CN105065560A - 基于形状记忆合金弹簧的超低频液压隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆合金弹簧的超低频液压隔振装置。该隔振装置主要由油箱、橡胶托体、活动侧板、活塞、活塞杆、安装台面、导向套、普通弹簧、形状记忆合金弹簧、密封圈等部件组成。本发明提出的超低频液压隔振装置，采用形状记忆合金弹簧作为弹性元件，通过对形状记忆合金的预处理，使其工作在超弹性工作区间。在此超弹性工作区间，形状记忆合金弹簧较大的变形只会引起微小的恢复力，因此形状记忆弹簧可以取得超低动刚度。以形状记忆合金弹簧为弹性元件的差动式液压装置，可以有效的隔离超低频振动。

Description

基于形状记忆合金弹簧的超低频液压隔振装置

技术领域

本发明涉及一种超低频隔振装置，更准确地说，是涉及一种结合形状记忆合金弹簧超弹性效应与低频液压隔振技术的超低频液压隔振装置。

背景技术

作为船舶、车辆以及工程机械等设备的重要组成部分之一，隔振装置能有效地隔离机械设备上发动机产生的振动，减少振动噪声对发动机本身以及周边仪表器械产生的有害影响。

当前，大多数车辆与船舶发动机均采用橡胶悬置或者普通液压悬置隔振。橡胶隔振装置通过橡胶分子之间的内摩擦作用来衰减振动，因其结构简单、可靠性高且便于维修等优点，目前仍广泛应用于对振动性能要求较低的车辆及其它工程设备上。然而，普通应用场合的发动机工作频带较宽(10~500Hz)，橡胶隔振装置无法满足对低频振动的隔振要求。普通液压隔振器具有低频高阻尼和高频低刚度的特点，可以满足普通车辆发动机的隔振要求，然而对于军用舰船发动机这类超低频振源却束手无策。

军用舰船发动机运转所产生的振动会对舰载声呐等精密仪器设备产生干扰，还会增大舰船特别是潜艇的水下噪声辐射，降低舰艇在水下的声隐身效果。随着军事科技的发展，舰船对战斗要求不断提高，发动机正逐渐向超低转速方向发展。当前最先进潜艇发动机转速已降低至250rpm左右，低转速动力设备必然带来低频甚至是超低频振动噪声。而众所周知，相比于高频振动噪声而言，低频甚至是超低频振动噪声处理更加困难，因为这在技术上要求隔振装置本身须具有低频或者超低频固有频率，同时还要实现对振源的有效支撑，现有的隔振技术难以实现这二者之间的平衡。

传统的橡胶隔振装置与液压隔振装置因弹性元件刚度较大，相应的高固有频率决定了其难以达到超低频隔振的要求。近年来，随着智能材料技术的不断发展，人们开始将一些具有特殊性质的智能材料应用于隔振减振装置中。

其中利用形状记忆合金超弹性效应进行隔振就是一种极具前景的隔振方法。形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应等特点，通过改变材料内部的温度和应力进而控制形状记忆合金材料内部的马氏体相变过程，实现材料在宏观上的这些特殊性能。由于形状记忆合金具有超弹性效应，因此，基于形状记忆合金制成的弹簧在特定工作区间可以取得超低动态刚度（或接近零刚度）的效果。用形状记忆合金弹簧代替传统隔振装置中的弹性元件，可以大大降低减振装置的动刚度，使得系统的固有频率接近于零，从而对超低频振动取得良好的隔振效果。

发明内容

本发明针对现有隔振技术的不足，提出了一种基于形状记忆合金弹簧超弹性效应的新型超低频液压隔振装置。本发明提出的超低频液压隔振装置，采用形状记忆合金弹簧作为弹性元件，通过对形状记忆合金的预处理，使其工作在超弹性工作区间。在此超弹性工作区间，形状记忆合金弹簧较大的变形只会引起微小的恢复力，因此形状记忆合金弹簧可以取得超低动刚度。以形状记忆合金弹簧为弹性元件的差动式液压装置，可以有效的隔离舰船发动机的低频振动。

为了实现上述要求，本发明所采取的技术方案是：本发明提出的超低频液压隔振装置主要由油箱、橡胶托体、活动侧板、活塞、活塞杆、安装台面、导向套、普通弹簧、形状记忆合金弹簧、密封圈等部件组成。

所述油箱箱体内壁两侧各设一块活动板，活动板与箱体形成密封腔，内部为空气。所述箱体壁面与活动板之间采用一根普通弹簧连接。

所述油箱底部安装有空心弹性橡胶托体，橡胶托体内部充满空气。所述橡胶托体的橡胶层中嵌有弹性钢丝网，使其兼具弹性与支撑性能。此外，所述橡胶托体上开有导油槽，当通过注油口给油箱充满高压油后，高压油能进入活塞下表面，从而使得活塞与橡胶托体分离，悬置于液压油中。

所述箱体上板中心开有圆孔，圆孔与导向套配合，活塞杆穿过导向套，上端与安装台面连接，下端与活塞连接。导向套与活塞杆接触部分利用密封圈密封。

所述活塞上开有适当大小和个数的阻尼孔，用以调节整体的阻尼特性。

所述导向套上端面与安装台面之间安装有形状记忆合金弹簧，导向套下端与活塞之间也设置形状记忆合金弹簧。所述的形状记忆合金弹簧必须工作在超弹性工作区。

本发明提出的超低频液压隔振装置在非工作状态时，油箱内部未注油（或者压力值非常小），活塞杆落在橡胶托体上。由于橡胶托体具有一定刚性，能够实现对发动机（或其他振源）的支撑。

