CN103016605A

CN103016605A - 一种参数可调的液阻式动力吸振器

Info

Publication number: CN103016605A
Application number: CN2012105468714A
Authority: CN
Inventors: 邵敏强; 陈卫东; 秦远田; 徐庆华
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103016605B

Abstract

本发明涉及一种参数可调的液阻式动力吸振器，包括基础质量块、质量调节块、压簧、阻尼器、安装杆、预紧螺母和长螺栓，所述成对设置的安装杆穿过基础质量块上的安装孔，每根安装杆上下两段各穿有一个压簧，压簧的一端抵在基础质量块表面，另一端通过预紧螺母固定在安装杆上；质量调节块由成对的长螺栓固定在基础质量块上；阻尼器包括阻尼缸、活塞及活塞杆，阻尼缸内充填粘性阻尼介质，阻尼缸固定在受控物体上，活塞杆的伸出端固定在基础质量块上。本发明可实现部分参数的可调：通过增减调节质量块和微调质量块实现吸振器固有频率的变化，以适应不同受控物体或不同工况的需求；通过采用不同型号的碟形活塞以改变系统阻尼，改善系统鲁棒性。

Description

一种参数可调的液阻式动力吸振器

技术领域

本发明涉及振动控制领域的减振装置，具体涉及到一种参数可调的液阻式动力吸振器，特别适合应用于具有内部空腔的结构。

背景技术

随着社会发展和科学技术的进步，越来越多的大型结构如高楼、桥梁等均需要考核受风载作用时的动力学性能，因此在建造这些结构之前需要对其模型进行风洞实验。另外，飞行器在研制过程中也需要进行风洞测力实验，以模拟真实飞行状态下受到的气流影响。尾撑方式是风洞模型测力实验经常采用的支撑方式，其特点是模型通过天平和尾部支杆固定在攻角机构上形成一悬臂式结构。该结构具有一阶固有频率低的特征，在进行测力实验时易与气流脉动频率相耦合，以致产生模型的剧烈振动。由于不能破坏模型表面的气动特性，无法在模型外部施加控制力，所以许多控制方式不适合在这种状态环境下使用。惟有利用模型内部的空腔结构，考虑在其内部安装振动控制器。然而测力模型的空腔尺寸通常十分有限，因此需要设计出结构紧凑的控制装置才能满足这种类型结构的振动控制。

通常采用的调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）是一种经典的被动吸振装置，由质量块、压簧和阻尼器组成。在实际应用中，TMD与受控结构相结合，演化出各种具有不同特点的结构形式，如申请号为CN200710115262.2的发明专利公布了一种“压簧刚度可调式调谐质量减振器”，该发明通过调节压簧刚度的方法实现TMD谐振频率的改变，以达到吸收被控物体振动能量的目的，适合应用于大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构的减振控制。另外，TMD频率的变化还可以通过调节质量块来实现，这种方式相对刚度调节而言更为简便并且更加可靠。然而，传统TMD质量调节通过叠加相同厚度的质量块来实现（如申请号为CN200410087664.2的发明专利中采用的方法），在实际操作中无法实现先粗调后微调的调节步骤，不能快速准确地将吸振器谐振频率调至合适的状态。阻尼调节方面，目前已有的吸振器或调谐质量阻尼器通常采用在阻尼缸侧面连接管道，并在管道中间位置设置节流阀的方式实现尼参数的调节，这种结构形式不利于空间结构的充分利用，不适用于受安装空间限制的应用场合。

发明内容

本发明为了解决上述结构模型在风洞测力实验模型及相关结构实验过程中产生的共振问题，而提供一种体积紧凑，空间利用率高，且参数可调的液阻式动力吸振器。

本发明所述的一种参数可调的液阻式动力吸振器，其用于安装在受控物体上，包括基础质量块、质量调节块、压簧、阻尼器、安装杆、预紧螺母和长螺栓，所述成对设置的安装杆穿过基础质量块上的安装孔，每根安装杆上下两段各穿有一个压簧，压簧的一端抵在基础质量块表面，另一端通过预紧螺母固定在安装杆上；质量调节块由成对的长螺栓固定在基础质量块上；阻尼器包括阻尼缸、活塞及活塞杆，阻尼缸内充填粘性阻尼介质，阻尼缸固定在受控物体上，活塞杆的伸出端固定在基础质量块上。

