CN115263992A - 基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，包括顶托于基座下端面的主动隔振装置，还包括与基座侧面相连的吸振装置；主动隔振装置为活塞式磁流变主动隔振装置，其活塞在贮有磁流变液的工作缸内做有阻尼的上下运动从而耗散外部机械设备的振动能量，主动隔振装置的控制器以加速度传感器实时分析机械设备的振动信号，通过改变励磁线圈的磁场特性来改变磁流变液的阻尼特性，对主动隔振装置的隔振特性进行调节；吸振装置减振频段通过调节弹性件的弹力特性或是增减质量件数量来调整；本发明具有宽频、多向减振可控的特性，可较好的解决机械装备在工作过程中产生的振动噪声问题。
Description
技术领域
本发明涉及设备减振技术领域，尤其是基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置。
背景技术
振动广泛的存在于工业生产中，例如原动机、压缩机、泵、 液压马达等旋转机械由于转子不平衡等原因会在工作过程中产生振动，振动会对机械设备产生危害，降低其工作效率，缩短其使用寿命，严重时还会导致生产事故，影响安全生产。此外，振动还会引发噪声问题，影响工作人员的身心健康。
现有的减振装置多为被动隔振装置，性能单一，适应面窄，往往只能对某一特定频段、某一方向的振动起到作用，减振效果不佳。此外，有些工业机械设备的振动机理较为复杂，存在着多重振动叠加的情况，导致单一的普通减振装置减振效果达不到预期的要求，需要寻找一种性能更加优异、适用面更加广泛、效果更加明显的减振装置。
磁流变液是一种新型的智能材料，在外磁场的作用下会产生明显的磁流变效应，可在极短的时间内改变液体自身的黏度，实现固液状态之间的快速转换，磁流变液响应快、可逆性好、可通过调节磁场大小实现力学性能连续变化。基于磁流变液的特性可设计出主动控制隔振装置，可以根据被隔振装备的振动情况实时调节阻尼、刚度等特性，实现主动隔振。而动力吸振器是一种通过共振效应来吸收振动物体的能量，从而达到减振目的的装置，具有结构简单、制造便捷、吸振效果好等优点。
发明内容
本发明提出基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，具有宽频、多向减振可控的特性，可较好的解决机械装备在工作过程中产生的振动噪声问题。
基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，以基座置于外部机械设备下方，所述减振装置包括顶托于基座（4）下端面的主动隔振装置，还包括与基座侧面相连的吸振装置；
所述主动隔振装置为活塞式磁流变主动隔振装置，其活塞在贮有磁流变液的工作缸内做有阻尼的上下运动从而耗散外部机械设备的振动能量，主动隔振装置的控制器以加速度传感器实时分析机械设备的振动信号，通过改变励磁线圈的磁场特性来改变磁流变液的阻尼特性，对主动隔振装置的隔振特性进行调节；
所述吸振装置包括板形的弹性件，所述弹性件一端连接于基座侧面，另一端悬吊质量件形成用于减振的反共振系统，吸振装置的减振频段通过调节弹性件的弹力特性或是增减质量件数量来调整。
所述三向宽频大载荷减振装置在机械设备下方处多点布设，其在工作时，以设于基座（4）上的连接板（5）连接外部机械设备，以底座（1）支撑于安装面上；所述加速度传感器（21）设于基座处，控制器（16）设于底座上，底座与基座之间设有可形成预载负荷的预载弹簧（19），基座上端面中央设有用于支撑连接板的支撑凸台（20）；基座下端面处设有用于连接工作缸活塞的活塞杆的连接凸台（18）；
当励磁线圈未通电时，工作缸的磁流变液阻尼处于低值，底座以预载弹簧对基座提供支撑力，当活塞向上运动时，预载弹簧对其提供回复力以辅助其运动，基座、底座处均设有对预载弹簧进行连接定位的定位凸台（22）；
所述连接板处设有大通孔（8）、小通孔（6）和用于连接机械设备的连接孔（7）。
