CN108458040A - 一种集成式可调节双层减振模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成式可调节双层减振模块,气囊减振器装在基础和中间质量之间，上层减振器装在中间质量和机电设备之间；中间质量安装附加质量块或吸振器；气囊减振器通过气管与压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接；控制器通过电缆与位移传感器、压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接，构成反馈控制系统；反馈控制系统安装在中间质量上。本发明以机电设备与基础之间的高度为控制目标，并参考气囊减振器的囊内气压，控制高度精度。气囊减振器高度可调、承载范围宽，当改变中间质量时，可通过调整气压使气囊减振器保持在恒定高度。本发明集成度高、结构紧凑、减振装置高度精确可控，可在试验现场实时调整中间质量，获得最佳减振效果。

Description

一种集成式可调节双层减振模块

技术领域

本发明涉及振动噪声控制和传感器测量技术领域，具体涉及一种集成式可调节双层减振模块。

背景技术

将机电设备安装在减振(或隔振)装置上可有效降低其传递到环境中的振动。双层(或浮筏)减振装置由上层减振器、中间质量(或称“筏体”)和下层减振器构成，因其具有优良的减振效果，在许多工业领域、特别是船舶机电设备上获得广泛应用。

双层减振装置的中间质量对减振效果有很大的影响，一般而言其刚度越大、质量越大则减振效果越好。中间质量一般采用两种结构形式：一种是整体框架式结构，另一种是分散质量块式结构。整体框架式结构是由板、梁等构成的平台。其优点是可以安装多台机电设备，节省安装空间；缺点是板、梁结构刚度相对较弱，存在大量的中、高频振动模态，对减振效果有不利影响。分散质量块式结构是尺寸相对较小的金属块。其优点是刚度较强，有利于提高减振效果；缺点是只适用于单台机电设备。

中间质量的设计是双层减振装置设计中的关键点和难点。由于不同的机电设备在结构形式、振动特性、安装环境等方面存在差异，因此每台双层减振装置对中间质量的要求都不同。目前尚无法通过理论计算获得最优的中间质量，也无法准确评估所采用的中间质量对减振效果的影响。最好的设计方法是，根据双层减振装置的试验结果，对中间质量进行及时调整以获得最佳减振效果。但该方法目前难以在工程中实施，主要原因是：一方面中间质量的加工、安装、更换需要较长时间；另一方面中间质量的变化会导致减振器变形量、减振装置固有频率等关键性能参数都发生变化，需要更换减振器的型号和数量才能与新的中间质量匹配，实际上相当于重新设计整个双层减振装置，使经费和时间成本大幅上升。因此中间质量一旦加工成型，即使性能不能满足要求，往往也只能被动接受。

目前应用的双层减振装置一般采用固定中间质量的设计方案，如CN106678269A公开的一种船舶柴油机推进动力模块的减振降噪装置、CN104500647A公开的双层主被动机电集成式隔振装置、CN103542032A公开的一种拼接式L型双层隔振装置等，其中间质量均不可调节。

CN200949633Y公开了一种可调质量比双层隔振装置，其中间质量采用整体框架式结构，并设置了质量调整空腔。通过在空腔中填充颗粒状和粉末状物质调整中间质量的大小，从而改变该装置的减振效果。该方法不能解决中间质量增加导致的下层减振器变形量增大、机电设备高度下降的问题，因而需要更换下层减振器，并重新调整机电设备的高度，耗时较长。另外，采用颗粒状和粉末状物质填充整体框架式，并不能增加框架的刚度，反而会使框架本身的固有频率降低，这对减振效果有不利影响。

CN102094937A公开了一种可调式流体浮筏隔振器，在管形容器中装有流体、浮体和弹簧。通过改变流体浸入流体的深度来调节隔振器的刚度，具有易于调节且调节范围大的特点。该发明仅为一种可调节刚度的隔振器，不涉及双层减振装置中间质量的调整。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种集成度高、结构紧凑、中间质量可调节范围大、下层减振器适应性好、减振装置高度精确可控、抗干扰能力强、防护性能好的集成式可调节双层减振模块。

本发明目的的实现方式为，一种集成式可调节双层减振模块，上盖板和下盖板之间有囊体，囊体和上、下盖板之间构成气囊减振器；气囊减振器安装在基础和中间质量之间，上层减振器安装在中间质量和机电设备之间；中间质量上安装附加质量块或吸振器；气囊减振器通过气管与压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接；控制器通过电缆与位移传感器、压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接，构成反馈控制系统；充气电磁阀接压缩气源；反馈控制系统集成安装在中间质量上。

