CN113007265B - 一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，包括：缸体、底盖、囊体、硫化橡胶套和活塞杆；所述缸体和囊体的底部敞开；所述缸体套设在所述囊体外；所述底盖封闭所述缸体和囊体的底部；所述缸体上具有开孔；所述活塞杆的底端穿过所述缸体的开孔并通过所述硫化橡胶套与所述囊体连接；所述囊体内填充水和分子弹簧材料。本发明提供的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，具有高承载能力，低固有频率的特点，广泛适用于工程领域的设备，特别是重型机械设备的隔振要求；导向套和缓冲橡胶的结构设计使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器在极限情况下对设备具有保护功能，硫化橡胶套同时使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器兼具侧向刚度。

Description

一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器
技术领域
本发明涉及一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，属于机械技术领域。
背景技术
分子弹簧隔振技术是一种基于全新机理的被动隔振技术。水和多孔疏水材料组成分子弹簧混合介质，当压缩分子弹簧介质至一定压强时，水分子会进入多孔疏水颗粒的疏水纳米微孔，当卸载时，水分子自动从微孔中逸出，在这个过程机械能和表面能相互转化，实现能量储存和释放。由于多孔疏水材料的疏水性，在低压时水分子无法进入微孔，当压强达到某一临界值时，水分子克服毛细管力，开始大量侵入微孔，当多孔疏水颗粒的所有微孔饱和后，继续加压将不再有水分子进入微孔；卸载过程即为这一过程的逆过程。因此以分子弹簧混合介质为工作介质的隔振缓冲器将表现出“高-低-高”的分段刚度特性。加载合适的负载后，该隔振缓冲器将表现出高静低动的刚度特性，特别适用于重型设备的低频隔振。由于部分多孔疏水材料组成的分子弹簧介质在加载卸载过程存在迟滞现象，即在加载卸载周期内会消耗一定的能量，因此该隔振缓冲器同时兼具一定的缓冲性能。
以分子弹簧隔振技术为基础的被动隔振技术因结构简单、易于实现、工作可靠和价格低廉等优势而应用广泛，被动隔振技术现已取得丰富的研究成果，如金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、金属橡胶隔振器、钢丝绳隔振器和空气弹簧隔振器等。然而，在工程应用中，这些隔振器仍存在着诸如大静变形、易老化、承载能力不足、性能不稳定、气体容易泄漏等问题。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种密封简单，具有高静低动刚度特性且兼顾侧向刚度的新型囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，包括：缸体、底盖、囊体、硫化橡胶套和活塞杆；所述缸体和囊体的底部敞开；所述缸体套设在所述囊体外；所述底盖封闭所述缸体和囊体的底部；所述缸体上具有开孔；所述活塞杆的底端穿过所述缸体的开孔并通过所述硫化橡胶套与所述囊体连接；所述囊体内填充水和分子弹簧材料。
上述方案进一步的改进在于：所述底盖具有通孔，所述通孔上装有堵头。
上述方案进一步的改进在于：所述缸体内对应所述开孔的位置具有套筒；所述硫化橡胶套通过硫化与所述套筒贴合；所述活塞杆的底端套设有导向套；所述导向套通过所述套筒与所述硫化橡胶套连接。
上述方案进一步的改进在于：所述底盖底部覆盖有缓冲橡胶。
上述方案进一步的改进在于：所述分子弹簧材料是疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料中的一种或若干种颗粒混合物。
上述方案进一步的改进在于：所述分子弹簧材料的孔径是小于2nm的微孔、或者是2到50nm的中孔或介孔、或者是孔径大于50nm的大孔。
上述方案进一步的改进在于：所述水中能够添加无机盐或表面活性剂或两者的混合物。
上述方案进一步的改进在于：所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强为10Mpa~200Mpa之间。
本发明提供的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，具有高承载能力，低固有频率的特点，广泛适用于工程领域的设备，特别是重型机械设备的隔振要求；导向套和缓冲橡胶的结构设计使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器在极限情况下对设备具有保护功能，硫化橡胶套同时使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器兼具侧向刚度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个优选的实施例结构示意图。
图2是相同载荷下分子弹簧隔振缓冲器和线性隔振器静平衡位置示意图。
图3是分子弹簧隔振缓冲器与线性系统力传递率曲线对比。
图4是分子弹簧隔振缓冲器与线性系统位移传递率曲线对比。
具体实施方式
实施例
本实施例的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，如图1所示，包括：缸体3、底盖13、囊体2、硫化橡胶套8和活塞杆5；缸体3和囊体2的底部敞开；缸体3套设在囊体2外；底盖13封闭缸体3和囊体2的底部；缸体3顶部上具有开孔；活塞杆5的底端穿过缸体3的开孔伸入缸体3中，并处于囊体2之外；活塞杆5的底端上套设导向套6，活塞杆5与导向套6间隙配合；导向套6通过过盈配合连接套筒7，套筒7则通过螺栓4固定在缸体3上，导向套6顶部与缸体3同样过盈配合；硫化橡胶套8与囊体2连接，同时还同硫化作用与套筒7紧密贴合；囊体2内填充水和分子弹簧材料，囊体2带有密封凸起。
底盖13具有添加介质用的通孔，通孔上装有密封用的堵头12。底盖13底部覆盖有缓冲橡胶11。缸体3、底盖13、囊体2、缓冲橡胶11通过螺栓10固定在一起。
