一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器

本发明涉及减振缓冲设备领域，具体为一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器。

背景技术：

1、在工程机械、船舶制造以及轨道交通等工业领域，大型设备的基座在运行过程中往往需要承受垂向的复合冲击与持续振动。为了保护设备结构的完整性，通常会在基座下方安装减振缓冲装置。现有的减振装置多采用金属弹簧或橡胶垫块等常规弹性元件，这类元件的力学特性通常表现为恒定刚度，难以同时兼顾小位移下的低刚度柔顺隔振需求与大位移下所需的高承载防打底需求。

2、为了改善上述单一刚度的局限性，部分工程应用中引入了空气弹簧作为支撑元件。然而，常规的单腔空气弹簧在应对瞬态大能量冲击时，囊内部气体被剧烈压缩后往往在卸载阶段释放较大的回弹力，由于缺乏匹配的气动节流与阻尼控制结构，容易导致设备在冲击后产生长时间的往复残余振荡，难以快速衰减能量并恢复至初始平衡位置。

3、此外，大型设备基座通常需要采用多点阵列支撑布局。当设备承受偏心载荷或非对称冲击时，各个支撑点所受的瞬时载荷存在差异。现有的多减振单元系统大多采用各自独立运行的模式，或者仅通过简单的通孔管路进行被动连通。在遇到偏载大冲击工况时，独立运行模式容易引发局部单侧的支撑单元过载受损；而简单的被动连通管路则会在压差作用下，使受压较高一侧的高压气体被动排挤至受压较低的一侧，这种气体流失不仅未能提供足够的支撑反力，反而会加剧重载侧的下沉位移，导致设备基座发生严重的整体侧倾，无法维持正常的工作位姿。

4、因此，本发明提出一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，解决了现有减振缓冲装置在承受冲击载荷时难以兼顾低初始刚度、大冲击非线性增刚与回弹阶段阻尼控制，以及多支点设备基座受偏心冲击易发生局部过载和整体姿态倾斜的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，包括相对设置的顶板和中间承载板，以及设置在所述顶板与所述中间承载板之间的第一柔性气囊和第二柔性气囊，所述第一柔性气囊固定于所述顶板朝向所述中间承载板的一侧，所述第二柔性气囊固定于所述中间承载板朝向所述顶板的一侧，所述第一柔性气囊与所述第二柔性气囊相向设置并在静载状态下形成直接接触，在外部冲击使所述顶板和所述中间承载板相互靠近压缩时，所述第一柔性气囊与所述第二柔性气囊的直接接触区域随相对位移增加而扩大以形成非线性增刚，所述自适应循环抗冲击减振器还包括气动管路，所述气动管路与所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊中的至少一个连通，用于在冲击加载和卸载过程中实现气体流转分配。

3、优选的，所述顶板与所述中间承载板之间还设置有低刚度弹性元件和柔性套，所述柔性套的两端分别与所述顶板和所述中间承载板密封固定，所述柔性套与所述顶板及所述中间承载板共同围成容积随相对位移变化的主气腔，所述气动管路将所述主气腔与所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊相互连通。

4、优选的，所述气动管路包括相互并联的加载支路和回流支路，所述加载支路上设置有加载单向阀和第一节流元件，所述回流支路上设置有回流单向阀和第二节流元件，在冲击加载阶段所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊内的高压气体经所述加载单向阀和所述第一节流元件单向流入所述主气腔产生节流耗能，在冲击卸载阶段所述主气腔内的气体经所述回流单向阀和所述第二节流元件单向回流至所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊并提供反向回弹阻尼。

5、优选的，所述柔性套的两端一体成型有法兰部，所述法兰部通过压紧环、密封圈以及连接螺栓分别固定并密封于所述顶板的下表面和所述中间承载板的上表面，用于确保大冲击下所述主气腔的气密性。

6、优选的，还包括底板，所述底板设置于所述中间承载板背离所述顶板的下方一侧，所述底板与所述中间承载板之间设置有高刚度弹性元件，所述高刚度弹性元件用于在超过预设大冲击阶段提供后级极限承载支撑保护。

7、优选的，所述顶板与所述中间承载板之间设置有轴向限位结构，用于限制所述顶板朝向所述中间承载板移动的最大极限压缩行程，所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊的外周设置有径向限位结构，用于限制所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊受压时的过度径向膨胀。

8、优选的，所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊均包括内部含有纤维增强层的气囊主体，所述气囊主体的端部设置有环形安装法兰，所述环形安装法兰通过气囊密封垫圈、气囊压环和紧固件与对应的所述顶板或所述中间承载板密封压紧固定。

9、优选的，所述气动管路还连通设置有储气腔、调压阀、安全泄压阀、充放气阀和压力检测接口，所述储气腔用于增大系统工作气体容积，所述安全泄压阀用于在极端冲击导致内部气压达到设定危险阈值时自动向外排气泄压。

10、优选的，所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊的刚性安装端面均设置有独立的充气嘴接口，所述气动管路通过所述充气嘴接口分别与对应的所述第一柔性气囊和所述第二柔性气囊内部空间密封连通。

11、优选的，所述自适应循环抗冲击减振器作为基础物理单元构成多个多减振单元，多个所述多减振单元共同支撑于同一个设备基座的下方，相邻的所述多减振单元之间通过均压管和集成阀块构成的管网相互连通。

