一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置

本发明属于气垫支承、载荷检测及运动平台，尤其涉及一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置。

背景技术：

1、气垫通过向柔性囊体供气形成气膜，可实现重载平台的低摩擦支承与移动，其稳定性不仅取决于供气参数，还与安装姿态、承载构件变形及地坪条件密切相关。现有气垫安装结构多采用固定式安装，即便涉及调平，也仅依赖加工尺寸、水平仪或倾角传感器进行几何调平。这类调整仅反映空载或静态装配状态，无法体现气垫起浮承载后，因平台加载、悬臂梁弯曲扭转、局部地坪沉降或坡度导致的真实受力变化。长期偏载会造成气垫囊体变形、气膜泄漏不均、局部擦地磨损，甚至引发异常振动。

2、此外，现有结构存在明显的测力与导向缺陷：竖向力传感器常与非竖向载荷（横向力、绕竖轴扭矩）耦合，易引入附加弯矩，降低测量精度并缩短传感器寿命；传统单圆柱导向副摩擦阻力大，微量偏转时棱边易挤压卡死；普通单销导向则无法形成对称力偶，抗扭能力差，且缺少分级过载防护机制，难以兼顾低摩擦滑动、稳定抗扭与微量姿态补偿。

3、因此，需要设计一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，以解决现有技术中依赖几何调平导致的偏载隐患、力传感器受非竖向载荷干扰以及导向结构易卡死、抗扭能力弱的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，包括设置在运动平台侧承载构件与气垫之间的气垫支承组件，所述气垫支承组件包括上支承件、下支承件、三个竖向测力调节机构、至少两个载荷调节单元、锁定单元、载荷检测装置以及非竖向载荷旁路机构；三个所述竖向测力调节机构布置在所述上支承件与所述下支承件之间且不共线，构成所述气垫竖向载荷的传递路径；所述载荷调节单元与所述竖向测力调节机构对应，用于独立调节所述竖向测力调节机构的有效支承高度；所述锁定单元用于锁定调节后的所述载荷调节单元；所述载荷检测装置用于获取三个所述竖向测力调节机构的载荷数据，并以三个所述竖向测力调节机构的载荷均衡作为姿态调整完成的判断依据；所述非竖向载荷旁路机构用于传递横向力及绕竖向轴的扭矩，且在竖向方向上预留避让间隙，使竖向载荷经由三个所述竖向测力调节机构传递。

3、优选的，所述竖向测力调节机构包括力传感器和承载调节螺杆；所述力传感器外圈法兰与所述下支承件固定连接，所述力传感器中心螺纹与所述承载调节螺杆底端螺纹连接；所述承载调节螺杆中段设有承载轴肩，所述承载轴肩上方依次设有平面推力轴承和凹凸球面垫圈，所述凹凸球面垫圈顶端与所述上支承件抵接，所述凹凸球面垫圈与所述力传感器顶端之间预留避让间隙。

4、优选的，所述承载调节螺杆的轴肩外周设有六角夹持面；所述锁定单元包括锁紧螺母，所述锁紧螺母装配于所述承载调节螺杆下段并与所述力传感器的顶端抵接，所述锁紧螺母用于锁死所述承载调节螺杆的进给量。

5、优选的，所述上支承件对应所述承载调节螺杆穿出处设有防脱限位组件，所述防脱限位组件包括双对顶螺母，所述双对顶螺母与所述上支承件的顶端之间预留间隙，用于防止所述承载调节螺杆及上方组件向上滑脱，不承担竖向载荷。

6、优选的，所述非竖向载荷旁路机构包括大直径中心圆柱和两个导向销；所述大直径中心圆柱设于所述下支承件顶部，所述上支承件底端内孔设有固定高度的环形配合面，所述大直径中心圆柱与所述环形配合面之间设有第一径向间隙；两个所述导向销沿所述大直径中心圆柱径向180°对称布置，所述导向销底端与所述下支承件上的石墨衬套配合，所述导向销顶端设置有向心关节轴承，所述向心关节轴承外圈压固于所述上支承件的销孔内。

7、优选的，所述导向销与所述石墨衬套之间的双边总径向间隙小于所述大直径中心圆柱与所述环形配合面之间的双边总装配间隙；常规工况下横向力与扭矩由所述导向销承接，极端冲击工况下所述大直径中心圆柱贴合所述环形配合面形成二级过载防护。

8、优选的，所述上支承件内孔位于所述环形配合面上方设有扩径避让区，使所述大直径中心圆柱与所述上支承件的接触高度保持恒定；所述环形配合面的底端以及所述导向销的两端均设有倒角，以适配±3°的俯仰或横滚偏转并防止棱边挤压卡死。

9、优选的，三个所述竖向测力调节机构布置于同一支承节圆上，相邻两个所述竖向测力调节机构相对于节圆中心的周向夹角均为120°；所述载荷调节单元与所述竖向测力调节机构对应设置，通过三个所述竖向测力调节机构的差动调节实现所述下支承件相对于所述上支承件的俯仰、横滚姿态调整及整体高度调整。

10、优选的，三个所述竖向测力调节机构中，一个所述竖向测力调节机构为固定高度基准支路，另外两个所述竖向测力调节机构分别设置所述载荷调节单元，通过两个独立调节量改变所述下支承件相对于所述上支承件的俯仰和横滚状态。

11、优选的，所述载荷检测装置还用于将三个所述竖向测力调节机构的载荷之和作为单个所述气垫的总支承载荷输出至平台级控制系统，用于安装验收、维护诊断或平台级供气调节。

