CN115217893B - 精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，属于转运设备技术领域，其技术方案包括车架、隔振平台、气浮隔振单元、高度检测与控制装置和处理器，所述隔振平台支撑被转运设备，还包括主动阻尼单元、限位单元和电磁负刚度隔振单元，所述气浮隔振单元、主动阻尼单元、限位单元、高度检测与控制装置和电磁负刚度隔振单元分别在车架的上底面和四个内侧面与所述隔振平台间并联间隔设置若干个。通过隔振单元的三向布置实现了三向隔振，采用正负刚度并联的形式降低了起始隔振频率，添加主动阻尼单元和限位单元提高了隔振性能，实现了强冲击作用下的安全防护，解决了现有技术不能在精密设备转运过程中实现三向精密隔振与冲击防护的问题。

Description

精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置
技术领域
本发明属于转运设备技术领域，具体涉及一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置。
背景技术
大型精密设备，特别是经过精密装配后的大型精密设备往往具有大体积、大质量、高平稳性要求等特点，在转运时对转运过程要求严苛。大型精密设备在转运过程中，往往需要保持恒定的姿态与稳定的支撑，转运过程中轻微的振动往往会影响设备整体性能，地面颠簸产生的冲击作用也会对设备的安全性能产生影响，特别是在偏载情况下，地面颠簸产生的强冲击作用可能直接导致设备偏移、翻转，对设备本身及转运人员的安全造成威胁。
气垫车利用气体薄膜技术将负载悬浮托起，避免与地面的接触，产生了良好的隔振效果，在精密仪器的转运中发挥了重要作用。专利号为201010242011.2的专利公开了一种气垫悬浮运输车自动调平控制装置，该装置利用高、低位光电开关发出的信号来控制气垫的充放气，进而实现自动调平功能。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案利用气垫车实现了垂向良好的隔振效果，但是由于缺少主动负刚度隔振装置，无法对系统刚度进行调节，起始隔振频率较高，同时由于缺乏主动阻尼装置，在转运过程中无法实现对系统阻尼的精密调控，因此在转运过程中固有频率处的振动放大作用将会对被转运设备产生损害；(2)该技术方案不能在强冲击作用下实现安全防护，当受到地面颠簸等因素引起的强冲击作用时，由于缺乏主动阻尼装置，巨大的冲击能量得不到耗散进而直接作用于被转运设备导致被转运设备的破坏，同时，强冲击作用瞬间引起被转运设备与地面较大的相对位移，由于缺乏限位装置，可能直接引起被转运设备的刚性碰撞而被破坏；(3)该技术方案采用光电开关作为高度传感器，不能实时检测和调整气垫转运车的高度，通过调节高度的方法调节水平姿态，并没有在水平方向施加支撑力，无法有效针对转运过程中地面颠簸引起的摇摆进行抑制。
专利号为201310280075.5的专利公开了一种智能气垫转运车及其控制方法，该技术方案采用在气垫车车架四角设置高度传感器的方法实时反馈车身相对地面的高度，远程控制主处理器根据车身高度信息控制气垫充放气单元实现车身起伏高度的调节，达到控制车身姿态的目的。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案利用气垫车实现了垂向良好的隔振效果，但是由于缺少主动负刚度隔振装置，无法对系统刚度进行调节，起始隔振频率较高，同时由于缺乏主动阻尼装置，在转运过程中无法实现对系统阻尼的精密调控，因此在转运过程中固有频率处的振动放大作用将会对被转运设备产生损害；(2)该技术方案不能在强冲击作用下实现安全防护，当受到地面颠簸等因素引起的强冲击作用时，由于缺乏主动阻尼装置，巨大的冲击能量得不到耗散进而直接作用于被转运设备导致被转运设备的破坏，同时，强冲击作用瞬间引起被转运设备与地面较大的相对位移，由于缺乏限位装置，可能直接引起被转运设备的刚性碰撞而被破坏；(3)该技术方案采用高度传感器实时检测与调整气垫转运车的高度，在一定程度上保证了恒定的水平姿态，但同样通过调节高度的方法调节水平姿态，并没有在水平方向施加支撑力，无法针对转运过程中地面颠簸引起的摇摆进行抑制。
专利号为202110749514.7的专利公开了一种三向减振转运箱及其应用的转运手推车，该技术方案在转运箱的四个侧壁上安装横向减振橡胶，在箱体底部安装垂向减振橡胶的方式实现了三向隔振。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案实现了三个方向的隔振作用，起始隔振频率较高，对于振动环境要求不高的一般精密设备能够实现转运操作，简单可靠，但是由于减振橡胶的隔振性能较差，无法调节系统刚度，起始隔振频率较高，同时缺乏主动阻尼装置，在转运过程中无法实现对系统阻尼的精密调控，因此无法实现对环境振动要求较高的精密设备的安全转运；(2)该技术方案在三个方向均采用橡胶进行减振，当遇到地面不平等因素产生的强冲击时，缺少对冲击能量进行耗散的主动阻尼装置，巨大的冲击能量将导致被转运设备被破坏；(3)该技术方案所采用的隔振方式决定了其无法保证转运过程中姿态恒定。
