CN112016171A - 气弹簧设计方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提出一种气弹簧设计方法和装置，涉及工业配件设计领域。本公开通过遍历多组铰点位置，针对每组铰点位置，计算气弹簧在不同长度时对应的力值范围，据此计算气弹簧在不同长度时需要的手动力的力值范围，所有手动力的力值范围符合力值设计要求的铰点位置可以作为一个合适的候选铰点位置用来进行气弹簧的铰点设计。在气弹簧设计过程中已经考虑了气弹簧的力值变化和相应的手动力变化，避免在气弹簧使用过程中出现围板开/关门的手动力不合适情况。
Description
技术领域
本公开涉及工业配件设计领域，特别涉及一种气弹簧设计方法和装置。
背景技术
在设计高空作业平台的围板时需要用到气弹簧。气弹簧是由一个密闭缸筒和可以在缸筒内滑动的活塞杆组件组成的以氮气或其他惰性气体为储能介质的弹性元件。
发明人发现，气弹簧在不同位置、不同环境温度下力特性不同，并且长时间使用之后气弹簧的力也会发生变化。受这些因素的影响，气弹簧的力值范围会发生变化，这使得气弹簧的铰点位置的设计工作变得非常复杂和难以奏效。例如，在实际工作中经常发现，由于气弹簧的铰点位置设计的不合理，在环境温度变化或者长时间使用后，围板开/关门的手动力不合适情况。
发明内容
本公开实施例遍历多组铰点位置，针对每组铰点位置，计算气弹簧在不同长度时对应的力值范围，据此计算气弹簧在不同长度时需要的手动力的力值范围，所有手动力的力值范围符合力值设计要求的铰点位置可以作为一个合适的候选铰点位置用来进行气弹簧的铰点设计。在气弹簧设计过程中已经考虑了气弹簧的力值变化和相应的手动力变化，避免在气弹簧使用过程中出现围板开/关门的手动力不合适情况。
本公开一些实施例提出一种气弹簧设计方法，包括：
获取气弹簧多组铰点位置信息，每组铰点位置信息包括固定铰点位置信息和活动铰点位置信息；
针对每组铰点位置信息进行如下处理：
根据该组铰点位置信息以及围板开启角度范围，分别计算围板开启角度范围中的每个围板开启角度对应的气弹簧的长度；
计算气弹簧在每个长度时对应的力值范围；
根据气弹簧在每个长度时对应的力值范围，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围；
判断所有手动力的力值范围是否符合力值设计要求；
将所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息；
根据候选铰点位置信息确定气弹簧的铰点设计参数。
在一些实施例中，计算气弹簧在每个长度时对应的力值范围包括：根据气弹簧的基本参数和伸缩长度并结合摩擦因素、温度因素、力值衰减因素中的至少一项因素，计算气弹簧在每个长度时对应的最大力值和最小力值。
在一些实施例中，利用最大摩擦力、最大温度影响系数、最小力值衰减系数对气弹簧的压缩力公式进行修正，得到气弹簧的最大力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度时对应的最大力值；利用最小温度影响系数、最大力值衰减系数对气弹簧的伸展力公式进行修正，得到气弹簧的最小力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度时对应的最小力值。
在一些实施例中，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围包括：根据气弹簧的力值、手动力和围板重力的力矩关系，结合气弹簧在每个长度时对应的力值范围，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围。
在一些实施例中，根据该组铰点位置信息以及围板开启角度范围，分别计算围板开启角度范围中的每个围板开启角度对应的气弹簧的长度包括：
根据围板铰点、气弹簧的该组铰点位置信息相应的固定铰点和活动铰点，构建三角形；
根据固定铰点相对于围板铰点的固定铰点位置信息，计算固定铰点与围板铰点之间的三角形的第一边的长度；
