CN107013620A - 一种主动式船用液压站动力吸振器 - Google Patents

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Abstract

一种主动式船用液压站动力吸振器，至少包括质量块、缸筒、活塞杆、压力传感器、排气阀、进气阀、空气压缩机、加速度传感器和ECU，质量块固定在缸筒上，缸筒与活塞杆配合安装，活塞杆固定在液压站基座上；活塞杆为空腔结构，活塞杆空腔内布置有油腔和气腔，油腔在上，气腔在下，气腔与油腔之间由隔膜隔开；排气阀、进气阀安装在活塞杆下部且与气腔连通，空气压缩机通过进气阀与活塞杆的气腔连接；压力传感器布置在活塞杆下部的气腔侧壁上；加速度传感器和ECU布置在液压站基座上，压力传感器、进气阀、排气阀、空气压缩机和加速度传感器均与ECU连接。本发明动力吸振器频率主动可调，有效吸收液压站振动的能量，保证其平稳运行。

Description

一种主动式船用液压站动力吸振器
技术领域
本发明涉及吸振器领域，具体涉及一种主动式船用液压站动力吸振器。
背景技术
随着国防技术的不断发展，船舶工业水平也在不断进步，我国船舶的航行范围开始由近海逐渐走向深海，船舶吨位正在不断增长，相应的船用液压站的尺寸也在逐渐加大。然而，液压站的振动与噪声随着尺寸的增长日趋严重，却未引起足够的重视，这会影响到液压站的工作性能，也会对船员的身心健康造成不利影响。现有的吸振装置体积庞大，频率不易主动调整，无法在有效频率范围内吸收振动能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有液压站的吸振装置存在的上述不足，提供一种主动式船用液压站动力吸振器，在不影响液压站正常运行的前提下，动力吸振器在有限空间内频率主动可调，能够有效吸收液压站振动的能量，保证其平稳运行。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种主动式船用液压站动力吸振器，至少包括质量块、缸筒、活塞杆、压力传感器、排气阀、进气阀、空气压缩机、加速度传感器和ECU，质量块固定在缸筒上，缸筒与活塞杆配合安装，活塞杆固定在液压站基座上；活塞杆为空腔结构，活塞杆空腔内布置有油腔和气腔，油腔在上，气腔在下，缸筒顶部以下、活塞杆顶部以上区域以及活塞杆侧壁与两侧缸筒之间的空腔区域为油腔，气腔与油腔之间由隔膜隔开；排气阀、进气阀安装在活塞杆下部且与气腔连通，空气压缩机通过进气阀与活塞杆的气腔连接、用于为气腔供气；压力传感器布置在活塞杆下部的气腔侧壁上，用于实时检测气腔压力；加速度传感器和ECU布置在液压站基座上，压力传感器、进气阀、排气阀、空气压缩机和加速度传感器均与ECU连接。
按上述方案，所述活塞杆的上部还安装有压缩单向阀和伸张单向阀，压缩单向阀、伸张单向阀反向布置，在活塞杆的压缩与伸张行程中压缩单向阀和伸张单向阀单向导流，活塞杆顶部以上区域的油腔中的油液以及活塞杆侧壁与两侧缸筒之间的油腔的油液互相流动(衰减振动)。
按上述方案，所述质量块为圆柱体，质量块底部加工有法兰，沿法兰周向开有4个通孔，缸筒顶部设置对应通孔的螺纹孔，质量块与缸筒通过螺栓穿过通孔及螺纹孔固定在一起。
按上述方案，所述活塞杆底部加工有法兰，沿法兰周向开有通孔，活塞杆与液压站基座通过螺栓连接固定在一起，当液压站振动通过基座传递时，活塞杆不动，缸筒带动质量块一起上下振动。
按上述方案，所述活塞杆的侧壁加工有阻尼小孔，阻尼小孔用于在活塞杆的压缩与伸张行程中消耗一部分能量，以热量形式散失。
按上述方案，所述进气阀和排气阀均为二位二通电磁换向阀，进气阀和排气阀根据ECU的信号进行动作，在不工作时均为常闭状态。
