CN113944715A - 多自由度主被动隔振器 - Google Patents

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谢溪凌
任明可
巫頔
张志谊
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Abstract

本发明提供了一种多自由度主被动隔振器，包括：底座、下部橡胶层、中间惯性体、上部弹性层以及电磁作动器；所述下部橡胶层分别与底座和中间惯性体固定连接；所述中间惯性体的垂向侧面以及水平侧面上均安装有多个电磁作动器；所述上部弹性层嵌入安装在中间惯性体中，所述上部弹性层上设置有该主被动隔振器与外界设备连接的螺纹接口。本发明通过上部弹性层与下部橡胶层实现双层被动隔振，可改善高频隔振效果；通过八个电磁作动器实现多自由度主动隔振，多个联合工作可应用于大型重载设备的多自由度振动主动抑制。

Description

多自由度主被动隔振器
技术领域
本发明涉及隔振器技术领域，具体地，涉及一种多自由度主被动隔振器。
背景技术
随着绿色智能化逐渐成为我国制造科技的发展方向之一，各类大型重载装备如船用柴油机、直流电机、汽轮发电机组等对低振动噪声的需求不断提高，因此，隔离大型重载装备尤其是动力设备旋转时所产生的振动至关重要。
目前，大型重载装备通常安装在具有弹性支承的基础上，以抑制振动带来的有害影响。传统的被动隔振可以在较宽频带内提供有效的隔振性能，但其受限于系统固有频率与垂向允许位移量之间的矛盾，并且对多个强线谱振动的控制效果不明显，因此，主动控制方法以其优良的低频隔振性能、环境适应性成为大型重载装备振动隔离的新方法。
针对主被动隔振器的研究已引起众多学者的广泛关注，形成了众多融合被动隔振单元(气囊隔振器、金属弹簧、橡胶隔振器、波纹管-流体阻尼隔振器、液压隔振器等)与主动作动器(气动式、压电式、电磁式、液压式等)的主被动隔振器。但目前公开的主被动隔振器绝大多数只限于单方向隔振，无法满足实际工况中设备在多个方向隔振的需求。
在公布号为CN109681572A的发明专利中公开了一种主被动隔振器以及动力设备，包括：载荷平台、基座台、第一被动隔振部、第二被动隔振部、中间支撑部、作动器。其中，第一被动隔振部的上侧和载荷平台的下侧贴合连接。第二被动隔振部的下侧和基座台的上侧贴合连接。中间支撑部的固定端内嵌于第一被动隔振部的下侧和第二被动隔振部的上侧之间，中间支撑部具有一竖向容置腔。作动器安装于竖向容置腔，并且和竖向容置腔的腔内壁固连。在隔振器主动隔振的状态下，作动器带动中间支撑部上下振动。该发明通过将作动器置于中间支撑部中，使得隔振器的结构紧凑，以实现狭小空间内的主被动隔振功能。
目前对于大型重载装备主被动隔振的研究主要集中于垂向隔振，并不能兼顾多个自由度的振动抑制，现有主被动隔振器件及方法亟需改善。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多自由度主被动隔振器。
根据本发明提供的一种多自由度主被动隔振器，包括：底座、下部橡胶层、中间惯性体、上部弹性层以及电磁作动器；
所述下部橡胶层分别与底座和中间惯性体固定连接；所述中间惯性体的垂向侧面以及水平侧面上均安装有多个电磁作动器；所述上部弹性层嵌入安装在中间惯性体中，所述上部弹性层上设置有该主被动隔振器与外界设备连接的螺纹接口。
优选的，所述下部橡胶层整体呈横截面为四边形的环形布置。
优选的，所述中间惯性体下端面设置有锥面，所述锥面对中贴合固定在环形下部橡胶层的正上方。
优选的，所述电磁作动器均采用惯性式电磁作动器。
优选的，所述中间惯性体上安装有加速度传感器，所述加速度传感器用于测量中间惯性体的水平与垂向加速度响应。
优选的，所述垂向侧面上电磁作动器单独工作；
所述水平侧面电磁作动器成对设置，分别位于中间惯性体的相对侧面上，位于同方向的电磁作动器串联同步工作。
优选的，所述布置于中间惯性体上的加速度传感器设置为多个，分别垂向布置于中间惯性体的边角处，以及布置于中间惯性体两个水平侧壁上。
优选的，还包括控制系统，所述控制系统与所述电磁作动器以及加速度传感器连接。
优选的，所述底座的顶部设置有环形斜接面，所述环形斜接面与橡胶层的下部固定连接。
优选的，所述中间惯性体的上端面设置成锥面，所述上部弹性层位于中间惯性体上端面的顶点处。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过上部弹性层与下部橡胶层实现双层被动隔振，可改善高频隔振效果；
2、本发明通过八个电磁作动器实现多自由度主动隔振，多个联合工作可应用于大型重载设备的多自由度振动主动抑制；
3、本发明采用惯性式电磁作动器，相比于其他主动元件，具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点，可有效抑制大型重载设备振动。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例多自由度主被动隔振器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例多自由度主被动隔振器的结构俯视图；
