CN110861996B - 一种张力平衡悬挂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种张力平衡悬挂装置，包括至少两个张力平衡单元，所述张力平衡单元包括绳环、平衡油缸、至少一个磁流变阻尼器以及换向叉；所述平衡油缸包括内容有液压油的油缸体以及一端插接于所述油缸体中的活塞杆；所述平衡油缸的两端分别连接绳环、换向叉，并且所述绳环、换向叉位于所述平衡油缸的中轴线上；所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；所述各张力平衡单元的油缸体均与一连通油管连通，从而各油缸体内的液压油可经由连通油管流动于各张力平衡单元的油缸体之间。该装置既能平衡钢丝绳之间的张力，也能有效的抑制钢丝绳的振动，保证了提升系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种张力平衡装置，具体涉及一种基于磁流变阻尼器的张力平衡悬挂装置。
背景技术
深部矿井提升系统由于超深、高速、重载、强时变及大惯量等特点，在多扰动激励下容易因振动导致动载荷的剧烈波动与突变，会给提升容器造成巨大冲击，严重威胁提升安全。因此，有必要对钢丝绳振动进行抑制，保证提升容器平稳运行。
目前，对于矿井提升的振动抑制多停留在参数优化方面，尚无有效的执行装置可对提升过程中出现的振动进行控制。尤其在超深井提升中，因末端载荷大，提升速度快，钢丝绳应力变化大等诸多因素，会导致在普通矿井中可以忽略的振动在超深井提升中变得异常剧烈。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种基于磁流变阻尼器的张力平衡悬挂装置，实现对深部矿井提升系统振动的抑制，从而保证提升系统的安全平稳运行。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种张力平衡悬挂装置，包括至少两个张力平衡单元，所述张力平衡单元包括绳环、平衡油缸、至少一个磁流变阻尼器以及换向叉；所述平衡油缸包括内容有液压油的油缸体以及一端插接于所述油缸体中的活塞杆；所述平衡油缸的两端分别连接绳环、换向叉，并且所述绳环、换向叉位于所述平衡油缸的中轴线上；所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；所述各张力平衡单元的油缸体均与一连通油管连通，从而各油缸体内的液压油可经由连通油管流动于各张力平衡单元的油缸体之间。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述磁流变阻尼器包括内部充满磁流变液的磁流变缸体、活塞体以及活塞轴，所述活塞轴插接于所述磁流变缸体中，活塞轴一端位于磁流变缸体外部形成连接端，所述活塞体与活塞轴位于磁流变缸体内的部分连接，所述活塞体与所述磁流变缸体的内壁之间存留有间隙并且活塞体中部缠绕有与外部电源连接的励磁线圈；所述活塞体在磁流变缸体中往复运动时，磁流变液在所述间隙中往复流动。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述绳环、换向叉分别连接有第一连接销、第二连接销，所述平衡油缸的一端经由第一连接销与绳环连接、另一端经由第二连接销与所述换向叉连接；所述磁流变阻尼器的一端与第一连接销连接、另一端与第二连接销连接，使得所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；平衡油缸与所述磁流变阻尼器互相平行地设置于所述绳环与换向叉之间。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述磁流变缸体的内侧壁具有若干插接槽，所述插接槽内插接带有铁质部的调节块。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述调节块与磁流变缸体内部相对的端部具有第一倾斜面、第二倾斜面，所述第一倾斜面、第二倾斜面分别与磁流变液在所述间隙中往复流动的两个方向相迎。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述插接槽远离所述调节块的侧壁连通有位于磁流变缸体侧壁内的泄流孔道，所述泄流孔道的另一端口与所述磁流变缸体内部连通。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述调节块与磁流变缸体内部相对的端部包覆有铁片，所述铁片即为所述铁质部。
所述的张力平衡悬挂装置，其进一步设计在于，所述磁流变缸体远离所述连接端的一侧设置有与磁流变缸体同轴的空心筒，所述活塞轴的另一端延伸出所述磁流变缸体至所述空心筒中。
本发明的有益效果：本发明具有不易失稳，所需外加能源极小、结构简单、反应迅速(毫秒级)、出力大、阻尼力连续可调优势；通过在磁流变缸体内侧壁设置带有铁质部的调节块，利用磁流变阻尼器的励磁线圈产生的磁场吸引调节块，可以减小活塞体与磁流变缸体内侧壁之间的间隙的横截面积，从而励磁线圈以较小的功耗即可大幅增加磁流变液通过间隙时的阻尼力并且增大了磁流变阻尼器的阻尼力调节范围。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明的阻尼器结构示意图。
图3是实施例2的磁流变阻尼器内部结构示意图。
图4是图3中B处局部结构示意图。
图5是实施例的应用状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加容易理解，以下结合具体实施方式，对本发明进行描述解释。
实施例1：如图1所示的一种张力平衡悬挂装置，包括两个张力平衡单元A，所述张力平衡单元包括绳环1、平衡油缸2、两个磁流变阻尼器3以及换向叉4；平衡油缸包括内容有液压油的油缸体以及一端插接于所述油缸体中的活塞杆；所述平衡油缸2的两端分别连接绳环1、换向叉4，并且所述绳环、换向叉4位于所述平衡油缸的中轴线上；所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接，并且两个磁流变阻尼器分别对称设置在平衡油缸的两侧；所述各张力平衡单元的油缸体均与一连通油管5连通，从而各油缸体内的液压油可经由连通油管流动于各张力平衡单元的油缸体之间。具体而言，如图2所示，本实施例所采用的磁流变阻尼器包括内部充满磁流变液38的磁流变缸体31、活塞体32以及活塞轴33，所述活塞轴插接于所述磁流变缸体中，活塞轴一端位于磁流变缸体外部形成连接端331，所述活塞体与活塞轴位于磁流变缸体内的部分连接，所述活塞体与所述磁流变缸体的内壁之间存留有间隙并且活塞体中部缠绕有与外部电源连接的励磁线圈34；所述活塞体在磁流变缸体中往复运动时，磁流变液在所述间隙中往复流动。
所述绳环、换向叉分别连接有第一连接销6、第二连接销7，所述平衡油缸的一端经由第一连接销与绳环连接、另一端经由第二连接销与所述换向叉连接；所述磁流变阻尼器的一端与第一连接销连接、另一端与第二连接销连接，使得所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；平衡油缸与所述磁流变阻尼器互相平行地设置于所述绳环与换向叉之间。
为了确保平衡油缸以及同样采用缸体结构的磁流变阻尼器在作业过程中的结构稳定性，两者均采用了中板、侧板、压板等部件连接第一连接销和第二连接销，具体连接方式与包括中国专利ZL201720683777.1在内的现有技术披露的方式相同或者相似，基于此，不对该部分结构进行进一步赘述。
现有磁流变阻尼器的应用技术如下：在磁流变阻尼器制作完成后，基于磁流变阻尼振动实验台，从实测的磁流变阻尼器振动台实验数据中建立能够将各种影响因素考虑在内的准确反应磁流变阻尼器在不同控制电压下的磁流变阻尼器动力特性模型。
考虑磁流变阻尼力，修正多扰动激励下的提升钢丝绳纵向振动模型，得到多扰动激励下的提升钢丝绳纵向振动偏微分方程，并应用有限差分法将多扰动激励下的提升钢丝绳纵向振动偏微分方程转化为常微分运动方程。然后，将提升钢丝绳纵向振动常微分方程转化为提升钢丝绳纵向振动受控状态方程，基于 Lyapunov直接法与 Bang-Bang控制方法计算得到每时刻最优磁流变阻尼力，得到提升钢丝绳纵向振动的半主动控制律。
实施例1在具体应用时，绳环1具体为楔形绳环，与提升钢丝绳8连接，结合图5所示，换向叉4连接待提升的容器9。通过安装在提升容器上的加速度传感器检测提升容器的振动加速度，将加速度信号传送至反馈控制器，根据提升钢丝绳纵向振动的半主动控制律进行控制器运算，基于磁流变阻尼器动力特性模型，匹配出每一控制瞬时最接近主动阻尼控制力的磁流变阻尼器控制电压，从而使得磁流变阻尼器始终处于最大耗能状态，最终实现提升钢丝绳纵向振动的有效抑制。
实施例1的磁流变阻尼器对阻尼力的调节完全依赖励磁线圈对磁流变液物理性状的改变；为了进一步增大阻尼力的调节范围，仅对实施例1的磁流变缸体作如下改进，形成实施例2：
所述磁流变缸体31的内侧壁具有若干插接槽311，所述插接槽内插接带有铁质部的调节块35。利用磁流变阻尼器的励磁线圈产生的磁场吸引调节块，可以减小活塞体与磁流变缸体内侧壁之间的间隙的横截面积，从而励磁线圈以较小的功耗即可大幅增加磁流变液通过间隙时的阻尼力并且增大了磁流变阻尼器的阻尼力调节范围。
所述调节块与磁流变缸体内部相对的端部具有第一倾斜面351、第二倾斜面352，所述第一倾斜面、第二倾斜面分别与磁流变液在所述间隙中往复流动的两个方向相迎。从而在励磁线圈与调节块相对时，调节块被部分吸出插接槽，在励磁线圈继续移动至其与调节块错开时，与磁流变液流动方向相迎的第一倾斜面或者第二倾斜面受磁流变液的冲刷从而退入插接槽中。具体来说，磁流变液在所述的间隙中的流动时对调节块产生朝向插接槽中的推力，而励磁线圈产生的磁场吸引调节块，当吸力大于推力时，间隙的横截面积减小，反之，则调节块不会伸出插接槽。
所述插接槽远离所述调节块的侧壁连通有位于磁流变缸体侧壁内的泄流孔道36，所述泄流孔道的另一端口与所述磁流变缸体内部连通。泄流孔道的设置，有利于调节块在插接槽内移动。
为了减小调节块的重量，调节块35采用轻质陶瓷制成，其与磁流变缸体内部相对的端部也就是第一倾斜面351和第二倾斜面352上包覆有铁片，所述铁片即为所述铁质部。
另外，实施例1和实施例2中的磁流变缸体远离所述连接端的一侧设置有与磁流变缸体同轴的空心筒37，所述活塞轴的另一端延伸出所述磁流变缸体至所述空心筒中。活塞轴在磁流变缸体的两端分别出杆，移动稳定性较好，空心筒37形成对活塞轴相应端部的保护。
Claims (3)
1.一种张力平衡悬挂装置，其特征在于，包括至少两个张力平衡单元，所述张力平衡单元包括绳环、平衡油缸、至少一个磁流变阻尼器以及换向叉；所述平衡油缸包括内容有液压油的油缸体以及一端插接于所述油缸体中的活塞杆；所述平衡油缸的两端分别连接绳环、换向叉，并且所述绳环、换向叉位于所述平衡油缸的中轴线上；所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；所述各张力平衡单元的油缸体均与一连通油管连通，从而各油缸体内的液压油可经由连通油管流动于各张力平衡单元的油缸体之间；所述磁流变阻尼器包括内部充满磁流变液的磁流变缸体、活塞体以及活塞轴，所述活塞轴插接于所述磁流变缸体中，活塞轴一端位于磁流变缸体外部形成连接端，所述活塞体与活塞轴位于磁流变缸体内的部分连接，所述活塞体与所述磁流变缸体的内壁之间存留有间隙并且活塞体中部缠绕有与外部电源连接的励磁线圈；所述活塞体在磁流变缸体中往复运动时，磁流变液在所述间隙中往复流动；所述磁流变缸体的内侧壁具有若干插接槽，所述插接槽内插接带有铁质部的调节块；所述调节块与磁流变缸体内部相对的端部具有第一倾斜面、第二倾斜面，所述第一倾斜面、第二倾斜面分别与磁流变液在所述间隙中往复流动的两个方向相迎；所述插接槽远离所述调节块的侧壁连通有位于磁流变缸体侧壁内的泄流孔道，所述泄流孔道的另一端口与所述磁流变缸体内部连通；所述调节块与磁流变缸体内部相对的端部包覆有铁片，所述铁片即为所述铁质部。
2.根据权利要求1所述的张力平衡悬挂装置，其特征在于，所述绳环、换向叉分别连接有第一连接销、第二连接销，所述平衡油缸的一端经由第一连接销与绳环连接、另一端经由第二连接销与所述换向叉连接；所述磁流变阻尼器的一端与第一连接销连接、另一端与第二连接销连接，使得所述磁流变阻尼器的两端分别与所述平衡油缸的两端刚性连接；平衡油缸与所述磁流变阻尼器互相平行地设置于所述绳环与换向叉之间。
3.根据权利要求1所述的张力平衡悬挂装置，其特征在于，所述磁流变缸体远离所述连接端的一侧设置有与磁流变缸体同轴的空心筒，所述活塞轴的另一端延伸出所述磁流变缸体至所述空心筒中。
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