按上述方案，所述ECU选用GReddy E-Manage Ultimate 16bit元处理器。
按上述方案，所述加速度传感器用于将检测到的液压站的振动的加速度信号转变为电信号，然后对信号进行放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，通过A/D转换器转化为时域信号，传送到ECU；所述压力传感器用于实时检测气腔压力信号，将压力信号转化为电信号，再经过信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，进行A/D转换后得到气腔压力值反馈给ECU。
按上述方案，所述ECU用于通过傅里叶变换将加速度传感器传送的时域信号转换为频域信号，同时通过max函数找出频域信号形成的频域曲线的峰值频率，然后根据公式计算缸筒达到共振频率所对应的刚度K，其中，ω为液压站振动的峰值频率，M为质量块的质量；根据活塞杆初始平衡位置时气腔内气体体积公式V0＝Al0，其中，A为气腔横截面积，l0为平衡位置的气柱高度，PVm＝P0V0 m，其中，P为气腔压强，P0为平衡位置的气腔压强、由压力传感器测量得到，得到气腔压强S为活塞杆相对于平衡位置的位移，m为气体多变指数，绝热状态取m＝1.4，根据气腔压强最终得到达到共振时的气腔压力缸筒达到共振频率所对应的刚度由以上公式计算缸筒达到共振时的气腔压力F；并用将计算得到的气腔压力F与压力传感器实时检测的气腔压力值进行对比，计算二者压差(即达到共振状态气腔需增加的压力值)，然后向进气阀和空气压缩机发出指令信号，控制进气阀动作，阀口打开，空气压缩机根据ECU的信号向气腔供气。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：结构简单，布局紧凑，在不影响液压站正常运行的前提下，动力吸振器在有限空间内频率主动可调，能够有效吸收液压站振动的能量，保证其平稳运行；吸振效果良好，具有极佳的应用前景。
附图说明
图1为本发明主动式船用液压站动力吸振器的整体结构示意图；
图2为图1中活塞杆的剖视图；
图3为图1中伸张单向阀的剖视图；
图4为图1中进气阀的结构图；
图中，1-质量块，2-缸筒，3-压缩单向阀，4-伸张单向阀，5-活塞杆，6-压力传感器，7-排气阀，8-进气阀，9-空气压缩机，10-加速度传感器，11-ECU。
具体实施方式
为使本发明的结构和原理更加简单易懂，下面结合具体附图作进一步阐释。
参照图1～图4所示，本发明实施例所述的主动式船用液压站动力吸振器，至少包括质量块1、缸筒2、活塞杆5、压力传感器6、排气阀7、进气阀8、空气压缩机9、加速度传感器10和ECU11，质量块1固定在缸筒2上，缸筒2与活塞杆5配合安装，活塞杆5固定在液压站基座上；活塞杆5为空腔结构，活塞杆5空腔内布置有油腔和气腔，油腔在上，气腔在下，缸筒2顶部以下、活塞杆5顶部以上区域以及活塞杆5侧壁与两侧缸筒2之间的空腔区域为油腔，气腔与油腔之间由隔膜隔开；排气阀7、进气阀8安装在活塞杆5下部且与气腔连通，空气压缩机9通过进气阀8与活塞杆5的气腔连接、用于为气腔供气；压力传感器6布置在活塞杆5下部的气腔侧壁上，用于实时检测气腔压力；加速度传感器10和ECU11布置在液压站基座上，压力传感器6、进气阀8、排气阀7、空气压缩机9和加速度传感器10均与ECU11连接。
质量块1为圆柱体，质量块1底部加工有法兰，沿法兰周向开有4个通孔，缸筒2顶部设置对应通孔的螺纹孔，质量块1与缸筒2通过螺栓穿过通孔及螺纹孔固定在一起。