本发明为了适应模型内部有限的空间，一是选用高密度的金属材料，如铅作为运动部件（基础质量块、质量调节块及后面的质量微调块）的材料，二是在合理的范围内尽量增加运动部件的体积，除了基础质量块，体积稍小的质量调节块数量可以有多块，在保证足够运动空间的情况下实现了运动部件体积的最大化，确保吸振器能够提供足够的动能以抵消受控结构的振动，且质量调节块数量可调，实现了参数选择功能。

作为本发明的改进，它还设有质量微调块，所述质量微调块固定在质量调节块上。质量微调块的厚度相对其它质量调节块要小，并且长度方向不涉及到压簧的安装位置，使得调节更为方便。在进行质量调节过程中首先粗略估计吸振器的频率，根据已知的压簧刚度推算出系统所需的质量大小，通过粗调方式安装一定数量的上、下质量调节块，在吸振器实际频率接近设计频率时采用质量微调块实现对吸振器频率的调节。

进一步的，所述阻尼器中的活塞为碟形活塞，碟形活塞表面与水平面具有夹角，所述的夹角范围在0⁰～45⁰之间。为了改变系统运动阻尼，所述碟形活塞表面密布连通活塞两面的通孔。

提供吸振器阻尼力的碟形活塞是一独立部件，与活塞杆通过螺接方式连接。碟形活塞上下表面与水平面具有一定夹角，碟形活塞与阻尼缸壁之间存在一定间隙，保证活塞在阻尼介质中能够自由运动，阻尼的调节通过装配不同表面夹角的活塞来实现。在碟形活塞上沿着运动方向增设通孔也可以改变运动阻尼，通孔的形状、尺寸以及在活塞中的分布情况根据实际需要进行设置。

所述安装杆中间段的截面直径大于两端的截面直径，使得每个安装杆上下分别存在两个固定限位端，在固定限位端外侧安装用以调节压簧初始压缩位置的限位垫片，预紧螺母通过限位垫片压紧压簧。

安装杆的两个固定限位端，其目的是限制预紧螺母的安装位置。采用在预紧螺母和固定限位端之间设置限位垫片（限位垫片形状、尺寸与固定限位端端面一致）的方式调节限位端的实际作用位置，达到由预紧螺母调节压簧初始变形的目的。通过双压簧连接方式将基础质量块固定在两个压簧之间，再通过预紧螺母实现与安装杆的连接（单个压簧一端与基础质量块固定连接，另一端靠预紧螺母压紧至安装杆限位端）。

所述安装杆的一端或者两端固定在受控物体上。基础质量块，质量调节块及质量微调块均采用高密度金属材料制成，如钢或铅，或由钢和铅混合制成。

本发明可实现部分参数的可调，通过增减调节质量块和微调质量块实现吸振器固有频率的变化，以适应不同受控物体或不同工况的需求；通过采用不同型号的碟形活塞以改变系统阻尼，改善系统鲁棒性。此外其体积紧凑，空间利用率高。

