橡膠空氣彈簧是橡膠和簾線制成的彎曲氣囊。膠囊的雙側(cè)可以用兩塊鋼板連起來,形成封閉,構(gòu)成壓縮空氣室。橡膠和簾線自身沒有承重能力,通過填充在膠囊中的壓縮空氣進(jìn)行支承。它是依靠改變其中的壓縮空氣的壓力來獲得所需的剛性。目前,對于橡膠空氣彈簧的運(yùn)用在中國已經(jīng)十分成熟,尤其是在高精度儀器和工業(yè)設(shè)備以及車輛等方面的運(yùn)用。
1、橡膠空氣彈簧的工作原理
橡膠空氣彈簧是一種氣壓振動(dòng)隔離儀。在實(shí)現(xiàn)作用時(shí)間間隔內(nèi),位移變化不隨環(huán)境載荷的添加而變動(dòng),即具備零壓縮的特征。橡膠空氣彈簧作用時(shí),里面充滿高壓氣體(內(nèi)部壓力小于0.7 MPa),出現(xiàn)一系列高壓下形成的氣體柱。負(fù)載能力增大,從而使彈簧的縮短,內(nèi)部的體積縮小,彈簧的剛性增大,里面的氣體柱的有效承載面積增加。當(dāng)負(fù)載能力降低時(shí),彈簧的長度會(huì)增大,內(nèi)部空腔的體積會(huì)增加,彈簧的剛度將減弱,氣柱在腔室中的有效承載面積將減小,彈簧的承重載荷能力將降低。在空氣彈簧的,有效沖擊下,空腔的高度,空腔的體積和空氣彈簧的承載強(qiáng)度將正常而靈活的傳遞。這是一種十分方便的隔振器。
2 橡膠空氣彈簧的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2.1 橡膠空氣彈簧的設(shè)計(jì)
1)空氣彈簧張力的大小多數(shù)取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀和材料的不同。在選擇不同成分的橡膠時(shí),我們需要考慮的東西有很多,首先要了解清楚其中主要材料的性能,還有是從一般的變形結(jié)構(gòu)開始,要對橡膠的機(jī)械性能有要求,以承受各種零件的應(yīng)力變形和壓縮所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。
2)橡膠復(fù)合材料的連續(xù)伸長應(yīng)力主要表示橡膠空氣彈簧阻尼器的應(yīng)力和應(yīng)變能力特性。因而,伸長應(yīng)力通常用作橡膠組合物的機(jī)械功能指標(biāo)。炭黑用作橡膠空氣彈簧的增強(qiáng)成分,它夠能加強(qiáng)橡膠材料的恒拉應(yīng)力,以及縮小橡膠材料在恒定載荷下的動(dòng)態(tài)變形和壓縮變形,至使熱量的產(chǎn)生大大降低。盡管所用生橡膠的類型不一樣,但必須合理分配每個(gè)組件橡膠層上的拉伸應(yīng)力。
3)橡膠隔振系統(tǒng)擁有的最初隔振功能是將中高段頻率的振動(dòng)下降至設(shè)想值之下。在低等頻率振動(dòng)下,能夠通過對阻尼的運(yùn)用來進(jìn)行試驗(yàn),將它調(diào)整到低振動(dòng)的設(shè)想值下。因?yàn)楸旧碜詭У暮芏嗖蛔悖瑢芏嗟驼穹鸵恍┏驼穹鶝]有辦法下降太多,這些是沒有辦法改變的,是其本身的特性帶來的。
4)橡膠空氣彈簧在不同的設(shè)備或是車輛中的設(shè)計(jì)是不同的。例如要減少大型貨車的振動(dòng),提高貨車司機(jī)的舒適性,研究人員就對貨車橡膠空氣彈簧開展過單獨(dú)的設(shè)計(jì),通過獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,最終采用相匹配的電磁裝置,這個(gè)裝置能夠把橡膠空氣彈簧原有的振動(dòng)幅度削弱到最輕。而且,在其設(shè)計(jì)中,采用獨(dú)特的排序措施,振動(dòng)幅度可以通過這樣的設(shè)計(jì)而被吸收。建議運(yùn)用橡膠簾布膠囊為根基零件,設(shè)計(jì)為上部減振元件]。
2.2 橡膠空氣彈簧的應(yīng)用
(1)磁懸浮列車是一種新型的非地面接觸車輛,具備速度高、聲音小、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn),備受關(guān)注。在這里面,橡膠空氣彈簧的運(yùn)用是相當(dāng)重要的。車輛研究所已經(jīng)為SYS130A以及SYS130B磁懸浮列車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)支架研發(fā)出膜式和囊式橡膠空氣彈簧。將此幾類橡膠空氣彈簧應(yīng)用于磁懸浮列車的中央懸掛,可以提高磁懸浮列車的乘坐穩(wěn)定性,促進(jìn)了我國磁懸浮列車的運(yùn)用與研發(fā)。我國八達(dá)嶺旅行發(fā)展線路的列車使用NEWAY公司制造的空氣彈簧,此橡膠空氣彈簧使用的是液體減振器,并且沒有多余的氣室,以減少其體積和重量。橡膠空氣彈簧的使用使車輛輔助懸架質(zhì)量得到提高,增加了其平穩(wěn)性和耐用性。