分子弹簧材料是疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料中的一种或若干种颗粒混合物。分子弹簧材料的孔径是小于2nm的微孔、或者是2到50nm的中孔或介孔、或者是孔径大于50nm的大孔。根据所需的承压选择不同的孔径的材料。本实施例的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强为10Mpa~200Mpa之间。
水中添加表面活性剂可降低囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强用于降低承载能力；水中添加无机盐和表面活性剂会降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下用。
水中添加无机盐可提高囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强用于提高承载能力；水中添加表面活性剂可降低囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强用于降低承载能力；水中添加无机盐和表面活性剂会降低水的冰点，用于温度低于零摄氏度的环境下用。
缸体3和底盖13承担受力，起强度作用；硫化橡胶套8起变形作用，通过活塞杆5的运动，带动硫化橡胶套8的变形，从而压缩和释放水和分子弹簧材料，从而起到隔振缓冲的作用。
本实施例提供的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，具有高承载能力，低固有频率的特点，广泛适用于工程领域的设备，特别是重型机械设备的隔振要求。
由于本所选用多孔疏水具有高孔隙率，因此极小量的分子弹簧混合介质即可满足隔振需求的变形量，因此该隔振缓冲器体积很小。
由于分子弹簧混合介质工作压强很高（10Mpa~200Mpa），因此该隔振缓冲器具有极强承载能力。
由于囊膜式分子弹簧隔振缓冲器具有“高-低-高”的分段刚度特性，因此在大振幅时具有自限位功能。
导向套和缓冲橡胶的结构设计使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器在极限情况下对设备具有保护功能，硫化橡胶套同时使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器兼具侧向刚度。
可通过增减多孔疏水材料的填充量方便的调节该隔振缓冲器的隔振性能。
通过添加无机盐或表面活性剂可对囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的承载能力进行微调。
无机盐和表面活性剂在可以作为防冻剂，因此囊膜式分子弹簧隔振缓冲器在低于零摄氏度的环境下也可以使用。
在隔振领域，人们希望弹性元件尽可能的软，以降低系统固有频率以获得更宽的隔振频带和更低的振动传递率，然而在工程中，过软的弹簧势必带来过大的静态位移同时需要足够大的安装空间，因此实际的隔振往往是承载能力需求和隔振性能的折中。得益于独特的分段刚度特性，分子弹簧隔振缓冲器具有高静低动的刚度特性，因此可兼顾高承载能力和低工作刚度。
图2对比了分子弹簧隔振缓冲器和传统线性隔振缓冲器在相同载荷下的静平衡位置，为方便对比，分子弹簧隔振缓冲器采用了等效线性化刚度。和线性隔振缓冲器相比，分子弹簧隔振缓冲器具有明显优势。在静平衡状态时，若要和分子弹簧隔振缓冲器有相同的静位移，线性隔振缓冲器的刚度远大于分子弹簧隔振缓冲器工作段刚度，并导致隔振频率范围缩小；若要获得和分子弹簧隔振缓冲器相同的隔振效果，线性隔振缓冲器的静平衡处的静位移将远大于分子弹簧隔振缓冲器的静位移，导致安装空间要求大幅度增加。图2仅仅以730Kg负载为例进行的说明，如果负载达到数吨乃至数十吨，差别将更加显著。
如图3，分子弹簧隔振缓冲器与线性系统力传递率曲线对比；如图4，分子弹簧隔振缓冲器与线性系统位移传递率曲线对比。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于，包括：缸体、底盖、囊体、硫化橡胶套和活塞杆；
所述缸体和囊体的底部敞开；所述缸体套设在所述囊体外；所述底盖封闭所述缸体和囊体的底部；所述缸体上具有开孔；
所述活塞杆的底端穿过所述缸体的开孔并通过所述硫化橡胶套与所述囊体连接；所述囊体内填充水和分子弹簧材料；
所述活塞杆的底端穿过缸体的开孔伸入缸体中，并处于囊体之外；活塞杆的底端上套设导向套，活塞杆与导向套间隙配合；导向套通过过盈配合连接套筒，套筒则通过螺栓固定在缸体上，导向套顶部与缸体过盈配合；硫化橡胶套与囊体连接，同时与套筒紧密贴合；囊体内填充水和分子弹簧材料，囊体带有密封凸起；底盖具有添加介质用的通孔，通孔上装有密封用的堵头，底盖底部覆盖有缓冲橡胶；缸体、底盖、囊体、缓冲橡胶通过螺栓固定在一起；
缸体和底盖承担受力，起强度作用；硫化橡胶套起变形作用，通过活塞杆的运动，带动硫化橡胶套的变形，从而压缩和释放水和分子弹簧材料，从而起到隔振缓冲的作用；
导向套和缓冲橡胶的结构设计使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器在极限情况下对设备具有保护功能，硫化橡胶套同时使囊膜式分子弹簧隔振缓冲器兼具侧向刚度。
2.根据权利要求1所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述分子弹簧材料是疏水沸石、疏水硅胶、疏水金属有机骨架材料中的一种或若干种颗粒混合物。
3.根据权利要求1所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述分子弹簧材料的孔是孔径是小于2nm的微孔、或者是2到50nm的中孔或介孔、或者是孔径大于50nm的大孔。
4.根据权利要求1所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：水中添加无机盐和/或表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器，其特征在于：所述的囊膜式分子弹簧隔振缓冲器的工作压强为10Mpa~200Mpa之间。
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