国内大型风洞对气垫运输技术的应用研究

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Application and Research of the Air-cushion Transport Technology for the DomesticLarge-scale W ind TunnelLI Duo，ZHENG Xiaodong，Ma Lei(China Aerodynamics Research and Development Center，M ianyang 621000，China)Abstract：The principle of the wind tunnel and air-cushion transport technology is introduced briefly.Several key aspectsincluding suspension force requirements，traction requirements，gas supply capacity requirements，control accuracy indica-tors，surface quality requirements and balance control related to the air-cushion transport technology are explained.The in-stalation and application proj ect of a domestic large-scale wind tunnel on air-cushion transport device is summed up.Whenthe installation is complete，the air-cushion transport system can rise and land，move straight and rotate steady on the self-leveling the ground，move out and reset the equipment smoothly in the wind tunne1.This project has proved that using theair-cushion transport technology in the domestic large-scale wind tunnel is feasible，which has guiding significance on air-cushion transport technology application in the future。

Key words：wind tunnel，air-cushion，instalation and application风洞是 指在-个按-定要求 设计 的管道系统内，采用动力装置驱动可控制的气流，根据运动的相对性和相似性原理进行各种气动力试验的设备 。

风洞洞体通常由各机械部段组成，其中包含-部分质量较大且需要频繁移动的部段。

气垫作为-种新型的运输设备，2O世纪 6070年代起源于欧美工业发达国家，最初主要用于重型工业设备在厂内的转运等工作，后来经逐步开发，用于电力、钢铁、汽车、航空等各行各业中。世界著名风洞如 DNW 等也 已采用气垫运输方式搬运设备部段。相比其他传统运输方式，气垫运输具有以下优点：1)转向灵活，可多方向自由转动和平动；2)牵引驱动力小；3)场地空间需求较少；4)制动距离小；5)可实现 0.1～1 000 t设备或重物的搬运。

借鉴世界同行先进经验，国内某大型风洞也采用了气垫运输这-先进的厂房内设备运输方式。本文简要介绍了气垫运输技术的基本原理，说明了气垫运输技术在风洞中应用时需要注意的几个重点环节，并对气垫运输技术在该大型风洞的应用情况作了总结 。

1 气垫运输技术的基本原理气垫运输是以-层很薄的空气层将气垫上的重物与支承面隔开 ，其 工 作原 理如图 1所示 。在载 荷 支 承 板 的下方，安装 -个压图 1 气垫工作原理环形橡胶气囊，当压缩空气进入气囊内时，气囊便膨胀；与此同时，-部分压缩空气经过气囊壁上的凶流人气囊与支承面之间形成的气室。当气囊胀到-定程度(气囊支承面积×气室中的压力≥载荷)后便浮离支承面。气囊与支承面之间形成间隙，气室中的压缩空气经此间隙泄人大气。由于空气具有-定的黏性，当它流经间隙时，便形成以空气为润滑剂的- 层极薄的空气润滑层，即气垫。此时气囊与地板间的摩擦系数几乎为零，这样用很小 的外力就可以移动托起的重物2]。

《新技术新工艺》数字技术与机械工程 I新技术新工艺 2013年 第 1期2 气垫运输技术在风洞应用时需要注意的几个重点环节在风洞建设过程中，考虑 到现场压缩空气气源充足，需移动的部段体积较大且质量较重，移动到的位置精度要求高，试验大厅可用面积有限等实际情况，结合气垫运输技术的特点，决定采用这-先进的运输技术。以下主要对气垫运输技术在大型风洞中应用时需要注意的几个重点环节进行说明。

2.1 悬浮力要求气垫拈选用 AERG公司的 K27NHDL形号产品，每个气垫拈额定承载力为 12.7 t。待移动部段质量约 140 t，在其底部放置 16块气垫拈，气垫拈在部段底部的具体位置如图 2所示，单个气垫拈实际最大承载约为 8.8 t，安全系数 Ke-12.7/8.8-1.44。因此采用 16个气垫时有 44 的顶升裕量 ，能够满足使用要求 。

V/1/、 /GG0LI/'1 41JII哪A 5入690 ll： l8O l3 1253 850图 2 16块气垫拈在部段底部的位置图2.2 牵引力要求气垫装置采用 2套驱动轮协调驱动，每套驱动轮均安装有 2套驱动电动机 ：1套为转向驱动 ，选用英格索兰公 司的 M004RVR083BR3驱 动电动机；1套为行走驱动，选用英格索兰公 司的 4840U驱动 电动机。能够提供 的转矩为 1 056 N ·m，牵 引力为25 200 N。部段移动时，需要克服的转矩及阻力分别为 512 N·In及 11 200 N，安全系数分别为 Ke-1 056/512-2.06；Ke2-25 200/11 200-2.25，均满足使用要求。