综上，目前面向大型精密设备转运的装置难以兼顾三向隔振与姿态调控，由于缺少主动负刚度隔振装置，无法对系统刚度进行调节，起始隔振频率较高起始隔振频率较高；当在转运过程中遇到路面不平等因素引起的强冲击作用时，缺乏对巨大冲击能量进行耗散的主动阻尼装置，巨大的冲击能量传递到被转运大型精密设备上导致被转运大型精密设备被破坏；通过调节高度的方式调节水平姿态，在水平方向上没有针对摇摆作用进行水平姿态调节的作用力。因此，亟需提出一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，以满足我国在大型精密设备转运方面的需求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，以满足我国大型精密设备在转运过程中的精密隔振与安全防护需求。
为实现上述发明目的，本发明提供的一个技术方案如下：
一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，包括车架、隔振平台、气浮隔振单元、高度检测与控制装置和处理器，所述隔振平台支撑被转运的大型精密设备；还包括主动阻尼单元、限位单元和电磁负刚度隔振单元，所述气浮隔振单元在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架和隔振平台；所述用于精密隔振与耗散冲击能量的主动阻尼单元、用于检测水平姿态和侧向位移的高度检测与控制装置、用于降低系统固有频率的电磁负刚度隔振单元分别在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间并联间隔设置若干个，且均连接所述车架和隔振平台；所述限位单元在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间并联间隔设置若干个。
优选的，所述气浮隔振单元包括气室和空气弹簧。
优选的，所述的高度检测与控制装置包括高度检测装置、连接件和充放气单元。
优选的，所述的主动阻尼单元包括主动阻尼器和速度传感器。
优选的，所述的高度检测装置包括光栅尺读数头连接杆、光栅尺导轨和光栅尺读数头。
本发明提供的大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置，具有以下效果：
(1)本发明能够实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。本发明使用高性能空气弹簧隔振器能够实现较高的静态刚度和较低的动态刚度，并且添加电磁负刚度隔振单元实现对系统刚度的精密调控，能够在大承载的情况下进一步降低系统固有频率，保证较高的隔振性能，同时并联使用主动阻尼单元精密调控系统阻尼，能够进一步降低固有频率处的振动传递率从而实现精密隔振的转运效果。
(2)本发明能够实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。本发明在隔振平台与车架之间安装主动阻尼单元和限位单元，当转运过程中被转运设备受到强冲击作用后，能够针对冲击能量进行快速耗散，同时，由于限位单元的存在能够保证被转运设备不会产生较大的位移而被破坏，从而实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。
(3)本发明能够实现被转运设备在转运过程中处于水平姿态，并能够有效防止转运过程中产生摇摆导致设备被破坏。本发明使用高度检测与控制单元对隔振平台与车架之间的相对位移进行实时检测，并通过处理器实时控制充放气单元对空气弹簧进行充放气，从而保证设备能够以恒定的姿态平稳转运。
附图说明
图1精密设备主动气磁隔振与主动阻尼防护转运装置示意图
图2突出图1内局部A中主动阻尼单元500与电磁负刚度隔振单元900的视图
图3不含车架和控制器的精密设备主动气磁隔振与主动阻尼防护转运装置主视图
图4突出图3中高度检测与控制装置700的视图
图5突出图3中电磁负刚度隔振单元900的视图
图6不含车架和控制器的精密设备主动气磁隔振与主动阻尼防护转运装置俯视图
图中附图标记：
