CN102011822B

CN102011822B - 混合式隔振器

Info

Publication number: CN102011822B
Application number: CN 201010513179
Authority: CN
Inventors: 刘学广; 孟旭; 张斌; 刘志刚
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Suzhou Chunxing Seiko technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: CN102011822A

Abstract

本发明提供的是一种混合式隔振器。由主动执行器和被动隔振装置两大部分组成；主动执行器主要由上端盖、中轴、上磁轭、下磁轭、永磁体、线圈架、直线轴承、导磁外筒、紧固螺母、漆包线圈和下端盖组成；上磁轭、下磁轭、永磁体套在中轴上，通过紧固螺母固定；缠有线圈的线圈架套在导磁外筒内，上端盖和下端盖与导磁外筒固定；被动隔振装置为环柱橡胶型隔振器，被动隔振装置套在主动执行器外；被动隔振装置的上下设置上压板和下压板，并且主动执行器的下端盖与下压板固连。本发明的突出特点是工作频带宽、安全性能高和空间布置高度低，在振动要求较高的场合有着很大的应用前景。

Description

混合式隔振器

技术领域

本发明涉及的是一种隔振器，具体地说是一种混合式隔振器。

背景技术

隔振器是为了隔离振动而产生的一种装置，通常用于阻隔振动的传递。在绝大部分对振动要求不高的场合，使用传统的被动式隔振器就能达到很好的效果。但随着工业现代化的进一步发展，人们对隔振器隔振性能的要求也在逐步提高。传统的被动隔振器针对低频振动的隔离难度较大，而主动隔振器效果较好。但是完全的主动式隔振器存在着工作不稳定和安全性能低等问题。主被动相结合的隔振方法综合了被动式隔振和主动式隔振的优点。专利号CN101144516A设计了一种隔振装置，其实际上就是一种主被动相结合的隔振装置。其在设计中采用的执行器是磁致伸缩式执行器，与被动隔振装置的连接方式是串联。这样的布置尺寸较大，在空间布置要求比较高的场合下不能使用。专利号为CN1431757A的执行器是一款电磁式执行器，其采用电磁力为激励力，通过执行器中的簧片将作动力传给被控物体。如果采用这种电磁执行器，其主被动结合的隔振器内部布置方式也必须是主动执行器和被动隔振机构串联(如图3所示，31为被控对象、32为执行器、33为被动隔振装置)，所以也存在着尺寸较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作频带宽、安全性能高和空间布置高度低的混合式隔振器。

本发明的目的是这样实现的：

由主动执行器和被动隔振装置两大部分组成；主动执行器主要由上端盖、中轴、上磁轭、下磁轭、永磁体、线圈架、直线轴承、导磁外筒、紧固螺母、漆包线圈和下端盖组成；上磁轭、下磁轭、永磁体套在中轴上，通过紧固螺母固定；缠有线圈的线圈架套在导磁外筒内，上端盖和下端盖与导磁外筒固定；被动隔振装置为环柱橡胶型隔振器，被动隔振装置套在主动执行器外；被动隔振装置的上下设置上压板和下压板，并且主动执行器的下端盖与下压板固连。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、中轴与上、下端盖之间设置有直线轴承。

2、上压板是与被动隔振装置连成一体、与被动隔振装置材质相同的圆锥顶端，中轴与上、下端盖之间设置有铜套。

本发明的隔振器属于主被动相结合的隔振器，它的突出特点是工作频带宽、安全性能高和空间布置高度低，在振动要求较高的场合有着很大的应用前景。

要保证混合式隔振器的正常工作，其组成应该包括执行器、被动隔振装置及控制器。本发明针对混合式隔振器的执行器、被动隔振装置以及整体安装进行了设计。

本发明为了减小混合式隔振器空间布置高度、提高执行器出力与电流的线性度，专门设计了一款电磁执行器，使用电磁力直接作用于被控对象，磁路形式与专利CN1431757A相似，但工作原理完全不同。专利CN1431757A的工作原理是采用电磁力作为激励力，通过执行器中的簧片将作动力传给被控物体。