12、本发明提供了一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器。具备以下有益效果：

13、1.本发明通过设置对置的第一柔性气囊和第二柔性气囊，使其在静载状态下形成直接接触。当受到外部冲击导致顶板与中间承载板相互靠近时，两个气囊囊壁的直接接触区域面积会随着相对压缩位移的增加而逐渐扩大，能够在系统处于小位移阶段时保持较低的初始刚度，并在发生大位移压缩时提供非线性增刚特性，从而适应不同能量等级的冲击载荷，避免装置在大载荷下丧失承载能力。

14、2.本发明设置了相互并联的加载支路和回流支路，利用主气腔与柔性气囊之间的容积变化形成驱动压差。在冲击加载阶段，气体通过加载支路的第一节流元件流入主气腔，利用气动阻力耗散部分冲击机械能；在冲击卸载回弹阶段，气体通过回流支路的第二节流元件单向回流并产生反向阻尼，抑制了顶板向上回弹时的往复残余振动，缩短了减振器恢复至初始平衡位置的时间。

15、3.本发明将多个多减振单元支撑于设备基座下方，并通过均压管和集成阀块构成的管网进行互联。当设备受到偏心冲击导致局部载荷过大时，集成阀块能够迅速阻断受压较高单元向受压较低单元的被动排气流失，改变了传统的被动均压逻辑，能够及时补偿重载侧的支撑高度，减小设备基座在偏载工况下的倾角，维持系统整体姿态的稳定性。

1.一种基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，包括相对设置的顶板（3）和中间承载板（2），以及设置在所述顶板（3）与所述中间承载板（2）之间的第一柔性气囊（8）和第二柔性气囊（9），所述第一柔性气囊（8）固定于所述顶板（3）朝向所述中间承载板（2）的一侧，所述第二柔性气囊（9）固定于所述中间承载板（2）朝向所述顶板（3）的一侧，所述第一柔性气囊（8）与所述第二柔性气囊（9）相向设置并在静载状态下形成直接接触，在外部冲击使所述顶板（3）和所述中间承载板（2）相互靠近压缩时，所述第一柔性气囊（8）与所述第二柔性气囊（9）的直接接触区域随相对位移增加而扩大以形成非线性增刚，所述自适应循环抗冲击减振器还包括气动管路（17）和主气腔（7），所述气动管路（17）将所述主气腔（7）与所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）连通，且所述气动管路（17）包括相互并联的加载支路和回流支路。

2.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述顶板（3）与所述中间承载板（2）之间还设置有低刚度弹性元件（5）和柔性套（6），所述柔性套（6）的两端分别与所述顶板（3）和所述中间承载板（2）密封固定，所述柔性套（6）与所述顶板（3）及所述中间承载板（2）共同围成容积随相对位移变化的主气腔（7），所述气动管路（17）将所述主气腔（7）与所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）相互连通。

3.根据权利要求2所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述气动管路（17）包括相互并联的加载支路和回流支路，所述加载支路上设置有加载单向阀（10）和第一节流元件（12），所述回流支路上设置有回流单向阀（11）和第二节流元件（13），在冲击加载阶段所述主气腔（7）内的高压气体经所述加载单向阀（10）和所述第一节流元件（12）单向流入所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）产生节流耗能，在冲击卸载阶段所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）内的气体经所述回流单向阀（11）和所述第二节流元件（13）单向回流至所述主气腔（7）并提供反向回弹阻尼。

4.根据权利要求2所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述柔性套（6）的两端一体成型有法兰部（61），所述法兰部（61）通过压紧环（62）、密封圈（63）以及连接螺栓（64）分别固定并密封于所述顶板（3）的下表面和所述中间承载板（2）的上表面。

5.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，还包括底板（1），所述底板（1）设置于所述中间承载板（2）背离所述顶板（3）的下方一侧，所述底板（1）与所述中间承载板（2）之间设置有高刚度弹性元件（4）。

6.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述顶板（3）与所述中间承载板（2）之间设置有轴向限位结构（19），用于限制所述顶板（3）朝向所述中间承载板（2）移动的最大极限压缩行程，所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）的外周设置有径向限位结构（23）。

7.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）均包括内部含有纤维增强层（84）的气囊主体（81），所述气囊主体（81）的端部设置有环形安装法兰（82），所述环形安装法兰（82）通过气囊密封垫圈（85）、气囊压环（25）和紧固件（26）与对应的所述顶板（3）或所述中间承载板（2）密封压紧固定。

8.根据权利要求3所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述气动管路（17）还连通设置有储气腔（16）、调压阀（14）、安全泄压阀（15）、充放气阀（24）和压力检测接口。

9.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）的刚性安装端面均设置有独立的充气嘴接口（83），所述气动管路（17）通过所述充气嘴接口（83）分别与对应的所述第一柔性气囊（8）和所述第二柔性气囊（9）内部空间密封连通。

10.根据权利要求1所述的基于对置柔性气囊耦合的自适应循环抗冲击减振器，其特征在于，所述自适应循环抗冲击减振器作为基础物理单元构成多个多减振单元（20），多个所述多减振单元（20）共同支撑于同一个设备基座（21）的下方，相邻的所述多减振单元（20）之间通过均压管和集成阀块（18）构成的管网相互连通。