CN101949424B - 一种自动调节控制频率的减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动调节控制频率的减振器，包括空气弹簧减振器、气路元件、控制模块和输气泵，空气弹簧减振器设置在振动设备的底部，空气弹簧减振器通过设置在气管上的气路元件与输气泵连接；由压力开关、电磁阀和二位三通阀组成的气路元件与由信号测量分析输出装置、气路控制输出信号元件和电路控制元件组成的控制模块连接，均设置在控制柜内，并以其数据线与输气泵连接。本发明不但具有现有减振器在固有频率范围内的良好减振性能，而且能根据振动设备因运行负荷变化所产生的实时振动频率改变，进行自动调节空气减振器控制频率变化，达到有效减振降噪的效果。本发明适用于各种需要用空气弹簧减振降噪的场合运用。
Description
技术领域
本发明涉及一种减振器，特别是一种自动调节控制频率的减振器。
背景技术
目前国内外的减振器种类繁多，如：橡胶减振垫、不锈钢钢丝绳减振器、金属螺旋弹簧减振器、金属橡胶减振器和空气弹簧减振器等，它们在用于降低振动设备源固有频率噪声均有良好的减振降噪性能。但由于这类减振器一般均受限于特定的固有频率，对用于超出固有频率的振动设备源时其减振降噪控制效果明显降低，甚至没有减振降噪效果。实际运行中的振动设备源，如变频电机、变频空调发动机和变压器等，大多是随着其实时转速改变或负荷变化等因素，而发生振动频率连续不断的变化，并不在一个固定的范围内，明显与设有固定频率的减振器不相吻合，因而减振器的减振效果不理想。为探寻解决这种问题的技术方案，不少专家学者进行了不懈努力，但无实质性进展，如：
中科院院士马大猷先生主编的《噪声与振动控制工程手册》第8篇《振动控制》(战嘉恺、张向慧、邵斌、孙家麒编著)中指出：橡胶减振垫的固有频率为11～20Hz，不锈钢钢丝绳减振器的固有频率为5～28Hz，金属螺旋弹簧减振器的固有频率为5Hz以下，金属橡胶减振器的固有频率为5～100Hz，空气弹簧减振器的固有频率为1～2Hz，每种型号的减振器均有一定的频率控制范围，都不能随着振动源频率变化而进行相应的改变，对超出频率控制范围的振动其减振效果相对很小。
中国专利申请号200410005675.1的专利申请“车辆自适应平衡系统”，采用倾角传感器分别测量汽车运行中左右转向的程度和启动、制动时汽车倾斜的程度并转化为电信号，位移传感器分别测量汽车在粗糙路面每个车轮的振动位移量和前后车桥的振动位移量，并转化为电信号；通过控制计算机和控制执行机构组成的控制系统可控制非主动、半主动、主动和复合控制悬架减振器，以达到全自动实时控制悬架减振器升降的目的。该专利申请是采用倾角传感器采集汽车倾斜的程度、位移传感器采集振动位移量并将测量的结果转化为电信号的方法来实现对悬架减振器升降控制的目的，其汽车运行中左右转向的程度和启动、制动时汽车倾斜的程度和汽车在粗糙路面每个车轮的振动位移量和前后车桥的振动位移量均变化较频繁，变化量较大，电信号为始终处于变化的值，悬架减振器也始终处于一个变化的状态；其中采用的测量信号转换电信号以及模拟控制电路就显得比较关键，测量信号转换电信号的转换效率和精度、模拟控制电路的控制精度和稳定性等因素都会导致或影响到控制的效果。显然测量信号转换电信号的转换效率和精度、模拟控制电路的控制精度和稳定性是很难实现对如此变化较频繁，变化量较大的控制。
中国专利申请号200620103324.9的专利申请“磁流变弹性体橡胶空气弹簧”，由弹性体橡胶及其上下连接的上支板、下支板和控制系统组成，弹性体橡胶为磁流变弹性体橡胶，内部安装限位器；控制系统包括实时刚度调节系统。实时刚度调节系统由振动参数传感器、控制单元模块以及电磁铁与线圈组成，电磁铁与线圈安装在磁流变弹性体橡胶外，并固定在下支板上，振动参数传感器固定在上支板和下支板上，并与控制单元模块和电磁铁及线圈相连接。该专利申请采用磁流变弹性体橡胶，通过外部附加振动参数传感器、控制单元模块以及电磁铁与线圈，内部安装限位器，来改变磁流变弹性体橡胶的高度和刚度，实现弹簧的控制。其内部限位器的安装又会对弹性体橡胶产生位置的限制，振动控制频率范围也相应得到了限制。
