CN112797108B - 双曲膜式低刚度空气弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双曲膜式低刚度空气弹簧，解决了现有膜式空气弹簧存在的横垂向刚度比较高的技术问题。技术方案包括橡胶囊体，所述橡胶囊体的两端分别与上、下法兰硫化为一体，并被上、下压紧法兰压紧，所述上、下法兰分别经螺栓与上、下盖板连接，所述橡胶囊体中段外设有宽约束环，所述橡胶囊体被宽约束环和对应的上、下压紧法兰挤压成上段的上曲线段、中段的直线段和下段的下曲线段，所述宽约束环的最大内径为橡胶囊体的设计最大外径。本发明结构简单、横垂向刚度比低、结构稳定性好、兼具三向限位功能、设备使用寿命长。

Description

双曲膜式低刚度空气弹簧
技术领域
本发明涉及一种船舶隔振领域，具体的说是一种双曲膜式低刚度空气弹簧。
背景技术
空气弹簧作为一种减振元件，由于具有良好的非线性刚度特性和承载能力，已经广泛的应用于船舶隔振系统中。
近年来，随着船舶隔振系统对于空气弹簧减振效果以及可靠性要求的提高，船用空气弹簧在保证小尺寸、大载荷和低固频特性的同时，要求进一步降低空气弹簧的横垂向刚度比，并具备结构稳定性和三向抗冲击限位功能。现有膜式空气弹簧囊体一般仅包括一个曲形段(如专利号：20810414423.0，20 1721729854.9和201820266259.4)，尽管单曲段囊体两侧的导向角度以及囊体结构参数经优化设计后，可以实现较低的固有频率，但是此种结构形式空气弹簧的横向刚度较高，其横垂向刚度比往往接近于2，这难以保证空气弹簧的横向振动隔离效果。
此外，由于船舶内部安装空间有限，为实现船用空气弹簧的较大承载能力，其内部气压较高，而在囊内较高气压的作用下，为确保空气弹簧承载能力的稳定性，需保证囊体结构(一般针对空气弹簧的有效半径)在充气前后基本一致。同样，受安装空间限制，其限位器一般内置于空气弹簧中，而现有内置限位器一般为单向限位器(201310038695.8)或双向限位器(201810972878.X)，可对应实现垂向压缩限位或横向与垂向压缩限位，但难以同时满足垂向压缩、拉伸以及横向的三向限位要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、横垂向刚度比低、结构稳定性好、兼具三向限位功能、设备使用寿命长的双曲膜式低刚度空气弹簧。
本发明双曲膜式低刚度空气弹簧包括橡胶囊体，所述橡胶囊体的两端分别与上、下法兰硫化为一体，并被上、下压紧法兰压紧，所述上、下法兰分别经螺栓与上、下盖板连接，所述橡胶囊体中段外设有宽约束环，所述橡胶囊体被宽约束环和对应的上、下压紧法兰挤压成上段的上曲线段、中段的直线段和下段的下曲线段，所述宽约束环的最大内径为橡胶囊体的设计最大外径。
所述上曲线段和下曲线段对称。
所述宽约束环与所述橡胶囊体的直线段硫化为一体。
所述上曲线段和下曲线的弧度为π/2～πrad。
所述橡胶囊体内设有限位器，优选所述限位器为三向限位器。
具体地，所述三向限位器包括对应插接的上限位体和下限位体，所述上限位体包括与所述上盖板连接的上底板、支柱和旋转插接件，所述支柱的上端与上底板连接，下端与上旋转插接件连接；所述下限位体包括对应插装有所述旋转插接件的插接槽，所述插接槽的底部与所述下盖板连接，所述插接槽的顶面设有限位盖板，所述限位盖板上开有供所述旋转插接件插入插接槽内的插接孔。
所述旋转插接件外表面设有橡胶缓冲层。
所述旋转插接件为叶轮形，所述限位盖板上对应开有叶轮形的插接孔。
针对背景技术存在的问题，发明人对膜式空气弹簧进行了深入研究，进行了如下改进：
