CN102606674B - 减振装置和工程机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减振装置，包括第一弹性元件、导向杆和质量块，其中，所述第一弹性元件的一端连接至所述质量块，另一端连接至需减振的设备；所述导向杆的两端分别连接至所述需减振的设备；以及所述质量块可随所述第一弹性元件的伸缩而往复运动地安装在所述导向杆上。本发明还提供了一种包括该种减振装置的工程机械。通过本发明的技术方案，该减振装置占用空间小，结构简单，而且在各个方向上都有很好的减振效果。

Description

减振装置和工程机械设备

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体而言，涉及一种减振装置和一种工程机械设备。

背景技术

掘进机的振动主要由截割头对煤岩的截割引起，且振动较大，经过截割臂、回转台等部件传递到本体上，对安装在本体上的电控系统、液压系统元件影响较大，同时对掘进机的操作者的人机舒适性影响也较大。

目前，设计者只对部分关键部件设置了弹性阻尼元件，对掘进机回转台的减振设计考虑不足，减振效果有限。但掘进机结构紧凑，安装消振器的空间有限。

因此，需要一种新的减振装置，占用空间小，结构简单，而且在各个方向上都有很好的减振效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的减振装置，占用空间小，结构简单，而且在各个方向上都有很好的减振效果。

有鉴于此，本发明提供了一种减振装置，包括第一弹性元件、导向杆和质量块，其中，所述第一弹性元件的一端连接至所述质量块，另一端连接至需减振的设备；所述导向杆的两端分别连接至所述需减振的设备；以及所述质量块可随所述第一弹性元件的伸缩而往复运动地安装在所述导向杆上。

在该技术方案中，所述质量块随着所述需减振设备的振动在所述导向杆上往复运动，实现了对所述需减振设备进行减振的目的，而且所述减振装置占用空间小，结构简单，易于实现。

在上述技术方案中，优选地，所述的减振装置还包括：第二弹性元件，所述第二弹性元件的一端连接至所述质量块，使所述第二弹性元件与所述第一弹性元件分别对称地连接至所述质量块的两侧，且所述第二弹性元件的另一端连接在所述需减振的设备上，所述质量块可随所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的伸缩，沿所述导向杆进行往复运动。

在该技术方案中，增加了所述第二弹性元件，优化了所述减振装置的减振效果；而且对于所需的同一个刚度，使用两个弹性元件相对于使用一个弹性元件降低了对每个弹性元件刚度的要求，只要两个弹性元件的刚度相加为所需的刚度即可，降低了弹性元件的成本。

在上述技术方案中，优选地，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的长度和刚度均相等。在该技术方案中，两个弹性元件的长度和刚度均相等，使两个弹性元件完全相同，从而降低了设计和生产成本。

在上述技术方案中，优选地，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的刚度与所述第一弹性元件的质量、所述第二弹性元件的质量及所述质量块的质量满足根据所述需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

在该技术方案中，对两个弹性元件的刚度、质量以及质量块的质量进行设计，使它们满足针对需减振设备的振动频率的反共振条件，可以达到最优的减振效果；特别地，由于需减振设备的振动频率一般不会只有一个，所以在此针对振幅最大的频率进行设计，以达到最好的减振效果。

在上述技术方案中，优选地，所述导向杆为弹性导向杆，所述导向杆可带动所述质量块在与所述导向杆的轴向垂直的方向上同步振动。

在该技术方案中，利用导向杆对与导向杆的轴向垂直的方向上的振动进行减振，使所述减振装置不仅可以在导向杆的轴向方向上具有减振效果，而且在与轴向垂直的方向上也有减振效果，实现了多个方向上的减振，而且结构简单，在与所述轴向垂直的方向上占用空间很小，对于安装空间较小的情况尤为适用。

另外，在实际中，在与轴向垂直的方向上，使质量块与导向杆之间的间隙很小，远小于导向杆在与轴向垂直的方向上的振幅，因而可以忽略不计，这样就可以实现在与轴向垂直的方向上质量块与导向杆的同步振动，增大了减振装置在与轴向垂直的方向上振动的质量，优化了在与轴向垂直的方向上的减振效果。

另一方面，由于质量块与导向杆之间的间隙很小，而质量块还要在导向杆上往复运动，所以上述间隙不能过小，以避免影响减振装置在轴向上的减振效果；而且在实践中，可以在质量块与导向杆之间使用润滑油等减小摩擦的手段，以克服减振装置在轴向上需要增大间隙和在与轴向垂直的方向上需要减小间隙的矛盾。