根据活动铰点相对于围板铰点的活动铰点位置信息，计算活动铰点与围板铰点之间的三角形的第二边的长度；
根据围板开启角度，确定三角形的第一边和第二边之间的夹角；
根据三角形的第一边的长度和第二边的长度以及第一边和第二边之间的夹角，计算固定铰点和活动铰点之间的三角形的第三边的长度，第三边的长度等于该围板开启角度对应的气弹簧的长度。
在一些实施例中，还包括：
针对每组铰点位置信息，根据相应的气弹簧的最大长度和最小长度计算气弹簧的搭接长度；
判断气弹簧的搭接长度是否符合搭接长度设计要求；
将气弹簧的搭接长度符合搭接长度设计要求、且所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息。
在一些实施例中，还包括：筛选出所有手动力的力值范围符合力值筛选条件或/和气弹簧的搭接长度符合搭接长度筛选条件的候选铰点位置信息，根据筛选出的候选铰点位置信息确定气弹簧的铰点设计参数。
在一些实施例中，还包括：
获取多个气弹簧的基本参数；
针对每个气弹簧的基本参数，如果能够成功确定气弹簧的铰点设计参数，按照该气弹簧的基本参数进行气弹簧选型。
在一些实施例中，气弹簧的基本参数包括标称力值，活塞杆直径，缸筒内径。
在一些实施例中，所述方法基于excel编程实现。
本公开一些实施例提出一种气弹簧设计装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行任一个实施例所述的气弹簧设计方法。
本公开一些实施例提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一个实施例所述的气弹簧设计方法的步骤。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本公开一些实施例的气弹簧受力曲线示意图。
图2示出本公开一些实施例的高空作业平台的气弹簧应用示意图。
图3示出本公开一些实施例的气弹簧的铰点位置信息示意图。
图4示出本公开一些实施例的气弹簧设计方法的流程示意图。
图5示出本公开另一些实施例的气弹簧设计方法的流程示意图。
图6示出本公开一些实施例的气弹簧设计装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非特别说明，否则，本公开中的“第一”“第二”等描述用来区分不同的对象，并不用来表示大小或时序等含义。
在对气弹簧选型时，气弹簧受力计算是至关重要的因素之一，因在不同环境和不同状态时气弹簧受力会发生变化，因此在对气弹簧受力进行校核时，必须考虑各主要因素对受力的影响，才有可能保证应用气弹簧的机构在使用过程中始终处于合理范围内。
为保证气弹簧在各种环境下的应用不会出现支撑力过大或过小的情况，气弹簧设计时至少将以下主要因素的影响考虑在内：摩擦因素、位置因素、温度因素、力值衰减因素。
下面对气弹簧受力的主要影响因素进行分析。
摩擦因素：
气弹簧受力方程如下：
气弹簧的伸展力为：P(Sb-Sr)-Fr
气弹簧的压缩力为：P(Sb-Sr)+Fr
其中，P表示气弹簧充气压强，Sb表示气弹簧缸筒面积，Sr表示气弹簧活塞杆面积，Fr表示动态摩擦力。
从气弹簧受力方程可见：气弹簧伸展力与压缩力的差值为2Fr。GB25751-2010中对气弹簧的摩擦力规定如下表所示：
在设计气弹簧时，最大动态摩擦力按上表的标准给出最大动态摩擦力的数值计算，最小值动态摩擦力按0计算。
位置因素：
位置因素主要是通过气弹簧内气体体积变化造成气压变化从而造成力值变化。其中的位置是指气弹簧活塞杆的伸出长度。
气体状态方程为：PV＝nRT
其中，P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。
根据气体状态方程可知，在气弹簧处于不同位置时，由于气体体积V发生变化，对应的压力也会发生变化，从而导致伸出力或压缩力发生变化，伸出力或压缩力的力值变化可基于气体状态方程进行推算。
在环境温度不变的情况下，气弹簧受力曲线如图1所示。
下面对图1涉及到的符号进行解释。
气弹簧的活塞杆直径d，单位例如为mm。
气弹簧的缸筒内径D1，单位例如为mm。