1)在所述橡胶囊体中段外设置宽约束环，通过宽约束环和对应的上、下压紧法兰将橡胶囊体挤压形成上段的上曲线段、中段的直线段和下段的下曲线段。通过将两个曲线段位于直线段两侧，在宽约束环的作用下形成类似两个膜式空气弹簧对称串联布置的结构形式，在相同规格尺寸的条件下，受空气弹簧内部容积影响，其固频特性与单曲式基本一致，而横向刚度能够降低约一倍左右，因此该结构形式空气弹簧能够有效降低横垂向刚度比，提高横向振动隔离效果。并且，控制所述宽约束环的最大内径为橡胶囊体的设计最大外径，这就能够保证橡胶囊体的有效半径在空气弹簧充气前后都将被约束环限制在一固定值，，从而使得本发明空气弹簧在满足低横垂向刚度比的同时，还具备优异的结构稳定性。
2)在橡胶囊体内设置三向限位器，利用旋转插接件经插接孔插入插接槽，再进行旋转限位的方式，在较小的内部空间巧妙实现垂向压缩，拉伸以及横向的三向限位功能。
综上，本发明具有结构简单、横垂向刚度比低、结构稳定性好、兼具三向限位功能、设备使用寿命长的优点。
附图说明
图1为本发明实施例示意图；
图2为图1的A-A向示意图；
图3为上限位体结构示意图；
图4为图3的A-A向示意图；
图5为下限位体结构示意图；
图6为图5的A-A向示意图。
其中，1-上盖板、1.1-环形凹槽、1.2-气孔、2-第一螺栓、3-上法兰、3.1-进气口、3.2-环形凸台、4-第二螺栓、5-密封圈、6-气嘴、7-上压紧法兰、8-橡胶囊体、8.1-帘线、8.2-橡胶、8.3-上曲线段、8.4-直线段、8.5-下曲线段、9-宽约束环、10-下压紧法兰、11-下盖板、12-第三螺栓、13-上限位体、13.1-上底板、13.2-支柱、13.3-旋转插接件、13.4-橡胶缓冲层、13.5-气口、14-第四螺栓、15-第五螺栓、16-下限位体、16.1-插接槽、16.2-限位盖板、16.3-插接孔、17-下法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
参见图1和图2，本发明双曲膜式低刚度空气弹簧包括橡胶囊体8，所述橡胶囊体8的两端分别与上、下法兰3、17硫化为一体，并被上、下压紧法兰7、10压紧，具体的来说，所述橡胶囊体8由帘线8.1与橡胶8.2交错铺层构成，所述帘线8.1通过交叉网状缠绕将上法兰3和下法兰17捆绑为一体，并与上、下法兰3、17以及上、下压紧法兰7、10硫化为一体。
所述上、下法兰3、17分别经第一螺栓2和第三螺栓12与上、下盖板1、11连接，所述橡胶囊体8中段外设有宽约束环9，所述宽约束环9与所述橡胶囊体8的直线段硫化为一体，所述橡胶囊体8被宽约束环9和对应的上、下压紧法兰7、10挤压成上段的上曲线段8.3、中段的直线段8.4和下段的下曲线段8.5，所述上曲线段8.3和下曲线段8.5对称，所述宽约束环9的最大内径为橡胶囊体8的设计最大外径。优选的，所述上曲线段8.3和下曲线8.5的弧度为π/2～πrad。
所述橡胶囊体内设有三向限位器，具体地，所述三向限位器包括对应插接的上限位体13和下限位体16，所述上限位体13包括与上底板13.1、支柱13.2和旋转插接件13.3，旋转插接件13.3外表面设有橡胶缓冲层13.4并硫化为一体，所述上底板13.1经第二螺栓4与所述上盖板1连接，所述支柱13.2的上端与上底板13.1连接，下端与上旋转插接件13.3连接；所述下限位体16包括对应插装有所述旋转插接件13.3的插接槽16.1，所述插接槽16.1的底部经第四螺栓14和第五螺栓15与所述下盖板11连接，所述插接槽16.1的顶面设有限位盖板16.2，所述限位盖板16.2上开有供所述旋转插接件13.3插入插接槽16.1内的插接孔16.3。
所述旋转插接件13.3和所述限位盖板16.2上的插接孔16.3的形状对应，以满足插接旋转后限位的功能，优选旋转插接件13.3的形状为叶轮形，则相应所述限位盖板16.2上对应开有叶轮形的插接孔16.3，当旋转插接件13.3经插接孔16.3对应插入插接槽16.1内后通过旋转上底板13.1可以带动旋转插接件13.3在插接槽16.1转动，使旋转插接件13.3的叶轮与插接孔16.3错开，从而实现垂向压缩、拉伸以及横向的三向限位功能。
