CN109630601B - 一种筒式减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒式减震装置，属于机械领域，所述装置包括筒体、支撑板、SAW加速度传感器、减震弹簧、上活塞、中间隔板、下活塞、导体组件和永磁体；上活塞通过活塞杆与支撑板连接；SAW加速度传感器设在支撑板下方；减震弹簧环设在活塞杆外且位于支撑板和筒体上壁之间；中间隔板焊接在筒体内侧壁上；中间隔板上设有阻尼通道，内设步进电机，顶部设阻尼调节板；下活塞底部连接导体组件，导体组件通过导线与外加电阻相连；导体组件处于永磁体产生的磁场内。所述装置能将机械能部分转化为电势能并消耗于金属导体和保护电阻的热能中，另外部分能量转化为液压油与筒壁和阻尼通道之间的热能，从而实现三部分减震，使得震动效果更为高效。

Description

一种筒式减震装置

技术领域

本发明属于机械领域，具体地，涉及一种筒式减震装置。

背景技术

随着我国农业机械化的不断发展与普及，越来越多的农业机械投入生产与应用当中。然而，当这些机械在实际生产应用时，其都不可避免的产生大量的机械震动、冲击、摩擦等机械力的作用，同时这些机械震动给人们带来了不容小视的危害。例如长时间的机械震动大大降低了机械的疲劳强度，导致某些机械构件承受不住震动的压力而发生机械变形，或者机械上的某些螺栓连接等机构受振动而发生松动，降低了机械的使用效率，甚至当达到某一共振频率时，使得机械超过其自身的承受能力而发生设备损坏的现象，最终危及驾驶者的生命安全，给我们带来不可估量的后果。因此，一种合理且高效的减震装置的研究已经迫在眉睫。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种筒式减震装置。所述装置能够将瞬时震动的冲击机械能部分转化为金属导体中的电势能，电势能最终消耗于金属导体和保护电阻的热能中，另外部分能量转化为液压油与筒体筒壁和阻尼通道之间的热能，从而实现三部分减震，使得震动效果更为高效。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种筒式减震装置，包括筒体，还包括支撑板、SAW加速度传感器、减震弹簧、上活塞、中间隔板、下活塞、导体组件和永磁体；所述上活塞、中间隔板、下活塞、金属导体和永磁体从上到下依次设置在筒体内；所述上活塞通过穿设过筒体上壁的活塞杆与支撑板连接；所述SAW加速度传感器安装在支撑板下方；所述减震弹簧环设在活塞杆外且位于支撑板和筒体上壁之间；所述中间隔板固定焊接在筒体内侧壁上；所述中间隔板上设有螺旋型的阻尼通道，内设步进电机，顶部设有可绕中间隔板轴线且由步进电机驱动旋转的阻尼调节板；机械冲击力作用于所述支撑板，由SAW加速度传感器测得机械冲击力所产生的加速度，将所述加速度信号传输给中央处理器，经中央处理器分析给出相对应的阻尼调节板的转动角度，利用单片机控制步进电机转动相应的角度，驱动阻尼调节板旋转，从而改变阻尼通道入口的大小；

所述下活塞底部连接导体组件，所述导体组件通过导线与设于下活塞内部的外加电阻相连；所述导体组件位于永磁体产生的磁场内；

所述上活塞与下活塞之间填充有液压油。

作为对上述方案的进一步优化，所述SAW加速度传感器的结构采用悬臂梁式。

作为对上述方案的进一步优化，所述永磁体由两个对称设置的圆弧型片状结构组成。

作为对上述方案的进一步优化，所述导体组件由若干个平行的金属导体以及设置在金属导体两端的方型金属板组成。

有益效果：

1、本发明所述装置主要运用了导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势，继而在闭合回路中产生感应电流，使得若干金属导体受到安培力来阻碍和减缓其相对运动的原理，使得由于震动而产生的冲击力与金属导体的安培力一一对应，其次也将由冲击而产生的部分能量通过液压油与减震装置筒体筒壁和阻尼通道的摩擦以热能形式散发到空气当中，最终实现减震装置的合理减振的过程。该减震装置主要分为三部分实现减震，从上到下依次为弹簧、液压油、电磁阻力。其中液压油与电磁阻力为主，弹簧为辅。若机械震动太大三重减震都利用上了，效果更好、更保险；若机械震动不太大，电磁阻力就未利用上，高效合理。

2、本发明所述装置通过SAW加速度传感器获取机械冲击力的加速度，该加速度与阻尼调节板的转动角度应呈正比例关系，由声表面波SAW加速度传感器测得机械受到冲击力所产生的加速度，将此加速度信号传输给中央处理器，经中央处理器分析给出相对应的阻尼调节板的转动角度，利用单片机控制步进电机转动相应的角度，从而控制阻尼调节板的旋转角度，改变阻尼通道入口的大小，调整中间隔板的阻尼通道的大小是为了改变液压油在阻尼通道流动时阻力的大小，因为大通道和小通道液体流动时阻力肯定不同，由此取得液压油的稳定、高效的减震效果。