气弹簧的缸筒外径D2，单位例如为mm。
气弹簧的活塞杆的行程S是指活塞杆从全伸展状态到全压缩状态之间的轴向位移。
全伸展状态下气弹簧的有效长度L，单位例如为mm。
启动力F0，气弹簧在全伸展状态保持一定时间后，压动活塞杆所需的初始力，单位例如为N。
最小伸展力F1，在伸展过程中，离工作行程起点处，规定采力点C处测得的力，单位例如为N。
最大伸展力F2，在伸展过程中，离工作行程终点处，规定采力点C处测得的力，单位例如为N。
最小压缩力F3，在压缩过程中，离工作行程起点处，规定采力点C处测得的力，单位例如为N。
最大压缩力F4，在伸展过程中，离工作行程终点处，规定采力点C处测得的力，单位例如为N。
采力点C，是动态或静态检测时力值的采集点；当活塞杆的行程S≤80mm时，C＝5mm；当活塞杆的行程S＞80mm时，C＝10mm。
公称力Fa，Fa＝(F1+F3)/2，是气弹簧的综合特性的指标之一，单位例如为N。
公称力Fb，Fb＝(F2+F4)/2，可用于弹性比率计算(弹性比率α＝Fb/Fa)，单位例如为N。
动态摩擦力Fr，Fr＝(F3-F1)/2，单位例如为N。
伸展速度
活塞杆从规定行程的末端到初始位置自由伸展的平均速度，单位例如为mm/s。
活塞杆按规定的行程压缩和伸展各一次称为一个循环。
气体阻尼段M-D，活塞杆伸展过程中，活塞运动受气体阻尼作用的区域。
液体阻尼段A-M，活塞杆伸展过程中，活塞运动受液体阻尼作用的区域。
由于位置因素主要是通过气弹簧内气体体积变化造成气压变化从而造成力值变化。为简化计算，可假设气弹簧全伸全缩长度正好使用在结构极限位置，并不考虑气弹簧内充油体积影响。
基于以上简化模型，根据气体状态方程PV＝nRT可推导出在不考虑温度变化的情况下气弹簧力值方程为：
伸展力Fe＝(Lm-L)/(Lm-L0)＊d2/(D12-d2)＊(F1+Fr)+F1
压缩力Fre＝(Lm-L)/(Lm-L0)＊d2/(D12-d2)＊(F1+Fr)+F1+2＊Fr
L＝Lm时，Fe＝F1，Fre＝F3；
L＝L0时，Fe＝F2，Fre＝F4。
其中，Fe表示气弹簧长度为L时的伸展力，Fre表示气弹簧长度为L时的压缩力，L表示气弹簧实际长度，Lm表示气弹簧最大长度，L0表示气弹簧最小长度。
在Fr取最大值时，Fe和Fre的值为最大值；在Fr＝0时，Fe和Fre的值为最小值。
温度因素：
根据气体状态方程PV＝nRT，在环境温度发生变化时，P会随着发生变化，从而引起伸缩力值发生变化。根据JB/T10418-2004，环境温度变化1℃，力学性能(伸展力和压缩力)变化约为2‰～3‰。
为简化计算并保证气弹簧设计可靠性，可以按气温每变化1℃，气弹簧力值变化3‰计算。
考虑满足高空作业平台绝大多数使用工况，并考虑发动机机舱侧温升，气弹簧设计时的环境温度按-20℃～60℃计算。
由于气弹簧力值为在室温20℃时标定，计算可得：
-20℃时力值Fxl＝Fx＊(1-3‰)(20-(-20))＝0.89Fx；
60℃时力值Fxh＝Fx＊(1+3‰)(60-20)＝1.13Fx。
其中，Fx是室温20℃时的标称力值，Fxl表示温度范围-20℃～60℃内Fx最小值，Fxh表示温度范围-20℃～60℃内Fx最大值。
力值衰减因素：
关于使用过程中力值衰减GB25751-2010规定如下：
耐高温性能：气弹簧经110摄氏度的高温存储后，再经过-40摄氏度和80摄氏度两次高低温循环试验后，不应产生失效，其公称力Fa的衰减量应不大于5％。
常温循环寿命：经高低温试验后的气弹簧，再经25000次循环寿命试验后，其公称力Fa衰减量应不大于13％。
环境循环寿命：使用环境恶劣的气弹簧经-40摄氏度1000次和80摄氏度1000次高低温循环试验后，其公称力Fa衰减量应不大于5％。经高低温循环寿命试验后的气弹簧，再经常温18000次循环寿命时延后，其公称力Fa衰减量应不大于13％。
结合高空作业平台实际使用时循环次数相对较少的特点，力值最大衰减按5％计算。
综合上述各因素的分析，气弹簧设计时，气弹簧各位置最大力值按F3max、F4max线性化得到曲线计算，气弹簧各位置最小力值按F1min、F2min线性化得到曲线计算。
