气弹簧减振托盘隔振性能实验研究

王岭松，王文杰，翟博豪，陈 伟，傅 钰

（天津商业大学机械工程学院，天津 300134）

气弹簧减振托盘隔振性能实验研究

王岭松，王文杰，翟博豪，陈 伟，傅 钰

（天津商业大学机械工程学院，天津 300134）

为研究气弹簧托盘在运输过程中的减振效果，对气弹簧托盘模型进行模拟运输振动试验分析。在加速度为0.5g的激励下，对不同载荷下气弹簧减震托盘及普通木质运输托盘在时域和频域内的振动响应信号进行采集，并进行数据对比分析。试验结果表明：气弹簧减振托盘的振动传递率基本在50%以下，比木托盘的振动传递率低30%，对向下的振动衰减最为明显，且在35～65Hz频率下，隔振效果最佳。气弹簧托盘可以为精密仪器及军事装备的运输提供有效缓冲。

气弹簧托盘；振动实验；振动传递率

0 引 言

托盘[1-3]是现代物流中经常使用的一种集装载物单元，可用于集装、堆放、搬运和运输，作为单元负荷的货物和制品的水平平台运储装置，极大地方便了货物装卸、搬运和贮藏。木制平托盘约占90%左右，亦有少量用塑料、金属或其他材料制作。

不论使用何种运输工具，因路面及运输工具影响，货物都会受到冲击振动等复杂附加力的作用，对一些避震要求苛刻的货物（如精密电子设备、军事装备弹药等）会产生严重影响。

目前大多数托盘都是利用刚性结构直接将上下托盘面结合到一起，基本没考虑将托盘作为缓冲减震器。而当物体受到外界较大振动冲击力作用时，因其缓冲减振效果差，轻者会损坏货物，严重者可能导致弹药爆炸等危险情况发生。

本文为弥补木托盘缺点，开发了一种气弹簧托盘。利用振动试验台对气弹簧缓冲托盘的振动特性与原始的木托盘振动特性进行对比，同时还测试分析了加载载荷对气弹簧托盘减振性能的影响。结果表明气弹簧托盘在一定频率范围内具有明显的缓冲减振效果，利用该托盘能为精密仪器及特殊物资运输提供有效缓冲防护，具有良好应用前景。

1 气弹簧托盘振动台实验

1.1 气弹簧托盘模型设计

试验模型采用自主设计的气弹簧托盘。4个900N的气弹簧安装在两块600mm×600mm的木板间[4]，木板和气弹簧之间采用带有螺纹的固定钢板和M10螺栓固定。气弹簧托盘的整体尺寸为600mm× 600mm×175mm。可承受静载荷为3600N。其模型如图1所示。

图1 气弹簧托盘模型

1.2 气弹簧托盘测试方法及加载

1）本实验采用DY-600-5型振动试验台。分析系统采用Vib′SYS振动信号采集、处理和分析系统。它由多功能的信号处理程序模块构成一个完整的信号处理系统程序。Vib′SYS程序能对数字信号进行时域、频域分析和处理，同时还能对数字信号进行基本数学运算。试验测试平台主要由振动试验台、加速度传感器、信号放大仪（本实验采用的为10倍增益）、信号采集及分析系统组成。试验时,将气弹簧减振托盘下盘面紧紧固定在振动试验台面上，先对试验系统进行初始数值标定，再给试验台施加激励加速度0.5g，初始标定值为85。加速度传感器放在加载物体表面。测试设备如图2所示。

