CN112227118B - 一种智能自适应减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于减振技术领域，公开了一种智能自适应减振系统，包括由U型板件和金属外框架组成的外套筒，U型板件的两侧镶嵌于金属外框架中，内部通过交叉型抗压板连接；交叉型抗压版的中部铰接，交叉型卡压板的中部分别与U型板件和金属外框架通过第一阻尼弹簧连接；交叉型抗压版的左右两侧对称焊接第二阻尼弹簧；交叉型抗压板的四个端部分别通过滑块和限位弹簧与U型板件和金属外框架滑动连接；该系统结构简单，便于加工，利用阻尼弹簧和限位弹簧的弹性势能、阻尼板的摩擦力、空气弹簧结构的空气压缩性以及磁流变阻尼器内磁流变液的粘性变化和电磁铁的斥力作用等的综合作用，使本发明的减振系统具有减振效果好、可靠性强、自主化控制的优点。

Description

一种智能自适应减振系统

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种智能自适应减振系统，用于地铁车站等轨道交通减振领域。

背景技术

目前轨道交通因便捷、环保、准时、快速等原因成为世界各国的重点发展对象，很快轨道交通就出现了噪声大、舒适度不高、列车振动影响周围建筑等问题。现在已投入使用的减振装置大多为钢弹簧阻尼器、液体阻尼器、摩擦阻尼器等，他们在减少振动时，仍然存在列车振动传到阻尼器时，阻尼器上仍会产生持续振动的问题，这些振动对于乘车的舒适度和建筑物的使用年限都产生不利的影响。因此研究出一种更高效减小振动的阻尼装置可以更好地解决当前轨道和环境的振动问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能自适应减振系统，该系统结构简单，便于加工，利用阻尼弹簧和限位弹簧的弹性势能、阻尼板的摩擦力、空气弹簧结构的空气压缩性以及磁流变阻尼器内磁流变液的粘性变化和电磁铁的斥力作用等的综合作用，使本发明的减振系统具有减振效果好、可靠性强、自主化控制的优点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种智能自适应减振系统，包括：外套筒，所述外套筒包含U型板件和金属外框架，所述U型板件的两侧镶嵌于所述金属外框架中，所述U型板件与所述金属外框架之间通过交叉型抗压板连接；

所述交叉型抗压板的中部铰接，所述交叉型卡压板的中部上、下两端分别与所述U型板件和金属外框架通过第一阻尼弹簧连接；所述交叉型抗压板上位于同一侧的抗压板之间通过第二阻尼弹簧连接，所述第二阻尼弹簧左右对称安装在所述交叉型抗压板上；

所述交叉型抗压板的上侧两端分别通过滑块和限位弹簧与所述U型板件滑动连接；所述交叉型抗压板的下侧两端分别通过滑块和限位弹簧与所述金属外框架滑动连接。

优选的，还包括底座，所述底座左右对称安装在所述金属外框架的底部两侧，所述金属外框架的底部两侧对称设置有活塞杆，每个所述活塞杆上设置有活塞，所述活塞装配入所述底座内，所述活塞与所述底座内密封的空气形成空气弹簧结构。

优选的，所述活塞的下端与所述底座的底部之间设置有第三阻尼弹簧。

优选的，所述滑块和限位弹簧之间设置有压电片，所述滑块和限位弹簧的上下两侧分别设置有阻尼板，所述阻尼板上设置有感应线圈；所述压电片、阻尼板分别和U型板件或金属外框架构成的密封空间内填充有磁流变液，所述压电片、磁流变液、阻尼板构成磁流变液阻尼器。

优选的，所述金属外框架与所述U型板件两侧的镶嵌处分别设置一对电磁铁，所述压电片与所述电磁铁电连接。

优选的，所述底座的侧壁下端设置有充气孔。

优选的，所述阻尼板分别通过螺栓与所述U型板件和金属外框架固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的智能自适应减振系统结构简单，便于加工，通过第一阻尼弹簧、第二阻尼弹簧、第三阻尼弹簧、限位弹簧的弹性势能，以及四个磁流变阻尼器、两组电磁铁对以及空气压缩弹簧结构的共同作用，在竖直方向和水平方向上都具有较好的减振效果，且智能自适应减振系统具有精确实时控制，阻尼力变化可逆，能耗低等优点，为轨道交通及周围建筑提供有效保护，极大的保障了城市轨道交通基础设施的安全和居民的身体健康。