在上述技术方案中，优选地，所述导向杆在与所述导向杆的轴向垂直的方向上的刚度与所述第一弹性元件的质量、所述第二弹性元件的质量、所述导向杆的质量及所述质量块的质量满足根据所述需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

在该技术方案中，在轴向上根据需减振设备的振动频率对导向杆在与导向杆的轴向垂直的方向上的刚度、第一弹性元件的质量、第二弹性元件的质量、导向杆的质量以及质量块的质量之间的关系进行设计，使减振装置在与轴向垂直的方向上符合针对需减振设备的反共振条件，可以达到最优的减振效果；特别地，由于需减振设备的振动频率一般不会只有一个，所以在此针对振幅最大的频率进行设计，以达到最好的减振效果；其中，不论在轴向上还是在与轴向垂直的方向上，减振装置都是针对同一个频率进行反共振条件的设计，即需减振设备振幅最大的频率。

在上述技术方案中，优选地，所述的减振装置还包括：支架，所述第一弹性元件的所述另一端和所述第二弹性元件的所述另一端分别通过至少一个所述支架连接在所述需减振的设备上，且所述支架与所述导向杆之间的距离大于所述导向杆随所述需减振的设备在与所述导向杆的轴向垂直的方向上振动的振幅。

在该技术方案中，由于在选定第一弹性元件和第二弹性元件的刚度以后，第一弹性元件和第二弹性元件的长度可能与需减振设备上安装减振装置的两端之间的距离不匹配，因此在减振装置中加入支架，克服了需减振设备上安装减振装置的两端之间的距离对第一弹性元件和第二弹性元件的约束，使对第一弹性元件和第二弹性元件的设计更加灵活。

另外，导向杆在与轴向垂直的方向上振动的过程中不会碰触支架，使支架不会影响到导向杆在与轴向垂直的方向上的减振效果。

在上述技术方案中，优选地，所述需减振设备尚未振动时，所述第一弹性元件、所述第二弹性元件和所述导向杆均不发生形变。

在该技术方案中，需减振设备尚未振动时，第一弹性元件、第二弹性元件和导向杆均不发生形变，即导向杆的长度等于第一弹性元件的原长、第二弹性元件的原长、质量块的长度以及所有支架的长度之和，而且导向杆的长度与需减振设备安装减振装置的两端之间的距离完全匹配，以确保所设计的第一弹性元件、第二弹性元件和导向杆的长度准确。

如果不符合该技术方案中的条件，即在需减振设备尚未振动时，第一弹性元件、第二弹性元件和导向杆便已经发生形变，即在质量块还未发生位移时，第一弹性元件、第二弹性元件或导向杆便已经受力，从而使对第一弹性元件、第二弹性元件和导向杆的刚度的设计产生偏差。

本发明还提供了一种工程机械设备，包括至少一个上述技术方案中任一项所述的减振装置。

在上述技术方案中，优选地，所述工程机械设备为掘进机，所述减振装置的两端分别安装至所述掘进机的回转台的两个拉耳；和/或所述工程机械为掘进机，所述减振装置的两端分别安装至所述掘进机的截割电机的叉形架的两个拉耳。在该技术方案中，将减振装置的两端分别安装至回转台的两个拉耳之间，可以实现对回转台在与导向杆的轴向和与轴向垂直的方向上的减振，而且减振装置结构简单，占用空间小，克服了现有的相关技术中有些机械设备结构紧凑、安装减振器的空间小的困难；将减振装置的两端分别安装至截割电机的叉形架的两个拉耳之间，可以实现对截割电机的叉形架在与导向杆的轴向和与轴向垂直的方向上的减振，而且减振装置结构简单，占用空间小，克服了现有的相关技术中有些机械设备结构紧凑、安装减振器的空间小的困难。

还可以将本发明提供的减振装置应用于其他的机械设备当中，在此无法穷举，不再赘述，但其应用均应在本发明的保护范围之内。

综上所述，本发明所提供的减振装置，结构简单，易于实现，占用空间小，对减振装置中的弹性元件进行特别的设计，实现了在各个方向上都有很好的减振效果。

附图说明

图1是根据本发明实施例的减振装置的半剖示意图；

图2是根据本发明实施例的减振装置安装在回转台上的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1是根据本发明实施例的减振装置的半剖示意图。

本发明提供了一种减振装置，如图1所示，包括第一弹性元件3、导向杆5和质量块2，其中，第一弹性元件3的一端连接至质量块2，另一端连接至需减振的设备；导向杆5的两端分别连接至需减振的设备；以及质量块2可随第一弹性元件3的伸缩而往复运动地安装在导向杆5上。