(2)橡膠空氣彈簧普遍運(yùn)用在工業(yè)設(shè)備中。因?yàn)槲覈I(yè)技術(shù)的突破,許多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的投入運(yùn)用,橡膠空氣彈簧運(yùn)用也隨之增多。在大多數(shù)機(jī)器減振方式中橡膠空氣彈簧很多時(shí)候采用兩種構(gòu)造方式:束縛膜式和自由膜式。橡膠空氣彈簧在工此機(jī)械設(shè)備安裝中起緩沖吸震、操控?cái)[動(dòng)或提供壓力技術(shù)功能,與別的相同作用的隔振機(jī)構(gòu)比較,橡膠空氣彈簧構(gòu)造系統(tǒng),無密封泄露風(fēng)險(xiǎn),材料對環(huán)境的污染較小,廢
棄處理方便,而且使用時(shí)間較長。
(3)橡膠空氣彈簧在車輛領(lǐng)域上得到了普遍的應(yīng)用。空氣彈簧在一些大客車、重型卡車、高性能商務(wù)車上的使用已經(jīng)占有很高的比重,而且根據(jù)我國汽車行業(yè)規(guī)劃要求,大型車輛的設(shè)計(jì)要符合對公路有一定保護(hù)的要求?,F(xiàn)已規(guī)定總質(zhì)量大于等于12 000 kg的危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車的后軸,所有危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸半掛車,以及三軸欄板式、倉柵式半掛車應(yīng)裝備空氣懸架。
3 橡膠空氣彈簧的性能
(1)橡膠空氣彈簧可單獨(dú)設(shè)計(jì),具有較好的彈簧高度和承載能力設(shè)計(jì)空間,以及彈簧極軟的特性。
a.彈簧高度。運(yùn)用承載重量感應(yīng)閥門,可以方便操控空氣彈簧的高度,并在其承受重量變動(dòng)的時(shí)候維持一定的高度。
b.承受載荷的能力好。橡膠空氣彈簧可以通過改變自身的內(nèi)部壓力以得到很多的承受重量,此承受載荷的大小大約和構(gòu)件里面的壓力成比例關(guān)系。橡膠空氣彈簧能滿足多種載荷的要求,所以經(jīng)濟(jì)性比較好,橡膠空氣彈簧安裝的位置均可承受45~4 500 kg的負(fù)載。
(2)彈簧剛度。在不同的負(fù)載條件下,其剛度可以根據(jù)內(nèi)部氣壓的變化來解決。剛度大約與構(gòu)件里面的壓力是正比例關(guān)系,所以我們能夠根據(jù)需要選擇任意的剛度。至于一定大小的橡膠空氣彈簧,其剛度也是可以發(fā)生變化的,并且隨著重量變化而改變,所以在每一個(gè)載荷下,固有頻率大概是穩(wěn)定的,所以能夠讓支撐系統(tǒng)可以擁有較為穩(wěn)定的功能。
(3)原有的本身振動(dòng)頻率相對很低。其零件與一多加的一個(gè)氣室相互連接,可以將其設(shè)備的原有的振動(dòng)頻率下降到至0.5~3 Hz。
(4)空氣阻尼作用主要用于在橡膠空氣彈簧和內(nèi)部可用空間之間可以增加一個(gè)開口,當(dāng)彈簧承載振動(dòng)時(shí),空氣經(jīng)過開口,使更多的能量損失,從而減少振動(dòng)。
(5)可用時(shí)間更長,橡膠空氣彈簧的耐磨性比金屬彈簧好。懸架的應(yīng)力測試表明,鋼板彈簧經(jīng)過10萬次振動(dòng)后斷裂,而橡膠空氣彈簧在40 mm振幅和2.7Hz頻率下經(jīng)過500萬次以上振動(dòng)后并未發(fā)生破裂,所似其耐用性要比金屬類彈簧要高出很多,降低維修成本,提高了其設(shè)備的安全性能。
(6)橡膠空氣彈簧與防振橡膠一樣,在軸向和旋轉(zhuǎn)方向上具有良好的支撐和抗振動(dòng)效果。
(7)橡膠空氣彈簧的制作和裝配萁所用資金和材料較較少,易于拼裝和改換,而且不需要經(jīng)常維護(hù)。
4 結(jié)論
目前,我國這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)開發(fā)程度比較成熟,部件設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)接近水平,其種類也越來越多,并已得到廣泛的應(yīng)用。盡管在中國橡膠空氣彈簧在構(gòu)造上比一般隔振器復(fù)雜,但其所需資金和材料很少,設(shè)備更換方便,容易檢修,無需頻繁的修理。這些優(yōu)點(diǎn)使得橡膠空氣彈簧應(yīng)用于日常的機(jī)器或者一些高精度的儀器及車輛時(shí)具有更高的可行性。
相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,功能優(yōu)于普通隔振器的橡膠空氣彈簧將很有可能在更多產(chǎn)品中獲得廣泛應(yīng)用。橡膠空氣彈簧在我國很有前景,發(fā)展的空間很大;相信隨著相關(guān)技術(shù)人員的努力,橡膠空氣彈簧的設(shè)計(jì)將會(huì)有質(zhì)的突破。