(2)磁流变阻尼器内的磁流变液作为一种新型智能材料，结合本系统中的压电片和摩擦阻尼器，可迅速、高效的对电信号做出反应，达到预期的减振效果。且磁流变液具有较广的粘度区间，能适用于大多数环境，适用环境范围大。

(3)本发明的智能自适应减振系统更加安全可靠，其内设四个磁流变阻尼器，在某一个磁流变阻尼器因故障无法使用时，其他磁流变阻尼器也可通过调控达到减振效果；同时即使阻尼器失效，系统内部的空气弹簧结构、第一阻尼弹簧、第二阻尼弹簧和第三阻尼弹簧也能发挥减振效能。

(4)本发明的智能自适应减振系统可实现自主控制，由于压电片产生的电流的大小是根据U型板件振动幅度大小的不同不断变化，且压电片产生的电流的大小直接影响着磁流变液的粘度大小以及电磁铁斥力的大小，即U型板件振动弱时，压电片产生的电流变弱，磁流变液的粘度变小，耗能能力变弱，且电磁铁斥力变小；U型板件振动强时，压电片产生的电流变强，磁流变液的粘度变大，耗能能力变强，且电磁铁斥力变大。所以不需要人为外加控制便可完成精确主动的调节工作，且能达到自产自消耗的节能环保效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的智能自适应减振系统的结构图；

图中：1 U型板件；2金属外框架；201活塞杆；202活塞；203充气孔； 3交叉型抗压板；4第一阻尼弹簧；5第二阻尼弹簧；6滑块；7限位弹簧； 8底座；9第三阻尼弹簧；10压电片；11阻尼板；12磁流变液；13电磁铁。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

(一)参考图1，一种智能自适应减振系统，包括：外套筒，所述外套筒包含U型板件1和金属外框架2，所述U型板件1的两侧镶嵌于所述金属外框架2 中，所述U型板件1与所述金属外框架2之间通过交叉型抗压板3连接；所述交叉型抗压板的中部铰接，所述交叉型卡压板的中部上、下两端分别与所述U型板件1和金属外框架2通过第一阻尼弹簧4连接；所述交叉型抗压板上位于同一侧的抗压板之间通过第二阻尼弹簧5连接，所述第二阻尼弹簧5左右对称安装在所述交叉型抗压板3上；所述交叉型抗压板3的上侧两端分别通过滑块6和限位弹簧7与所述U型板件1滑动连接；所述交叉型抗压板3的下侧两端分别通过滑块6和限位弹簧7与所述金属外框架2滑动连接。

在以上实施例中，U型板为钢制材料，交叉型抗压板3由两片高性能钢板铰接制成。交叉型抗压板3的中部的上、下两端分别通过竖向设置的第一阻尼弹簧4与U型板和金属外框架2连接，交叉型抗压板3的左右两侧对称焊接有竖向的第二阻尼弹簧5；交叉型抗压板3的四个端部分别通过滑块6和横向设置的限位弹簧7与U型板件1、金属外框架2滑动连接，限位弹簧7用于限制滑块6在 U型板和金属外框架2内水平左右滑动。当列车行驶至U型板上时，U型板受压下降，第一阻尼弹簧4和第二阻尼弹簧5在竖直方向上会压缩，带动交叉型抗压板3的四个端部的滑块6水平向外移动，从而使限位弹簧7水平压缩。本发明将U型板下沉的动能转化第一阻尼弹簧4和第二阻尼弹簧5在竖直方向上的弹性势能，以及转化为四个限位弹簧7在水平方向的弹性势能，完成减振工作。