其中，导向杆5与质量块2的连接方式可以有多种，例如在导向杆上设置滑槽，质量块2沿滑槽运动，或者采用最简便的安装方式，即在质量块2上设置通孔，直接将导向杆5穿过该通孔。

在该技术方案中，质量块2随着需减振设备的振动在所述导向杆5上往复运动，实现了对需减振设备进行减振的目的，而且该减振装置占用空间小，结构简单，易于实现。

在上述技术方案中，减振装置还包括：第二弹性元件4，第二弹性元件4的一端连接至质量块2，使第二弹性元件4与第一弹性元件3分别对称地连接至质量块2的两侧，且第二弹性元件4的另一端连接在需减振的设备上，质量块2可随第一弹性元件3和第二弹性元件4的伸缩，沿导向杆5进行往复运动。

在该技术方案中，增加了第二弹性元件4，优化了减振装置的减振效果；而且对于所需的同一个刚度，使用两个弹性元件相对于使用一个弹性元件降低了对每个弹性元件刚度的要求，只要两个弹性元件的刚度相加为所需的刚度即可，降低了弹性元件的成本。

在上述技术方案中，第一弹性元件3和第二弹性元件4的长度和刚度均相等。在该技术方案中，两个弹性元件的长度和刚度均相等，使两个弹性元件完全相同，所以只需生产或采购两个弹性元件，从而降低了弹性元件的设计和生产成本。

在上述技术方案中，第一弹性元件3和第二弹性元件4的刚度与第一弹性元件3的质量、第二弹性元件4的质量及质量块2的质量满足根据需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

在该技术方案中，对两个弹性元件的刚度、质量以及质量块2的质量进行设计，使它们满足针对需减振设备的振动频率的反共振条件，可以达到最优的减振效果；特别地，由于需减振设备的振动频率一般不会只有一个，所以在此针对振幅最大的频率进行设计，以达到最好的减振效果。

其中，在实践中，质量块2是一个质量相对较大的结构，使第一弹性元件3和第二弹性元件4的质量都可以忽略不计，将整个振动系统视为简谐振动处理，从而对两个弹性元件的刚度进行微调，使减振效果更优。

因此，所述的反共振条件具体如下：

$\sqrt{\frac{k_1}{m}}=2\mathrm{\πf}$

其中，k₁为第一弹性元件3和第二弹性元件4的刚度之和，m为质量块2的质量，f为需减振设备振幅最大的振动频率。

由于两个弹性元件对称安装，且刚度相等，所以第一弹性元件3和第二弹性元件4的刚度均为k₁的一半，即均为k₁/2。

在上述技术方案中，导向杆5为弹性导向杆，导向杆5可带动质量块2在与导向杆5的轴向垂直的方向上同步振动。

在该技术方案中，利用导向杆5对与导向杆5轴向垂直的方向上的振动进行减振，使减振装置不仅可以在导向杆5的轴向方向上具有减振效果，而且在与轴向垂直的方向上也有减振效果，实现了多个方向上的减振，而且结构简单，在与轴向垂直的方向上占用空间很小，对于安装空间较小的情况尤为适用。

另外，在实际中，在与轴向垂直的方向上，质量块2与导向杆5之间的间隙很小，远小于导向杆5在与轴向垂直的方向上的振幅，从而可以忽略不计，这样就可以实现在与轴向垂直的方向上质量块2与导向杆5的同步振动，增大了减振装置在与轴向垂直的方向上振动的质量，优化了在与轴向垂直的方向上的减振效果。

另一方面，质量块2还要在导向杆5上往复运动，所以该间隙不能过小，以避免影响减振装置在轴向上的减振效果，因而在实践中，可以在所述质量块2与所述导向杆5之间使用润滑油等减小摩擦的手段，以克服减振装置在轴向上需要增大间隙和在与轴向垂直的方向上需要减小间隙的矛盾。

在上述技术方案中，导向杆5在与导向杆5的轴向垂直的方向上的刚度与第一弹性元件3的质量、第二弹性元件4的质量、导向杆5的质量及质量块2的质量满足根据需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

在该技术方案中，在轴向上根据需减振设备的振动频率对所述导向杆5在与导向杆5的轴向垂直的方向上的刚度、第一弹性元件3的质量、第二弹性元件4的质量、导向杆5的质量以及质量块2的质量之间的关系进行设计，使减振装置在与轴向垂直的方向上符合针对需减振设备的反共振条件，可以达到最优的减振效果；特别地，由于需减振设备的振动频率一般不会只有一个，所以在此针对振幅最大的频率进行设计，以达到最好的减振效果；其中，不论在轴向上还是在与轴向垂直的方向上，减振装置都是针对同一个频率进行反共振条件的设计，即需减振设备振幅最大的频率。