本发明的空间布置如图1所示，通过螺栓将执行器固定在下盖板，执行器中轴和上盖板连接，最后将上下盖板和橡胶减振装置固定。执行器置于被动隔振装置的内部，被控对象完全由被动隔振装置支撑，且电磁执行器的工作位置也由被动隔振装置保证。整体工作性能由被动隔振装置和主动执行机构共同决定，相互影响。

被动隔振装置设计成橡胶材料的环柱状隔振器，其具体尺寸受主动执行器尺寸、被控对象质量、布置个数和橡胶材料特性等因素的影响。根据被控对象的振动特性及重量确定被动隔振装置的尺寸。由于被动隔振器设计方法比较成熟，设计时可依照现有被动隔振器设计方法。但较传统的被动隔振器应作两点改进：1、隔振器内部要预留合适的空间布置主动执行机构；2、在隔振器上端需留有螺纹口，以方便主动执行机构安装及主动执行机构工作位置调整。

本发明的执行器为电磁式执行器，主要由永磁铁、磁轭、导磁外筒、线圈架、线圈、上下盖板、中轴和直线轴承组成。电磁执行器的基本结构由动子和定子两部分构成。通过中轴将磁轭和永磁铁连接在一起形成了动子部分。导磁外筒、线圈架和上下端盖通过螺栓固定后构成了定子部分。动子安装在定子内部，并通过定子中上下端盖的直线轴承实现定位。本发明中的电磁执行器的工作原理为通电导线在磁场中会受到力的作用。执行器磁场由永磁体提供，通过磁轭的引导作用在气隙间形成工作磁场，将通有交流电的线圈布置在工作磁场中，在线圈上便会产生交变力。通过控制电流的大小即可实现对力大小的控制。

混合式隔振器工作原理如图4所示：设备开始工作时，布置在被控设备上的传感器会采集信号传给控制器。将转速传感器的信号生成参考信号x(n)，经过补偿滤波后形成信号x′(n)；加速度传感器采集误差信号e(n)，其通过电荷放大器、低通滤波器和A/D转换以后全部通入控制器。在控制器中通过公式(1)所示自适应算法生成控制信号，通过D/A和功率放大器驱动执行器工作，控制流程图如附图5所示。让执行器产生与被控对象振动方向相反的力作用到被控对象上，从而减小振动。这里需要说明执行器工作时整体的隔振效果是被动式隔振机构和主动隔振机构共同作用的结果。

\{\begin{matrix} y (n) = Σ_{i = 0}^{L - 1} w_{i} x (n - i) \\ e (n) = d (n) - y (n) \\ w_{i} (n + 1) = w_{i} (n) + μx (n - i) e (n) \end{matrix}

式中：y(n)为自适应滤波器输出向量；w_i为滤波器权向量；x为输入向量；L为自适应滤波器阶数；e(n)为误差信号；μ为收敛系数。

本发明的混合式的隔振器，较传统的被动隔振器提高了隔振频带。较完全的主动隔振器提高了使用安全性，一旦主动执行机构发生故障，该系统将转化为纯被动式隔振器，而不对原系统产生任何负面影响。较应用电磁共振式执行器的主被动结合隔振装置，降低了空间布置高度。