图3为本发明实施例多自由度主被动隔振器的正视剖视图；
图4为本发明实施例多自由度主被动隔振器的半剖俯视图。
附图标记说明：
底座1 上部弹性层4
下部橡胶层2 电磁作动器5
中间惯性体3
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明介绍了一种多自由度主被动隔振器，参照图1和图2，包括：底座1、下部橡胶层2、中间惯性体3、上部弹性层4以及电磁作动器5。
参照图3和图4，下部橡胶层2通过硫化分别与底座1和中间惯性体3固定连接，底座1留有四个通孔与外界设备或基础相连接，下部橡胶层2整体呈横截面为四边形的环形布置，充分利用了橡胶的剪切耗能特性。在底座的顶部设置有环形斜接面，环形斜接面与橡胶层的下部固定连接。
中间惯性体3下端面设置有锥面，锥面对中贴合硫化固定在环形下部橡胶层2的正上方。
中间惯性体3呈六面体构型，其上安装有八个电磁作动器5，在中间惯性体3的垂向侧面上安装四个电磁作动器5，在水平侧面上安装有四个电磁作动器5；
上部弹性层4嵌入安装在中间惯性体3上，并提供该主被动隔振器与外界设备连接的螺纹接口。中间惯性体3的上端面设置成锥面，上部弹性层4位于中间惯性体3上端面的顶点处。
在本发明中的八个电磁作动器5均采用惯性式电磁作动器，相比于其他主动元件，具有响应速度快、推力均匀、运动平稳、工作可靠等优点，可有效抑制大型重载设备振动。
在中间惯性体3上安装有多个加速度传感器，用于测量中间惯性体的水平与垂向加速度响应并实时反馈给控制器。四个垂向电磁作动器单独工作，四个水平电磁作动器两两一组，同方向的两个串联同步工作。在本实施例中加速度传感器的数量可以为六个，其中四个分别垂向布置于中间惯性体的四个边角，另外两个分别水平布置于中间惯性体两个侧壁上。本发明还包括一个控制系统，控制系统与电磁作动器5以及加速度传感器连接，加速度传感器实时反馈至控制系统，控制系统产生控制信号并输出至对应的功率放大器以分别驱动垂向和水平电磁作动器5产生控制力，从而减少大型重载设备的多自由度振动经过该隔振器的传递。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种多自由度主被动隔振器，其特征在于，包括：底座(1)、下部橡胶层(2)、中间惯性体(3)、上部弹性层(4)以及电磁作动器(5)；
所述下部橡胶层(2)分别与底座(1)和中间惯性体(3)固定连接；所述中间惯性体(3)的垂向侧面以及水平侧面上均安装有多个电磁作动器(5)；所述上部弹性层(4)嵌入安装在中间惯性体(3)中，所述上部弹性层(4)上设置有该主被动隔振器与外界设备连接的螺纹接口。
2.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述下部橡胶层(2)整体呈横截面为四边形的环形布置。
3.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述中间惯性体(3)下端面设置有锥面，所述锥面对中贴合固定在环形下部橡胶层(2)的正上方。
4.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述电磁作动器(5)均采用惯性式电磁作动器。
5.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述中间惯性体(3)上安装有加速度传感器，所述加速度传感器用于测量中间惯性体(3)的水平与垂向加速度响应。
6.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：
所述垂向侧面上电磁作动器(5)单独工作；
所述水平侧面电磁作动器(5)成对设置，分别位于中间惯性体(3)的相对侧面上，位于同方向的电磁作动器(5)串联同步工作。
7.根据权利要求5所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述布置于中间惯性体(3)上的加速度传感器设置为多个，分别垂向布置于中间惯性体(3)的边角处，以及布置于中间惯性体(3)两个水平侧壁上。
8.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统与所述电磁作动器(5)以及加速度传感器连接。
9.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述底座的顶部设置有环形斜接面，所述环形斜接面与橡胶层的下部固定连接。
10.根据权利要求1所述的多自由度主被动隔振器，其特征在于：所述中间惯性体(3)的上端面设置成锥面，所述上部弹性层(4)位于中间惯性体(3)上端面的顶点处。
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