活塞杆5底部加工有法兰，沿法兰周向开有通孔，活塞杆5与液压站基座通过螺栓连接固定在一起，当液压站振动通过基座传递时，活塞杆5不动，缸筒2带动质量块1一起上下振动。
活塞杆5的侧壁加工有阻尼小孔，阻尼小孔用于在活塞杆5的压缩与伸张行程中消耗一部分能量，以热量形式散失。
进气阀8和排气阀7均为二位二通电磁换向阀，进气阀8和排气阀7根据ECU11的信号进行动作，在不工作时均为常闭状态。
活塞杆5的上部还安装有压缩单向阀3和伸张单向阀4，压缩单向阀3、伸张单向阀4反向布置，在活塞杆5的压缩与伸张行程中压缩单向阀3和伸张单向阀4单向导流，使得活塞杆5顶部以上区域的油腔中的油液以及活塞杆5侧壁与两侧缸筒2之间的油腔的油液互相流动，起到衰减振动的作用。
ECU11选用GReddy E-Manage Ultimate 16bit元处理器，成本低，程序可以重新编写。
在工作过程中，当液压站振动时，液压站的振动能量通过基座进行传递，加速度传感器10将检测到的液压站的振动的加速度信号(非电物理量)转变为电信号，然后对信号进行放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，通过A/D转换器转化为时域信号，传送到ECU11，经由ECU11的中央处理器CPU处理，
ECU11通过傅里叶变换将加速度传感器传送的时域信号转换为频域信号，同时通过max函数找出频域信号形成的频域曲线的峰值频率，然后根据公式计算缸筒2共振频率所对应的刚度K，其中，ω为液压站振动的峰值频率，M为质量块1的质量；根据活塞杆5初始平衡位置时气腔内气体体积公式V0＝Al0，其中，A为气腔横截面积，l0为平衡位置的气柱高度，PVm＝P0V0 m，其中，P为气腔压强，P0为平衡位置的气腔压强、由压力传感器6测量得到，得到气腔压强S为活塞杆5相对于平衡位置的位移，m为气体多变指数，绝热状态取m＝1.4，根据气腔压强最终得到达到共振时的气腔压力缸筒2达到共振频率所对应的刚度由以上公式计算缸筒2达到共振时的气腔压力F。
同时，压力传感器6实时检测气腔压力信号，将压力信号转化为电信号，再经过信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，进行A/D转换后反馈给ECU11，交由ECU11的中央处理器CPU处理得到气腔压力值，ECU11将根据加速传感器10转换计算得到的气腔压力F与压力传感器6实时检测的气腔压力值进行对比，计算二者压差(即达到共振状态气腔需要增加的压力值)，然后向进气阀8和空气压缩机9发出指令信号，控制进气阀8动作，阀口打开，空气压缩机9根据ECU11的信号向气腔供气。当压力传感器6实时检测的气腔压力值达到加速度传感器转换计算得到的气腔压力F时(即压差为0)，缸筒2的频率达到液压站频率，开始共振，质量块1与缸筒2一起振动，质量块1振动产生的反作用力可以抵消液压站振动能量，有效吸收振动，起到吸振效果，同时ECU11发出指令，控制空气压缩机9和进气阀8关闭。
压力传感器6在进气过程中将实时检测到的气腔压力值反馈给ECU11，当气腔压力值达到设定的压力阀值上限时，ECU11向排气阀7发出指令，控制排气阀7动作，开始排气；当气腔压力下降至设定的压力阀值下限时，ECU11再次发出指令，控制排气阀7动作，停止排气。当液压站振动频率变化时，ECU11计算对应的压差，然后发出信号，控制进气阀8、排气阀7的开闭，主动调整缸筒2的振动频率至目标值，以保证动力吸振器的频率主动可调。
以上所述讲解了本发明的具体结构和工作原理，应当指出的是，以上仅是本发明的最佳实施实例。本行业的工程技术人员应该了解，一切以本发明的结构原理为基础，在不脱离本发明的技术范畴内的改进与替换，均属于本发明的技术保护范围。

