CN108412949B - 一种管道自适应等刚度动力吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管道自适应等刚度动力吸振器，包括支座及其外部沿圆周方向设置的多个矩形触端，每个矩形触端上固定有弹簧杆；在支座的外围设置有框架，框架上间隔安装有多个刚度调节机构，每个刚度调节机构分别与弹簧杆连接；位于支座的顶部安装有加速度传感器；还包括控制电路板，所述控制电路板分别通过导线与加速度传感器和各个刚度调节机构连接。弹簧杆与刚度调节机构通过滑块相连，通过控制线路板和加速度传感器的信号传输，实现吸振器频率的自动跟随，本发明调频范围宽、弹簧杆在任意方向上具有等刚度特性、弹性杆刚度调节机构与弹性杆之间在实现自调谐功能的前提下能够紧密连接、结构紧凑适用于各种场所尤其是狭小空间。

Description

一种管道自适应等刚度动力吸振器
技术领域
本发明涉及振动噪声控制技术领域，尤其是一种管道自适应等刚度动力吸振器。
背景技术
船舶管道动力吸振器主要作用是控制由机械设备传递到管路的低频线谱振动。吸振器一般针对旋转设备的某个固定转速控制轴频振动，如果设备工作不稳定，或者具有多个运行工况，普通的被动式吸振器无法获得理想效果。如果吸振器本身能根据管道振动频率自动调节自身的共振频率则能解决上述问，这类吸振器称为自适应吸振器。管道动力吸振器有单向或多向的，单向吸振器仅能控制一个方向的振动，结构较为简单，在这种吸振器基础上，通过增加控制和执行机构较易实现吸振器的自适应功能。多向吸振器又包括平面多向和空间多向，前者是指吸振器在垂直于一个坐标轴的平面内在任意方向具有相同的刚度，后者则是在空间任意方向都具有同样的刚度，两者分别适用于对具有平面或空间振动特性的物体减振。具有空间等刚度的动力吸振器称为等刚度动力吸振器，等刚度动力吸振器的结构一般比较复杂，实现其自适应功能具有较大难度。在实际应用中，可以通过将多个自适应单向吸振器进行组合获得自适应多向吸振功能，但是这种方案在船舶上往往由于空间狭小而难以应用。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构紧凑的自适应等刚度动力吸振器,实现吸振器频率的自动跟随，具有调频范围宽、等刚度多向吸振功能，确保具有空间振动特性的物体的减振作用，适用在船舶等空间狭小的场所应用。
本发明所采用的技术方案如下：
一种管道自适应等刚度动力吸振器，包括支座，支座的外部沿圆周方向设置多个矩形触端，每个矩形触端上固定有弹簧杆；在支座的外围设置有框架，所述框架上间隔安装有多个刚度调节机构，每个刚度调节机构分别与弹簧杆连接；位于支座的顶部安装有加速度传感器；还包括控制电路板，所述控制电路板分别通过导线与加速度传感器和各个刚度调节机构连接。
其进一步技术方案在于：
所述支座的外部沿圆周方向均匀分布有四个矩形触端。
所述支座中心开有圆孔，圆孔内表面与管道外壁面贴合夹紧。
所述框架上的刚度调节机构安装有四组，并关于支座的中心呈中心对称。
单个刚度调节机构的结构为：包括固定在框架上的步进电机，所述步进电机的输出轴上安装行星齿轮，与行星齿轮同轴安装有丝杆，所述丝杆上套有螺母，所述螺母通过金属片与滑块连接，所述框架上设置有导向槽，所述导向槽内安装滑块，滑块内穿过弹簧杆，所述螺母的端面一侧延伸有连接杆；还包括安装在框架外侧的位移传感器，所述位移传感器与连接杆连接。