参考图1，根据本发明的一个实施例，还包括底座8，所述底座8左右对称安装在所述金属外框架2的底部两侧，所述金属外框架2的底部两侧对称设置有活塞杆201，每个所述活塞杆201上设置有活塞202，所述活塞202装配入所述底座8内，所述活塞202与所述底座8内密封的空气形成空气弹簧结构。

在以上实施中，当U型板件1和金属外框架2组成的外套筒整体受压向下移动时，金属外框架2底部的活塞杆201在底座8内向下移动，活塞202与底座8内密封的空气构成的空气弹簧结构发挥减振作用，通过空气弹簧结构将轨道与建筑物隔离，空气弹簧将振动吸收，从而减少振动对建筑物影响。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述活塞202的下端与所述底座8的底部之间设置有第三阻尼弹簧9。

在以上实施例中，底座8为上端开口带空腔金属底座8，底座8与金属外框架2底部两侧的活塞杆201以及活塞202相配合。在空气弹簧结构发挥减振作用的同时，底座8内的第三阻尼弹簧9被压缩，利用第三弹簧的弹性势能进一步提高减振效果。此外，第三阻尼弹簧9对空气弹簧结构具有保护作用，第三阻尼弹簧9和空气弹簧结构相结合可以防止空气弹簧失效使得装置失去减振效果。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述滑块6和限位弹簧7之间设置有压电片10，所述滑块6和限位弹簧7的上下两侧分别设置有阻尼板11，所述阻尼板11上设置有感应线圈；所述压电片10、阻尼板11分别和U型板件1或金属外框架2构成的密封空间内填充有磁流变液12，所述压电片10、磁流变液 12、阻尼板11构成磁流变液阻尼器。

在以上实施例中，交叉型抗压板3上端的两个磁流变液阻尼器由压电片 10、两个阻尼板11和U型板件1围成的密封空间，以及密封空间内填充的磁流变液12组成；交叉型抗压板3下端的两个磁流变液阻尼器由压电片10、两个阻尼板11和金属外框架2围成的密封空间，以及密封空间内填充的磁流变液12组成。阻尼板11为摩擦阻尼板11，金属外框架2和U型板分别与摩擦阻尼板11之间通过螺栓固定方便对损耗摩擦阻尼板11进行更换，摩擦阻尼板11在U型板件 1受压时发生位移摩擦可以消耗一定的能量。摩擦阻尼板11两边有感应线圈，当交叉型抗压板3的四个端部受压向外侧水平移动时，四个压电片10受压产生电流的时候，对应的摩擦阻尼板11上的感应线圈通电产生磁场，磁场可以磁流变液12流向与运动速度，使剪切屈服强度大大提高。具体为：当U型板件1 受压时，第一阻尼弹簧4、第二阻尼弹簧5以及限位弹簧7均被压缩，压电片10 受压产生电流，摩擦阻尼板11上的感应线圈通电产生磁场，磁流变液阻尼器内的磁流变液12受到作用，表现出高粘性、低流动性的特性对扰振源传递过来的能量进行进一步消耗。当列车驶过U型板件1时，第一阻尼弹簧4、第二阻尼弹簧5以及限位弹簧7恢复原长，压电片10产生电流逐渐减小，磁场逐渐消失，磁流变液12逐渐恢复正常粘度，减振工作完成。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述金属外框架2与所述U型板件1两侧的镶嵌处分别设置一对电磁铁13，所述压电片10与所述电磁铁13电连接。

在以上实施例中，金属外框架2与所述U型板件1左右两侧的镶嵌处分别设置一对相同磁极且互斥的电磁铁13，电磁铁13的上下极板分别焊接在U型板件 1和金属外框架2上。当压电片10受压产生电流时，同侧的一对电磁铁13磁极相对产生斥力，可以在竖直方向上消耗一定的能量，进一步达到更好的减振效果。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述底座8的侧壁下端设置有充气孔203。