附图说明

图1是本发明所述筒式减振装置的正视图；

图2是本发明所述筒式减振装置的剖视图；

图3是本发明所述筒式减振装置的中间隔板的结构示意图；

图4是本发明所述筒式减振装置的导体组件的结构示意图；

图5是SAW加速度传感器作用的基本原理图；

图6是SAW加速度传感器的力学模型示意图；

图7是下活塞、导体组件与永磁体的位置关系示意图；

附图标记：1、支撑板；2、减震弹簧；3、筒体；4、上活塞；5、中间隔板；6、导体组件；7、永磁体；8、下活塞；9、SAW加速度传感器；10、阻尼调节板；11、阻尼通道；12、活塞杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种筒式减震装置，包括筒体3，还包括支撑板1、SAW加速度传感器9、减震弹簧2、上活塞4、中间隔板5、下活塞8、导体组件6和永磁体7；所述上活塞4、中间隔板5、下活塞8、导体组件6和永磁体7均设置在筒体3内；所述上活塞4通过穿设过筒体3上壁的活塞杆12与支撑板1连接；所述SAW加速度传感器9安装在支撑板1下方；所述减震弹簧2环设在活塞杆12外且位于支撑板1和筒体3上壁之间；所述中间隔板5设置在上活塞4的下方，所述中间隔板5固定焊接在筒体3内侧壁上；所述中间隔板5上设有螺旋型的阻尼通道11，内设步进电机，顶部设有可绕中间隔板5轴线且由步进电机驱动旋转的阻尼调节板10；所述阻尼通道11的设置增大了液压油运动时与筒体3筒壁和阻尼通道11的摩擦力，加快了摩擦热能的散发，大大减缓了减震弹簧2压缩和反弹时的进程。

机械冲击力作用于所述支撑板1，由SAW加速度传感器9测得机械冲击力所产生的加速度，将所述加速度信号传输给中央处理器，经中央处理器分析给出相对应的阻尼调节板10的转动角度，利用单片机控制步进电机转动相应的角度，驱动阻尼调节板10旋转，从而改变阻尼通道11入口的大小，进而产生不同阻力缓解震动；

所述下活塞8设置在中间隔板5的下方，所述下活塞8底部连接导体组件6，所述导体组件6通过导线与设于下活塞8内部的外加电阻相连，保证了回路的闭合性与电流产生的可能性，最终把电势能以热能形式散发出去。所述导体组件6由若干个平行的金属导体以及设置在金属导体两端的方型金属板组成。所述导体组件6位于永磁体7产生的磁场内；所述永磁体7由两个对称设置的圆弧型片状结构组成。

所述上活塞4与下活塞8之间填充有液压油。由中间隔板5将上活塞4与下活塞8之间的空间被分为上油室和下油室。筒体3内下活塞8下部的空间是一个密闭的气室，下活塞8向下运动挤压气室中的空气，当下活塞8不再向下运动时，气室中的气体会发生反弹，保证了向下压缩的液压油能够完全挤压回去，且气室下部分处于由永磁体7产生的磁场中，为金属导体组件6受力提供了前提，为导体运动时闭合回路磁通量变化、产生感应电动势提供了前提。

所述SAW加速度传感器9，它是基于声表面波器件在基底压电材料受到外界惯性力作用，压电基片就发生形变，材料内部各点的应力发生变化，通过压电材料的非线性弹性行为，使材料的弹性常数、密度等随外界作用力变化而变化，从而导致声表面波得到传播速度的变化。同时压电材料受到惯性力作用后，使得声表面波谐振器的结构尺寸发生变化，从而导致声表面波的波长发生改变，由f=v/λ知谐振频率也发生变化。加速度越大，谐振频率越大，通过测量频率即可知道加速度大小。

声表面波（SAW）加速度传感器9采用的是悬臂梁式（一端固定，另一端是敏感质量块），其工作原理如图5所示，悬臂梁采用石英晶体压电材料，使其具有优良稳定的压电性能及机械性能。当机械受到震动时，如图6所示，悬臂梁式加速度计的敏感质量块受到惯性力Ma而向下弯曲，引起SAW器件产生形变（saw器件指的是saw谐振器），从而引起压电材料表面声波的传播速度，最终导致声表面波振荡器振荡频率f的变化，经混频器中混频电路产生混频信号，再经低通滤波器送入测频计中得出频移量 Δf。由于SAW谐振频率的频移量Δf与加载到悬臂梁上的待测加速度a成比例,因此,通过测量待测加速度在Saw谐振器上引起的频移量即可知道待测加速度的大小。