中国专利申请号200810022475.5的专利申请“一种车用空气弹簧”，它包括先进橡胶气囊、上盖板和下盖板，上下盖板将橡胶气囊封闭，在橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面安装有压电薄膜(PVDF)传感器和红外光电距离传感器，在橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面与红外光电距离传感器正对的位置设有反光面；压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线密封引出到橡胶气囊外。该专利申请用在橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面安装有压电薄膜(PVDF)传感器和红外光电距离传感器，在橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面与红外光电距离传感器正对的位置设有反光面；压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线密封引出到橡胶气囊外，显然的目的是考虑如何检测到空气弹簧的工作压力和长度，检测空气弹簧的工作状态，对橡胶气囊的减振没有进行考虑。
中国专利申请号200480030503.8的专利申请“将空气弹簧压力用于与负载相关的减振器的具有弹簧的增压器”，它用于车辆的悬架系统，包括用于限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器(FDD)或减振器，以及限定第二受压工作腔的空气弹簧组件。增压器使该第一受压工作腔与该第二受压工作腔之间能够压力连通。该增压器包括影响增压器性能的弹性件。中国专利申请号200680047640.1的专利申请“具有先导控制主阀的空气弹簧和减振单元”，它提供一种用于车辆的空气弹簧和减振单元，具有至少两个充有压缩空气并通过流动通道相互连接的压力腔(作为工作腔)，并具有卷动式波纹管或折叠式波纹管形式的可移动壁，其中，在低压侧加载控制压力的先导控制主阀被配置在第一流动通道内的至少一个流动方向内。从这两份专利申请可以看出，采用了设有两个压力腔，通过先导控制阀来控制气体的流动，从而实现空气弹簧的变化控制，但这种方法中先导控制阀的设置显然有一个范围，控制的频率范围则也受到一定的限制。
综上所述，空气弹簧是一种在柔性密闭容器中加入压缩空气、利用压缩空气的体积压力进行工作的非线性元件，具有缓冲、隔振和动作等功能，空气弹簧的主要工作参数是气压和弹簧高度，但因受技术、结构和成本等因素的影响，不能根据振动设备的振动载荷变化、振动频率改变等工作参数变化而改变。因此，如何克服振动载荷实时变化、振动频率实时改变的振动设备源减振降噪问题已成为当今减振器领域亟待解决的重大难题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动调节控制频率的减振器，它不但具有现有减振器在固有频率范围内的良好减振性能，而且能根据振动设备因运行负荷变化所产生的实时振动频率改变，进行自动调节减振器控制频率变化，实现有效减振降噪。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种自动调节控制频率的减振器，其特征在于：该减振器包括空气弹簧减振器、气路元件、控制模块和输气泵，所述空气弹簧减振器设置在振动设备的底部，空气弹簧减振器通过设置在气管上的气路元件与输气泵连接；气路元件包括依次连接的压力开关、电磁阀和二位三通阀，压力开关与空气弹簧减振器连接，二位三通阀与输气泵连接；控制模块包括信号测量分析输出装置、气路控制输出信号元件和电路控制元件，信号测量分析输出装置包括加速度传感器芯片、信号接受转换装置、信号数字处理器和信号转换输出装置，加速度传感器芯片设置在振动设备上并与信号接受转换装置连接，信号数字处理器和信号转换输出装置的一端与信号接受转换装置连接，另一端通过气路控制输出信号元件与压力开关连接；电路控制元件与气路控制输出信号元件、电磁阀和输气泵连接。
本发明中，控制模块中除加速度传感器芯片外，其余的信号接受转换装置、信号数字处理器、信号转换输出装置以及气路控制输出信号元件、电路控制元件和气路元件均设置在控制柜内，并通过数据线与输气泵连接。
为控制精确，本发明中空气弹簧减振器为一组，均匀设置在振动设备的底部。加速度传感器芯片设置在振动设备的中部区域。所述电磁阀由两个电磁阀并联构成。
本发明的工作原理是：利用加速度传感器芯片对振动设备源的负荷和振动频率的变化进行实时监控并采集信号，反馈给控制模块，再由控制模块输出控制信号，对在空气弹簧减振器上设置的气路元件进行自动控制，气路元件中的阀门根据信号数字处理器输出的信号实施开启或关闭，以调整空气弹簧减振器内部的气体压力，实时改变空气弹簧减振器的固有频率，使其减振控制频率在5～500Hz范围内始终与振动设备的振动频率相吻合，从而实现抑制振动设备所产生的振动噪声的传递。
与现有技术相比，本发明的显著优点是：第一，本发明不但保持了现有减振器在固有频率范围内的良好减振性能，而且能根据振动设备因运行负荷变化所产生的实时振动频率改变，进行自动调节减振器控制频率变化，达到有效减振降噪的效果。第二，本发明实现了空气弹簧减振器的控制频率(5～500Hz)范围内始终与振动设备的振动频率相吻合，从而达到抑制振动设备的振动噪声传递。第三，本发明结构简单、可靠性高，而且造价低、维护保养方便。本发明适用于各种需要用空气弹簧的减振降噪场合应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
以制造承载4500kg振动设备的自动调节控制频率的减振器为例。结合图1。一种自动调节控制频率的减振器，它包括空气弹簧减振器1、控制柜7，空气弹簧减振器1以其气管6连接输气泵4。振动设备5设置在空气弹簧减振器1的上部有，由压力开关21、电磁阀22和二位三通阀23组成的气路元件2与由信号测量分析输出装置31、气路控制输出信号元件32和电路控制元件33组成的控制模块3连接，均设置在控制柜7内，并以其数据线8与输气泵4连接。信号测量分析输出装置31由加速度传感器芯片311、信号接受转换装置312、信号数字处理器313和信号转换输出装置314组成。其中，振动源设备5选用630KAV户内干式变压器，根据用电负荷的变化，动态载荷在4500kg，振动频率在15～95Hz内不断变化的要求，并根据现有公知的减振设计规范对空气弹簧减振器1的使用数量的要求；选用12个同型号规格的空气弹簧减振器1，其内部气体压力0.6MPa时单个承载500kg，均匀分布设置在振动设备下部；加速度传感器芯片311采用型号为ADXLL326的美国ADI公司产品、信号接受转换装置312采用型号为AD9201-双通道十位的美国AD公司AD转换器产品、信号数字处理器313采用德州仪器公司的16位数字信号处理器DSP芯片(TWS320VC542)、信号转换输出装置314采用双十位电压输出DA转换器(TV5617A)；压力开关型号为KP 36、耐压1.6MPa、压差可调0.05～0.15MPa，电磁阀选用三力信公司产品，型号为SLP-2或SLP-3，当选用2个电磁阀并联应用时其效果更佳，二位三通阀选用ZBF-24Q-10，功率20W，开闭阀时间7S。
实施例2
以制造承载范围2100～3900kg振动设备的自动调节控制频率的空气弹簧减振器为例。结合图1。又一种自动调节控制频率的减振器的组成同实施例1。其中，振动源设备5为垂直上下电梯，空负荷时载荷2100kg，满载时载荷为3900kg(电梯最大载重量1800kg)，运行时振动频率在10～150Hz内变化，并根据现有公知的减振设计规范对空气弹簧减振器1的使用数量的要求，选用12个同型号规格的空气弹簧减振器1，其内部气体压力0.7MPa时单个承载820kg，均匀分布设置在振动设备下部；加速度传感器芯片311采用型号为ADXLL326的美国ADI公司产品、信号接受转换装置312采用型号为AD9201-双通道十位的美国AD公司AD转换器产品、信号数字处理器313采用德州仪器公司的16位数字信号处理器DSP芯片(TWS320VC542)、信号转换输出装置314采用双十位电压输出DA转换器(TV5617A)；压力开关型号为KP 36、耐压1.6MPa、压差可调0.05～0.15MPa，电磁阀选用三力信公司产品，型号为SLP-2或SLP-3，当选用2个电磁阀并联应用时其效果更佳，二位三通阀选用ZBF-24Q-10，功率20W，开闭阀时间7S。
实践表明：本发明能根据振动设备因运行负荷变化所产生的实时振动频率改变，进行自动调节减振器控制频率变化，达到有效减振降噪的效果。空气弹簧减振器的控制频率(5～500Hz)范围内始终与振动设备的振动频率相吻合，从而达到抑制振动设备的振动噪声传递。本发明适用于各种需要用空气弹簧的减振降噪场合应用。
Claims (5)
1.一种自动调节控制频率的减振器，其特征在于：该减振器包括空气弹簧减振器(1)、气路元件(2)、控制模块(3)和输气泵(4)，所述空气弹簧减振器(1)设置在振动设备(5)的底部，空气弹簧减振器(1)通过设置在气管(6)上的气路元件(2)与输气泵(4)连接；气路元件(2)包括依次连接的压力开关(21)、电磁阀(22)和二位三通阀(23)，压力开关(21)与空气弹簧减振器(1)连接，二位三通阀(23)与输气泵(4)连接；控制模块(3)包括信号测量分析输出装置(31)、气路控制输出信号元件(32)和电路控制元件(33)，信号测量分析输出装置(31)包括加速度传感器芯片(311)、信号接受转换装置(312)、信号数字处理器(313)和信号转换输出装置(314)，加速度传感器芯片(311)设置在振动设备(5)上并与信号接受转换装置(312)连接，信号数字处理器(313)和信号转换输出装置(314)的一端与信号接受转换装置(312)连接，另一端通过气路控制输出信号元件(32)与压力开关(21)连接；电路控制元件(33)与气路控制输出信号元件(32)、电磁阀(22)和输气泵(4)连接。
2.根据权利要求1所述的自动调节控制频率的减振器，其特征在于：信号接受转换装置(312)、信号数字处理器(313)、信号转换输出装置(314)、气路控制输出信号元件(32)、电路控制元件(33)和气路元件(2)均设置在控制柜(7)内，信号接受转换装置(312)、信号数字处理器(313)、信号转换输出装置(314)、气路控制输出信号元件(32)、电路控制元件(33)和气路元件(2)均通过数据线(8)与输气泵(4)连接。
3.根据权利要求1所述的自动调节控制频率的减振器，其特征在于：空气弹簧减振器(1)为一组，均匀设置在振动设备(5)的底部。
4.根据权利要求1所述的自动调节控制频率的减振器，其特征在于：加速度传感器芯片(311)设置在振动设备(5)的中部区域。
5.根据权利要求1所述的自动调节控制频率的减振器，其特征在于：所述电磁阀(22)由两个电磁阀并联构成。
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Denomination of invention: Vibration absorber capable of regulating and controlling frequency automatically Effective date of registration: 20180919 Granted publication date: 20120502 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing Hexi sub branch Pledgor: NANJING CHANGRONG ACOUSTIC Inc. Registration number: 2018320000190 |
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