进一步的，上法兰3开有进气口3.1，其顶面设有环形凸台3.2，所述上盖板1底面设有对应环形凹槽1.1，环形凹槽1.1中设置一密封圈5，装配时，环形凸台3.2通过卡入环形凹槽1.1挤压密封圈5进行密封。所述上盖板1开有气孔1.2，上限位体13开有气口13.5，空气从气嘴6通入，经气孔1.2、气口13.5、进气口3.1对橡胶囊体8进行充气，所述进气结构为现有技术，本领域技术人员可以根据需要进行合理设计。
所述上压紧法兰7、下压紧法兰10以及宽约束环9的结构参数可主要依据空气弹簧的静、动态性能的要求进行调整；所述上限位体13、下限位体16的结构参数以及可主要依据空气弹簧的冲击性能要求进行调整。
实验分析：
一、对本发明实施例开展了气压-载荷线性相关度试验和爆破试验，试验结果如下：
(1)本发明实施例的额定载荷为2.5吨，对应设计气压为1MPa，通过开展在不同气压下(额定气压的20％～120％)的承载特性试验，得到气压-载荷线性相关度为100％，可验证本发明空气弹簧在充气过程中的结构稳定性。
(2)本发明实施例在爆破试验中最终测得的爆破压力为20Mpa，安全系数能够达到20，可表明本发明空气弹簧在囊内高压气体作用下的可靠性。
二、本发明实施例与单曲式空气弹簧进行了试验对比分析，试验结果见下表
Figure BDA0002883973430000071
从上表可以看出，与传统的单曲式空气弹簧相比，本发明空气弹簧在保证固频特性的基础上，横垂向刚度比降低了约1倍，能够有效提高横向振动隔离效果。

Claims (8)

1.一种双曲膜式低刚度空气弹簧，包括橡胶囊体，所述橡胶囊体的两端分别与上、下法兰硫化为一体，并被上、下压紧法兰压紧，所述上、下法兰分别经螺栓与上、下盖板连接，其特征在于，所述橡胶囊体中段外设有宽约束环，所述橡胶囊体被宽约束环和对应的上、下压紧法兰挤压成上段的上曲线段、中段的直线段和下段的下曲线段，所述宽约束环的最大内径为橡胶囊体的设计最大外径；所述上曲线段和下曲线的弧度为π/2~π rad。
2.如权利要求1所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述上曲线段和下曲线段对称。
3.如权利要求1所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述宽约束环与所述橡胶囊体的直线段硫化为一体。
4.如权利要求1-3任一项所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述橡胶囊体内设有限位器。
5.如权利要求4所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述限位器为三向限位器。
6.如权利要求5所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述三向限位器包括对应插接的上限位体和下限位体，所述上限位体包括与上盖板连接的上底板、支柱和旋转插接件，所述支柱的上端与上底板连接，下端与上旋转插接件连接；所述下限位体包括对应插装有所述旋转插接件的插接槽，所述插接槽的底部与所述下盖板连接，所述插接槽的顶面设有限位盖板，所述限位盖板上开有供所述旋转插接件插入插接槽内的插接孔。
7.如权利要求6所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述旋转插接件外表面设有橡胶缓冲层。
8.如权利要求6或7所述的双曲膜式低刚度空气弹簧，其特征在于，所述旋转插接件为叶轮形，所述限位盖板上对应开有叶轮形的插接孔。
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