滑块的安装结构为：滑块内部设有内套管和外套管，所述内套管在外套管内部；所述内套管中心开有穿过弹簧杆的穿通孔；所述内套管中部成圆柱体结构，并在其一端延伸有圆锥形结构，另一端延伸有大直径圆柱体；所述圆锥形结构的锥面、大直径圆柱体的圆柱面分别与外套管的内表面贴合，所述圆柱体结构的外表面与外套管内表面之间形成间隙，在所述间隙内安装螺旋弹簧；所述外套管的内壁设置有凸台，所述凸台的端面和所述大直径圆柱体的端面将螺旋弹簧压紧。
所述滑块沿轴向开有两道互相垂直的槽，并在其截面开成十字形结构。
所述弹簧杆分为互相垂直的两组，每组中的两根弹簧杆互相平行。
所述弹簧杆绕其横截面上两个惯性主轴的惯性矩之比为1/2，大惯性矩的惯性主轴与管道轴向方向平行。
本发明的有益效果如下：
本发明结构合理、紧凑，具有自动调谐、调频范围宽、等刚度动力吸振的优点，可实现对管道的空间多向等刚度振动控制。
具体优点如下：
1、通过采集管道上的振动信号，分析线谱频率，然后通过特定算法驱动步进电机改变弹簧杆刚度，实现吸振器频率的自动跟随。
2、四个弹簧杆呈中心对称布置成相互垂直的两组，相互垂直的布置方式使两组弹簧杆的刚度实现相互独立的调节；由于悬臂弹簧杆的刚度与其长度的立方成反比，吸振器具有调频范围宽的特点。
3、弹簧杆绕其横截面上两个惯性主轴的惯性矩之比为1/2，且使具有较大惯性矩的惯性主轴与管道轴向方向平行，保证吸振器在任意方向上具有等刚度特性。
4、在滑块的设计中，内外套管的间隙中设置的螺旋弹簧、沿轴向开的十字槽，具有间隙补偿功能，使弹性杆刚度调节机构与弹性杆之间在实现自调谐功能的前提下紧密连接，增强吸振器的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明弹簧杆安装于滑块内的结构示意图。
图3为图2中沿A-A截面的全剖面图。
其中：1、支座；2、框架；3、步进电机；4、行星齿轮；5、螺母；6、丝杆；7、滑块；8、弹簧杆；9、位移传感器；10、加速度传感器；11、控制电路板；12、内套管；13、外套管；14、螺旋弹簧；15、连接杆；16、金属片；17、凸台；18、大直径圆柱体的端面；19、槽。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的管道自适应等刚度动力吸振器，包括支座1，支座1的外部沿圆周方向设置多个矩形触端，每个矩形触端上固定有弹簧杆8；在支座1的外围设置有框架2，框架2上间隔安装有多个刚度调节机构，每个刚度调节机构分别与弹簧杆8连接；位于支座1的顶部安装有加速度传感器10；还包括控制电路板11，控制电路板11分别通过导线与加速度传感器10和各个刚度调节机构连接。
支座1的外部沿圆周方向均匀分布有四个矩形触端。
支座1中心开有圆孔，圆孔内表面与管道外壁面贴合夹紧。
框架2上的刚度调节机构安装有四组，并关于支座1的中心呈中心对称。
单个刚度调节机构的结构为：包括固定在框架2上的步进电机3，步进电机3的输出轴上安装行星齿轮4，与行星齿轮4同轴安装有丝杆6，丝杆6上套有螺母5，螺母5通过金属片16与滑块7连接，框架2上设置有导向槽，导向槽内安装滑块7，滑块7内穿过弹簧杆8，螺母5的端面一侧延伸有连接杆15；还包括安装在框架2外侧的位移传感器9，位移传感器9与连接杆15连接。
如图2所示，滑块7的安装结构为：滑块7内部设有内套管12和外套管13，内套管12在外套管13内部；内套管12中心开有穿过弹簧杆8的穿通孔；内套管12中部成圆柱体结构，并在其一端延伸有圆锥形结构，另一端延伸有大直径圆柱体；圆锥形结构的锥面、大直径圆柱体的圆柱面分别与外套管13的内表面贴合，圆柱体结构的外表面与外套管13内表面之间形成间隙，在间隙内安装螺旋弹簧14；外套管13的内壁设置有凸台17，凸台17的端面和大直径圆柱体的端面18将螺旋弹簧14压紧。
