王嶺松，王文杰，翟博豪，陳 偉，傅 鈺

（天津商業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300134）

氣彈簧減振托盤隔振性能實驗研究

王嶺松，王文杰，翟博豪，陳 偉，傅 鈺

（天津商業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300134）

為研究氣彈簧托盤在運輸過程中的減振效果，對氣彈簧托盤模型進(jìn)行模擬運輸振動試驗分析。在加速度為0.5g的激勵下，對不同載荷下氣彈簧減震托盤及普通木質(zhì)運輸托盤在時域和頻域內(nèi)的振動響應(yīng)信號進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析。試驗結(jié)果表明：氣彈簧減振托盤的振動傳遞率基本在50%以下，比木托盤的振動傳遞率低30%，對向下的振動衰減最為明顯，且在35～65Hz頻率下，隔振效果最佳。氣彈簧托盤可以為精密儀器及軍事裝備的運輸提供有效緩沖。

氣彈簧托盤；振動實驗；振動傳遞率

0 引 言

托盤[1-3]是現(xiàn)代物流中經(jīng)常使用的一種集裝載物單元，可用于集裝、堆放、搬運和運輸，作為單元負(fù)荷的貨物和制品的水平平臺運儲裝置，極大地方便了貨物裝卸、搬運和貯藏。木制平托盤約占90%左右，亦有少量用塑料、金屬或其他材料制作。

不論使用何種運輸工具，因路面及運輸工具影響，貨物都會受到?jīng)_擊振動等復(fù)雜附加力的作用，對一些避震要求苛刻的貨物（如精密電子設(shè)備、軍事裝備彈藥等）會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

目前大多數(shù)托盤都是利用剛性結(jié)構(gòu)直接將上下托盤面結(jié)合到一起，基本沒考慮將托盤作為緩沖減震器。而當(dāng)物體受到外界較大振動沖擊力作用時，因其緩沖減振效果差，輕者會損壞貨物，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致彈藥爆炸等危險情況發(fā)生。

本文為彌補木托盤缺點，開發(fā)了一種氣彈簧托盤。利用振動試驗臺對氣彈簧緩沖托盤的振動特性與原始的木托盤振動特性進(jìn)行對比，同時還測試分析了加載載荷對氣彈簧托盤減振性能的影響。結(jié)果表明氣彈簧托盤在一定頻率范圍內(nèi)具有明顯的緩沖減振效果，利用該托盤能為精密儀器及特殊物資運輸提供有效緩沖防護(hù)，具有良好應(yīng)用前景。

1 氣彈簧托盤振動臺實驗

1.1 氣彈簧托盤模型設(shè)計

試驗?zāi)Ｐ筒捎米灾髟O(shè)計的氣彈簧托盤。4個900N的氣彈簧安裝在兩塊600mm×600mm的木板間[4]，木板和氣彈簧之間采用帶有螺紋的固定鋼板和M10螺栓固定。氣彈簧托盤的整體尺寸為600mm× 600mm×175mm?？沙惺莒o載荷為3600N。其模型如圖1所示。

圖1 氣彈簧托盤模型

1.2 氣彈簧托盤測試方法及加載

1）本實驗采用DY-600-5型振動試驗臺。分析系統(tǒng)采用Vib′SYS振動信號采集、處理和分析系統(tǒng)。它由多功能的信號處理程序模塊構(gòu)成一個完整的信號處理系統(tǒng)程序。Vib′SYS程序能對數(shù)字信號進(jìn)行時域、頻域分析和處理，同時還能對數(shù)字信號進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運算。試驗測試平臺主要由振動試驗臺、加速度傳感器、信號放大儀（本實驗采用的為10倍增益）、信號采集及分析系統(tǒng)組成。試驗時,將氣彈簧減振托盤下盤面緊緊固定在振動試驗臺面上，先對試驗系統(tǒng)進(jìn)行初始數(shù)值標(biāo)定，再給試驗臺施加激勵加速度0.5g，初始標(biāo)定值為85。加速度傳感器放在加載物體表面。測試設(shè)備如圖2所示。

