技术领域

本发明属于转运设备技术领域，具体涉及一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置与方法。

背景技术

大型精密设备，特别是经过精密装配后的大型精密设备往往具有大体积、大质量、高平稳性要求等特点，在转运时对转运过程要求严苛。大型精密设备在转运过程中，需要保证恒定的姿态与稳定的支撑，转运过程中轻微的振动往往会影响设备整体性能，地面颠簸产生的冲击作用也会对设备的安全性能产生影响，特别是在偏载情况下，地面颠簸产生的强冲击作用可能直接导致设备偏移、翻转，对设备本身及转运人员的安全造成威胁。

气垫车利用气体薄膜技术将负载悬浮托起，避免与地面的接触，产生了良好的隔振效果，在精密仪器的转运中发挥了重要作用。专利号为201010242011.2的专利公开了一种气垫悬浮运输车自动调平控制装置，该装置利用高、低位光电开关发出的信号来控制气垫的充放气，进而实现自动调平功能。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案利用气垫车实现了垂向良好的隔振效果，但是由于缺乏阻尼装置，因此在转运过程中固有频率处的振动放大作用将会对被转运设备产生损害；(2)该技术方案不能在强冲击作用下实现安全防护，当受到地面颠簸等因素引起的强冲击作用时，巨大的冲击能量得不到耗散进而直接作用于被转运设备导致被转运设备损坏，同时，强冲击作用瞬间引起被转运设备与地面较大的相对位移，由于缺乏限位装置，可能直接引起被转运设备产生刚性碰撞而损坏；(3)该技术方案采用光电开关作为高度传感器，不能实时检测和调整气垫转运车的高度，通过调节高度的方法调节水平姿态，并没有在水平方向施加支撑力，无法有效针对转运过程中地面颠簸引起的摇摆进行抑制。

专利号为201310280075.5的专利公开了一种智能气垫转运车及其控制方法，该技术方案采用在气垫车车架四角设置高度传感器的方法实时反馈车身相对地面的高度，远程控制主处理器根据车身高度信息控制气垫充放气单元实现车身起伏高度的调节，达到控制车身姿态的目的。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案利用气垫车实现了垂向良好的隔振效果，但是由于缺乏阻尼装置，因此在转运过程中固有频率处的振动放大作用将会对被转运设备产生损害；(2)该技术方案不能在强冲击作用下实现安全防护，当受到地面颠簸等因素引起的强冲击作用时，巨大的冲击能量得不到耗散进而直接作用于被转运设备导致被转运设备的破坏，同时，强冲击作用瞬间引起被转运设备与地面较大的相对位移，由于缺乏限位装置，可能直接引起被转运设备的刚性碰撞而被破坏；(3)该技术方案采用高度传感器实时检测与调整气垫转运车的高度，在一定程度上保证了恒定的水平姿态，但同样通过调节高度的方法调节水平姿态，并没有在水平方向施加支撑力，无法针对转运过程中地面颠簸引起的摇摆进行抑制。

专利号为202110749514.7的专利公开了一种三向减振转运箱及其应用的转运手推车，该技术方案在转运箱的四个侧壁上安装横向减振橡胶，在箱体底部安装垂向减振橡胶的方式实现了三向隔振。该技术方案的特点在于：(1)该技术方案实现了三个方向的隔振作用，对于振动环境要求不高的一般精密设备能够实现转运操作，简单可靠，但是由于减振橡胶的隔振性能较差，因此无法实现对环境振动要求较高的精密设备的安全转运；(2)该技术方案在三个方向均采用橡胶进行减振，当遇到地面不平等因素产生的强冲击时，缺少对冲击能量的耗散装置，巨大的冲击能量将导致被转运设备被破坏；(3)该技术方案所采用的隔振方式决定了其无法保证转运过程中姿态恒定。