最大力值计算公式：
Fmax＝[(Lm-L)/(Lm-L0)＊d2/(D12-d2)＊(F1+Frmax)+F1+2＊Frmax]＊1.13＊1
利用最大摩擦力Frmax、最大温度影响系数1.13、最小力值衰减系数0(上式中1-0＝1)，对气弹簧的压缩力公式Fre进行修正，得到气弹簧的最大力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度L时对应的最大力值Fmax。
最小力值计算公式：
Fmin＝[(Lm-L)/(Lm-L0)＊d2/(D12-d2)＊(F1+Fr)+F1]＊0.89＊0.95
利用最小温度影响系数0.89、最大力值衰减系数0.05(上式中1-0.05＝0.95)对气弹簧的伸展力公式Fe进行修正，得到气弹簧的最小力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度L时对应的最小力值Fmin。
其中：
L＝Lm时Fmax＝F3max，Fmin＝F1min；
L＝L0时Fmax＝F4max，Fmin＝F2min。
其中，F3max表示各个F3中的最大值，F1min表示各个F1中的最小值，F4max表示各个F4中的最大值，F2min表示各个F2中的最小值。Fmax表示气弹簧长度为L时气弹簧最大伸缩力，Fmin表示气弹簧长度为L时气弹簧最小伸缩力，L表示气弹簧实际长度，Lm表示气弹簧最大长度，L0表示气弹簧最小长度。
因此，分别利用上述的最大力值计算公式和最小力值计算公式，根据气弹簧的基本参数(例如，标称力值(标称力值用来确定最大动态摩擦力Frmax)，活塞杆直径d，缸筒内径D1等)和伸缩长度L并结合摩擦因素(例如，Fr和Frmax)、温度因素(例如，温度影响系数1.13和0.89等)、力值衰减因素(例如，最大力值衰减系数0.05，最小力值衰减系数0)中的至少一项因素，就可以分别计算出气弹簧在每个长度时对应的最大力值和最小力值。
在高空作业平台20的围板21设计中，经常用到气弹簧22。如图2所示，围板21通过围板铰点211安装到高空作业平台20的一个端面23，气弹簧22的固定铰点221安装到该端面23，气弹簧22的活动铰点222安装到围板21。在围板21打开和关闭的过程中，活动铰点222相对于固定铰点221发生位置变化，位于固定铰点221与活动铰点222之间的气弹簧22的长度也随之变化。在围板21打开过程中，气弹簧22被拉伸，在围板21关闭过程中，气弹簧22被压缩。
图3示出了气弹簧的铰点位置信息示意图。如图3所示，气弹簧22的固定铰点221(相对于围板铰点211)的位置信息包括长度X1和长度Y1，二者的方向垂直；气弹簧22的活动铰点222(相对于围板铰点211)的位置信息包括长度X2和长度Y2，二者的方向垂直；围板21的重心212(相对于围板铰点211)的位置信息包括长度X0和长度Y0，二者的方向垂直。围板21完全关闭(即围板开启角度为0度)时，围板21顶部相对端面23的角度是90度，围板21打开一个角度α时，围板21顶部相对端面23的角度是(α+90)度。
设计气弹簧时，通过围板开关门手动力确定气弹簧选型及安装铰点位置是否合适。下面对围板开关门手动力的力值设计要求进行说明。
围板全关位置手动力的力值设计要求：围板全关位置最好使围板不会自动弹起，且手动开门力不至过大，即：围板全关位置气弹簧力在F2min～F4max变化时手动开门力Fm的范围为Ft1＜Fm＜0，其中，Ft1取值为-5kg，或放宽至-10kg。具体来说，围板全关位置，气弹簧力为F4max时，手动开门力Fm＜0kg；围板全关位置，气弹簧力为F2min时，手动开门力Fm＞Ft1。
围板全开位置手动力的力值设计要求：围板全开位置必须能稳定保持在打开状态，且手动关门力不至过大，即：围板全开位置气弹簧力在F1min～F3max变化时手动开门力Ft2＜Fm＜Ft3，其中，Ft2推荐取值为5kg；Ft3推荐取值为15kg，或者放宽至20kg。具体来说，围板全开位置，气弹簧力为F3max时，手动开门力Fm＜Ft3；围板全开位置，气弹簧力为F1min时，手动开门力Fm＞Ft2。