2.3 供气能力要求气垫拈供气管路以并联方式布置，每 3个气垫拈为 1组，对组内各气垫拈供气管路进行并联，对 5组(其中1组包含 4块气垫拈)之间供气管路再进行并联 。每个气 垫拈 耗气量 为 39.75L/s，则计算得出单个气垫拈供气管路通径 d-12mm，因此单组(3个气垫)供气管路所需通径为20.8 mm；16个气垫所需主供气管路通径为 48mm〖虑到管路损失及 预留裕 量，单个气 垫供气管路选 DN16，单组气垫进气管路选 DN24，主进气管路选 DN5O。

2.4 控制精度指标由于风洞内试验大厅使用面积有限，同时部段在连接时与风洞轴线要有严格的左右对中性要求，因此对气垫装置的控制精度提出了很高的要求 ，具体分别是：最小起动距离≤4 mm；起升高度 1o～25mm；行进速度 3～10 m/min；刹车距离≤100 mm；系统响应时间≤3 S。

经调研，气垫运输装置的控制精度指标能够满足使用要求。

2.5 地面质量要求地面表面质量对于气垫运输装置的使用至关重要，-方面影响压缩空气的消耗量，另-方面对于气室中能否形成高压有着决定性的影响。影响地面表面质量的因素有表面粗糙度、平整度、台阶、裂缝及伸缩缝等。风洞气垫运输地面主要由自流平地面与钢板组成 ，如图 3所示。

图 3 气垫运输地 面自流平地面严格按照 2010年 12月 1日颁布的国家标准 GB/T50589(环氧树脂 自流平地面工程技术规范》进行施工 ，以满足地 面的平面度、阻力系数及对压缩空气的耗气量等要求 。并在移动部段位于风洞轴线的停放位置地面 上铺设 9块钢板，以增强该处地面的刚度，避免部段落地时冲击损坏地面。

同时，为了增强 自流平地面的抗裂能力 ，施工过程中，在混凝土层中加入钢筋网片，自流平施工中增加2布 3油”技术；为了增强 自流平地面的防潮能力，将素混凝土改为防水混凝土；为了提高自流平地面的抗冲击能力，增加了-层环氧砂浆层。施工后，自流平地面抗冲击力达到 80 MPa，满足 300 t部段移动和停放的使用要求，同时有很好的抗裂和《新技术新工艺》数字技术与机械工程数字技术 机械工程防潮能力。

2.6 自平衡 系统设计为了避免出现由于部分气垫膨胀不充分导致的驱动行走困难和气垫运输设备擦伤地面的现象，并消除气垫运输中部段晃动的问题，设计了 1套 自平衡系统。目的在于增加气垫运输系统中每个气垫模块供气均匀性，提高整套系统的稳定性。

该系统选用测 高调压法进行 自平衡 的闭环控制，具体来说就是在部段 4角各安装 1套高度位移传感装置，监测各自区域的设备浮起高度，如图 4所示。当本区域的设备浮起高度小于设定的最低值时，高度传感器高位光电开关与低位光电开关同时熄灭，相应的比例阀开始均匀增压，缓慢提高相应气垫的控制压力，以增加气垫膨胀量；当本区域的设备浮起高度大于设定的最高值时，高度传感器高位光电开关与低位光电开关同时变亮，则相应减低气垫的控制压力，以减小气垫膨胀量；当高度传感器高位光电开关变亮而低位光电开关熄灭时，说明该区域设备浮起高度在设定范围内。

支承架/ - - - - - - - - 移动杆， - - - - - - - - - - - - 高位光电开关 低位光电开关/[图 4 高度位移传感装置示 意图不同区域的设备浮动范围通过调试设定在-定的合理范围内，通过 1套 SIMENS PLC S7-200对比例流量阀进行控制，使其根据预定算法完成对气垫的自动加压和卸压，以保证设备的运行稳定 ]。

3 气垫运输装置的安装气垫运输装置安装主要包括 16块气垫拈 、供气管路 与 阀 门系 统、驱 动 系统 、自平 衡 系 统 、SI-MENS PLC S7-200电气控制系统及油雾器、空气滤清器等部件的安装。其中 16块气垫拈在部段底部位置如图2所示；驱动系统包括 2台驱动车，分别安装于部段前后两侧；自平衡系统 4个高度位移传感装置分别安装于部段 4个角；SIMENS PLC S7- 200电气控制系统位于部段下方平台上，通过面板上的按键及有线/无线邑器实现对整套系统的控制；供气管路与阀门系统及油雾器、空气滤清器等部件均布置于部段下方内腔相应位置。整套气垫运输装置安装共耗时20 d，安装后效果如图5所示。

图 5 安装后效果 图4 应用效果安装完毕后，气垫运输装置进行了试行走。通过对运行情况的反复调试，系统在 自流平地面上起降、直线行走、旋转均运行平稳，无异响及明显晃动，满足使用要求。各装置以及主要元器件安装方式安全可靠，满足设计要求，具体技术指标校验情况见表1，其中气垫运输装置技术指标设计值与校验值均能达到或者优于风洞内提出的要求值。

表 1 气垫运输装置技术指标校验表5 结语通过此次气垫运输技术的应用，证实了国内大型风洞利用气垫运输装置运输重型部段是切实可行的，气垫运输装置可以完成风洞 内部段的移 出、复位工作，对今后气垫运输技术的应用有-定的指导意义。