综上，目前面向大型精密设备转运的装置与方法难以兼顾三向隔振与姿态调控，通过调节高度的方式调节水平姿态，在水平方向上没有针对摇摆作用进行水平姿态调节的作用力，同时，当在转运过程中遇到路面不平等因素引起的强冲击作用时，缺乏能量耗散装置，无法对冲击能量进行耗散，巨大的冲击能量传递到被转运大型精密设备上导致被转运大型精密设备被破坏。因此，亟需提出一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置与方法，以满足我国在大型精密设备转运方面的需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置与方法，以满足我国大型精密设备转运过程中的精密隔振与安全防护需求。

为实现上述发明目的，本发明提供的一个技术方案如下：

一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置，包括车架、隔振平台、气浮隔振单元、被动阻尼器、高度检测与控制装置和处理器，所述隔振平台支撑被转运的大型精密设备，所述气浮隔振单元在所述车架的上底面和四个内侧面与所述隔振平台间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架和隔振平台；还包括限位单元，所述用于精密隔振与耗散冲击能量的被动阻尼器在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架和隔振平台；所述用于检测水平姿态和侧向位移的高度检测与控制装置分别在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间并联间隔设置若干个，且均连接所述车架和隔振平台；所述限位单元在所述车架的上底面与四个内侧面和所述隔振平台间并联间隔设置若干个。

优选的，所述气浮隔振单元包括气室和空气弹簧。

优选的，所述的高度检测与控制装置包括高度检测装置、连接件和充放气单元。

优选的，所述的高度检测装置包括光栅尺读数头连接杆、光栅尺导轨和光栅尺读数头。

为了实现上述发明目的，本发明提供的另一个技术方案如下：

一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运方法，使用以上大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将被转运的大型精密设备安放于隔振平台上；

步骤2、通过处理器输入设定的浮起高度值和不感带值；

步骤3、比例阀721输入控制值、电磁阀722打开；

步骤4、高度检测装置实时检测实际浮起高度值；

步骤5、处理器对高度检测装置返回的实际浮起高度值进行实时判断，并根据判断结果来控制充放气单元对气浮隔振单元进行充放气。

优选的，所述的实时判断步骤，包括：步骤1、比较实际浮起高度值与设定的下限高度值的大小，若实际浮起高度值大于/等于设定的下限高度值，进行步骤2，否则，增大比例阀 721控制气压对空气弹簧进行充气；步骤2、比较实际浮起高度值与设定的上限高度值的大小，若实际浮起高度值小于/等于设定的上限高度值，比例阀721控制气压保持不变，否则，减小比例阀721控制气压对控制弹簧进行放气。

优选的，所述的设定的下限高度值等于设定的浮起高度值减去不感带值，所述的设定的上限高度值等于设定的浮起高度值加上不感带值。

本发明提供的大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置与方法，具有以下效果：

(1)本发明能够实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。本发明使用高性能空气弹簧隔振器能够实现较高的静态刚度和较低的动态刚度，能够在大承载的情况下保证较高的隔振性能，同时并联使用被动阻尼器增大系统阻尼，能够进一步降低固有频率处的振动传递率，从而实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。

(2)本发明能够实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。本发明在隔振平台与车架之间安装被动阻尼器和限位单元，当转运过程中被转运设备受到强冲击作用后，能够针对冲击能量进行快速耗散，同时，由于限位单元的存在能够保证被转运设备不会产生较大的位移而被破坏，从而实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。

(3)本发明能够实现被转运设备在转运过程中处于水平姿态，并能够有效防止转运过程中被转运设备产生摇摆导致设备损坏。本发明使用高度检测与控制单元对隔振平台与车架之间的相对位移进行实时检测，并通过处理器实时控制充放气单元对空气弹簧进行充放气，从而保证设备能够以恒定的姿态平稳转运。

