CN105041943B - 囊式分子弹簧隔振缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高静低动刚度特性的新型隔振缓冲器，尤其涉及一种囊式分子弹簧隔振缓冲器。囊式分子弹簧隔振缓冲器，包括上端板，囊体，下端板；所述的上端板与下端板之间布置囊体，囊体内填充分子弹簧混合介质；所述的弹簧混合介质由水和含有纳米级孔隙多孔疏水颗粒混合而成；囊体根据上端板与下端板之间的间距变化而变化。本发明提供了一种囊式分子弹簧隔振缓冲器，其具有高承载能力，低固有频率的特点，广泛适用于工程领域的设备，特别是重型机械设备的隔振要求；由于本发明所选用多孔疏水具有高孔隙率，因此极小量的分子弹簧混合介质即可满足隔振需求的变形量。

Description

囊式分子弹簧隔振缓冲器

技术领域

本发明涉及一种具有高静低动刚度特性的新型隔振缓冲器，尤其涉及一种囊式分子弹簧隔振缓冲器。

背景技术

被动隔振技术因结构简单、易于实现、工作可靠和价格低廉等优势而应用广泛，被动隔振技术现已取得丰富的研究成果，如金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、金属橡胶隔振器、钢丝绳隔振器和空气弹簧隔振器等。然而，在工程应用中，这些隔振器仍存在着诸如大静变形、易老化、承载能力不足、性能不稳定、气体容易泄漏等问题。为了满足不同工况的隔振需求，新型隔振器的研制始终是振动工程领域的研究热点之一。

分子弹簧隔振技术是一种基于全新机理的被动隔振技术。水和多孔疏水材料组成分子弹簧混合介质，当压缩分子弹簧介质至一定压强时，水分子会进入沸石颗粒的疏水纳米微孔，当卸载时，水分子自动从微孔中逸出，在这个过程机械能和表面能相互转化，实现能量储存和释放。由于沸石材料的疏水性，在低压时水分子无法进入微孔，当压强达到某一临界值时，水分子克服毛细管力，开始大量侵入微孔，当沸石的所有微孔饱和后，继续加压将不再有水分子进入微孔；卸载过程即为这一过程的逆过程。因此以分子弹簧混合介质为工作介质的隔振缓冲器将表现出“高-低-高”的分段刚度特性。加载合适的负载后，该隔振缓冲器将表现出高静低动的刚度特性，特别适用于重型设备的低频隔振。由于部分多孔疏水材料组成的分子弹簧介质在加载卸载过程存在迟滞现象，即在加载卸载周期内会消耗一定的能量，因此该隔振缓冲器同时兼具一定的缓冲性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封简单，具有高静低动刚度特性且兼顾侧向刚度的新型隔振缓冲器，该隔振缓冲器具有体积小、重量轻、维护简单、环境适应性强等特点，并且可以根据需求方便的调节隔振性能。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，包括上端板，囊体，下端板；所述的上端板与下端板之间布置囊体，囊体内填充分子弹簧混合介质；所述的弹簧混合介质由水和含有纳米级孔隙多孔疏水颗粒混合而成；囊体根据上端板与下端板之间的间距变化而变化。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，还包括：限位轴套，导向轴；所述的导向轴布置在上端板与下端板之间；导向轴布置在限位轴套内，导向轴的端部沿径向方向延伸出突起结构。本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的导向轴的顶端部沿径向方向延伸出突起结构；限位轴套的顶端沿径向方向延伸出突起结构。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的限位轴套下部为圆盘结构，圆盘结构上设有缓冲橡胶；缓冲橡胶上端设有压板，缓冲橡胶与压板硫化相互固定。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的上端板与下端板的边缘处分别布置紧固法兰，紧固法兰通过紧固螺钉固定；所述的囊体通过紧固法兰扣紧在上端板与下端板之间。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的下端板内布置单向阀，单向阀与囊体相连通；通过单向阀对囊式容器内加压，用于调节囊式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的弹簧混合介质由水和含有纳米级孔隙多孔疏水颗粒混合而成。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的多孔疏水颗粒为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物；多孔疏水颗粒所含孔为孔径小于2nm的微孔、孔径为2~50nm的中孔或介孔或孔径大于50nm的大孔。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，所述的水中添加无机盐可提高隔振缓冲器工作压强用于提高承载能力；水中添加表面活性剂可降低隔振缓冲器的工作压强用于降低承载能力；水中添加无机盐和表面活性剂会降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下使用。