Claims (9)

1.一种主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：至少包括质量块、缸筒、活塞杆、压力传感器、排气阀、进气阀、空气压缩机、加速度传感器和ECU，质量块固定在缸筒上，缸筒与活塞杆配合安装，活塞杆固定在液压站基座上；活塞杆为空腔结构，活塞杆空腔内布置有油腔和气腔，油腔在上，气腔在下，缸筒顶部以下、活塞杆顶部以上区域以及活塞杆侧壁与两侧缸筒之间的空腔区域为油腔，气腔与油腔之间由隔膜隔开；排气阀、进气阀安装在活塞杆下部且与气腔连通，空气压缩机通过进气阀与活塞杆的气腔连接、用于为气腔供气；压力传感器布置在活塞杆下部的气腔侧壁上，用于实时检测气腔压力；加速度传感器和ECU布置在液压站基座上，压力传感器、进气阀、排气阀、空气压缩机和加速度传感器均与ECU连接。
2.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述活塞杆的上部还安装有压缩单向阀和伸张单向阀，压缩单向阀、伸张单向阀反向布置，在活塞杆的压缩与伸张行程中压缩单向阀和伸张单向阀单向导流，活塞杆顶部以上区域的油腔中的油液以及活塞杆侧壁与两侧缸筒之间的油腔的油液互相流动。
3.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述质量块为圆柱体，质量块底部加工有法兰，沿法兰周向开有4个通孔，缸筒顶部设置对应通孔的螺纹孔，质量块与缸筒通过螺栓穿过通孔及螺纹孔固定在一起。
4.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述活塞杆底部加工有法兰，沿法兰周向开有通孔，活塞杆与液压站基座通过螺栓连接固定在一起，当液压站振动通过基座传递时，活塞杆不动，缸筒带动质量块一起上下振动。
5.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述活塞杆的侧壁加工有阻尼小孔，阻尼小孔用于在活塞杆的压缩与伸张行程中消耗一部分能量，以热量形式散失。
6.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述进气阀和排气阀均为二位二通电磁换向阀，进气阀和排气阀根据ECU的信号进行动作，在不工作时均为常闭状态。
7.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述ECU选用GReddy E-Manage Ultimate 16bit元处理器。
8.根据权利要求1所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述加速度传感器用于将检测到的液压站的振动的加速度信号转变为电信号，然后对信号进行放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，通过A/D转换器转化为时域信号，传送到ECU；所述压力传感器用于实时检测气腔压力信号，将压力信号转化为电信号，再经过信号放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护后，进行A/D转换后得到气腔压力值反馈给ECU。
9.根据权利要求8所述的主动式船用液压站动力吸振器，其特征在于：所述ECU用于通过傅里叶变换将加速度传感器传送的时域信号转换为频域信号，同时通过max函数找出频域信号形成的频域曲线的峰值频率，然后根据公式计算缸筒达到共振频率所对应的刚度K，其中，ω为液压站振动的峰值频率，M为质量块的质量；根据活塞杆初始平衡位置时气腔内气体体积公式V0＝Al0，其中，A为气腔横截面积，l0为平衡位置的气柱高度，PVm＝P0V0 m，其中，P为气腔压强，P0为平衡位置的气腔压强、由压力传感器测量得到，得到气腔压强S为活塞杆相对于平衡位置的位移，m为气体多变指数，绝热状态取m＝1.4，根据气腔压强最终得到达到共振时的气腔压力缸筒达到共振频率所对应的刚度由以上公式计算缸筒达到共振时的气腔压力F；并用将计算得到的气腔压力F与压力传感器实时检测的气腔压力值进行对比，计算二者压差，然后向进气阀和空气压缩机发出指令信号，控制进气阀动作，阀口打开，空气压缩机根据ECU的信号向气腔供气。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181023

Termination date: 20200503

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