100、车架；200、隔振平台；300、大型精密设备；400、气浮隔振单元；401、气室；402、空气弹簧；500、主动阻尼单元；501、主动阻尼器；502、速度传感器；600、限位单元；601、限位器支架；602、限位器；700、高度检测与控制装置；710、高度检测装置；711、光栅尺读数头连接件；712、光栅尺导轨；713、光栅尺读数头；714、连接件；720、充放气单元；800、控制器；900、电磁负刚度隔振单元；910、电磁执行器；911、主动负刚度隔振单元安装支架；912、定子；913、动子模块；920、位移传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，如图1-图6所示，包括车架100、隔振平台200、气浮隔振单元400、主动阻尼单元500、限位单元600、高度检测与控制装置700、处理器800和电磁负刚度隔振单元900，所述隔振平台200支撑被转运的大型精密设备300；所述气浮隔振单元400在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架100和隔振平台200；所述用于精密隔振与耗散冲击能量的主动阻尼单元500、用于检测水平姿态和侧向位移的高度检测与控制装置700、用于降低系统固有频率的电磁负刚度隔振单元900分别在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间并联间隔设置若干个，且均连接所述车架100和隔振平台200；所述限位单元600在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间并联间隔设置若干个。
在使用时，在同一面上的不同位置与气浮隔振单元400并联安装有多个高度检测与控制装置700，通过处理器800控制高度检测与控制装置700对该组气浮隔振单元400进行充气，提供被转运大型精密设备的支撑力，由地面产生的振动经空气弹簧402和电磁负刚度隔振单元900进行衰减后传递到被转运大型精密设备上，与单组气浮隔振单元400并联安装有若干个主动阻尼单元500，提供精确阻尼力，进一步降低振动传递率。具体的，高度检测装置与控制装置700包括高度检测装置710和充放气单元720，安装于隔振平台200下底面的高度检测装置710实时检测其安装位置处隔振平台浮起高度，安装于隔振平台侧面的高度检测装置710实时检测隔振平台200与车架100间水平向的相对位移，并将结果反馈给处理器800进行处理，当转运设备受到地面颠簸等振动作用时，通过控制充放气单元720对气浮隔振单元400进行充放气操作，从而实现隔振平台始终保持在恒定的水平姿态，实现隔振平台的防摇摆控制；当受到强冲击时，主动阻尼单元500产生巨大阻尼作用实现对冲击能量进行快速耗散，但气浮隔振单元400并不能快速调节空气弹簧402内部气压值，导致隔振平台产生较大的相对位移，此时限位单元600与隔振平台接触并产生限位作用，从而实现对被转运大型精密设备的安全防护。
具体的，气浮隔振单元400包括气室401和空气弹簧402，其中气室401固定安装于车架100上，空气弹簧402固定安装于气室401上，其上端固定连接于隔振平台200上，空气弹簧402和气室401之间气路相连通，当控制充放气单元720对气浮隔振单元400进行充气时，充气气体先进入气室401，再进入对应的空气弹簧402。
具体的，限位单元600包括限位器支架601和限位器602，其中限位器支架601固定安装于车架100上，限位器602固定安装于限位器支架601上，且限位器602上端面与隔振平台200留有一定的安全间隙。
具体的，高度检测装置710和充放气单元720通过连接件714固定连接于气浮隔振单元的气室401。其中，高度检测装置710包括光栅尺读数头连接件711、光栅尺导轨712和光栅尺读数头713，光栅尺读数头713滑动连接于光栅尺导轨712上，光栅尺读数头连接件711一端连接光栅尺读数头713，另一端与隔振平台相连接。在转运过程中，当来自地面的振动经过车架100、气室401、空气弹簧500传递到隔振平台引起隔振平台200振动后，隔振平台200通过光栅尺读数头连接件711带动光栅尺读数头713在光栅尺导轨712上滑动，从而导致光栅尺读数变化，进而实时检测该连接点处车架100与隔振平台200间相对位移变化，当位移变化值超出一定范围时，控制充放气单元720对气浮隔振单元400进行充放气，实现对隔振平台200的姿态调整，当位移变化较大时，直接导致限位单元600与隔振平台200相接触，进而实现安全防护功能。
具体的，主动阻尼单元500包括主动阻尼器501和速度传感器502。
具体的，电磁负刚度隔振单元900包括电磁执行器910、主动负刚度隔振单元安装支架911、定子912、动子模块913和位移传感器920。
综上所述，本发明能够实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。本发明使用高性能空气弹簧隔振器能够实现较高的静态刚度和较低的动态刚度，并且添加电磁负刚度隔振单元900对系统刚度进行精密调控，能够在大承载的情况下进一步降低系统固有频率，保证较高的隔振性能，同时并联使用主动阻尼单元500精密调控系统阻尼，能够进一步降低固有频率处的振动传递率从而实现精密隔振的转运效果。
本发明能够实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。本发明在隔振平台200与车架100之间安装主动阻尼单元500和限位单元600，转运过程中被转运设备受到强冲击作用后能够针对冲击能量进行快速耗散，由于限位单元600的存在能够保证被转运设备不会产生较大的位移而被破坏，从而实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。
本发明能够实现被转运设备在转运过程中处于水平姿态，并能够有效防止转运过程中被隔振设备产生摇摆导致设备损坏。本发明使用高度检测与控制装置700对隔振平台200与车架100之间的相对位移进行实时检测，并通过处理器800实时控制充放气单元720对空气弹簧402进行充放气，从而保证设备能够以恒定的姿态平稳转运。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.精密设备主动气磁隔振与主动阻尼转运装置，包括车架(100)、隔振平台(200)、气浮隔振单元(400)、高度检测与控制装置(700)和处理器(800)，所述隔振平台(200)支撑被转运的大型精密设备(300)；其特征在于：还包括主动阻尼单元(500)、限位单元(600)和电磁负刚度隔振单元(900)，所述气浮隔振单元(400)在所述车架(100)的上底面与四个内侧面和所述隔振平台(200)间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架(100)和隔振平台(200)；用于精密隔振与耗散冲击能量的所述主动阻尼单元(500)、用于检测水平姿态和侧向位移的高度检测与控制装置(700)、用于降低系统固有频率的电磁负刚度隔振单元(900)分别在所述车架(100)的上底面与四个内侧面和所述隔振平台(200)间并联间隔设置若干个，且均连接所述车架(100)和隔振平台(200)；所述限位单元(600)在所述车架(100)的上底面与四个内侧面和所述隔振平台(200)间并联间隔设置若干个；
气浮隔振单元(400)包括气室(401)和空气弹簧(402)，其中气室(401)固定安装于车架(100)上，空气弹簧(402)固定安装于气室(401)上，其上端固定连接于隔振平台(200)上，空气弹簧(402)和气室(401)之间气路相连通，当控制充放气单元(720)对气浮隔振单元(400)进行充气时，充气气体先进入气室(401)，再进入对应的空气弹簧(402)；
高度检测与控制装置(700)包括高度检测装置(710)和充放气单元(720)，高度检测装置(710)包括光栅尺读数头连接件(711)、光栅尺导轨(712)和光栅尺读数头(713)，光栅尺读数头(713)滑动连接于光栅尺导轨(712)上，光栅尺读数头连接件(711)一端连接光栅尺读数头(713)，另一端与隔振平台相连接；高度检测装置(710)和充放气单元(720)通过连接件(714)固定连接于气浮隔振单元(400)的气室(401)；
限位单元(600)包括限位器支架(601)和限位器(602)，其中限位器支架(601)固定安装于车架(100)上，限位器(602)固定安装于限位器支架(601)上，且限位器(602)上端面与隔振平台(200)留有一定的安全间隙；
电磁负刚度隔振单元(900)包括电磁执行器(910)、主动负刚度隔振单元安装支架(911)、定子(912)、动子模块(913)和位移传感器(920)；
在转运过程中，当来自地面的振动经过车架(100)、气室(401)、空气弹簧(402)传递到隔振平台引起隔振平台(200)振动后，隔振平台(200)通过光栅尺读数头连接件(711)带动光栅尺读数头(713)在光栅尺导轨(712)上滑动，从而导致光栅尺读数变化，进而实时检测连接点处车架(100)与隔振平台(200)间的相对位移变化；
安装于隔振平台(200)下底面的高度检测装置(710)实时检测其安装位置处隔振平台浮起高度，安装于隔振平台侧面的高度检测装置(710)实时检测隔振平台(200)与车架(100)间水平向的相对位移，并将结果反馈给处理器(800)进行处理；
主动阻尼单元(500)包括主动阻尼器(501)和速度传感器(502)，主动阻尼器(501)连接隔振平台与车架，速度传感器(502)安装于隔振平台上，且位于所述主动阻尼器(501)附近，速度传感器实时检测其安装位置处的振动速度，并将其传输到处理器中，处理器其进行处理后控制主动阻尼器产生精密的阻尼力从而实现精密阻尼调节隔振。
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