当隔振装置处在工作状态时，通过注油孔向油箱内注入高压油，高压油进入活塞下面的导油槽，当活塞底部表面积与上表面之间的压差产生的推力足够支撑活塞杆以及安装台面上的振源时，活塞脱离弹性橡胶托体。当外部振动激励引起活塞杆上下振动时，会使得油箱内腔容积发生变化，从而引起油箱内油压产生变化，但是由于两侧弹簧-活动板的存在，使得活塞杆上下振动产生的压力波动被弹簧所平衡，进而使得油箱内压力保持相对恒定，使得装置整体维持一个相对恒定的较高的静刚度实现对振源的支撑。

此外，两个形状记忆合金弹簧的引入，使得系统获得了接近于零的动刚度，从而使得整个振动系统获得了接近于零的固有频率，进而实现超低频隔振效果。

由于此液压隔振装置采用的形状记忆合金弹簧工作在超弹性工作区，且箱体内弹簧-活动板结构起到自动稳压功能，和传统隔振装置相比，本液压隔振装置具有以下优点：

1.用形状记忆合金弹簧代替传统的弹性元件，通过对形状记忆合金弹簧的预处理使其工作在超弹性区域，在此区域工作的形状记忆合金弹簧在产生较大的变形时，只会引起微小的恢复力，因此，形状记忆弹簧可以取得超低的动刚度，使得系统的谐振频率接近于零。因此，本隔振装置能有效隔离超低频振动。

2.本液压隔振装置设有自动稳定腔内油压的弹簧-活动板装置，当外部振动信号引起活塞上下振动时，油箱内的体积变化可以被弹簧-活动板装置平衡，从而保持油箱内油压恒定。

3.由于液压活塞的有杆面和无杆面存在面积差，在一定油压的作用下，会产生推力。差动液压结构与油压恒定相结合，可以使活塞杆获得恒定的推力，当提供的推力等于振源物体的重力时，相当于装置获得一个较高的静刚度实现对振源的支撑。

附图说明

图1是隔振装置处于非工作状态时的示意图；

图2是隔振装置处于工作状态时的示意图。

具体实施方式

下面通过附图来说明本发明的设计思想。

如图1所示，本实施例中箱体11内置空心弹性橡胶托体14，橡胶托体14上开有导油槽13，箱体11左右两侧各设置一块活动板5，活动板5与箱体11内壁间设置弹簧6，箱体11的上盖板中心开有圆孔，导向套8安装在圆孔中，通过螺栓与箱体11的上盖板固联，活塞杆4穿过导向套8，通过密封件7密封。活塞杆4上端与安装台面2通过螺纹连接，下端与活塞12相连。且安装台面2与导向套7上端面之间设有形状记忆合金弹簧3，导向套8下端面与活塞12之间同样设有形状记忆合金弹簧9。箱体11还开有注油口10。

超低频液压隔振装置在非工作状态时，箱体11内部未注油（或者压力值非常小），活塞12落在橡胶托体14上。由于橡胶托体14具有一定刚性，能够实现对发动机（或其他振源）的支撑。

当隔振装置处在工作状态时，通过注油孔10向箱体11内注入高压油，高压油进入活塞12下面的导油槽13，当活塞12底部表面积与上表面之间的压差产生的推力足够支撑活塞杆4以及安装台面2上的振源1时，活塞12脱离弹性橡胶托体14。当外部振动激励引起活塞杆4上下振动时，会使得箱体11内腔容积发生变化，当活塞杆4下降时，压缩内腔液压油，导致油压增大，两侧弹簧6-活动板5装置受压，活动板5向箱体11内壁方向移动，内腔体积增大，油压减小恢复到原油压；当活塞杆4上升时，内腔容积增大，导致腔内油压减小，两侧弹簧6-活动板5装置受到的压力变小，活动板5向中间移动，内腔体积减小，油压增大恢复到原油压。上述工作过程使得箱体11内压力始终保持相对恒定，使得装置整体维持一个相对恒定的较高的静刚度实现对振源的支撑。

此外，两个形状记忆合金弹簧3与9的引入，使得系统获得了接近于零的动刚度，从而使得整个振动系统获得了接近于零的固有频率，进而实现超低频隔振效果。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于形状记忆合金弹簧的超低频液压隔振装置，主要由油箱、橡胶托体、活动板、活塞、活塞杆、安装台面、导向套、普通弹簧、形状记忆合金弹簧、密封圈组成，其特征在于：

所述油箱箱体内壁两侧各设一块活动板，活动板与箱体形成密封腔，内部为空气；所述箱体壁面与活动板之间采用一根普通弹簧连接；

所述油箱底部安装有空心弹性橡胶托体，橡胶托体内部充满空气；所述橡胶托体的橡胶层中嵌有弹性钢丝网，使其兼具弹性与支撑性能；所述橡胶托体上开有导油槽，当通过注油口给油箱充满高压油后，高压油能进入活塞下表面，从而使得活塞与橡胶托体分离，悬置于液压油中；

所述油箱箱体上板中心开有圆孔，圆孔与导向套配合，活塞杆穿过导向套，上端与安装台面连接，下端与活塞连接；导向套与活塞杆接触部分利用密封圈密封；

所述活塞上开有若干阻尼孔，用以调节整体的阻尼特性；

所述导向套上端面与安装台面之间安装有形状记忆合金弹簧，导向套下端与活塞之间也设置形状记忆合金弹簧；所述的形状记忆合金弹簧工作在超弹性工作区。