在实践中，质量块2是一个质量相对较大的结构，使导向杆5的质量可以忽略不计，将整个振动系统视为简谐振动处理，然后针对导向杆的阻尼对减振效果的影响，根据实际经验对导向杆5的刚度进行微调，使减振效果更优。

因此，该技术方案中在与轴向垂直的方向上的反共振条件如下：

$\sqrt{\frac{k_2}{m}}=2\mathrm{\πf}..................\left(1\right)$

$k_2=\frac{192\mathrm{EJ}}{L^3}..................\left(2\right)$

$J=\frac{{\mathrm{\πd}}^4}{64}.....................\left(3\right)$

其中，k₂为导向杆5的刚度，E为导向杆5的杨氏模量，L为导向杆5的长度，d为导向杆5的直径，J为导向杆5截面对中心轴的惯性矩。

具体而言，振动系统在与轴向垂直的方向上按理想状态近似处理为简谐振动，所以导向杆5在与轴向垂直的方向上的刚度k₂满足公式(1)，因此根据公式(1)可以确定k₂。

另外，由于质量块2的质量远大于导向杆5，所以就形成了两端固支梁、中间质量集中的振动系统，在该种振动系统中，刚度与杨氏模量的关系如公式(2)所示，其中L根据需减振设备安装点的距离确定。以上通过公式(1)确定了k₂，通过选择导向杆5的材料确定E，则根据公式(2)配合L即可确定J，再由公式(3)得到d的取值。

其中，导向杆5的形状优选圆柱体，一方面易于减小摩擦，另一方面作为杆最为常用。若导向杆5不是圆柱体，则d为导向杆5的等效直径，所谓的等效直径是指：若导向杆5的惯性矩与一个直径为d的圆柱体的惯性矩相等，则d为导向杆5的等效直径。

在上述技术方案中，减振装置还包括：支架6，第一弹性元件3的另一端和第二弹性元件4的另一端分别通过至少一个支架6连接在需减振的设备上，且支架6与导向杆5之间的距离大于导向杆5随需减振的设备在与导向杆5的轴向垂直的方向上振动的振幅。

在该技术方案中，由于在选定第一弹性元件3和第二弹性元件4的刚度以后，第一弹性元件3和第二弹性元件4的长度可能与需减振设备上安装所述减振装置的两端之间的距离不匹配，因此在减振装置中加入支架6，克服了需减振设备上安装减振装置的两端之间的距离对第一弹性元件3和第二弹性元件4的约束，使对第一弹性元件3和第二弹性元件4的设计更加灵活。

另外，其中，为了使导向杆5在与轴向垂直的方向上振动的过程中不会碰触支架6，使支架6从而不会影响到导向杆5在与轴向垂直的方向上的减振效果，即支架6与导向杆5之间的距离要大于导向杆5随需减振的设备在与导向杆5的轴向垂直的方向上振动的振幅，需要对支架6进行特别的设计，例如，采用中空的圆柱体作为支架，圆柱体的内径要大于导向杆5的直径足够的量，或者采用普通一根杆作为支架6，但是杆要与导向杆保持足够的距离。总体上来说，由于支架上需要固定弹性元件3和4，所以采用中空的圆柱为优选方案，可以方便弹性元件3和4的固定。

在上述技术方案中，优选地，所述需减振设备尚未振动时，所述第一弹性元件、所述第二弹性元件和所述导向杆均不发生形变。

在该技术方案中，需减振设备尚未振动时，第一弹性元件3、第二弹性元件4和导向杆5均不发生形变，即导向杆5的长度等于第一弹性元件3的原长、第二弹性元件4的原长、质量块2的长度以及所有支架6的长度之和，而且导向杆5的长度与需减振设备安装减振装置的两端之间的距离完全匹配，以确保所设计的第一弹性元件3、第二弹性元件4和导向杆5的长度准确。

如果不符合该技术方案中的条件，即在需减振设备尚未振动时，第一弹性元件3、第二弹性元件4和导向杆5便已经发生形变，即在质量块5还未发生位移时第一弹性元件3、第二弹性元件4或导向杆5便已经受力，从而使对第一弹性元件3、第二弹性元件4和导向杆5的刚度的设计产生偏差。

根据上述技术方案，在使用过程中，减振装置的在各个方向上振动的固有频率与需减振设备在各个方向上振动振幅较大的频率一致，通过对减振装置的设计，使得减振装置可以有效地吸收需减振设备共振频率下的振动能量，从而使得需减振设备的振动基本被减振装置吸收，振动能量集中在减振装置系统中，使减振装置产生振动，从而减小了需减振设备的振动能量，振动能量最后由减振系统的阻尼转变为热能消耗。

由力学理论可得，当减振装置的阻尼为零时，需减振设备的振动能量将全部传递给减振装置，即只有减振装置在轴向和与轴向垂直的方向上振动，而需减振设备不振动。但在实际中，任何弹性元件的阻尼都不可能为零，故不可能对需减振设备完全消振，但可以选用阻尼很小的弹性元件，使需减振设备的振动振幅接近于零，因此使用减振装置进行减振可以取得很好的减振效果。

本发明还提供了一种工程机械设备，包括至少一个上述技术方案中任一项所述的减振装置。

图2是根据本发明实施例的减振装置安装在回转台上的示意图。

工程机械设备可以为掘进机，如图2所示，由于掘进机上回转台8的振动较为严重，所以回转台8是一个重要的需减振部件，所以可以将所述的减振装置的两端分别安装至回转台8的两个拉耳7。在该技术方案中，将减振装置的两端分别安装至回转台8的两个拉耳7之间，可以实现对回转台8在与导向杆5的轴向和与轴向垂直的方向上的减振，而且减振装置结构简单，占用空间小，克服了现有的相关技术中有些机械设备结构紧凑、安装减振器的空间小的困难。

另外，在掘进机上截割电机也是一个振动较为严重的部件，所以在截割电机上也可以安装所述的减振装置，将所述的减振装置的两端分别安装至截割电机的叉形架的两个拉耳，可以实现对截割电机的叉形架在与导向杆的轴向和与轴向垂直的方向上的减振，而且减振装置结构简单，占用空间小，克服了现有的相关技术中有些机械设备结构紧凑、安装减振器的空间小的困难。

还可以将本发明提供的减振装置应用于其他的机械设备当中，在此无法穷举，不再赘述，但其应用均应在本发明的保护范围之内。

综上所述，本发明所提供的减振装置，结构简单，易于实现，占用空间小，对减振装置中的弹性元件进行特别的设计，实现了在各个方向上都有很好的减振效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减振装置，其特征在于，包括第一弹性元件、导向杆和质量块，其中，

所述第一弹性元件的一端连接至所述质量块，另一端连接至需减振的设备；

所述导向杆的两端分别连接至所述需减振的设备；以及

所述质量块可随所述第一弹性元件的伸缩而往复运动地安装在所述导向杆上；

所述减振装置还包括：

第二弹性元件，所述第二弹性元件的一端连接至所述质量块，使所述第二弹性元件与所述第一弹性元件分别连接至所述质量块的两侧，且所述第二弹性元件的另一端连接在所述需减振的设备上，所述质量块可随所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的伸缩，沿所述导向杆进行往复运动。

2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的长度和刚度均相等。

3.根据权利要求2所述的减振装置，其特征在于，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件的刚度与所述第一弹性元件的质量、所述第二弹性元件的质量及所述质量块的质量满足根据所述需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的减振装置，其特征在于，所述导向杆为弹性导向杆，所述导向杆可带动所述质量块在与所述导向杆的轴向垂直的方向上同步振动。

5.根据权利要求4所述的减振装置，其特征在于，所述导向杆在与所述导向杆的轴向垂直的方向上的刚度与所述第一弹性元件的质量、所述第二弹性元件的质量、所述导向杆的质量及所述质量块的质量满足根据所述需减振的设备的振动频率而预设的反共振条件。

6.根据权利要求5所述的减振装置，其特征在于，还包括：

支架，所述第一弹性元件的所述另一端和所述第二弹性元件的所述另一端分别通过至少一个所述支架连接在所述需减振的设备上，且所述支架与所述导向杆之间的距离大于所述导向杆随所述需减振的设备在与所述导向杆的轴向垂直的方向上振动的振幅。

7.根据权利要求6所述的减振装置，其特征在于，所述需减振设备尚未振动时，所述第一弹性元件、所述第二弹性元件和所述导向杆均不发生形变。

8.一种工程机械设备，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至7中任一项所述的减振装置。

9.根据权利要求8所述的工程机械设备，其特征在于，所述工程机械设备为掘进机，所述减振装置的两端分别安装至所述掘进机的回转台的两个拉耳；和/或

所述工程机械为掘进机，所述减振装置的两端分别安装至所述掘进机的截割电机的叉形架的两个拉耳。

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