上述筒式减震装置可以安装在蔬菜移栽机或其他不同的机械设备上用于减震，安装部位因不同的机械设备而异，一般安装在机械振动较大或震动要求较小的部位上。

当应用于蔬菜移栽机时，蔬菜移栽机进行户外作业时，由于田地作业时恶劣环境的影响，当移栽机驶过崎岖的路面时，必然会产生若干无规律的机械震动，此时，该减振装置的支撑板1受到由震动而产生的冲击力，减震弹簧2受力而被压缩，同时支撑板1在冲击力的带动下，会压动上活塞4向下运动，通过支撑板1上安装的声表面波（SAW）加速度传感器9获取加速度大小。根据加速度大小的不同，调节阻尼调节板10转动一定的角度，从而改变阻尼通道11入口的大小，进而产生不同大小的阻力，液压油经过中间隔板5上的螺旋型阻尼通道11到达下油室，液压油流动的过程中，充分的与筒体3筒壁和阻尼通道11进行摩擦，使得由冲击力而产生的能量部分以摩擦热能散发出去。经阻尼通道11流出的液压油压动下活塞8向下运动，同时带动与下活塞8下部相连的导体组件6向下运动，而导体组件6又处于永磁体7产生的磁场中，闭合导体组件6向下做切割磁感线运动，必然会产生感应电动势E=NBLV，（N为金属导体的数量，B为由永磁体7产生的磁场强度，L为金属导体的长度，V为金属导体向下运动时的速度），同时有感应电流I=NBLV/R(R为外加电阻和金属导体的总电阻)产生，此时导体组件6受到向上的安培力F=BIL=NB²L²V/R，对减震弹簧2的压缩起到有效的缓冲能力，随着导体组件6下降速度的降低，其受到的安培力也逐渐降低，当由SAW加速度传感器9检测到速度为零时，下活塞8停止运行，此时减震弹簧2不再被压缩，下活塞8下部气室里被压缩的气体会发生反弹，带动下活塞8及导体组件6向上运动回到原来位置，从而挤压液压油回到上油室进而带动上活塞4向上运动，此时由左手定则分析出向上运动的导体组件6受到向下的安培力，有效的减缓了减震弹簧的反弹过程，直到液压油全被压回上油室为止，此时减震弹簧2恢复原长。倘若支撑板1再次向下运动时，循环以上减振过程，直至减震弹簧2恢复原长时不再震动，此时减震结束。

关于声表面波（SAW）加速度传感器9，因为谐振频率跟加速度有关；加速度越大，作用在声表面波加速度传感器中悬臂梁上敏感质量块的惯性力就越大，导致悬臂梁上saw谐振器的形变量越大，表面波振荡器振荡频率f的变化就越大，最后由测频计中得出频移量Δf也越大，又因为频移量Δf与加载到悬臂梁上的待测加速度a成比例，所以通过测Δf便可得出加速度a。

需要说明的是，以上所述的实施方案仅为本发明的较佳实施例，而非限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种筒式减震装置，包括筒体（3），其特征在于：还包括支撑板（1）、SAW加速度传感器（9）、减震弹簧（2）、上活塞（4）、中间隔板（5）、下活塞（8）、导体组件（6）和永磁体（7）；所述上活塞（4）、中间隔板（5）、下活塞（8）、导体组件（6）和永磁体（7）从上到下依次设置在筒体（3）内；所述上活塞（4）通过穿设过筒体（3）上壁的活塞杆（12）与支撑板（1）连接；所述SAW加速度传感器（9）安装在支撑板（1）下方；所述减震弹簧（2）环设在活塞杆（12）外且位于支撑板（1）和筒体（3）上壁之间；所述中间隔板（5）固定焊接在筒体（3）内侧壁上；所述中间隔板（5）上设有螺旋型的阻尼通道（11），内设步进电机，顶部设有可绕中间隔板（5）轴线且由步进电机驱动旋转的阻尼调节板（10）；机械冲击力作用于所述支撑板（1），由SAW加速度传感器（9）测得机械冲击力所产生的加速度，将所述加速度信号传输给中央处理器，经中央处理器分析给出相对应的阻尼调节板（10）的转动角度，利用单片机控制步进电机转动相应的角度，驱动阻尼调节板（10）旋转，从而改变阻尼通道（11）入口的大小；

所述下活塞（8）底部连接导体组件（6），所述导体组件（6）通过导线与设于下活塞（8）内部的外加电阻相连；所述导体组件（6）处于永磁体（7）产生的磁场内；所述永磁体（7）由两个对称设置的圆弧型片状结构组成；所述导体组件（6）由若干个平行的金属导体以及设置在金属导体两端的方型金属板组成；

所述上活塞与下活塞之间填充有液压油。

2.如权利要求1所述的一种筒式减震装置，其特征在于：所述SAW加速度传感器（9）的结构采用悬臂梁式。

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