12、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

13、本发明通过“三点载荷反馈闭环+非竖向载荷旁路解耦”架构，实现了气垫支承姿态的高精度校正与长期稳定承载。基于气垫实际起浮承载状态下的三竖向测力调节机构真实载荷数据，以载荷均衡为核心判据进行迭代调整，使竖向合力作用位置自动适配承载构件变形及局部地坪起伏，彻底消除了传统几何调平导致的长期偏载隐患，避免了气垫囊体变形、气膜泄漏不均及局部擦地磨损。非竖向载荷旁路机构通过间隙分级的大直径中心圆柱与180°对称双导向销配合，将横向力与绕竖轴扭矩完全隔离于测力竖向测力调节机构之外，确保压式力传感器仅承受纯轴向压力，显著提升了测力精度与传感器使用寿命；常规工况下由双导向销承接载荷并利用对称力偶抵消扭矩，极端冲击时中心圆柱触发二级过载防护，配合恒定高度的环形配合面与±3°调心的向心关节轴承，彻底解决了传统导向结构摩擦大、易卡死及抗扭能力弱的缺陷。此外，平面推力轴承将带载调节的滑动摩擦转换为滚动摩擦，结合承载调节螺杆的六角夹持设计，实现了气垫带载状态下的便捷微调；调整后通过锁紧螺母与防脱双螺母机械锁定，无需依赖平台级动态伺服控制即可维持稳定支承姿态，大幅降低了维护成本与运行能耗。

1.一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，包括设置在运动平台（1）侧承载构件与气垫（7）之间的气垫支承组件（2），所述气垫支承组件（2）包括上支承件（4）、下支承件（5）、三个竖向测力调节机构（9）、至少两个载荷调节单元、锁定单元、载荷检测装置以及非竖向载荷旁路机构；三个所述竖向测力调节机构（9）布置在所述上支承件（4）与所述下支承件（5）之间且不共线，构成所述气垫（7）竖向载荷的传递路径；所述载荷调节单元与所述竖向测力调节机构（9）对应，用于独立调节所述竖向测力调节机构（9）的有效支承高度；所述锁定单元用于锁定调节后的所述载荷调节单元；所述载荷检测装置用于获取三个所述竖向测力调节机构（9）的载荷数据，并以三个所述竖向测力调节机构（9）的载荷均衡作为姿态调整完成的判断依据；所述非竖向载荷旁路机构用于传递横向力及绕竖向轴的扭矩，且在竖向方向上预留避让间隙，使竖向载荷经由三个所述竖向测力调节机构（9）传递。

2.根据权利要求1所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述竖向测力调节机构（9）包括力传感器（15）和承载调节螺杆（13）；所述力传感器（15）外圈法兰与所述下支承件（5）固定连接，所述力传感器（15）中心螺纹与所述承载调节螺杆（13）底端螺纹连接；所述承载调节螺杆（13）中段设有承载轴肩，所述承载轴肩上方依次设有平面推力轴承（12）和凹凸球面垫圈（11），所述凹凸球面垫圈（11）顶端与所述上支承件（4）抵接，所述凹凸球面垫圈（11）与所述力传感器（15）顶端之间预留避让间隙。

3.根据权利要求2所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述承载调节螺杆（13）的轴肩外周设有六角夹持面；所述锁定单元包括锁紧螺母（14），所述锁紧螺母（14）装配于所述承载调节螺杆（13）下段并与所述力传感器（15）的顶端抵接，所述锁紧螺母（14）用于锁死所述承载调节螺杆（13）的进给量。

4.根据权利要求2所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述上支承件（4）对应所述承载调节螺杆（13）穿出处设有防脱限位组件，所述防脱限位组件包括双对顶螺母（10），所述双对顶螺母（10）与所述上支承件（4）的顶端之间预留间隙。

5.根据权利要求1所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述非竖向载荷旁路机构包括大直径中心圆柱和两个导向销（16）；所述大直径中心圆柱设于所述下支承件（5）顶部，所述上支承件（4）底端内孔设有固定高度的环形配合面，所述大直径中心圆柱与所述环形配合面之间设有第一径向间隙；两个所述导向销（16）沿所述大直径中心圆柱径向180°对称布置，所述导向销（16）底端与所述下支承件（5）上的石墨衬套（19）配合，所述导向销（16）顶端设置有向心关节轴承（18），所述向心关节轴承（18）外圈压固于所述上支承件（4）的销孔内。

6.根据权利要求5所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述导向销（16）与所述石墨衬套（19）之间的双边总径向间隙小于所述大直径中心圆柱与所述环形配合面之间的双边总装配间隙。

7.根据权利要求5所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述上支承件（4）内孔位于所述环形配合面上方设有扩径避让区，使所述大直径中心圆柱与所述上支承件（4）的接触高度保持恒定；所述环形配合面的底端以及所述导向销（16）的两端均设有倒角。

8.根据权利要求1所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，三个所述竖向测力调节机构（9）布置于同一支承节圆上，相邻两个所述竖向测力调节机构（9）相对于节圆中心的周向夹角均为120°；所述载荷调节单元与所述竖向测力调节机构（9）对应设置，通过三个所述竖向测力调节机构（9）的差动调节实现所述下支承件（5）相对于所述上支承件（4）的俯仰、横滚姿态调整及整体高度调整。

9.根据权利要求1所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，三个所述竖向测力调节机构（9）中，一个所述竖向测力调节机构（9）为固定高度基准支路，另外两个所述竖向测力调节机构（9）分别设置所述载荷调节单元，通过两个独立调节量改变所述下支承件（5）相对于所述上支承件（4）的俯仰和横滚状态。

10.根据权利要求1所述的一种基于三点载荷反馈的气垫姿态调整与载荷均衡装置，其特征在于，所述载荷检测装置还用于将三个所述竖向测力调节机构（9）的载荷之和作为单个所述气垫（7）的总支承载荷输出至平台级控制系统，用于安装验收、维护诊断或平台级供气调节。