺栓固定起来。
由附图3所示：所述下支架1由下面的框架体和垂直设置在框架体四角处的支座1-1构成，所述阻尼器支撑件1-2设置在每个支座1-1的内侧，所述吊耳1-3与阻尼器撑件1-2固连，所述空气弹簧支撑件1-4设置在每个支座1-1的顶端、用于连接空气弹簧3，所述下支架横向稳定梁1-5横向设置在相邻的两个支座1-1之间；八个所述阻尼器2倾斜设置在上支架4和下支架1之间，所述阻尼器2下端连接在支座1-1上的吊耳1-3上、上端连接在上支架4内侧吊耳4-5上，所述空气弹簧支撑件1-4的上板和空气弹簧3下端封装板通过螺栓固定，所述控制系统5设置在上支架4的外侧。
由附图1、2、3所示：所述上支架4用于支撑重力梯度仪，上支架4设有两处对称布置的圆形工作空间圆形通孔4-2、用于布置电机4-1，电机4-1可以调整重力梯度仪的俯仰运动，增加重力梯度仪的稳定性，上支架4下平面每条边上采用螺栓安装了两个吊耳4-5，用于支撑阻尼器2的上端；下支架1是采用20毫米厚钢板制成的四角支撑箱状结构，稳定性强且可保证隔振平台的强度，在下支架1四角内部下方采用螺栓连接布置了阻尼器支撑件1-2和四个空气弹簧支撑件1-4；空气弹簧3垂直布置于下支架1上方空气弹簧支撑件1-4和上支架1四角之间、采用螺栓连接，同时空气弹簧3配备相应充放气阀门和管道，可调整空气弹簧刚度以适应不同等级路面，也可调整平台高度增加稳定性；八根阻尼器2布置于下支架1上的阻尼器支撑件1-2和上支架4之间，平台的每个角分别斜置两根，倾斜角度为37度。
所述隔振平台的尺寸为1.6m*1.6m*1.6m，整体重量为650kg,可承重950kg。
所述控制系统5内包括空气弹簧控制相关设备、电器元件。由于空气弹簧长期工作后，会产生一定的空气泄露，因此需要为其配备相应补气装置，具体包括气体导管、气体阀门、气泵；同时为气泵和电机提供动力，将配备相应的电池为其供电。
本发明六自由度空气悬挂隔振平台通过橡胶垫片、螺栓固定在车辆上，当车辆在高低不平的路面行驶时，隔振平台四角受到经车辆传递来的不同频率的振动。此时，隔振平台将通过阻尼器和空气弹簧进行减振，其中阻尼器主要隔离高频振动，空气弹簧在隔离部分高频振动的同时隔离低频振动，可达到衰减振动的目的，为重力梯度仪提供更佳的工作环境。

Claims (3)

1.一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，其特征在于：该隔振平台包括下支架、阻尼器、空气弹簧、上支架、控制装置，所述下支架通过顶角处的四个空气弹簧和倾斜设置在下支架和上支架之间的八个阻尼器与上支架连接；所述上支架对应的两个侧面通孔设有用于放置调整重力梯度仪稳定性的电机，并通过通孔端盖将电机固定在上支架上。
2.根据权利要求1所述的一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，其特征在于：所述上支架为一矩形框架结构，对应的两个侧面带有用于放置调整重力梯度仪稳定性电机的圆形通孔，所述电机外端通过圆形通孔的端盖用螺栓固定在上支架上、电机输出轴与重力梯度仪轴连；所述上支架四角处分别带有两个螺栓孔，所述空气弹簧通过螺栓孔设置在上支架四角处，所述螺栓孔用于将空气弹簧上端封装板和上支架用螺栓固定起来。
3.根据权利要求1所述的一种串联式六自由度空气悬挂隔振平台，其特征在于：所述下支架由下面的框架体和垂直设置在框架体四角处的支座构成，所述阻尼器支撑件设置在每个支座的下方，所述吊耳与阻尼器支撑件固连，所述空气弹簧支撑件设置在每个支座的顶端、用于连接空气弹簧，所述下支架横向稳定梁横向设置在相邻的两个支座之间；八个所述阻尼器倾斜设置在上支架和下支架之间，所述阻尼器下端连接在支座上的吊耳上、上端连接在上支架内侧吊耳上，所述空气弹簧支撑件的上板和空气弹簧下端封装板通过螺栓固定。
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