本发明所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，工作压强为10Mpa~200Mpa之间。

有益效果

本发明提供了一种囊式分子弹簧隔振缓冲器，其具有高承载能力，低固有频率的特点，广泛适用于工程领域的设备，特别是重型机械设备的隔振要求；由于本发明所选用多孔疏水具有高孔隙率，因此极小量的分子弹簧混合介质即可满足隔振需求的变形量，因此该隔振缓冲器体积很小；由于分子弹簧混合介质工作压强很高（10Mpa~200Mpa），因此该隔振缓冲器具有极强承载能力；由于囊式分子弹簧隔振缓冲器具有“高-低-高”的分段刚度特性，因此在大振幅时具有自限位功能。

导向轴和限位轴套及缓冲橡胶的结构设计使囊式分子弹簧隔振缓冲器在极限情况下对设备具有保护功能，缓冲橡胶同时使囊式分子弹簧隔振缓冲器兼具侧向刚度。

可通过增减多孔疏水材料的填充量方便的调节该隔振缓冲器的隔振性能。

可通过单向阀对囊式分子弹簧隔振缓冲器进行预加压，从而降低囊式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力因此囊式分子弹簧隔振缓冲器在轻型设备隔振领域也有广泛应用前景。

通过添加无机盐或表面活性剂可对囊式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力进行微调。

无机盐和表面活性剂在可以作为防冻剂，因此囊式分子弹簧隔振缓冲器在低于零摄氏度的环境下也可以使用。

附图说明

图1为囊式分子弹簧隔振缓冲器结构示意图；

图2为囊式分子弹簧隔振缓冲器结构俯视图；

图3为导向轴端部及突起俯视剖面图；

图4为限位轴套俯视剖面图；

图5为囊式分子弹簧隔振缓冲器刚度曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如图1所示，囊式分子弹簧隔振缓冲器，上端板1与下端板10之间布置囊体4，并通过紧固螺钉2和紧固法兰3锁紧密封构成囊式容器；分子弹簧混合介质置于囊式容器内，囊体4内填充分子弹簧混合介质；囊体4根据上端板1与下端板10之间的间距变化而变化。

如图3所示：上端板1通过螺纹和下方导向轴11连接，导向轴11端部有两个径向突起；导向轴11布置在限位轴套8内，限位轴套8下部为圆盘结构，限位轴套8下方的下端板10内布置缓冲橡胶9，限位轴套8下部的圆盘结构和缓冲橡胶9硫化为一个整体，缓冲橡胶9和压板12硫化在一起并通过紧固螺钉固定在下端板10上；

限位轴套8侧边开轴向的限位槽，导向轴11端部的突起布置在限位槽内，导向轴11可沿限位槽上下滑动；限位槽不开到限位轴套8顶部，正常使用时限位轴套8和缓冲橡胶9不起作用，在受到极限载荷或者该隔振缓冲器结构被破坏时，限位轴套8在导向轴11向上移动时有限位功能，缓冲橡胶9在导向轴11向下移动时具有缓冲和限位功能，使被保护设备不受损害；下端板10内布置单向阀7，可通过单向阀对囊式容器内加压，从而调节囊式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力。

导向轴11端部的突起布置在限位槽内，导向轴11可沿限位槽上下滑动；限位槽不开到限位轴套8顶部，限位轴套8在导向轴11向上移动时有限位功能；缓冲橡胶9在导向轴11向下移动时具有缓冲和限位功能；

弹簧混合介质由水6和含有纳米级孔隙多孔疏水颗粒5混合而成。

多孔疏水颗粒（5）为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物；多孔疏水颗粒（5）所含孔为孔径小于2nm的微孔、孔径为2~50nm的中孔或介孔或孔径大于50nm的大孔。工作压强为10Mpa~200Mpa之间。

水6为蒸馏水，多孔疏水颗粒5为疏水沸石、疏水硅胶颗粒或疏水金属有机骨架材料。分子弹簧混合介质的工作机理为水6在高压下侵入疏水微孔。水6在高压下进入疏水微孔的过程遵循Laplace毛细管压力方程，即水6在高压下进入疏水微孔的过程需克服附加毛细管力，该毛细管力大小与孔径、水的表面张力和孔的疏水程度有关。

