CN117824812B - 用于砝码加载的阻尼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于砝码加载的阻尼方法，涉及风洞天平校准领域，包括：在天平自动加载装置通过驱动器控制砝码进行加载或卸载操作前，外部动力机构驱动四抓卡盘以带动由节流片组成的节流环闭合至锁紧位置时，节流环对油缸下腔体与浮动体之间的环形间隙进行封闭，进而使油缸下腔体处于封闭状态，浮动体与油缸之间无法产生相对运动，砝码加载和卸载的载荷由固定阻尼装置的支撑框架承受，进而使天平受到的载荷仍然保持为上一个加载工况，完成载荷的保持功能。本发明提供一种用于砝码加载的阻尼方法，主要是在具有加载过程中的载荷保持功能及对砝码摆动进行抑制功能。

Description

用于砝码加载的阻尼方法

技术领域

本发明涉及风洞天平校准领域。更具体地说，本发明涉及一种用于砝码加载的阻尼方法。

背景技术

基于砝码的净重式天平自动校准设备是一种广泛使用的天平自动校准装置，一台校准设备通常由多个自动加载装置按一定的位置布置实现天平多个分量的加载。自动加载装置如图5所示，主要由吊杆10、砝码11、支撑框架12、驱动器13、阻尼油槽14等组成。天平校准时，吊杆上端与对应的加载挂点连接。其原理是利用布置在加载装置支撑框架每层托盘上的驱动器控制每块砝码升降以完成天平的静态校准过程中的加载和卸载：驱动器将砝码放下，砝码底部中心的锥窝与吊杆上的锥盘接触后自动导正挂在吊杆上实现对天平的加载，驱动器将砝码顶起，此时砝码与加载吊杆脱离，天平卸载。由于天平加、卸载过程需要交换不同质量的砝码，交换过程中引起的多个吊杆之间受力不同，以及加卸载过程中被加载的天平变形后的复位运动等都会导致吊杆以及吊挂在吊杆上的砝码产生摆动，目前有一种方式是利用装置底部的阻尼油槽对摆动的吊杆及砝码进行稳定。

如图6所示，现有阻尼油槽是一个被动阻尼装置，其原理是在支撑框架底部固定一个注满机油的油槽14，安装在吊杆底部并浸泡在油槽机油中的阻尼片15在随吊杆摆动时产生粘滞阻力，通过粘滞阻力来被动抑制吊杆的摆动。由于空间有限，阻尼油槽尺寸不够大，相对于500kg及以上量级的大载荷加载状态，油液产生的粘滞阻力的阻尼效果不佳，砝码稳定时间较长，加载效率不高。同时现有阻尼装置没有载荷保持功能，即在天平校准过程中由于砝码交换引起加载载荷突变，会中断天平加载中的递增或递减趋势，甚至还会引起被校准天平个别分量的瞬间超载，现有装置无法有效处理。

当然地，现有技术中也有通过其它方法来完成对摆动的吊杆及砝码进行稳定，如申请号为CN202311330590.X的用于大质量加载头的载荷保持、振动抑制与快速稳定方法，其采用的是利用夹持装置开闭策略设计，实现加载砝码的快速稳定；利用载荷与变形相关性原理，通过夹持装置的夹持力，保证加载过程中砝码吊杆位置不变，进而控制加载头姿态，实现校准过程中的载荷保持，但在实际应用中该技术仍然存在以下问题：在通过夹持装置对吊杆进行夹紧的过程中，在重力向下且大载荷的情况下，采用夹紧的方式对吊杆及砝码进行稳定，需要巨大摩擦力才能实现夹紧，即砝码吊杆夹持器是通过夹持力阻止吊杆上下运动，这使得其需要巨大的摩擦力来实现，其原因在于钢与钢的摩擦系数大概在0.1，而采用夹紧的方式转换成摩擦力还需要将夹紧作用力乘以0.1，才能实现，故如果需要X的摩擦力，就需要砝码吊杆夹持器提供10*X的夹紧力，这对设备能提供的夹紧力大小提出了更高的要求，进一步地，在夹紧力越大的情况下，其设备的空间布局、体积、功率等也会伴随增加，这也给净重式天平自动校准设备增加了对应的空间安装要求，而进一步需要说明的是，由于电机输出功率是有上限的，故其夹紧力也会有上限，这使得其能提供的摩擦力不会特别大，即电机的输出功率在进行转换后效率很低，与实际预想存在较大差距，没有办法与净重式天平自动校准设备实际载荷相匹配，同时因为其只有两个状态，一个是不能滑动，一个是能滑动的状态，故在实际的应用中没有办法对吊杆及砝码受载荷变化引起的上下浮动进行抑制。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于砝码加载的阻尼方法，所述阻尼方法基于阻尼装置完成，且阻尼装置包括油缸、浮动体、带连接杆的节流环、四爪卡盘和传动杆；

