CN105041949B - 膜片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，尤其涉及膜片式分子弹簧隔振缓冲器，该隔振缓冲器特别适用于重载低频隔振领域。膜片式分子弹簧隔振缓冲器的导向筒套置在缸体外侧，缸体内部填充分子弹簧混合介质；导向筒与缸体上下之间通过活塞连接；活塞的一端固定在导向筒内侧顶端、另一端延伸入缸体内；缸体的顶端设置端盖，缸体与端盖之间布置膜片；活塞穿过端盖与膜片相接触；所述的分子弹簧混合介质由水和含有纳米级孔道的多孔疏水颗粒混合而成。本发明提供了一种膜片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需求。

Description

膜片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，尤其涉及膜片式分子弹簧隔振缓冲器，该隔振缓冲器特别适用于重载低频隔振领域。

背景技术

现代工程领域中机械设备的振动和冲击是非常普遍存在的问题，为隔离动力机械设备引起的振动与冲击，被动隔振技术因其简单有效而应用广泛。为满足日益苛刻的隔振需求，新型隔振缓冲器的研制一直是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，当压缩分子弹簧混合介质至一定压强时，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。加载适当的负载后，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。

然而，由于分子弹簧工作压强极高（根据材料不同，约为10MPa~200MPa），动密封存在密封疲劳寿命不足、摩擦阻尼过大等问题亟待解决。本发明提供了一种避免动密封的分子弹簧隔振缓冲器设计方案。

发明内容

本发明涉及一种提供一种密封简单，使用寿命长，具有高静低动刚度特性的新型隔振缓冲器，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：

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，包括导向筒，活塞，缸体及分子弹簧混合介质，所述的导向筒套置在缸体外侧，缸体内部填充分子弹簧混合介质；导向筒与缸体上下之间通过活塞连接；活塞的一端固定在导向筒内侧顶端、另一端延伸入缸体内；缸体的顶端设置端盖，缸体与端盖之间布置膜片；活塞穿过端盖与膜片相接触；所述的分子弹簧混合介质由水和含有纳米级孔道的多孔疏水颗粒混合而成。

膜片为三层柔性结构，中间层为高强度纤维织物层，织物两侧为橡胶涂层，膜片是柔性结构，活塞压缩膜片时膜片可以提供一定的变形量，因此可将动态密封转化成静态密封，从而提高密封寿命，避免密封圈等带来的密封阻尼。

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，所述的缸体侧壁靠近底部分别开设通孔，其中一个通孔内设有单向阀，另一侧通孔内设有堵头及密封圈。

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，所述的缸体侧壁与导向筒接触面处设有沟槽，沟槽内布置尼龙套；尼龙套的外径大于缸体的外径，

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，所述的分子弹簧混合介质由水和含有纳米级孔道的多孔疏水颗粒混合而成。

本发明所述的膜片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。

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，缸体外壁底端布置缓冲橡胶。

本发明所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，所述的水中添加无机盐用于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用于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用于降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下使用。

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

有益效果

本发明提供了一种膜片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需求。

由于本发明所选用多孔疏水颗粒具有高孔隙率和大比表面积，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和能量储存能力，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；

在位移过大时缓冲橡胶起缓冲作用，可保护设备不受损失。

该发明避免了动密封，疲劳寿命长，附加阻尼小。

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从初始位置到平衡位置的静态位移。

通过向水中添加无机盐或表面活性剂可增加或降低分子弹簧混合介质的工作压强，从而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为膜片式分子弹簧隔振缓冲器示意图；

图2为膜片式分子弹簧隔振器刚度特性曲线。

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，将分子弹簧混合介质密封在膜片式活塞液压缸内形成膜片式分子弹簧隔振缓冲器。分子弹簧混合介质由水13和含有纳米级孔道（以下统称微孔）的多孔疏水颗粒11混合而成，所述多孔疏水颗粒11为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物；膜片式活塞液压缸由活塞3、端盖4、膜片5、缸体7、紧固螺钉1、堵头8、密封圈9、单向阀12组成，端盖4布置在缸体7上，膜片5布置在端盖4和缸体7之间，紧固螺钉1把端盖4、膜片5和缸体7锁紧密封；端盖4顶部开圆孔，活塞3从圆孔内伸入并和膜片接触，膜片形成凹槽包裹住活塞端部。

导向筒2上开一圈螺纹孔，便于连接被保护设备，缸体7底部开一圈通孔，可用于将膜片式分子弹簧隔振缓冲器固定到基础上。

被保护设备和导向筒2连接，通过活塞3压缩膜片5，膜片5变形将压力传递到缸体7的腔室内，实现对分子弹簧混合介质的加压。

缸体下部两侧各开一个通孔；一侧孔内布置堵头8、密封圈9，可通过该通孔向隔振缓冲器内添减水13和多孔疏水颗粒11；另一侧孔内布置单向阀，可以通过单向阀为隔振缓冲器充压。

缸体7外表面开两个沟槽，每个沟槽内均布置两个半圆形的尼龙套6，尼龙套6外径大于缸体7外径，缸体外布置导向筒2，导向筒2和尼龙套6滑动配合不密封，导向筒2和活塞3通过紧固螺钉1连接，导向筒和尼龙套配合起导向作用，限制活塞只能轴向运动，同时该结构附加阻尼极小。

缸体7外部布置缓冲橡胶10，正常工作时缸体7和缓冲橡胶10不接触，但是在载荷极大或结构受到破坏性损伤时，缓冲橡胶10起缓冲作用，使设备不受损伤。

水13为蒸馏水，多孔疏水颗粒11为疏水沸石、疏水硅胶颗粒或疏水属有机骨架材料。所述无机盐包括但不限于NaCl、KCl、LiCl、NaNO₃、KNO₃；所述表面活性剂包括但不限于聚乙烯醇，聚乙二醇辛基苯基醚。

分子弹簧混合介质的工作机理为水13在高压下侵入疏水微孔。水13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13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2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。

对膜片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，此时膜片式分子弹簧隔振缓冲器表现出高静低动的刚度特性，因此膜片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。

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 (7)

1.膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：包括导向筒（2），活塞（3），缸体（7）及分子弹簧混合介质，所述的导向筒（2）套置在缸体（7）外侧，缸体（7）内部填充分子弹簧混合介质；导向筒（2）与缸体（7）上下之间通过活塞（3）连接；活塞（3）的一端固定在导向筒（2）内侧顶端、另一端延伸入缸体（7）内；缸体（7）的顶端设置端盖（4），缸体（7）与端盖（4）之间布置膜片（5）；活塞（3）穿过端盖（4）与膜片（5）相接触；所述的分子弹簧混合介质由水（13）和含有纳米级孔道的多孔疏水颗粒（11）混合而成。

2.根据权利要求1所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的缸体（7）侧壁靠近底部分别开设通孔，其中一个通孔内设有单向阀（12），另一侧通孔内设有堵头（8）及密封圈（9）。

3.根据权利要求1所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的缸体（7）侧壁与导向筒（2）接触面处设有沟槽，沟槽内布置尼龙套（6）；尼龙套（6）的外径大于缸体（7）的外径。

4.根据权利要求1所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的多孔疏水颗粒（11）为疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料或其混合物。

5.根据权利要求1所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：缸体（7）外壁底端布置缓冲橡胶（10）。

6.根据权利要求1所述的膜片式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的水（13）中添加无机盐用于提高隔振缓冲器工作压强用于提高承载能力；水（13）中添加表面活性剂用于降低隔振缓冲器的工作压强用于降低承载能力；水（13）中添加无机盐和表面活性用于降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下使用。

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