2）本试验的加载工况，根据研究目的不同分为两个对比组。

对比组1：研究不同质量对气弹簧托盘减振性能的影响。

对比组2：研究同质量下木质普通托盘与气弹簧托盘的减振效果。

图2 振动试验测试平台

试验所加载重物主要由钢板组成，加载物须经压紧固定。

3）对比组1：分别在气弹簧托盘上加载2 335 N（约233.5kg）及2644N（约264.4kg）相同载荷，采集其振动加速度值。

对比组2：在木质和气弹簧托盘上分别加载2 644N（约264.4kg）载荷，采集其振动加速度值。

实验从0～100Hz，分20个点，每隔5Hz进行一次采集，在振动达到稳态后随机采集3s的加速度值。信号采样频率为1000Hz，通过信号放大器采集3个通道的数据。

2 试验结果与讨论

2.1 振动实验时域图像分析

通过振动台实验，图3为40Hz下加载2335N载荷，气弹簧托盘的振动响应。图4为40Hz下加载2644N载荷，气弹簧托盘的振动响应。图5为40Hz下加载2644N载荷，木质托盘的振动响应。重物的振动响应通过加速度传感器采集并输出信号，如实验时由于试验台综合环境因素的影响，实验图像有杂波存在，在实验分析时滤去杂波。

1）对比图3与图4，在同一振动频率下，在2335 N时其振动传递率为49.3%，在2644N时其振动传递率为39.4%，因此在气弹簧刚度有效范围内随着载荷的增加，气弹簧托盘振动传递率降低，其减振效果更好。

2）对比图4与图5，在加载2 644 N载荷时，木质托盘的振动传递率为76.8%，气弹簧托盘的振动传递率为39.4%。显然气弹簧托盘的隔振性能远远高于普通木质托盘。同时从图中可以看出，木质托盘向下的振动加速度值较大，振动传递率较高。正负加速度波动较大，这样对物体的破坏度极大。而气弹簧减振托盘对向下的加速度隔震效果最好，正负加速度对称，加速度基本保持稳定，振动传递率较低。

图3 加载2335N气弹簧托盘的加速度图像

图4 加载2644N气弹簧托盘的加速度图像

图5 加载2644N木质托盘的加速度图

2.2 振动实验频域图像分析

1）加载质量对气弹簧托盘振动加速度的影响由于实验台最大承载为3000N，而气弹簧减振平台可承载3600N以上，所以进行了承载物质量对气弹簧托盘减振性能的影响。如图6所示，在频域内，加速度图像变化趋势基本吻合，其中g（1）所代表的图像为2 335 N载荷下的加速度变化曲线，g（2）所代表的图像为2644N载荷下的加速度变化曲线，在35～65 Hz对气弹簧托盘减振效果影响最为明显。其衰减率最大在60%～80%之间。所以当托盘承重质量达3600N时，其减振效果更为明显。

2）同质量下木质普通托盘与气弹簧托盘振动加速度的影响：实验分析时需要滤掉杂波，利用统计学原理获得其平均值。在整个测试频域内，木质托盘和气弹簧托盘的加速度变化如图7所示，在35～65Hz，气弹簧托盘的减振效果极为明显。70Hz以上，由于系统振幅极小，加速度基本趋于零。

3）图8为气弹簧托盘在2644N载荷时的振动传递率。在20～30Hz处的振动传递率稍有偏高，主要是由于实验条件的限制，实验所加载的重物由多块钢板组成，在低频振动时，由于振幅较大，钢板自身的相互振动，使得测量数值偏高。其传递率基本都在50%以下。从图中可以看出40～65Hz时，其振动传递率为40%～20%，隔振性能最佳。

图6 气弹簧托盘对不同载荷下的振动响应

图7 气弹簧托盘和木制托盘同载荷下的振动响应

图8 加载2644N气弹簧托盘的振动传递率

3 结束语

气弹簧托盘作为一种运输时精密仪器及军事装备的缓冲集装运输载具，通过改变承载能力，适用于不同的机械设备缓冲。由于实验台最大承载力为3 000 N，而本实验所采用的4个气弹簧，其总支撑力为3600N，根据现有研究，得出如下结论：

1）在其承载范围内，随着加载重物质量的增加，气弹簧托盘对重物的缓冲效果越佳。

2）气弹簧托盘对35～65 Hz的振动，隔振效果最佳。

3）气弹簧托盘振动传递率远低于传统的木制托盘。振动变化平稳，对向下的振动衰减最为明显。

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Isolation efficiency check for gas spring damping tray

WANG Lingsong，WANG Wenjie，ZHAI Bohao，CHEN Wei，FU 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

王岭松（1955-），男，天津市人，教授，研究方向为机械及包装结构设计、优化设计等。