围板开/关过程手动力的力值设计要求：在开关门过程中需保证手动开关门力不至过大，即：在开关门过程中气弹簧力在任意可能的值时均需满足|Fm|＜Ft4，其中，Ft4推荐取值20kg。即，取气弹簧最大力值，各位置手动开关门力|Fm|＜Ft4；取气弹簧最小力值，各位置手动开关门力|Fm|＜Ft4。
图4示出本公开一些实施例的气弹簧设计方法的流程示意图。
如图4所示，该实施例的气弹簧设计方法包括：
在步骤410，针对一个气弹簧，获取气弹簧多组铰点位置信息，每组铰点位置信息包括固定铰点位置信息和活动铰点位置信息。
获取气弹簧多组铰点位置信息的方法包括：确定一组初始铰点位置信息，设置一定的步长，在初始铰点位置信息的基础上，通过增加若干步长，获得多组铰点位置信息。
在步骤420，遍历多组铰点位置信息，针对每组铰点位置信息进行如下处理，具体参见步骤421-426。
步骤421，根据该组铰点位置信息以及围板开启角度范围，分别计算围板开启角度范围中的每个围板开启角度对应的气弹簧的长度。
从图3中可以看出：围板铰点211、气弹簧的固定铰点221和活动铰点222构建一个三角形；根据固定铰点221相对于围板铰点211的固定铰点位置信息X1和Y1，计算固定铰点221与围板铰点211之间(三角形的第一边)的长度；根据活动铰点222相对于围板铰点211的活动铰点位置信息，计算活动铰点222与围板铰点211之间(三角形的第二边)的长度；三角形的第一边与端面23之间的夹角为arctanX1/Y1，三角形的第二边与围板21顶部之间的夹角为arctanY2/X2，围板开启角度为α时，围板21顶部与端面23之间的夹角为(α+90)，则三角形的第一边和第二边之间的夹角为：(α+90-arctanX1/Y1-arctanY2/X2)；根据三角形的第一边的长度和第二边的长度以及第一边和第二边之间的夹角，利用三角函数计算方法，即可计算固定铰点221和活动铰点222之间的三角形的第三边的长度，第三边的长度即为该围板开启角度α对应的气弹簧的长度。
步骤422，计算气弹簧在每个长度时对应的力值范围。
根据气弹簧的基本参数(如标称力值，活塞杆直径，缸筒内径等)和伸缩长度并结合摩擦因素、温度因素、力值衰减因素中的至少一项因素，利用前述的气弹簧的最大力值计算公式和最小力值计算公式，分别计算气弹簧在每个长度时对应的最大力值和最小力值。
步骤423，根据气弹簧在每个长度时对应的力值范围，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围。
根据气弹簧的力值、手动力和围板重力的力矩关系：气弹簧力×气弹簧的力臂+手动力×手动力的力臂＝围板重力×围板的力臂，结合气弹簧在每个长度时对应的力值范围(即，气弹簧在每个长度时对应的最大力值和最小力值)，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围(即，气弹簧在每个长度时需要的手动力的最大力值和最小力值)。
步骤424，判断气弹簧在各个长度时需要的所有手动力的力值范围是否符合力值设计要求。
力值设计要求例如包括前述提及的围板全关位置手动力的力值设计要求、围板全开位置手动力的力值设计要求、围板开/关过程手动力的力值设计要求。
步骤425，可选的，针对每组铰点位置信息，根据相应的气弹簧的最大长度和最小长度计算气弹簧的搭接长度，判断气弹簧的搭接长度是否符合搭接长度设计要求。
2倍的气弹簧的最小长度减去气弹簧的最大长度得到气弹簧的搭接长度。其中，气弹簧的最小长度也即气弹簧的全缩长度，气弹簧的最大长度也即气弹簧的全伸长度。
步骤426，如果没有执行步骤425，将所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息；
如果执行了步骤425，将气弹簧的搭接长度符合搭接长度设计要求、且所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息。
