CN1017274B - 液压式频率跟踪动力消振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压式频率跟踪消振器，它利用空气弹簧和机械弹簧并联来代替传统动力消振器中的机械弹簧，根据振动物体的振动频率，调节控制油压，即可改变空气弹簧的刚度，从而得到与被消振物体振动频率相同的固有频率，达到消振目的。消振器由空气弹簧、油缸、连通管、调压阀和油泵等组成。空气弹簧是二个密闭空气室，油缸中有一活塞将油缸分为上下两个油腔，分别与两密闭空气室相通。油缸体可作消振器的动子，活塞作定子，并与被消振物体相连，或将缸体作定子，活塞作动子，机械弹簧分为上下两截，分别套在油缸中上下两段活塞杆上。

Description

本发明属振动控制领域。

在振动控制领域中，为了减轻被控对象的振动，人们曾提出了各种控制方案。例如控制振动系统的阻尼和刚度（包括支承装置的阻尼和刚度）;采用电磁轴承或专门的反向激振器进行反向激振;采用动力消振器进行消振等等。有两项美国专利（发明人同为ROBERTE.KEMELHOR，专利号分别为US2940749和US3059915）利用磁性流体的粘度和刚性随磁场强度的强弱而变的特性设计了一种名叫“流体磁性弹簧、阻尼器与锁定装置”的支承装置，通过调节绕组中的激磁电流来改变磁性流体的粘度从而改变支承装置的阻尼与刚度，达到减振或使支承装置获得某种特性的刚体。当磁场强度达到（或超过）某临界值后，磁性流体的粘度和刚性达到非常大，实际上可视其为刚体，从而实现使支承装置锁定的目的。这两项发明的原理是相同的。前者（US2940749）为原型，后者（US3059915）为改进型，由于其缸体结构的独特，允许同时采用几种性能不同的磁性流体，从而可改善支承装置的性能，增加其阻尼与刚度的调节范围。它们都是一种可作减振器用的支承装置，并不是一种动力消振器。

振动控制的另一大类就是采用动力消振器。众所周知，在振动物体上加装一个无阻尼的、仅由弹簧和质量组成的附加振动系统，只要该系统的固有频率与振动物体的振动频率相等，即可有效地消除振动体的振动（理论上可使其完全不振）。该附加系统就是人们所熟悉的动力消振器（见图1）。但传统的动力消振器，由于其固 有频率固定不变，不可调节，更不能进行频率跟踪控制，它只能用于振动频率固定不变的特殊场合。对于那些更为常见的，振动频率经常改变的场合，传统的动力消振器不仅起不到良好的消振作用，往往反而会使振动变得更复杂。这就大大限制了传统动力消振器的使用范围。

为了能有效地消除频率经常改变的机械振动，本发明人曾提出一项发明专利，题目为“电磁式弹簧刚度连续可调消振方法和消振器”，申请号为：88107926.X。在该专利申请中所用的消振器为电磁式固有频率可控动力消振器（见图1）。它具有控制方法简单，控制设备少，不污染环境以及速度阻尼小因而消振效果好等多种优点。但由于它是用电磁弹簧来代替传统动力消振器中的机械弹簧，而电磁弹簧的刚度要受限于导磁材料的磁饱和特性和消振器的机械结构，故其固有频率的调节范围将受到较多限制。而且电磁弹簧的正刚度仅为齿距的二分之一，因而动子的振幅也将受到严格限制。所以，它较适用于振幅较小，振动频率变化范围不大的场合。

本发明的目的是设计一种刚度调节范围较大的空气弹簧来部分地代替传统动力消振器中的机械弹簧。调节控制油压，即可改变空气弹簧的刚度，从而得到所需的与被消振物体振动频率相同的固有频率，达到消振目的。

本发明的具体内容是，改变传统的消振方法，在消振物体上附加一个消振器，消振器由空气弹簧、油缸、连通管、调压阀和油泵等组成。空气弹簧是二个密闭的气室。油缸中有一活塞将油缸分成上、下二个油腔。二个密闭气室分别与上、下二个油腔相连。油缸 体可作消振器的动子，活塞作定子，并与被消振物体相连，或将缸体作定子，活塞作动子。机械弹簧分为上下两截，分别套在油缸中上下两段活塞杆上。当活塞杆受到轴向作用力时，二个油腔中有一个油腔受压，与受压油腔相连的气室内的容积减小，空气压强增大，同时另一气室内的容积增加，空气压强减小。由此油液使活塞受到一个与原作用力相反的恢复力，该恢复力力图使活塞杆恢复到平衡位置。因此，根据振动物体的振动频率，调整油压大小，即可改变空气弹簧的弹簧刚度，使消振器固有频率与物体的振动频率相等，达到消振目的。