2）本試驗的加載工況，根據(jù)研究目的不同分為兩個對比組。

對比組1：研究不同質(zhì)量對氣彈簧托盤減振性能的影響。

對比組2：研究同質(zhì)量下木質(zhì)普通托盤與氣彈簧托盤的減振效果。

圖2 振動試驗測試平臺

試驗所加載重物主要由鋼板組成，加載物須經(jīng)壓緊固定。

3）對比組1：分別在氣彈簧托盤上加載2 335 N（約233.5kg）及2644N（約264.4kg）相同載荷，采集其振動加速度值。

對比組2：在木質(zhì)和氣彈簧托盤上分別加載2 644N（約264.4kg）載荷，采集其振動加速度值。

實驗從0～100Hz，分20個點，每隔5Hz進(jìn)行一次采集，在振動達(dá)到穩(wěn)態(tài)后隨機采集3s的加速度值。信號采樣頻率為1000Hz，通過信號放大器采集3個通道的數(shù)據(jù)。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 振動實驗時域圖像分析

通過振動臺實驗，圖3為40Hz下加載2335N載荷，氣彈簧托盤的振動響應(yīng)。圖4為40Hz下加載2644N載荷，氣彈簧托盤的振動響應(yīng)。圖5為40Hz下加載2644N載荷，木質(zhì)托盤的振動響應(yīng)。重物的振動響應(yīng)通過加速度傳感器采集并輸出信號，如實驗時由于試驗臺綜合環(huán)境因素的影響，實驗圖像有雜波存在，在實驗分析時濾去雜波。

1）對比圖3與圖4，在同一振動頻率下，在2335 N時其振動傳遞率為49.3%，在2644N時其振動傳遞率為39.4%，因此在氣彈簧剛度有效范圍內(nèi)隨著載荷的增加，氣彈簧托盤振動傳遞率降低，其減振效果更好。

2）對比圖4與圖5，在加載2 644 N載荷時，木質(zhì)托盤的振動傳遞率為76.8%，氣彈簧托盤的振動傳遞率為39.4%。顯然氣彈簧托盤的隔振性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通木質(zhì)托盤。同時從圖中可以看出，木質(zhì)托盤向下的振動加速度值較大，振動傳遞率較高。正負(fù)加速度波動較大，這樣對物體的破壞度極大。而氣彈簧減振托盤對向下的加速度隔震效果最好，正負(fù)加速度對稱，加速度基本保持穩(wěn)定，振動傳遞率較低。

圖3 加載2335N氣彈簧托盤的加速度圖像

圖4 加載2644N氣彈簧托盤的加速度圖像

圖5 加載2644N木質(zhì)托盤的加速度圖

2.2 振動實驗頻域圖像分析

1）加載質(zhì)量對氣彈簧托盤振動加速度的影響由于實驗臺最大承載為3000N，而氣彈簧減振平臺可承載3600N以上，所以進(jìn)行了承載物質(zhì)量對氣彈簧托盤減振性能的影響。如圖6所示，在頻域內(nèi)，加速度圖像變化趨勢基本吻合，其中g(shù)（1）所代表的圖像為2 335 N載荷下的加速度變化曲線，g（2）所代表的圖像為2644N載荷下的加速度變化曲線，在35～65 Hz對氣彈簧托盤減振效果影響最為明顯。其衰減率最大在60%～80%之間。所以當(dāng)托盤承重質(zhì)量達(dá)3600N時，其減振效果更為明顯。

2）同質(zhì)量下木質(zhì)普通托盤與氣彈簧托盤振動加速度的影響：實驗分析時需要濾掉雜波，利用統(tǒng)計學(xué)原理獲得其平均值。在整個測試頻域內(nèi)，木質(zhì)托盤和氣彈簧托盤的加速度變化如圖7所示，在35～65Hz，氣彈簧托盤的減振效果極為明顯。70Hz以上，由于系統(tǒng)振幅極小，加速度基本趨于零。

3）圖8為氣彈簧托盤在2644N載荷時的振動傳遞率。在20～30Hz處的振動傳遞率稍有偏高，主要是由于實驗條件的限制，實驗所加載的重物由多塊鋼板組成，在低頻振動時，由于振幅較大，鋼板自身的相互振動，使得測量數(shù)值偏高。其傳遞率基本都在50%以下。從圖中可以看出40～65Hz時，其振動傳遞率為40%～20%，隔振性能最佳。

圖6 氣彈簧托盤對不同載荷下的振動響應(yīng)

圖7 氣彈簧托盤和木制托盤同載荷下的振動響應(yīng)

圖8 加載2644N氣彈簧托盤的振動傳遞率

3 結(jié)束語

氣彈簧托盤作為一種運輸時精密儀器及軍事裝備的緩沖集裝運輸載具，通過改變承載能力，適用于不同的機械設(shè)備緩沖。由于實驗臺最大承載力為3 000 N，而本實驗所采用的4個氣彈簧，其總支撐力為3600N，根據(jù)現(xiàn)有研究，得出如下結(jié)論：

1）在其承載范圍內(nèi)，隨著加載重物質(zhì)量的增加，氣彈簧托盤對重物的緩沖效果越佳。

2）氣彈簧托盤對35～65 Hz的振動，隔振效果最佳。

3）氣彈簧托盤振動傳遞率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的木制托盤。振動變化平穩(wěn)，對向下的振動衰減最為明顯。

[1]潘道津，王勇.多層托盤貨物單元的振動傳遞性能研究[J].包裝與食品機械，2009，27（5）：29-61.

[2]李鋼，李宏男.裝有雙功能軟鋼阻尼器框架結(jié)構(gòu)振動臺試驗與分析[J].振動與沖擊，2010，28（9）：165-167.

[3]劉習(xí)軍，賈啟芬，張文德.工程振動與測試技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999：11-35.

[4]方益奇，孫玲玲.氣彈簧的剛度計算與安裝位置研究[J].機床與液壓，2010，38（8）：71-83.

[5]翁大根，周源，趙陽，等.復(fù)摩擦擺隔振性能的振動臺試驗研究[J].振動與沖擊，2014，33（3）：123-129.

[6]李延.振動試驗臺加速度幅值測量結(jié)果的不確定度評定[J].誤差與不確定度，2013：96.

[7]趙玲，唐嵐，向春生.精密儀器運輸車輛隔振器的減振性能分析[J].西華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，30（4）：2-4.

[8]鄭艷萍，趙江銘，劉旭輝.減震器及振動控制技術(shù)研究[J].河南科技，2007（9）：58-59.

[9]莫榮利，謝建藩，楊軍.空氣彈簧隔振性能及試驗研究[J].噪聲與振動控制，2005（6）：41-43.

[10]張琦，葛思擘.新型支承一氣彈簧的結(jié)構(gòu)與特性分析[J].機械科學(xué)與技術(shù)，1995（6）：85-89.

Isolation efficiency check for gas spring damping tray

WANG Lingsong，WANG Wenjie，ZHAI Bohao，CHEN Wei，F(xiàn)U Yu
（School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

For studying the vibration reduction effect of gas spring tray during transportation，the research conducted a shaking table test simulating transport vibration of gas spring tray model. Under the stimulus of acceleration of 0.5gand various loads，the vibration responses of gas spring damping tray and ordinary wood transportation pallet in both time and frequency domain were collected and compared for analytical purposes.Test results show that the vibration transfer ratio of the gas spring damping tray was generally below 50%which was approximately 30%less than that of wooden pallets.Downside vibration，which was most evident in overall vibration reduction，was below 35-65 Hz in frequency，and demonstrated the best effect of vibration isolation.Gas spring tray can be used to provide effective buffer for the transportation of sophisticated instrument for both civil and military use.

gas spring tray；ratio vibration test；vibration transmissibility

A

：1674-5124（2015）07-0116-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.07.027

2014-09-10；

：2014-11-18

王嶺松（1955-），男，天津市人，教授，研究方向為機械及包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計等。