CN1046376A - 液压式频率跟踪动力消振方法和消振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压式频率跟踪消振方法和消振器，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。这种消振器控制方法简单，弹簧刚度连续可调范围大，适用于对振幅大，振动频率变化范围大的场合进行消振控制。

Description

本发明属振动控制领域。

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。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。

利用本发明的消振方法，又设计了一种新的消振器，消振器中的油缸作动子，活塞作定子，与被消振物体相连，亦可以反过来，缸体作定子，活塞作动子。用一个小流量油泵为消振器的两个油腔提供压力油，所需的油压通过调压阀调节。这种消振器与测振传感器、监频器、控制器、功率放大器、步进电机和调压阀构成频率跟踪消振系统。

附图说明：

图1：已有技术消振器

图2：液压式频率跟踪消振系统

a.用步进电机控制

b.用比例压力阀控制

图3：液压式频率跟踪动力消振器及其供压系统

图4：消振器的几种安装方法

下面结合附图，详细介绍发明内容。

消振器由油缸12、活塞13、两个空气室14、连通管15和机械弹簧16组成，如图3所示。油缸12是个双腔油缸，它被活塞13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14。活塞13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位移。为了能随时调节两油腔中的油压，用连通管15将两油腔连通，并用一个油泵18向两油腔同时提供压力相同的高压油，其油压（称控制油压）用调压阀17来调节。20为压力表，19为滤清器。

消振器的工作原理如下：当压力相同的高压油进入上、下两油腔后，两气室中的空气将同时被压缩，控制油压越高，气室中空气容积也越小。但由于两油腔的有效面积相同，活塞两边所受的轴向力大小相等，方向相反，互相抵消。所以在没有外力干扰的情况下，活塞将处于静止平衡状态。当有一个交变轴向力作用于活塞上时，活塞也将相对于油缸作轴向往复振动。由于连通管中油液的惯性作用，受压腔中的油液来不及全部经由连通管流向另一腔，有一部分将被迫进入本腔的气室，使其中的气体容积缩小，压力增高。而另一腔的气室容积增大，压力降低，因而使活塞承受一个与其位移方向相反的轴向力（即恢复力，即使没有附加的机械弹簧16，也然。）。显然，活塞的振幅越大，该轴向恢复力也越大。这与机械弹簧的特性相仿，但它主要是由气室产生的，故称空气弹簧。由于密闭气室具有压力P与容积V的乘积为一个常数这一特征，故不难理解空气弹簧动态的刚度将随控制油压而变，控制油压越高，空气弹簧的动刚度也越高。因此通过调节控制油压可很方便地改变消振器的固有频率。

消振器中的机械弹簧有二个作用：

1.在消振器不工作时，使活塞维持在油缸中间位置上。

2.与空气弹簧一起并联成消振器中总的弹簧，所以机械弹簧的刚度应这样来选取，当控制油压为零（空气弹簧刚度最低）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，以利于减小空气弹簧刚度的调整范围，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，气室十积，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。

本消振器可以与其它必要的器件组成频率跟踪消振系统，如图2所示。图2中，1为振动物体，2为消振器，3为测振传感器，4为监频器，5为频率-电压转换器，6为功率放大器，7为步进电动机，8为齿轮减速机构，9为调压阀（溢流阀），10为控制器（内含功率放大器），11为比例压力阀。

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4a），座落式（图4b），水平安装式和用两个消振器互交90°的安装方式（图4c）。

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 (3)

1、一种在被消振物体上附加一个弹簧和质量块的消振方法，其特征在于附加的质量块是油缸的缸体；附加的弹簧是由两个密闭空气室组成的空气弹簧。油缸中有一活塞将油缸分成上、下两个油腔，二个密闭气室与上下两油腔分别相连通；当活塞杆受到轴向作用力时，与受压油腔相连的气室内的容积减小，空气压强增大；同时另一气室的容积增大，空气压强减小；油液使活塞受到一个与原作用力相反的恢复力，该恢复力要使活塞杆恢复到平衡位置；根据振动物体的振动频率，调整油压大小，即可改变空弹簧的弹簧刚度，使其固有频率与振动频率相等，达到消振目的。

2、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;亦可将缸体作定子，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。

3、一种如权利要求2所述的消振器，其特征在于所述的消振器与测振传感器、频率-电压转换器、功率放大器、调压阀、油泵组成一个频率跟踪消振系统。

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