在步骤430，可选的，进一步筛选出所有手动力的力值范围符合力值筛选条件或/和气弹簧的搭接长度符合搭接长度筛选条件的候选铰点位置信息。
其中，力值筛选条件是力值设计要求的范围中的更小的范围，可以是设计时认为的一个更优选的范围。搭接长度筛选条件是搭接长度设计要求的范围中的更小的范围，可以是设计时认为的一个更优选的范围。
在步骤440，根据候选铰点位置信息确定气弹簧的铰点设计参数。
如果有一个候选铰点位置信息，则将该候选铰点位置信息的固定铰点位置信息和活动铰点位置信息作为气弹簧的铰点设计参数；如果有多个候选铰点位置信息，从中选择一个候选铰点位置信息，将选择的该候选铰点位置信息的固定铰点位置信息和活动铰点位置信息作为气弹簧的铰点设计参数。
上述实施例，遍历多组铰点位置，针对每组铰点位置，综合多种影响因素，计算气弹簧在不同长度时对应的力值范围，据此计算气弹簧在不同长度时需要的手动力的力值范围，所有手动力的力值范围符合力值设计要求的铰点位置可以作为一个合适的候选铰点位置用来进行气弹簧的铰点设计。在气弹簧设计过程中已经综合多种影响因素考虑了气弹簧的力值变化和相应的手动力变化，避免在气弹簧使用过程中出现围板开/关门的手动力不合适情况。
图5示出本公开另一些实施例的气弹簧设计方法的流程示意图。
如图5所示，该实施例的气弹簧设计方法包括：
在步骤510，获取多个气弹簧的基本参数，气弹簧的基本参数包括标称力值、活塞杆直径、缸筒内径等。
在步骤520，遍历多个气弹簧，针对每个气弹簧，执行图4所示实施例的方法，如果针对该气弹簧的基本参数能够成功确定气弹簧的铰点设计参数，说明该气弹簧的基本参数合理，可以按照该气弹簧的基本参数进行气弹簧选型，否则，如果针对该气弹簧的基本参数没有合适的铰点设计参数，说明该气弹簧的基本参数不合理，无需按照该气弹簧的基本参数进行气弹簧选型。
从而，完成与作业工况相适配的气弹簧的选型。
本公开的气弹簧设计方法可以基于excel编程实现。通过编程实现Excel自动计算，不再需要手动逐点试算，有效降低设计人员工作量，提高工作效率。下面描述具体方案。其中，excel中单元格的字母+数字，其中，字母表示行，数字表示列，例如，A2表示A行第2列。
在单元格A2-F8输入设计所需的气弹簧铰点位置信息及气弹簧的基本参数。
对最大值与最大值范围中的多组气弹簧铰点位置信息进行验证，验证是否符合设计要求，从中寻求最优解。分段数是在选定范围内对区间划分的参数设定，步长＝(最大值-最小值)/分段数。验证时，各参数将从最小值开始，每次增加一个步长逐步进行验证，或者，各参数将从最大值开始，每次减小一个步长逐步进行验证。
其中，最大动态摩擦力和最小动态摩擦力是根据气弹簧的标称力值在本表A32：C41范围内查表所得，不需手动输入。
在单元格A25：C28输入极限环境温度，以及温度对气弹簧的力特征的影响系数。
| 温度对气弹簧力的影响 | 环境温度(℃) | 温度影响系数 |
| 指定工况下的最小温度 | -20 | 0.89 |
| 室温 | 20 | 1.00 |
| 指定工况下的最大温度 | 60 | 1.13 |
在单元格A32：C41输入气弹簧力的标称力值对应的最大动态摩擦力值(此表可参考相关标准中制定)。在下表中，例如，标称力值1-100，相应的最大动态摩擦力为25，标称力值101-200，相应的最大动态摩擦力为30，其他依此类推。其中，前述的C8单元格数值可以从本表的区域中查询获得，具体来说，标称力值是1400，属于最后一列的情况，因此，相应的最大动态摩擦力为150。
在区域A10：C14输入基本设计要求，以判断计算的各种数值是否满足该区域设定的基本设计要求。
在区域A18：C22输入筛选条件，在初步计算结果中筛选最优结果时以此区域设定值为依据。
在区域I2：L22中输入围板开关门力计算基本信息参数，其中L2：L4中重力参数为围板质量以及重心位置参数，L5：L9为从区域B2：B8查询所得的数据，计算时此处数据随当前计算铰点位置变化。L10：L11为围板需要的最大开启角度以及根据把手位置计算出的手动开关门时的最大人工力臂(即，手动力)。