附图说明

图1为本发明的混合式隔振器结构示意图；

图2为电磁执行器结构示意图；

图3为采用电磁共振式执行器的隔振器的空间布置示意图；

图4为混合式隔振器工作示意图；

图5为控制流程图；

图6为实施例二混合隔振器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施例一

如图1所示，本实例中的隔振器为混合式隔振器。图1所示为整体结构剖视图。该隔振器主要由主动执行器和被动隔振装置两大部分组成。主动执行器主要由上端盖3、中轴4、磁轭5，7、永磁体6、线圈架8、直线轴承9、导磁外筒11、紧固螺母12、漆包线圈13和下端盖14等组成。安装时首先按图示位置将磁轭5，7、永磁体6套在中轴4上，通过紧固螺母12固定。将缠好线圈的线圈架8套入导磁外筒11，随后将装好直线轴承的上端盖3通过螺栓固定在导磁外筒11上。然后将先前安装好的中轴部分按图示位置装入导磁外筒11内部，将中轴一断通过直线轴承穿出。最后将装有直线轴承的下端盖14装入，并由螺栓固定，执行器安装完毕。被动隔振装置10为环柱橡胶型隔振器，设计时需要综合考虑被控对象的质量、橡胶成分等因素，确定其稳定工作高度范围，使其合理设置以满足主动执行器的工作位置要求。按图1所示将圆柱橡胶隔振器10、主动执行器、上压板2和下压板15组装完毕，安装在被控对象上。由于中轴4长度固定，安装完毕后，可通过旋转中轴4对执行器位置进行微调，最后通过紧固螺母1将位置固定。使用时将控制信号由控制接线口16接入隔振器即可。

图4所示为混合式隔振器工作示意图、图5所示为执行器采用的控制方法。当被控设备开始工作时，加速传感器和转速传感器会采集信号传给控制器。其中将转速传感器的信号生成参考信号，并经过补偿后进行LMS等一类相应的自适应控制算法运算；加速度传感器采集的误差信号通过电荷放大器和A/D转换以后也通入控制器，实现对LMS权系数的调节。最后生成的控制信号通过D/A和功率放大器驱动执行器工作。图4中的补偿模块是通过离线辨识的方法将系统中的误差通道加以辨识。使用本发明的混合式隔振器，隔振频带将明显加宽；隔振器中使用的电磁力直接作用式执行器，使整体布置高度降低；隔振器中的被动隔振机构可以在主动机构失效的情况下继续保证一定的隔振效果，提高了被控对象的安全性。

实施例二

如图6所示，提出了本专利中的第二中实施方案。与方案一比较方案二有如下改变：

首先，被动隔振装置结构发生了变化，将其设计成圆柱加圆锥顶端的结构。其次，为了进一步降低执行器高度，以配合被动隔振装置，将原来执行器中两端的直线轴承改装成铜套。方案二由被动隔振装置21、主动执行器机构22、执行器动子23、执行器定子24、混合式隔振器下盖板25、定位螺母26及螺栓28组成。隔振器的磁路部分与执行方案一相似，这里不再详述。具体安装时首先将主动执行机构组装完毕。在被动装置的上端设计有螺纹孔7，将主动执行器中轴29旋入，便将其装入被动装置中。然后在将下盖板5按图示中螺栓8连接安装好。由于执行器中轴长度预先已知，被动隔振装置安装后整体高度也可测量得知，故可以通过露出被动隔振装置的中轴长度确定动子具体位置。通过旋转中轴便可以调节动子实际工作位置，待位置调到工作位置后，将定位螺母拧死，混合式隔振器安装完毕。具体工作方式同实施例一，这里不在单独叙述。

Claims

1.一种混合式隔振器，由主动执行器和被动隔振装置两大部分组成；主动执行器主要由上端盖、中轴、上磁轭、下磁轭、永磁体、线圈架、铜套、导磁外筒、紧固螺母、漆包线圈和下端盖组成；上磁轭、下磁轭、永磁体套在中轴上，通过紧固螺母固定；缠有线圈的线圈架套在导磁外筒内，上端盖和下端盖与导磁外筒固定；被动隔振装置套在主动执行器外；被动隔振装置的上下设置上压板和下压板，并且主动执行器的下端盖与下压板固连;其特征是：所述上压板是与被动隔振装置连成一体、且与被动隔振装置材质相同的圆柱加圆锥顶端结构，中轴与上、下端盖之间设置有铜套。