附图说明

图1：大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置整体示意图；

图2：不含车架的大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置主视图；

图3：为图2中高度检测装置的局部放大图；

图4：不含车架的大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置左视图；

图5：高度与姿态调整框图。

图中附图标记：

100、车架；200、隔振平台；300、大型精密设备；400、气浮隔振单元；401、气室；402、空气弹簧；500、被动阻尼器；600、限位单元；601、限位器支架；602、限位器；700、高度检测与控制装置；711、光栅尺读数头连接件；712、光栅尺导轨；713、光栅尺读数头；714、连接件；710、高度检测装置；720、充放气单元；721、比例阀；722、电磁阀；800、处理器；

a、设定的浮起高度值；b、不感带值；c、实际浮起高度值；d、设定的高度下限值；e、设定的高度上限值。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运装置，如图1-图4所示，包括车架100、隔振平台200、气浮隔振单元400、被动阻尼器500、高度检测与控制装置700和处理器800，所述隔振平台200支撑被转运的大型精密设备300，所述气浮隔振单元400在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架100和隔振平台200；还包括限位单元600，所述用于精密隔振与耗散冲击能量的被动阻尼器500在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间分别并联间隔设置若干个，且均连接所述车架100和隔振平台200；所述用于检测水平姿态和侧向位移的高度检测与控制装置700在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间并联间隔设置若干个，且均连接所述车架100和隔振平台200；所述限位单元600在所述车架100的上底面与四个内侧面和所述隔振平台200间并联间隔设置若干个。

在使用时，在同一面上的不同位置与气浮隔振单元400并联安装有多个高度检测与控制装置700，通过处理器800控制高度检测与控制装置700对该组气浮隔振单元400进行充气，提供被转运大型精密设备的支撑力，经地面产生的振动经空气弹簧402进行衰减后传递到被转运大型精密设备上，与单组气浮隔振单元400并联安装有若干个被动阻尼器500，提供与振动速度相关的阻尼力，进一步降低固有频率处的振动传递率。具体的，高度检测装置与控制装置700包括高度检测装置710和充放气单元720，安装于隔振平台200下底面的高度检测装置710实时检测其安装位置处隔振平台浮起高度，安装于隔振平台侧面的高度检测装置 710实时检测隔振平台200与车架100间水平向的相对位移，并将结果反馈给处理器800进行处理，当转运设备受到地面颠簸等冲击作用时，通过控制充放气单元720对气浮隔振单元 400进行充放气操作，从而实现隔振平台始终保持在恒定的水平姿态，实现隔振平台的防摇摆控制；当受到强冲击时，被动阻尼器500对振动能量进行快速耗散，但气浮隔振单元400 并不能实现快速调节空气弹簧402内部气压值，导致隔振平台产生较大的相对位移，此时限位单元600与隔振平台200接触并产生限位作用，从而实现对被转运大型精密设备的安全防护。

具体的，气浮隔振单元400包括气室401和空气弹簧402，其中气室401固定安装于车架100上，空气弹簧402固定安装于气室401上，其上端固定连接于隔振平台200上，空气弹簧402和气室401之间气路相连通，当控制充放气单元720对气浮隔振单元400进行充气时，充气气体先进入气室401，再进入对应的空气弹簧402。

具体的，限位单元600包括限位器支架601和限位器602，其中限位器支架601固定安装于车架100上，限位器602固定安装于限位器支架601上，且限位器602上端面与隔振平台200留有一定的安全间隙。

具体的，高度检测装置710和充放气单元720通过连接件714固定连接于气浮隔振单元 400的气室401。其中，高度检测装置710包括光栅尺读数头连接件711、光栅尺导轨712和光栅尺读数头713，光栅尺读数头711滑动连接于光栅尺导轨712上，光栅尺读数头连接件711一端连接光栅尺读数头713，另一端与隔振平台相连接。在转运过程中，当来自地面的振动经过车架100、气室402、空气弹簧500传递到隔振平台引起隔振平台200振动后，隔振平台200通过光栅尺读数头连接件711带动光栅尺读数头713在光栅尺导轨712上滑动，从而导致光栅尺读数变化，进而实时检测该连接点处车架100与隔振平台200间的相对位移变化。

实施例2

本发明提供一种大型精密设备气浮隔振与阻尼防护转运方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1、将被转运的大型精密设备300安放于隔振平台200上；