在以上实施例中，充气孔203的设置可以为下部两侧的空气弹簧结构充气，防止了下部空气弹簧因某些原因漏气而导致的不可逆性损坏。

本发明的智能自适应减振装置的工作原理为：

当列车驶向U型板件1时，U型板件1受压向下移动，交叉型抗压板3上连接的第一阻尼弹簧4和第二阻尼弹簧5在竖直方向压缩变形，消耗部分能量；同时，交叉型抗压板3四个端部的滑块6水平向外侧滑动，带动限位弹簧7水平压缩，再次消耗部分能量。阻尼板11在滑块6摩擦作用下消耗部分能量，同时四个压电片10在滑块6的作用下水平向外移动并产生电流，阻尼板11上的感应线圈通电产生磁场，磁流变阻尼器里的磁流变液12受磁场影响粘度逐渐提高，再次消耗部分能量。此外，压电片10产生的电流传给其对应的一对电磁铁13 磁极，该对电磁铁13磁极通电产生斥力，在竖直方向上消耗一定能量。且U型板件1和金属外框架2组成的外套筒整体受压下降时，金属外框架2下端两侧的活塞杆201带动活塞202在底座8内向下移动，使第三阻尼弹簧9在竖向方向被压缩，消耗部分能量；且活塞202和底座8之间的空气弹簧结构发挥减振作用。

当列车驶过U型板件1时，第一阻尼弹簧4、第二阻尼弹簧5、第三阻尼弹簧9恢复原长，限位弹簧7恢复到初始位置，压电片10产生的电流减小，磁场逐渐消失，电磁极间作用力逐渐消失，磁流变液12逐渐恢复正常粘度，减振工作完成。

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而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神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 (5)

1.一种智能自适应减振系统，其特征在于，包括：外套筒，所述外套筒包含U型板件(1)和金属外框架(2)，所述U型板件(1)的两侧镶嵌于所述金属外框架(2)中，所述U型板件(1)与所述金属外框架(2)之间通过交叉型抗压板(3)连接；

所述交叉型抗压板(3)的中部铰接，所述交叉型抗压板的中部上、下两端分别与所述U型板件(1)和金属外框架(2)通过第一阻尼弹簧(4)连接；所述交叉型抗压板(3)上位于同一侧的抗压板之间通过第二阻尼弹簧(5)连接，所述第二阻尼弹簧(5)左右对称安装在所述交叉型抗压板(3)上；

所述交叉型抗压板(3)的上侧两端分别通过滑块(6)和限位弹簧(7)与所述U型板件(1)滑动连接；所述交叉型抗压板(3)的下侧两端分别通过滑块(6)和限位弹簧(7)与所述金属外框架(2)滑动连接；

所述滑块(6)和限位弹簧(7)之间设置有压电片(10)，所述滑块(6)和限位弹簧(7)的上下两侧分别设置有阻尼板(11)，所述阻尼板(11)上设置有感应线圈；所述压电片(10)、阻尼板(11)分别和U型板件(1)或金属外框架(2)构成的密封空间内填充有磁流变液(12)，所述压电片(10)、磁流变液(12)、阻尼板(11)构成磁流变液阻尼器；

底座(8)左右对称安装在所述金属外框架(2)的底部两侧，所述金属外框架(2)的底部两侧对称设置有活塞杆(201)，每个所述活塞杆(201)上设置有活塞(202)，所述活塞(202)装配入所述底座(8)内，所述活塞(202)与所述底座(8)内密封的空气形成空气弹簧结构。

2.根据权利要求1所述的智能自适应减振系统，其特征在于，所述活塞(202)的下端与所述底座(8)的底部之间设置有第三阻尼弹簧(9)。

3.根据权利要求1所述的智能自适应减振系统，其特征在于，所述金属外框架(2)与所述U型板件(1)两侧的镶嵌处分别设置一对相同磁极且互斥的电磁铁(13)，所述压电片(10)与所述电磁铁(13)电连接。

4.根据权利要求2所述的智能自适应减振系统，其特征在于，所述底座(8)的侧壁下端设置有充气孔(203)。

5.根据权利要求1所述的智能自适应减振系统，其特征在于，所述阻尼板(11)分别通过螺栓与所述U型板件(1)和金属外框架(2)固定连接。

Images