如图3所示，滑块7沿轴向开有两道互相垂直的槽19，并在其截面开成十字形结构，使得内套管12、外套管13可以沿径向变形，使弹性杆刚度调节机构与弹性杆之间在实现自调谐功能的前提下紧密连接，增强吸振器的可靠性。
弹簧杆8分为互相垂直的两组，每组中的两根弹簧杆8互相平行。
弹簧杆8绕其横截面上两个惯性主轴的惯性矩之比为1/2，大惯性矩的惯性主轴与管道轴向方向平行。
吸振器工作时，加速度传感器10获取由机械设备传递到管道上的振动信号，经过控制电路板11分析获得线谱频率和滑块7相对于弹簧杆8的位置，通过与位移传感器9获得的滑块7的当前位置进行对比，确定滑块7的运动方向和距离；控制电路板11向步进电机3发送电信号，使其通过行星齿轮4和丝杆6驱动螺母5，螺母5通过金属片16与滑块7连接，带动滑块7到达指定位置。
为了保证吸振器各方向具有同样的共振频率，控制电路板11向四个刚度调节机构的步进电机3发送相同电信号，使滑块7的位置相对其各自所对应的弹簧杆8的固定端的距离相等。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种管道自适应等刚度动力吸振器，其特征在于：包括支座(1)，支座(1)的外部沿圆周方向设置多个矩形触端，每个矩形触端上固定有弹簧杆(8)；在支座(1)的外围设置有框架(2)，所述框架(2)上间隔安装有多个刚度调节机构，每个刚度调节机构分别与弹簧杆(8)连接；位于支座(1)的顶部安装有加速度传感器(10)；还包括控制电路板(11)，所述控制电路板(11)分别通过导线与加速度传感器(10)和各个刚度调节机构连接；支座(1)的外部沿圆周方向均匀分布有四个矩形触端；所述支座(1)中心开有圆孔，圆孔内表面与管道外壁面贴合夹紧；所述框架(2)上的刚度调节机构安装有四组，并关于支座(1)的中心呈中心对称；所述弹簧杆(8)分为互相垂直的两组，每组中的两根弹簧杆(8)互相平行，所述弹簧杆(8)绕其横截面上两个惯性主轴的惯性矩之比为1/2，大惯性矩的惯性主轴与管道轴向方向平行；单个刚度调节机构的结构为：包括固定在框架(2)上的步进电机(3)，所述步进电机(3)的输出轴上安装行星齿轮(4)，与行星齿轮(4)同轴安装有丝杆(6)，所述丝杆(6)上套有螺母(5)，所述螺母(5)通过金属片(16)与滑块(7)连接，所述框架(2)上设置有导向槽，所述导向槽内安装滑块(7)，滑块(7)内穿过弹簧杆(8)，所述螺母(5)的端面一侧延伸有连接杆(15)；还包括安装在框架(2)外侧的位移传感器(9)，所述位移传感器(9)与连接杆(15)连接。
2.如权利要求1所述一种管道自适应等刚度动力吸振器，其特征在于：滑块(7)的安装结构为：滑块(7)内部设有内套管(12)和外套管(13)，所述内套管(12)在外套管(13)内部；所述内套管(12)中心开有穿过弹簧杆(8)的穿通孔；所述内套管(12)中部成圆柱体结构，并在其一端延伸有圆锥形结构，另一端延伸有大直径圆柱体；所述圆锥形结构的锥面、大直径圆柱体的圆柱面分别与外套管(13)的内表面贴合，所述圆柱体结构的外表面与外套管(13)内表面之间形成间隙，在所述间隙内安装螺旋弹簧(14)；所述外套管(13)的内壁设置有凸台(17)，所述凸台(17)的端面和所述大直径圆柱体的端面(18)将螺旋弹簧(14)压紧。
3.如权利要求2所述一种管道自适应等刚度动力吸振器，其特征在于：所述滑块(7)沿轴向开有两道互相垂直的槽(19)，并在其截面开成十字形结构。
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