因此压缩分子弹簧混合介质的过程分为三个阶段：低压时水分子无法克服毛细管力，因此无法侵入疏水微孔，此阶段压缩分子弹簧本质为压缩纯水，因此分子弹簧混合介质表现出高刚度，称作承载段(staticstiffnessstage)；压强达到临界压强时，水分子率先侵入大孔径、小接触角的孔道，随着压强逐渐增加，水分子逐渐进入小孔径、大接触角的直到孔道直至所有孔饱和，此阶段分子弹簧混合介质表现为低刚度，称为工作段(dynamicstiffnessstage)；继续增加压强，由于所有孔道已达到饱和，因此水分子无法继续侵入微孔，此阶段也是压缩纯水的阶段，分子弹簧混合介质表现出高刚度，称为限位段(stoppingstiffnessstage)。因此如图5所示，囊式分子弹簧隔振缓冲器具有“高-低-高”的分段刚度特性。

在对分子弹簧混合介质进行卸载时，对于不同材料会有不同现象，对疏水沸石和疏水金属有机骨架材料，卸载过程是加载过程的逆过程，即加载卸载几乎不消耗能量，因此这两种材料适用于隔振，对于疏水硅胶颗粒，卸载过程液压骤降，因此出现迟滞现象，即加载卸载过程存在迟滞现象并消耗大量能量，因此可用于缓冲；而将这些材料混合使用时，可形成阻尼弹簧，实现隔振缓冲。

对囊式分子弹簧隔振缓冲器施加适当的负载，使该隔振缓冲器处于工作段，此时囊式分子弹簧隔振缓冲器表现出高静低动的刚度特性，因此囊式分子弹簧隔振缓冲器隔振系统具有高承载能力和极低固有频率，解决了现有被动隔振技术高承载能力和小静变形无法共存的瓶颈。

可向水6中添加无机盐或表面活性剂调节隔振缓冲器的承载能力，向水6中添加无机盐可提高隔振缓冲器工作压强从而提高承载能力，向水6中添加表面活性剂可降低隔振缓冲器的工作压强从而降低承载能力，同时还可降低液体冰点，使得隔振缓冲器可在温度低于零摄氏度的环境下使用；无机盐包括但不限于NaCl、KCl、LiCl、KNO₃、NaNO₃;表面活性剂包括但不限于聚乙烯醇、聚乙二醇辛基苯基醚。

囊体共3层结构，中间层为帘线骨架，由多层钢丝缠绕而成；骨架两侧各有一层橡胶层，橡胶层和帘线骨架硫化在一起。该囊式结构强度大，附加刚度小。在与上下端板结合处，囊体3分别有一个环形突结，便于压紧密封。

上端板1和下端板10中部均有螺纹孔，方便固定、连接转接件或连接被保护设备。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：包括上端板（1），囊体（4），下端板（10）；所述的上端板（1）与下端板（10）之间布置囊体（4），囊体（4）内填充分子弹簧混合介质；所述的弹簧混合介质由水（6）和含有纳米级孔隙多孔疏水颗粒（5）混合而成；囊体（4）根据上端板（1）与下端板（10）之间的间距变化而变化。

2.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：还包括：限位轴套（8），导向轴（11）；所述的导向轴（11）布置在上端板（1）与下端板（10）之间；导向轴（11）布置在限位轴套（8）内，导向轴（11）的顶端部沿径向方向延伸出突起结构；限位轴套（8）的顶端沿径向方向延伸出突起结构。

3.根据权利要求2所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的限位轴套（8）下部为圆盘结构，圆盘结构上设有缓冲橡胶（9）；缓冲橡胶（9）上端设有压板（12），缓冲橡胶（9）与压板（12）硫化固定。

4.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的上端板（1）与下端板（10）的边缘处分别布置紧固法兰（3），紧固法兰（3）通过紧固螺钉（2）固定；所述的囊体（4）通过紧固法兰（3）扣紧在上端板（1）与下端板（10）之间。

5.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的下端板（10）内布置单向阀（7），单向阀（7）与囊体（4）相连通；通过单向阀（7）对囊式容器内加压，用于调节囊式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力。

6.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的多孔疏水颗粒（5）为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物；多孔疏水颗粒（5）所含孔为孔径小于2nm的微孔、孔径为2~50nm的中孔或介孔或孔径大于50nm的大孔。

7.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的水（6）中添加无机盐可提高隔振缓冲器工作压强用于提高承载能力；水（6）中添加表面活性剂可降低隔振缓冲器的工作压强用于降低承载能力；水（6）中添加无机盐和表面活性剂会降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下使用。

8.根据权利要求1所述的囊式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：工作压强为10Mpa~200Mpa之间。