本发明由位移传感器、压力传感器、放气电磁阀、充气电磁阀和控制器构成的反馈控制系统，以机电设备与基础之间的高度为控制目标，并参考气囊减振器的囊内气压，实现±0.5mm的高度控制精度。

本发明的技术效果如下：

1、气囊减振器具有高度可调、承载范围宽的特点，当中间质量发生变化时，可通过调节气囊内的气压，使气囊减振器保持在恒定高度，从而无须更换下层减振器以匹配变化了的中间质量；

2、气囊减振器具有固有频率基本不变的特点，例如当中间质量M增大时，气囊内气压也随之升高，气囊减振器刚度K也增大，相应的固有频率可保持基本不变；

3、有由控制器、位移传感器、压力传感器和电磁阀构成的反馈控制系统，当该双层减振模块承受的载荷、或中间质量发生变化时，控制器根据位移传感器、压力传感器反馈的信号，向电磁阀发出气囊气压调节指令，精确控制双层减振模块和整个双层减振装置的高度，使其保持恒定；

4、中间质量设置了附加质量块安装接口，通过增附加质量块的数量，实现中间质量的调节，并保证中间质量始终具有很强的刚度，从而可提高双层减振装置的减振效果；

5、附加质量块安装接口，也可用于安装主动或被动式动力吸振器，用于减小机电设备的某些特征频率振动。与将动力吸振器直接安装在机电设备上的方式相比，该方式可降低对动力吸振器体积、重量的要求，并取得更好的特征频率减振效果。

本发明集成度高、结构紧凑、减振装置高度精确可控，可在双层减振装置的试验现场，根据实测减振效果快速地调整中间质量，同时保证减振器变形量、减振装置固有频率等关键性能参数不变，从而无需更换减振器，通过试验即可获得双层减振装置所需的最优中间质量，以获得最佳减振效果。本发明可为工业领域、特别是船舶大型机电设备的减振降噪提供新的解决途径。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制系统原理图；

图3为本发明控制程序图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明。

参照图1，本发明的上盖板2和下盖板4之间有囊体3，囊体和上、下盖板之间构成气囊减振器1。气囊减振器安装在基础和中间质量5之间，上层减振器8安装在中间质量和机电设备15之间；与气囊气嘴14连接的气管穿过上盖板，与气囊减振器相通。充气电磁阀接压缩气源。反馈控制系统集成安装在中间质量上。下盖板安装在基础16上。

所述气囊减振器1是囊式结构、膜式结构或气缸活塞式结构。气囊减振器采用压缩气体承载和减振，具有承载范围宽且可调节的特性。在高度一定的条件下，其承受的载荷与囊内气压成正比；在载荷一定的条件下，其高度可通过充气和放气调节。其固有频率一般可低于5Hz，具有优异的减振性能。

所述中间质量5为金属块式，其刚度和质量越大则减振效果越好。中间质量上设置有附加质量块或动力吸振器的安装接口，可根据减振性能的需要增加或减少附加质量块6的数量，以调整中间质量的总质量，同时保证中间质量具有足够的刚度；也可根据减振性能的需要，安装主动或被动式动力吸振器7，用于减小机电设备的某些特征频率振动。

所述附加质量块6为具有较高密度的金属块。所述动力吸振器7为主动式或被动式动力吸振器。

安装在中间质量和机电设备之间的上层减振器为橡胶减振器、钢丝绳减振器、气囊减振器或金属弹簧等任意形式的减振器，上层减振器的型号和数量由机电设备的重量和外加载荷决定。

位移传感器为非接触式传感器，集成安装在中间质量上，分别用于测量机电设备与中间质量之间的间隙h1，中间质量与基础之间的间隙h2，h1、h2和中间质量高度h3之和，即为机电设备与基础之间的总高度。h3应保持为恒定值，以保证机电设备姿态的平衡。

气囊气嘴14分别通过管路与反馈控制系统的压力传感器10、放气电磁阀11和充气电磁阀12连接，压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀接控制器。充气电磁阀接压缩气源。放气电磁阀11、充气电磁阀12均为常闭式结构，放气电磁阀和充气电磁阀用于给气囊减振器1充气或放气，充气电磁阀12打开、放气电磁阀11关闭时，压缩气体进入气囊；充气电磁阀12关闭、放气电磁阀11打开时，囊体内气体排出。压力传感器用于测量气囊减振器内压缩气体的气压。