区域K23：K91为围板开启角度，M23：N91为根据围板开启角度计算所得气弹簧长度及根据长度计算出的气弹簧力值。区域L23：L93为计算所得围板开启角度时对应的开关门手动力。其中区域L56：L57和区域L92：L93为气弹簧最小力和最大力时手动力的最大值和最小值。以上区域数据为手动输入或通过前述的计算公式计算所得。
通过设计要求，确定候选铰点位置信息的过程如下：
首先，将b3：b6数值使用c3：c6数据赋值，excel表会按照前述的各计算公式自动计算得到各围板开启角度时开关门的手动力，以及气弹簧长度。
接着，比较对应力值是否符合基本设计要求，包括：比较L23(L59)与b11和c11大小关系，判断门全关位置手动力是否符合条件；比较L55(L91)与b12和c12大小关系，判断门全开位置手动力是否符合条件；比较L56、L57、L92、L93与B13大小关系，判断门开关过程手动力是否符合条件；比较L15和B16大小关系，根据缺省长判断气弹簧行程是否可实现。
接着，如果基本设计要求均符合，则：在P列之前插入一列，然后将此铰点位置信息(包括铰点位置和手动力数值)记录在P列，如果基本设计要求中有任何一项或多项不满足要求，则跳过此步。
接着，B3单元格数值在上一步基础上增加一个步长(F3)，触发从“首先”步骤继续验证，逐步增加B3数值，直至B3＞D3启动下一步骤；
接着，B4单元格数值在上一步基础上增加一个步长(F4)，B4单元格数值设为C4，触发从“首先”步骤继续验证，逐步增加B4数值，直至B4＞D4启动下一步骤。
参考B3达最大值后B4增加一个步长的步骤，类似的，B4达最大值后，B5增加一个步长，B5达最大值后，B6增加一个步长，直至B3、B4、B5、B6均达最大值后结束计算。
在计算结束后，P列之后的数据为符合条件的候选铰点位置信息。
通过筛选条件，从候选铰点位置信息中进一步筛选出更优的铰点位置信息的过程如下：
与上述判断是否符合基本设计要求的类似的方法，从P列数据开始比较每列对应力值是否符合筛选条件，如果符合筛选条件，则继续比较下一列，如果不符合筛选条件，则将此列删除后，继续比较下一列，筛选结束后，P列之后的数据即为满足筛选条件的数据。
在实际应用中，操作者可逐步提高筛选条件，就可以得到最优铰点位置。
图6为本公开一些实施例的气弹簧设计装置的结构示意图。
如图6所示，该实施例的装置600包括：存储器610以及耦接至该存储器610的处理器620，处理器620被配置为基于存储在存储器610中的指令，执行前述任意一些实施例中的气弹簧设计方法，例如，执行图4或图5等实施例中的方法，这里不再赘述。
其中，存储器610例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
装置600还可以包括输入输出接口630、网络接口640、存储接口650等。这些接口630，640，650以及存储器610和处理器620之间例如可以通过总线660连接。其中，输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口650为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。
本公开还提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现气弹簧设计方法的步骤。气弹簧设计方法例如为图4或图5等实施例中的方法，这里不再赘述。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解为可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种气弹簧设计方法，其特征在于，包括：
获取气弹簧多组铰点位置信息，每组铰点位置信息包括固定铰点位置信息和活动铰点位置信息；
针对每组铰点位置信息进行如下处理：
根据该组铰点位置信息以及围板开启角度范围，分别计算围板开启角度范围中的每个围板开启角度对应的气弹簧的长度；
计算气弹簧在每个长度时对应的力值范围；
根据气弹簧在每个长度时对应的力值范围，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围；
