CN106015425A - 一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，包括等效弹性元件1、受控系统2、吸振器壳体3、固定螺栓4、筒状锥形弹性体5、爪型可扩张圈6、加速度传感器7、电荷放大器8、锥形铁芯9、电磁线圈10、吸振块11、可控直流电源12和控制系统13，其中，吸振器壳体3固定于受控系统2，吸振器壳体3内部依次设有筒状锥形弹性体5、爪型可扩张圈6、锥形铁芯9，电磁线圈10缠绕在吸振器壳体3下部；加速度传感器7设于受控系统2，电荷放大器8与加速度传感器7和控制系统13连接，可控直流电源12与控制系统13和电磁线圈10连接。本发明解决了吸振器减振频带狭窄的问题，且结构简单，响应速度块，不需大量外界能量供应。
Description
技术领域
本发明属于振动控制领域，具体涉及一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器。
背景技术
动力吸振器因为结构简单，性能稳定且经济性好，所以在机械系统、工程结构和建筑等领域得到了广泛的应用。动力吸振器工作原理可以简化为二自由度振动系统，具体如图1所示，受控系统质量、刚度分别为m`1、k1，吸振器质量、刚度分别为m2、k2，受控系统在简谐激振力f sin(ωt)作用下的位移为x1，吸振器位移为x2，由振动力学理论可知运动学方程如式1：
求解得到受控系统的振幅为：
由公式(2)可知，k2-m2ω2＝0时，即时，受控系统振幅最小为零，即当吸振器固有频率等于外界激振频率时，吸振器可有效降低受控系统振动。然而传统吸振器由于结构参数不可变，固有频率不可调，所以其减振频带太窄，一旦外界激振频率偏离吸振器固有频率，其减振性能会大幅降低。主动式动力吸振器可以克服上述缺陷，但是其工作需要大量的能量供应，成本高，结构复杂，并且控制不当极易加剧受控系统振动。
有鉴于上述现有的动力吸振器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的基于电磁压缩变刚度的宽频吸振器，能够改进一般现有动力吸振器存在的缺陷，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，可以有效解决传统吸振器减振频带狭窄的问题，同时结构简单，响应速度块，不需要大量的外界能量供应。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中包括：吸振单元、信号采集单元以及控制单元；
所述吸振单元包括等效弹性元件1、受控系统2、吸振器壳体3、固定螺栓4、筒状锥形弹性体5、爪型可扩张圈6、锥形铁芯9、电磁线圈10、吸振块11，其中，所述吸振器壳体3通过固定螺栓4固定于受控系统2，吸振器壳体3的内部依次设有筒状锥形弹性体5、爪型可扩张圈6、锥形铁芯9，所述电磁线圈10缠绕在吸振器壳体3的下部；吸振块11设于吸振器壳体3的下方并与锥形铁芯9相连；
所述信号采集单元包括加速度传感器7和电荷放大器8，所述加速度传感器7设于受控系统2上以采集受控系统的振动信号，所述电荷放大器8的输入端与加速度传感器7连接，其输出端与控制系统13连接；
所述控制单元包括可控直流电源12和控制系统13，控制系统13的输出端连接可控直流电源12，可控直流电源12的输出端连接电磁线圈10。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中，所述吸振器壳体3的内径上部大于下部。
前述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中，所述吸振器壳体3内部设有卡槽，防止筒状锥形弹性体5滑落。
前述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中，所述爪型可扩张圈6为锥形结构且上端分离。
前述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中，所述电荷放大器8将加速度传感器7采集的振动信号进行放大处理并传入控制系统13，控制系统13对接收到的振动信号进行频谱分析，并发出信号控制可控直流电源12的输出电流大小。
前述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其中，电磁线圈10根据可控直流电源12的输出电流大小改变磁力，进一步吸进或放松锥形铁芯9，从而调节吸振器固有频率并使之等于外界激振频率。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，借由上述技术方案，本发明一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
(1)、本发明的结构简单，不需要大量的外界能量供应。
(2)、本发明的减振频带范围宽，通过改变电磁线圈的电流调节线圈对锥形铁芯引力，进而压紧或放松弹性体以改变弹性体的有效剪切模量，实现对吸振器刚度的调节，可在一定频域范围内充分利用反共振原理，发挥吸振器的减振性能。
(3)、本发明的吸振器响应速度快，由电生磁速度快，故吸振器调节固有频率的响应速度也快，因而可快速达到使用效果。
综上所述，本发明一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明吸振器的结构示意图；
图3为本发明吸振器的吸振单元结构放大图；
图4为本发明吸振器壳体结构简图；
图5为本发明吸振器的筒状锥形弹性体结构简图；
图6为本发明吸振器的爪型可扩张圈结构简图；
图7为本发明针对受控系统在变频激励下的减振效果图。
【主要元件符号说明】
1：等效弹性元件 2：受控系统
3：吸振器壳体 4：固定螺栓
5：筒状锥形弹性体 6：爪型可扩张圈
7：加速度传感器 8：电荷放大器
9：锥形铁芯 10：电磁线圈
11：吸振块 12：可控直流电源
13：控制系统