在天平自动加载装置通过驱动器控制砝码进行加载或卸载操作前，外部动力机构驱动四抓卡盘以带动由节流片组成的节流环闭合至锁紧位置时，节流环对油缸下腔体与浮动体之间的环形间隙进行封闭，进而使油缸下腔体处于封闭状态，浮动体与油缸之间无法产生相对运动，砝码加载和卸载的载荷由固定阻尼装置的支撑框架承受，进而使天平受到的载荷仍然保持上一个加载工况，完成载荷的保持功能。

优选的是，在砝码加载或卸载动作执行完毕后，外部动力机构通过四爪卡盘驱动节流片向外做径向运动，将节流环逐渐缓慢松开，节流环锁紧的浮动体被缓慢释放至自由状态，同时因浮动体与节流片的间隙仍处于一定范围内，故加载或卸载的载荷通过加载吊杆被平缓的施加到天平上，对载荷释放过程中引起的吊杆上下晃动进行抑制。

优选的是，在天平的校准复位过程中，通过外部动力机构的作用先将节流环再次锁紧，随后再缓慢松开节流环，通过调节控制节流环松开的速度，对吊杆摆动和晃动进行抑制。

优选的是，还包括：

在组装阻尼装置过程中，向油缸内注入机油，同时保证机油液面高于浮动件并低于传动杆所在位置；

将阻尼装置设置在天平自动加载装置支撑框架的底部托盘下表面上，并将连接杆与净重式天平自动加载装置的吊杆固定连接，以使浮动件自由悬挂于油缸的上下腔体之间。

本发明至少包括以下有益效果：本发明的主要技术优势是通过控制节流环的锁紧与松开结合液压原理与节流原理，实现了由原有被动阻尼装置到现有主动阻尼装置的改变，具体包括：

其一，本发明利用液压原理，通过节流环将浮动体锁定，在天平加载时受到的瞬时载荷主要作用于阻尼装置，通过控制节流环缓慢打开逐步将载荷释放，有效减少了天平受到的瞬时最大载荷冲击，使天平在校准过程中得到了有效保护，部分需要递增或递减趋势的加载工况也能得到保持，实现了载荷保持功能，同时相对于现有的夹持装置而言，由于其利用的是液压原理，故而不存在电机输出功率转换成夹紧力，再转换成摩擦力实现吊杆及砝码的载荷保持的过程，故相对于现有技术而言，其在巨大载荷的保持上更具有优势。

其二，本发明利用节流原理，通过控制节流环打开程度（如半打开状态），将吊杆及砝码受载荷变化引起的上下浮动进行了有效地抑制，减少了装置的上下晃动，提升装置加载效率。

其三，本发明利用电机驱动节流环进行摆动抑制，将原来依靠油液粘滞阻力进行阻尼的方式变为主动机械抑制，减少砝码稳定所需时间，提升装置加载效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明阻尼装置的截面示意图；

图2为图1的A-A剖视图，并能表明节流环完全打开锁紧时的结构示意图；

图3为本发明阻尼装置的安装示意图；

图4为本发明阻尼装置中节流环完全打开状态时的状态示意图；

图5为现有技术中净重式天平自动校准系统的结构示意图；

图6为现有阻尼装置的安装示意图；

其中，油缸-1、浮动体-2、节流环-3、连接爪-4、四爪卡盘-5、连接杆-6、盖板-7、传动杆-8、电机-9、吊杆-10、砝码-11、支撑框架-12、驱动器-13、阻尼油槽-14、阻尼片-15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明针对原有装置在使用过程中遇到的问题，提供一种具有主动阻尼功能的装置，其结构如图1-图2所示，包括油缸1、浮动体2、节流环3、连接爪4、四爪卡盘5、连接杆6、盖板7、传动杆8，在实际的应用时油缸内注有机油，且机油液面高于浮动体并低于传动杆，本发明具有主动阻尼功能的装置的作用主要是在具有加载过程中的载荷保持功能及对砝码摆动进行抑制功能。

具体来说，本发明的油缸是一个上面开口的圆筒形结构，里面有上下两个腔体，上下腔体之间有一个平台，下腔体直径小于上腔体。

浮动体是一个上下有圆形减重凹槽的圆柱结构，与连接杆固定连接，并通过连接杆与自动加载装置的吊杆固定连接后自由悬挂于油缸的上下腔体之间。

节流环由四个相同的1/4环形结构的节流片组合而成，位于浮动体圆柱外表面周围，节流环的下表面与油缸上下腔体之间的平台表面贴合，四个节流片的上表面分别与四爪卡盘的四个连接爪固定连接。

四爪卡盘是市场货架产品，倒置固定安装在盖板下表面上，并通过四个连接爪分别与四个节流片固定连接。

盖板通过法兰与油缸固定连接，并设置有与支撑框架连接的螺纹孔。

在实际的应用时，如图3所示，本发明阻尼装置安装在重式天平自动校准系统支撑框架的底部托盘下表面，通过传动杆与带减速器的电机9连接，通过连接杆与加载装置的吊杆固定连接。

本装置的功能主要有三个：

1、节流环闭合时，基于液压原理，限制浮动体上下的瞬时运动，起载荷保持作用；

2、节流环半闭合时，基于小间隙节流原理，可快速消除浮动体上下振动，起阻尼作用；

3、节流环先闭合再缓慢放开时，可抑制浮动体摆动。

具体来说，本发明阻尼装置的主要工作方法包括：

通过驱动器控制砝码进行加载或卸载操作前，电机驱动四抓卡盘带动由节流片组成的节流环闭合至锁紧位置时，节流环封闭了油缸下腔体与浮动体之间的环形间隙，此时油缸下腔体处于封闭状态（如图1和图2所示）。基于液压原理，浮动体与油缸之间无法产生相对运动，砝码加载和卸载的载荷由固定阻尼装置的支撑框架承受，天平受到的载荷仍然保持为上一个加载工况，阻尼装置实现了加载装置的载荷保持功能。

砝码加载或卸载动作执行完毕后，通过四爪卡盘驱动节流片向外做径向运动，将节流环逐渐缓慢松开，节流环锁紧的浮动体被缓慢释放至自由状态，在此过程中由于浮动体与节流片的间隙仍处于一定范围内，基于节流原理，加/卸载的载荷通过加载吊杆被平缓的施加到天平上，同时载荷释放过程中引起的吊杆上下晃动会受到有效地抑制。

节流环逐渐打开至半闭合状态直至完全打开状态时（如图4），节流环的节流作用逐渐消失，浮动体处于自由悬挂状态，阻尼装置不会对天平加载载荷产生影响。在天平的校准复位过程可能会引起吊杆及浮动体的水平摆动或上下晃动，可再次控制电机节流环锁紧，随后再缓慢松开节流环，通过调节控制节流环松开的速度，可以有效起到抑制吊杆摆动和晃动的效果。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种用于砝码加载的阻尼方法，其特征在于，所述阻尼方法基于阻尼装置完成，且阻尼装置包括油缸、浮动体、带连接杆的节流环、四爪卡盘和传动杆，油缸是一个上面开口的圆筒形结构，里面有上下两个腔体，上下腔体之间有一个平台，下腔体直径小于上腔体；浮动体是一个上下有圆形减重凹槽的圆柱结构，与连接杆固定连接，并通过连接杆与自动加载装置的吊杆固定连接后自由悬挂于油缸的上下腔体之间；节流环由四个相同的 1/4 环形结构的节流片组合而成，位于浮动体圆柱外表面周围，节流环的下表面与油缸上下腔体之间的平台表面贴合，四个节流片的上表面分别与四爪卡盘的四个连接爪固定连接；阻尼装置安装在天平自动校准系统支撑框架的底部托盘下表面；

在天平自动加载装置通过驱动器控制砝码进行加载或卸载操作前，外部动力机构驱动四抓卡盘以带动由节流片组成的节流环闭合至锁紧位置时，节流环对油缸下腔体与浮动体之间的环形间隙进行封闭，进而使油缸下腔体处于封闭状态，浮动体与油缸之间无法产生相对运动，砝码加载和卸载的载荷由固定阻尼装置的支撑框架承受，进而使天平受到的载荷仍然保持上一个加载工况，完成载荷的保持功能。

2.如权利要求1所述用于砝码加载的阻尼方法，其特征在于，在砝码加载或卸载动作执行完毕后，外部动力机构通过四爪卡盘驱动节流片向外做径向运动，将节流环逐渐缓慢松开，节流环锁紧的浮动体被缓慢释放至自由状态，同时因浮动体与节流片的间隙仍处于一定范围内，故加载或卸载的载荷通过加载吊杆被平缓的施加到天平上，对载荷释放过程中引起的吊杆上下晃动进行抑制。

3.如权利要求1所述用于砝码加载的阻尼方法，其特征在于，在天平的校准复位过程中，通过外部动力机构的作用先将节流环再次锁紧，随后再缓慢松开节流环，通过调节控制节流环松开的速度，对吊杆摆动和晃动进行抑制。

4.如权利要求1所述用于砝码加载的阻尼方法，其特征在于，还包括：

在组装阻尼装置过程中，向油缸内注入机油，同时保证机油液面高于浮动件并低于传动杆所在位置；

将阻尼装置设置在天平自动加载装置支撑框架的底部托盘下表面上，并将连接杆与净重式天平自动加载装置的吊杆固定连接，以使浮动件自由悬挂于油缸的上下腔体之间。