判断所有手动力的力值范围是否符合力值设计要求；
将所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息；
根据候选铰点位置信息确定气弹簧的铰点设计参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算气弹簧在每个长度时对应的力值范围包括：
根据气弹簧的基本参数和伸缩长度并结合摩擦因素、温度因素、力值衰减因素中的至少一项因素，计算气弹簧在每个长度时对应的最大力值和最小力值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
利用最大摩擦力、最大温度影响系数、最小力值衰减系数对气弹簧的压缩力公式进行修正，得到气弹簧的最大力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度时对应的最大力值；
利用最小温度影响系数、最大力值衰减系数对气弹簧的伸展力公式进行修正，得到气弹簧的最小力值计算公式，用来计算气弹簧在每个长度时对应的最小力值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围包括：
根据气弹簧的力值、手动力和围板重力的力矩关系，结合气弹簧在每个长度时对应的力值范围，计算气弹簧在每个长度时需要的手动力的力值范围。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该组铰点位置信息以及围板开启角度范围，分别计算围板开启角度范围中的每个围板开启角度对应的气弹簧的长度包括：
根据围板铰点、气弹簧的该组铰点位置信息相应的固定铰点和活动铰点，构建三角形；
根据固定铰点相对于围板铰点的固定铰点位置信息，计算固定铰点与围板铰点之间的三角形的第一边的长度；
根据活动铰点相对于围板铰点的活动铰点位置信息，计算活动铰点与围板铰点之间的三角形的第二边的长度；
根据围板开启角度，确定三角形的第一边和第二边之间的夹角；
根据三角形的第一边的长度和第二边的长度以及第一边和第二边之间的夹角，计算固定铰点和活动铰点之间的三角形的第三边的长度，第三边的长度等于该围板开启角度对应的气弹簧的长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
针对每组铰点位置信息，根据相应的气弹簧的最大长度和最小长度计算气弹簧的搭接长度；
判断气弹簧的搭接长度是否符合搭接长度设计要求；
将气弹簧的搭接长度符合搭接长度设计要求、且所有手动力的力值范围符合力值设计要求的该组铰点位置信息作为候选铰点位置信息。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
筛选出所有手动力的力值范围符合力值筛选条件或/和气弹簧的搭接长度符合搭接长度筛选条件的候选铰点位置信息，根据筛选出的候选铰点位置信息确定气弹簧的铰点设计参数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取多个气弹簧的基本参数；
针对每个气弹簧的基本参数，如果能够成功确定气弹簧的铰点设计参数，按照该气弹簧的基本参数进行气弹簧选型。
9.根据权利要求2、3或8所述的方法，其特征在于，
气弹簧的基本参数包括标称力值，活塞杆直径，缸筒内径。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法基于excel编程实现。
11.一种气弹簧设计装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行权利要求1-10任一项所述的气弹簧设计方法。
12.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-10任一项所述的气弹簧设计方法的步骤。
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