附图说明

图1为实施例1的结构示意，

图2 为碟形活塞侧视图，

图3为碟形活塞俯视图，

图4为实施例2的结构示意，

图5为图4中B处局部放大图，

图6为本发明安装示意图。

其中1-基础质量块；2-质量调节块（上）；3-质量调节块（下）；4-质量微调块；5-压簧；6-阻尼缸；7-碟形活塞；8-活塞杆；9-安装杆；10-预紧螺母；11-长螺栓；12-碟形活塞表面；13-通孔；14-螺栓孔；15-限位垫片；16-空腔外壳。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种参数可调的液阻式动力吸振器，主要部件包括基础质量块1、若干质量调节块，包括上质量调节块2、下质量调节块3，以及质量微调块4、阻尼缸6以及两组安装杆9。基础质量块1与安装杆9通过四根压簧5连接，一组安装杆9配有两根压簧5，压簧的一端与基础质量块1固定连接，另一端通过预紧螺母10固定在安装杆9上。上质量调节块2、下质量调节块3和微调块4由一对长螺栓11固定在基础质量块1上。阻尼缸6固定在受控物体上，缸内充填粘性阻尼介质（这里采用硅油），碟形活塞7置于缸内，活塞外沿与缸壁保持5mm间隙。如图2所示，碟形活塞表面12与水平面成15⁰夹角，活塞表面沿运动方向开有通孔13（见图3），活塞7和活塞杆8通过螺栓孔14连接。用来吸收振动能量的质量块均采用高密度金属材料铅，以保证在有限空间内尽可能提高运动部件的质量。

上、下质量调节块均需留出一定尺寸通孔以便安装压簧。另外，下面的质量调节块需进一步留出放置阻尼缸的空间，并确保质量块运动过程中不与阻尼缸产生干涉，若阻尼缸设计在上端，则需要由上面的质量调节块留出空间。

实施例2：

图4所示的吸振器用于抑制具有空腔的悬臂式结构的振动，与实施例1的区别在于充分利用有限的空间提高吸振器运动部件（包括基础质量块1，质量调节块2、3，质量微调块4）的质量。从两个途径实现运动部件质量的提高，其一是选用高密度的金属材料，这里选用铅作为运动部件的材料；其二是充分利用空腔尺寸，在合理的范围内尽量增加运动部件的体积，在本发明中增加质量调节块2和3的数量，在保证足够运动空间的情况下实现了运动部件体积的最大化，确保吸振器能够提供足够的动能以抵消受控结构的振动。吸振器的压簧选择与运动部件的质量相匹配，保证吸振器固有频率可以调节到与系统共振频率一致的状态。预紧螺母与安装杆固定限位端之间设有限位垫片15（图5），通过改变限位垫片的数量来调节压簧5的预紧力，调节准则是确保压簧运动过程中不受拉力作用并且始终保持其变形处在弹性范围内。图6为本例吸振器在受控模型空腔内的装配示意图，吸振器通过安装杆9与空腔外壳16固定连接，阻尼缸6通过螺栓与空腔外壳16固定连接。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种参数可调的液阻式动力吸振器，其用于安装在受控物体上，其特征在于包括基础质量块（1）、质量调节块（2、3）、压簧（5）、阻尼器、安装杆（9）、预紧螺母（10）和长螺栓（11），所述成对设置的安装杆（9）穿过基础质量块（1）上的安装孔，每根安装杆（9）上下两段各穿有一个压簧（5），压簧的一端抵在基础质量块（1）表面，另一端通过预紧螺母（10）固定在安装杆（9）上；质量调节块（2、3）由成对的长螺栓（11）固定在基础质量块（1）上；阻尼器包括阻尼缸（6）、活塞（7）及活塞杆（8），阻尼缸（6）内充填粘性阻尼介质，阻尼缸（6）固定在受控物体上，活塞杆（8）的伸出端固定在基础质量块（1）上。

2.根据权利要求1所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，它还设有质量微调块（4），所述质量微调块（4）固定在质量调节块（2、3）上。

3.根据权利要求1或2所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述阻尼器中的活塞（7）为碟形活塞，碟形活塞表面与水平面具有夹角，所述的夹角范围在0⁰～45⁰之间。

4.根据权利要求3所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述碟形活塞表面密布连通活塞两面的通孔。

5.根据权利要求1或2所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述安装杆中间段的截面直径大于两端的截面直径，使得每个安装杆上下分别存在两个固定限位端，在固定限位端外侧安装用以调节压簧初始压缩位置的限位垫片（15），预紧螺母（10）结合限位垫片（15）压紧压簧（5）。

6.根据权利要求1或2所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述安装杆（9）的一端或者两端固定在受控物体上。

7.根据权利要求2所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述基础质量块，质量调节块及质量微调块均采用高密度金属材料制成。

8.根据权利要求7所述的参数可调的液阻式动力吸振器，其特征在于，所述的金属材料为钢或铅，或由钢和铅混合制成。