所述控制器通过电缆与位移传感器、电磁阀和压力传感器连接，控制器通过位移传感器9的测量信号计算出机电设备与基础之间的高度，结合压力传感器10的测量信号进行运算，分析判断需要给气囊实施的充气量或放气量，并向放气电磁阀11或充气电磁阀12发出动作指令。

本发明的工作原理：

使用本发明，装在机电设备和基础之间的气囊减振器1承载了中间质量5、上层减振器8和机电设备的重量和外加载荷，并减小中间质量传递至基础的振动；装在气囊减振器1和上层减振器8之间中间质量5，用于衰减由上层减振器传递而来的振动；装在机电设备和中间质量5之间的上层减振器8，承载机电设备的重量和外加载荷，并减小由机电设备传递至中间质量5的振动。

当试验测得机电设备与基础之间的减振效果不足时，可在中间质量5上加装若干个附加质量块6。一般情况下，附加质量块6的质量应达到中间质量5的10％以上，可较明显地提高减振效果。但是中间质量5的总质量增大后，会导致气囊减振器1产生压缩变形，同时也可能使上层减振器8的高度也发生变化，从而使机电设备高度下降或姿态失去平衡。

参照图2、3，在中间质量5发生较大变化的情况下，需对气囊减振器1进行调节，以保证机电设备和基础之间的高度不变。如机电设备与基础之间的初始高度为H₀，当中间质量5增加导致机电设备高度下降时，位移传感器9将测得的机电设备与中间质量5的间隙h₁、以及中间质量5与基础之间的间隙h₂发送至控制器；控制器13计算出机电设备和基础之间的总高度h₁+h₂+h₃，并结合压力传感器10测得的囊体内气压P，计算出气囊减振器1所需的充气量P_c；随后，控制器13向充气电磁阀12发出打开指令，压缩气体进入气囊减振器1并使其高度上升。经过若干个控制循环后，可使机电设备与基础之间的高度恢复初始高度，高度控制精度为ε，即满足|H₀-h₁-h₂-h₃|＜ε。控制精度ε可达到0.5mm以内。

当控制系统出现超调，导致机电设备与基础之间的高度超过初始高度，即h₁+h₂+h₃＞H₀+ε时，可打开放气电磁阀11使气囊减振器1高度降低。

当机电设备存在某些特征频率的振动时，如需要增加对特征频率的减振效果，可在中间质量5上安装主动或被动式动力吸振器7。通过调整动力吸振器7的弹簧和质量参数，使中间质量5上的特征频率振动向动力吸振器转移，从而降低中间质量5本身的特征频率振动。

说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种集成式可调节双层减振模块，其特征在于：上盖板和下盖板之间有囊体，囊体和上、下盖板之间构成气囊减振器；气囊减振器安装在基础和中间质量之间，上层减振器安装在中间质量和机电设备之间；中间质量上安装附加质量块或吸振器；气囊减振器通过气管与压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接；控制器通过电缆与位移传感器、压力传感器、放气电磁阀和充气电磁阀连接，构成反馈控制系统；充气电磁阀接压缩气源；反馈控制系统集成安装在中间质量上。

2.根据权利要求1所述的一种集成式可调节双层减振模块，其特征在于：气囊减振器是囊式结构、膜式结构或气缸活塞式结构。

3.根据权利要求1所述的一种集成式可调节双层减振模块，其特征在于：所述中间质量为金属块式，其上设置有附加质量块或动力吸振器的安装接口。

4.根据权利要求1或3所述的一种集成式可调节双层减振模块，其特征在于：动力吸振器为主动式或被动式动力吸振器。

5.根据权利要求1或3所述的一种集成式可调节双层减振模块，其特征在于：附加质量块为具有较高密度的金属块。

6.根据权利要求1所述的集成式可调节双层减振模块，其特征在于：上层减振器是橡胶减振器、金属减振器、气囊减振器或液压减振器。

7.根据权利要求1所述的集成式可调节双层减振模块，其特征在于：位移传感器为非接触式传感器。

8.根据权利要求1所述的集成式可调节双层减振模块，其特征在于：所述放气电磁阀、充气电磁阀均为常闭式电磁阀。