附图说明：

图1：已有技术消振器

图2：液压式频率跟踪动力消振器及其供压系统

图3：消振器的几种安装方法

下面结合附图，详细介绍发明内容。

图1是已有技术消振器。图2是液压式频率跟踪动力消振器及其供压系统。图中，1是油缸，2是活塞，3是上下两个空气室，4是连通管，5是机械弹簧，6是调压阀，7是油泵，8是滤清器，9是压力表。消振器本身由油缸1、活塞2、两个空气室3、连通管4和机械弹簧5组成。油缸1是个双腔油缸，它被活塞2分为上、下两个油腔，每个油腔均附有一个与之连通的空气室3。活塞2位于油缸的中部，做成双出杆型，其两头的活塞杆直径相同，使上、下两油腔具有相同的有效面积，以保持当上、下油腔中通以油压相同的压力油后，缸体与活塞不致因两边受力不等而产生轴向的相对 与电磁弹簧并联，构成消振器总的弹簧刚度。机械弹簧的弹簧刚度应这样来选取，当电磁弹簧刚度为零（励磁电流为零）时，机械弹簧与动子质量所构成的固有频率应等于或略小于被控对象的最低振动频率。这样可减小电磁弹簧刚度的调整范围，简化消振器的设计，缩小消振器的体积。防转销10的作用是防止定子与动子之间相对转动。图4是本发明的一个实施例：直线振动消振器。图中14是弹簧。消振器的定子和动子的位置互相调换，即将图3中的11作为动子，12作为定子。图5a是消除扭转振动的消振器。图中15是扭簧。图5b是图5a的A-A向视图。图6a是另一种消除扭转振动消振器的实施例。图6b是图6a的A-A向视图。图7a和图7b是消振器二种不同形状的弹簧支承片。可以用于代替消振器中的轴承、机械弹簧和防转销，集三者功能于一身，使动子通过弹簧支承片与定子构成可动联接。

本发明使用时，应将定子与被消振对象1固定联接在一起，根据使用场合和使用条件的不同，消振器的安装方式可采用悬挂式（图8a），座落式（图8b）或双向消振，即用两个消振器（图8c）。

本发明包括图3、图4所示的直线振动消振器和图5、图6所示的扭转振动消振器。扭转振动消振器的工作原理与直线振动消振器相同，唯其定子和动子上的齿是沿圆周分布的，弹簧改用扭簧15并取消防转销。

消振器的具体结构参数（如动子的质量、弹簧的大小和数量及其分布方式、励磁安匝数等等）均需根据使用条件来确定，通常通过专门计算来决定。

本发明已由发明者实施过，实验证明在变频条件下的消振效果 械弹簧与动子质量所构成的固有频率应等于或略小于被控对象的最低振动频率，以利于减小空气弹簧度的调整范围，缩小消振器的体积和降低油压的限值。

消振器的结构参数（如油缸内径，活塞杆直径气室容积，动子质量，机械弹簧刚度以及油压调整范围等）取决于使用要求，即应根据需消振频率的上、下限经过专门计算来确定。

本发明使用时应将定子与被消振对象联接在一起。根据使用场合、使用条件和消振要求的不同，消振器的安装方式可采用悬挂式（图3a），座落式（图3b），水平安装式和用两个消振器互交90°的安装方式（图3c）。图中10是振动物体，11是消振器。

本发明已由发明者实施过，采用悬挂方式将消振器安装于转子轴上用来消除转子铅垂方向的振动，消振效果令人满意。

实施例：

在柔性转子实验台上用一个消振器采用悬挂方式安装，对一个单圆盘转子进行铅垂方向消振实验。

实验台参数：

转子轴直径：φ10mm

圆盘尺寸：φ75×15厚

转子跨距：260mm

消振实验转速范围    4000～5300转/分

转子第一阶临界转速    5150转/分

消振器参数：

缸体外形尺寸：45×45×80mm长

油缸长度    60mm

活塞直径    φ20

活塞杆直径    φ10

每个油腔所附的气室各由两个φ6×55深的圆柱盲孔并联而成。

机械弹簧：钢丝直径    φ2.5mm

弹簧中径    φ15mm

弹簧自由长度    28mm

圈数    6

缸体作动子，活塞作定子。

消振效果：1.消振前一临界转速时最大振幅＞1000μ

消振后一临界转速时振幅130μ

临界转速处的消振率＞87%

2.在消振转速范围内（5000～5300转/分）的消振效果：

消振前的最大振幅＞1000μ（在临界转速处）

消振后的最大振幅230μ（不在临界转速处）

消振率＞76%

Claims (1)

1、一种动力消振器，它包括机械弹簧，其特征在于还包括空气弹簧、油缸、连通管、调压阀和油泵，所述的空气弹簧是二个密闭空气室，油缸中有一活塞将油缸分为上下两个油腔，两个油腔分别与两密闭空气室相连通；所述的的油缸体可作消振器的动子，活塞作定子，并与被消振物体相连；或将缸体作定子，活塞作动子；机械弹簧分为上下两截，分别套在油缸中上下两段活塞杆上。

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