步骤2、通过处理器800输入设定的浮起高度值a和不感带值b；

步骤3、比例阀输721输入控制值、电磁阀722打开；

步骤4、高度检测装置710实时检测实际浮起高度值c；

步骤5、处理器800对高度检测装置710返回的实际浮起高度值c进行实时判断，并根据判断结果控制充放气单元720对气浮隔振单元400进行充放气。

在步骤2中，空气弹簧实际浮起高度值c应大于/等于设定的下限高度值d且小于/等于设定的上限高度值e，其中，设定的下限高度值d为设定的浮起高度值a减去不感带值b,设定的上限高度值e为设定的浮起高度值a加上不感带值b。需要说明的是，不感带值b为实际浮起高度值c在设定的浮起高度值a附近不进行充放气的范围，若各高度检测与控制装置700所检测到高度在此范围内，则认为隔振平台200处于恒定的姿态。

在步骤3中，输入比例阀控制721控制值、打开电磁阀722之前先对其进行初始化操作，比例阀721控制值是根据空气弹簧402的承载以及被隔振大型精密设备的质量计算得出的，所述控制值为理论计算得出的能够使空气弹簧402浮起设置的高度所对应的气压值。

在步骤4中，实时检测实际浮起高度值c是通过高度检测装置710来进行的，在地面振动的情况下，地面产生的振动经车架100、气浮隔振单元400、被动阻尼器500以及限位单元 600传递到隔振平台200，隔振平台200振动，并通过光栅尺读数头连接件711带动光栅尺读数头713在光栅尺导轨712上滑动，从而进行高度检测装置710安装与车间间相对位移的实时检测。

被动阻尼器500在隔振平台200与车架100间相对位移变化的带动下产生相应的阻尼力，对传递到隔振平台200上的固有频率处的振动进一步衰减，从而降低固有频率处的振动传递率，避免固有频率处振动过大导致被转运大型精密设备300被破坏。

在一般轻微振动情况下，限位单元600与隔振平台200不接触，并不起作用，当地面不平产生颠簸等强冲击作用时，导致隔振平台瞬间产生较大位移，步骤5中的实时判断和充放气操作并不能针对这种变化进行快速反应、有效控制，此时，限位单元600起到限位作用，防止隔振平台产生较大位移导致被转运精密设备被破坏。限位器602可以选用叠层橡胶隔振器。

在步骤5中，实时判断的步骤包括：步骤1、比较实际浮起高度值c与设定的下限高度值d的大小，若实际浮起高度值c≥设定的下限高度值d，进行步骤2，否则，增大比例阀721控制气压对空气弹簧进行充气；步骤2、比较实际浮起高度值c与设定的上限高度值e的大小，若实际浮起高度值c≥设定的上限高度值e，减小比例阀721控制气压对控制弹簧进行放气，否则，比例阀721控制气压保持不变，此时隔振系统处于正常工作状态。

综上所述，本发明能够实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。本发明使用高性能空气弹簧隔振器能够实现较高的静态刚度和较低的动态刚度，能够在大承载的情况下保证良好的隔振性能，同时并联使用被动阻尼器500增大系统阻尼，能够进一步降低固有频率处的振动，从而实现大型精密设备转运过程中的精密隔振效果。

本发明能够实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。本发明在隔振平台200与车架100之间安装被动阻尼器500和限位单元600，转运过程中被转运设备受到强冲击作用后能够针对冲击能量进行快速耗散，由于限位单元600的存在能够保证被转运设备不会产生较大的位移而被破坏，从而实现转运过程中强冲击作用下的安全防护效果。

本发明能够实现被转运设备在转运过程中处于水平姿态，并能够有效防止转运过程中被转运设备产生摇摆导致设备损坏。本发明使用高度检测与控制装置700对隔振平台200与车架100之间的相对位移进行实时检测，并通过处理器800实时控制充放气单元720对空气弹簧402进行充放气，从而保证设备能够以恒定的姿态平稳转运。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。