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，包括：吸振单元、信号采集单元以及控制单元；
所述吸振单元包括：通过固定螺栓4固定于受控系统2的吸振器壳体3，吸振器壳体3的内径上部略大于下部，筒状锥形弹性体5设于吸振器壳体3的内部，吸振器壳体3内部有卡槽，可保证筒状锥形弹性体5不脱落，筒状锥形弹性体5内部设有爪型可扩张圈6，爪型可扩张圈6上端分离，其内部设有锥形铁芯9，爪型可扩张圈6通过锥形铁芯9的压力作用将筒状锥形弹性体5压紧于吸振器壳体3和爪型可扩张圈6之间；电磁线圈10缠绕在吸振器壳体3的下部，吸振块11设于锥形铁芯9下部并与锥形铁芯9相连；
所述信号采集单元包括：加速度传感器7以及电荷放大器8，加速度传感器7设置于受控系统2上以采集受控系统的振动信号，电荷放大器8输入端连接加速度传感器7，输出端连接控制系统13；控制系统13的输出端连接可控直流电源12，可控直流电源12的输出端与电磁线圈10相连。
所述电荷放大器8将加速度传感器7采集的振动信号进行放大处理并传入控制系统13，控制系统13对接收到的振动信号进行频谱分析，同时发出信号控制直流电源12的电流大小，
具体工作过程中，当受控系统2受外界激励振动时，加速度传感器7采集受控系统2的振动信号，信号通过电荷放大器8的放大作用传输给控制系统13，控制系统13对振动信号进行快速傅里叶分析得到外界激振频率，控制系统13根据所得外界激振频率发出控制信号来控制可控直流电源12的输出电流大小，当输出电流大小改变后，电磁线圈10产生的磁力将改变，因而进一步吸进或放松锥形铁芯9，如当外界激振频率大于吸振器固有频率时，控制系统13发出控制信号使直流电源电流增加，电磁线圈10产生的吸引力增加，以使锥形铁芯9沿爪型可扩张圈6下滑，爪型可扩张圈6直径增加使得筒状锥形弹性体5被进一步压紧，其有效剪切模量增加，刚度增加，由公式2可知吸振器的固有频率随刚度的改变而改变，所以吸振器固有频率也随之变大，至此实现吸振器对外界激振频率的追踪，保证在较宽的频带内吸振器的减振性能。
如图5所示，开始阶段，吸振器固有频率不等于外界激振频率，受控系统振幅较大，在150s时吸振器通过采集受控系统振动情况并进行快速傅里叶分析得出外界激振频率，通过电磁线圈作用产生磁力来压紧或放松弹性体进而调节吸振器固有频率，并使之等于外界激振频率，此后受控系统振幅大幅降低，在400s时外界激振频率发生改变，使得吸振器固有频率不等于外界激振频率，受控系统振幅大幅增加，在600s时，吸振器再次通过调节电流改变电磁力，以此改变弹性体刚度，对吸振器固有频率进行调节并使之等于外界激振频率，此后受控系统振幅再次大幅降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于其包括：吸振单元、信号采集单元以及控制单元；
所述吸振单元包括等效弹性元件(1)、受控系统(2)、吸振器壳体(3)、固定螺栓(4)、筒状锥形弹性体(5)、爪型可扩张圈(6)、锥形铁芯(9)、电磁线圈(10)、吸振块(11)，其中，所述吸振器壳体(3)通过固定螺栓(4)固定于受控系统(2)，吸振器壳体(3)的内部依次设有筒状锥形弹性体(5)、爪型可扩张圈(6)、锥形铁芯(9)，所述电磁线圈(10)缠绕在吸振器壳体(3)的下部；所述吸振块(11)设于吸振器壳体(3)的下方并与锥形铁芯(9)相连；
所述信号采集单元包括加速度传感器(7)和电荷放大器(8)，所述加速度传感器(7)设于受控系统(2)上以采集受控系统的振动信号，所述电荷放大器(8)的输入端与加速度传感器(7)连接，其输出端与控制系统(13)连接；
所述控制单元包括可控直流电源(12)和控制系统(13)，所述控制系统(13)的输出端连接可控直流电源(12)，可控直流电源(12)的输出端连接电磁线圈(10)。
2.如权利要求1所述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于所述吸振器壳体(3)的内径上部大于下部。
3.如权利要求1所述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于所述吸振器壳体(3)内部设有卡槽，防止筒状锥形弹性体(5)滑落。
4.如权利要求1所述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于所述爪型可扩张圈(6)为锥形结构且上端分离。
5.如权利要求1所述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于所述电荷放大器(8)将加速度传感器(7)采集的振动信号放大处理并传入控制系统(13)，控制系统(13)对接收到的振动信号进行频谱分析，并发出信号控制可控直流电源(12)的输出电流大小。
6.如权利要求1所述的一种基于电磁压缩的变刚度宽频吸振器，其特征在于电磁线圈(10)根据可控直流电源(12)的输出电流大小改变磁力，吸进或放松锥形铁芯(9)，调节吸振器固有频率并使之等于外界激振频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20161012 Assignee: Henan Yuanyuan Information Technology Co.,Ltd. Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980003122 Denomination of invention: A Variable Stiffness Broadband Vibration Absorber Based on Electromagnetic Compression Granted publication date: 20171121 License type: Common License Record date: 20240326 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |