CN111304973B - 一种复合减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合减振装置，包括弹簧吸能箱，弹簧吸能箱的底部设置有液体消能箱，液体消能箱的底部设置有压电换能箱；本发明技术方案具利用压电陶瓷将外界施加的压力转化为电能的特性吸收大规模振动传来能量，利用电阻式涡轮叶片通电产生热量和转动消耗振动产生的能量，利用涡轮叶片在液体中旋转造成的固液摩擦耗能和传导热量，利用不同介质间传热使得中层高温液体热量通过陶瓷层向上传递至顶层空间中，再利用记忆合金的温度变形特性伸缩耗能，从而实现高效能宽频率的减振效果。本发明复合减振装置采用多重复合减振，在各层单独耗能的同时，层间的相互作用极大了促进了整体装置系统的减振效果，共同实现了全方位的减振耗能作用。

Description

一种复合减振装置

技术领域

本发明涉及减振器领域，具体涉及一种复合减振装置。

背景技术

铁路的运行速度越来越高，高速列车对轨道的冲击作用产生的振动噪声问题越来越显著，这不仅严重威胁了周边建筑结构的安全和精密设备的正常工作，还给铁路沿线的居民带来了巨大的噪声污染。

现有的减振耗能装置，如形状记忆合金弹簧虽然可以通过伸缩来减振耗能，但其会随周围温度的随机变化产生被动形变，而且减振能力和隔振频率范围非常有限；现有的磁流变减振装置，虽然也有一定减振能力，但需要外界供给电源，在减振耗能的同时还会造成能源的消耗，并不环保。因此急需一种新型的减振耗能装置，在高效宽频减振的同时，又可以通过将机械能转化为电能，再供给自身形成闭环式多效能减振效果。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的主要目的是提供一种复合减振装置，利用压电陶瓷将外界施加的压力转化为电能的特性吸收大规模振动传来能量，利用电阻式涡轮叶片通电产生热量和转动消耗振动产生的能量，利用涡轮叶片在液体中旋转造成的固液摩擦耗能和传导热量，利用不同介质间传热使得中层高温液体热量通过陶瓷层向上传递至顶层空间中，再利用记忆合金的温度变形特性伸缩耗能，从而实现高效能宽频率的减振效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种复合减振装置，包括弹簧吸能箱，弹簧吸能箱的底部设置有液体消能箱，液体消能箱的底部设置有压电换能箱；弹簧吸能箱包含可上下压缩形变的第一箱体，第一箱体内竖向设置有多个弹簧，第一箱体的顶板上表面设置有上连接螺栓；液体消能箱包含第二箱体，第二箱体内填充有液体，第二箱体外设置有电动机，电动机的输出轴伸入第二箱体内连接有涡轮叶片；压电换能箱包含压电陶瓷板、超级电容、稳压器和控制模块；压电陶瓷板的上表面连接有上绝缘板，压电陶瓷板的下表面连接有下绝缘板，下绝缘板的下表面设置有下连接螺栓，压电陶瓷板与超级电容、稳压器和控制模块电连接，涡轮叶片与电动机电连接。

进一步地，涡轮叶片的材质为高电阻率材料，涡轮叶片与控制模块电连接。

进一步地，弹簧的材质为记忆合金，弹簧为螺旋弹簧、碟簧或板簧。

进一步地，第一箱体的顶板材质为铁、铜、钢、铝或合金，第一箱体的侧板材质为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶或氯丁橡胶。

进一步地，第二箱体的材质为陶瓷、石墨、铁、铜、铝或铜铝合金，第二箱体为圆柱形、圆台形、棱台形、斜截圆柱形、斜截棱柱形或球冠形。

更进一步地，第二箱体的顶板的材质为导热陶瓷板。

进一步地，第二箱体中的液体为水、硅油或磁流体。

进一步地，弹簧吸能箱与液体消能箱之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接，液体消能箱与压电换能箱之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接。

本发明技术方案具有以下有益效果：

(一)、多重复合减振，在各层单独耗能的同时，层间的相互作用极大了促进了整体装置系统的减振效果，环环相扣，共同实现了全方位的减振耗能作用。

(二)、利用压电陶瓷的能量转换特性，自主发电，并供给自身耗能减振，环保节能无污染。

(三)、本装置各部件易于更换、构造简单、且维护方便，有效提高装置的耐久性和适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的示意图；

在以上图中：

1弹簧吸能箱；101第一箱体；102弹簧；

2液体消能箱；201第二箱体；202液体；203涡轮叶片；

3压电换能箱；301压电陶瓷板；302超级电容；303稳压器；304控制模块；305上绝缘板；306下绝缘板；

4上连接螺栓；

5下连接螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

参考图1，图1一为本发明复合减振装置一种实施例示意图，复合减振装置包括弹簧吸能箱1，弹簧吸能箱1的底部设置有液体消能箱2，液体消能箱2的底部设置有压电换能箱3；弹簧吸能箱1包含可上下压缩形变的第一箱体101，第一箱体101内竖向设置有多个弹簧102，第一箱体101的顶板上表面设置有上连接螺栓4；液体消能箱2包含第二箱体201，第二箱体201内填充有液体202，第二箱体201外设置有电动机，电动机的输出轴伸入第二箱体201内与涡轮叶片203的转轴连接；压电换能箱3包含压电陶瓷板301、超级电容302、稳压器303和控制模块304；压电陶瓷板301的上表面连接有上绝缘板305，压电陶瓷板301的下表面连接有下绝缘板306，下绝缘板306的下表面设置有下连接螺栓5，压电陶瓷板301与超级电容302、稳压器303和控制模块304电连接，涡轮叶片203与电动机电连接。

本实施例中，复合减振装置包含从下至上依次连接的压电换能箱3、液体消能箱2和弹簧消能箱1。上连接螺栓4与需要减振的部件连接，下连接螺栓5与支撑部连接。通过本发明的复合减振装置可以大幅吸收振动。在外部强振动载荷作用下，弹簧消能箱1中的弹簧102受力变形，将动载荷向下传递到中部的液体消能箱2，液体消能箱2中液体202上下流动，同时将动载荷向下传递至底部的压电换能箱3。压电换能箱3中的压电陶瓷发电传输给超级电容302存储、稳压器303和控制模块304将电能转换、存储至超级电容302，超级电容302通过导线将电能输送给液体消能箱2外的电动机，电动机驱动涡轮叶片203旋转，涡轮叶片203与液体202摩擦耗能。整个过程中，外部动载荷的振动能量通过弹簧102变形储存、电机转动转化成机械能、液体202摩擦升温转化成热能等方式耗散。

进一步地，涡轮叶片203的材质为高电阻率材料，涡轮叶片203与控制模块304电连接。以上实施例中，涡轮叶片203选用电阻率较高的材料制作，进一步加快了能量的转换与耗散。

进一步地，弹簧102的材质为记忆合金，弹簧102可为螺旋弹簧、碟簧或板簧。由于记忆合金弹簧对热敏感，具有形状记忆效应，例如，给记忆合金制成的弹簧加热，记忆合金弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用记忆合金弹簧的吸热伸长，放热恢复的特性，当液体消能箱2中的液体202温度升高，记忆合金材质的弹簧弹性增强，能够更好地消耗动载荷的机械能。

进一步地，第一箱体101的顶板材质为铁、铜、钢、铝或合金，第一箱体101的侧板材质为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶或氯丁橡胶。

以上实施例中，由于第一箱体101的顶板需要固定上连接螺栓4，因此需采用强度较好的金属材质，另一方面，顶板采用金属材质利于第一箱体101中的高温空气及时散发到大气中。由于第一箱体101内安装有弹簧102，第一箱体101的侧壁在竖直方向会被拉长、缩短，因此，第一箱体101的侧板优选易变形的橡胶材质，如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶或氯丁橡胶。

进一步地，第二箱体201的材质为陶瓷、石墨、铁、铜、铝或铜铝合金，第二箱体201为圆柱形、圆台形、棱台形、斜截圆柱形、斜截棱柱形或球冠形。优选的，第二箱体201的顶板的材质为导热陶瓷板。

以上实施例中，第二箱体201中液体202的温度需要及时传递到第一箱体101中，以使第一箱体101中记忆合金材质的弹簧102边长，因此，第二箱体201的材质优选导热性能较好的材料，第二箱体201中的液体202受挤压，对侧壁会有较大的压力，因此，第二箱体201的材质优选陶瓷、石墨、铁、铜、铝或铜铝合金。第二箱体201的形状不受限制，根据实际工况选择，较常见的形状为圆柱形、圆台形、棱台形、斜截圆柱形、斜截棱柱形或球冠形。

进一步地，第二箱体201中的液体202为水、硅油或磁流体。

本实施例中，第二箱体201中的液体202可以为热比容较高的水、硅油或磁流体，更优的，考虑到使用寿命，优选非腐蚀性液体202。

进一步地，弹簧吸能箱1与液体消能箱2之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接，液体消能箱2与压电换能箱3之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接。

以上实施例中，弹簧吸能箱1、液体消能箱2和压电换能箱3之间可以通过粘结、螺丝连接或者焊接方式，具体根据实际工况选择。

本发明一个实施例的工作原理：

在外部振动荷载作用下，复合减振装置顶部受到竖向的外界压力产生振动，上层弹簧吸能层中记忆合金材质的弹簧受力变形，并将动荷载向下传递到中层的液体消能层，液体受力上下流动，同时又将压力向下传递到下层的压电换能层，使得压电陶瓷板受压将机械能转换为电能，电能沿回路通过稳压器和控制模块存储在超级电容中；随后超级电容带动中层电阻式发热轴和电阻式涡轮叶片转动消耗热量，同时高电阻率材料制成的涡轮叶片依靠通电产生的热能又传递到液体中使液体升温，涡轮叶片在液体中旋转造成的固液摩擦耗能和传导热量；中层高温液体热量通过导热陶瓷板将自身热能传递至上层弹簧吸能层内空间中，使得上层温度升高，温度的变化又引起记忆合金材质的弹簧长度发生变化，电路中控制器控制所需温度的范围从而影响记忆合金弹簧的长度变化范围，弹簧进一步运动耗能的同时，又将振动能量向下传递。依此循环，形成了闭环式自供能减振体系，从而产生多相的超高效能减振效果。

本发明的有益效果是：

(一)、多重复合减振，在各层单独耗能的同时，层间的相互作用极大了促进了整体装置系统的减振效果，环环相扣，共同实现了全方位的减振耗能作用。

(二)、能够进行温度控制，使得形状记忆合金弹簧可以主动减振，并且增加减振频域宽度。

(三)、利用压电陶瓷的能量转换特性，自主发电，并供给自身耗能减振，环保节能无污染。

(四)、弹簧、叶片、压电陶瓷件等部件易于更换、构造简单、且维护方便，有效提高装置的耐久性和适用性。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种复合减振装置，其特征在于，包括弹簧吸能箱(1)，所述弹簧吸能箱(1)的底部设置有液体消能箱(2)，所述液体消能箱(2)的底部设置有压电换能箱(3)；

所述弹簧吸能箱(1)包含可上下压缩形变的第一箱体(101)，所述第一箱体(101)内竖向设置有多个弹簧(102)，所述第一箱体(101)的顶板上表面设置有上连接螺栓(4)；

所述液体消能箱(2)包含第二箱体(201)，所述第二箱体(201)内填充有液体(202)，所述第二箱体(201)外设置有电动机，所述电动机的输出轴伸入所述第二箱体(201)内连接有涡轮叶片(203)；

所述压电换能箱(3)包含压电陶瓷板(301)、超级电容(302)、稳压器(303)和控制模块(304)；所述压电陶瓷板(301)的上表面连接有上绝缘板(305)，所述压电陶瓷板(301)的下表面连接有下绝缘板(306)，所述下绝缘板(306)的下表面设置有下连接螺栓(5)，所述压电陶瓷板(301)与超级电容(302)、稳压器(303)和控制模块(304)电连接，所述涡轮叶片(203)与所述电动机电连接，所述超级电容(302)通过导线将电能输送给所述液体消能箱(2)外的所述电动机；

在外部强振动载荷作用下，液体消能箱(2)中液体(202)上下流动，同时将动载荷向下传递至底部的压电换能箱(3)，所述涡轮叶片(203)的材质为高电阻率材料，所述涡轮叶片(203)与所述控制模块(304)电连接，所述弹簧(102)的材质为记忆合金。

2.根据权利要求1所述的复合减振装置，其特征在于，所述弹簧(102)为螺旋弹簧、碟簧或板簧。

3.根据权利要求1所述的复合减振装置，其特征在于，所述第一箱体(101)的顶板材质为铁、铜、钢、铝或合金，所述第一箱体(101)的侧板材质为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶或氯丁橡胶。

4.根据权利要求1所述的复合减振装置，其特征在于，所述第二箱体(201)的材质为陶瓷、石墨、铁、铜、铝或铜铝合金，所述第二箱体(201)为圆柱形、圆台形、棱台形、斜截圆柱形、斜截棱柱形或球冠形。

5.根据权利要求4所述的复合减振装置，其特征在于，所述第二箱体(201)的顶板的材质为导热陶瓷板。

6.根据权利要求1所述的复合减振装置，其特征在于，所述第二箱体(201)中的液体(202)为水、硅油或磁流体。

7.根据权利要求1所述的复合减振装置，其特征在于，所述弹簧吸能箱(1)与液体消能箱(2)之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接，所述液体消能箱(2)与压电换能箱(3)之间通过粘接、焊接或螺栓方式连接。

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