所述主动隔振装置的工作缸包括置于底座（1）、基座（4）之间的多个贮有磁流变液（26）的活塞筒（3）；活塞筒设有与活塞（33）相连并从缸盖（17）伸出的活塞杆（23）；活塞筒设于励磁线圈（2）中；所述励磁线圈的磁场可对活塞筒内的磁流变液施加作用以改变其阻尼特性。
活塞筒内设有流通阀（32）、补偿阀（34）、伸张阀（27）、压缩阀（25）；活塞筒下腔以补偿阀、压缩阀与活塞筒下方的储液缸相连；所述伸张阀和流通阀设于活塞处用于磁流变液的流通；伸张阀的阀门朝下，以其阀门上端的阀门弹簧（28）形成压紧力和回复力，流通阀的阀门朝上，以其阀门下端的阀门弹簧形成压紧力和回复力；活塞筒的缸盖以大密封圈（29）、小密封圈（30）形成密封结构；
活塞式磁流变主动隔振装置工作过程中，活塞向下运动时，活塞筒下腔容积减小，上腔容积增大，下腔压力高于上腔，活塞筒下腔液体推开流通阀进入活塞筒上腔，由于活塞杆占据活塞筒上腔部分容积，使活塞筒上腔增加的容积小于下腔减少的容积，下腔多余的液体从压缩阀进入储液缸（35）；活塞向上运动时，活塞筒上腔容积减小，下腔容积增大，活塞筒上腔压力高于下腔，活塞筒上腔液体推开伸张阀流入下腔，活塞杆的对活塞筒上腔的容积占用使下腔产生真空度，储液缸内的液体在真空吸力的作用下推开补偿阀流回活塞筒下腔。
所述励磁线圈绕于活塞筒外侧壁处并与控制器相连；所述加速度传感器通过紧固件安装于基座处以实时获取机械设备的振动信号，控制器实时接收加速度传感器反馈的机械装备的振动信号以进行分析处理，并发出控制指令调节励磁线圈内的电流大小从而调节励磁线圈产生的磁场特性，进而改变磁流变液的阻尼特性；所述控制器设有用于连接外部电源的通电接口。
所述吸振装置的弹性件包括弹簧片（10）和弹簧片固定板（9）；所述质量件包括质量块板（12）和与之相连固定的质量块（13）；
所述弹簧片上开设有调节槽（11），所述调节槽可通过紧固件调节弹簧片的弹力有效长度，弹簧片的一端通过紧固件、弹簧片固定板压紧安装于基座上，另一端通过调节槽上的紧固件与质量件相连使质量件处于悬吊状态，当弹簧片的有效工作长度改变时，弹性件的弹力特性随之改变，使吸振装置的刚度改变；
所述质量件的质量块板上端设有安装吊耳（24），用于连接调节槽处的紧固件，所述吸振装置的质量通过增减质量块数量来调整。
本发明的有益效果是，通过设计活塞式磁流变主动隔振装置实现对机械设备的主动隔振，借助磁流变液的阻尼可变特性实现可控可调、宽频、多向的减振特性，同时通过设计刚度阻尼可调的弹簧片-质量块吸振装置可对机械设备某一振动严重的频段进行针对性加强减振，解决装备振动叠加的问题，大大提高减振装置整体的减振效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的立体示意图；
附图2是本发明左视示意图；
附图3是本发明右视示意图；
附图4是本发明的剖视图；
附图5是活塞结构示意图；
附图6是本发明的安装示意图；
附图7是本发明的另一安装示意图；
图中：1-底座、2-励磁线圈、3-活塞筒、4-基座、5-连接板、6-小通孔、7-连接孔、8-大通孔、9-弹簧片固定板、10-弹簧片、11-调节槽、12-质量块板、13-质量块、14-安装孔、15-通电接口、16-控制器、17-缸盖、18-连接凸台、19-预载弹簧、20-支撑凸台、21-加速度传感器、22-定位凸台、23-活塞杆、24-安装吊耳、25-压缩阀、26-磁流变液、27-伸张阀、28-阀门弹簧、29-大密封圈、30-小密封圈、31-工作缸、32-流通阀、33-活塞、34-补偿阀、35-储液缸。
具体实施方式
如图所示，基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，以基座置于外部机械设备下方，所述减振装置包括顶托于基座4下端面的主动隔振装置，还包括与基座侧面相连的吸振装置；
所述主动隔振装置为活塞式磁流变主动隔振装置，其活塞33在贮有磁流变液26的工作缸31内做有阻尼的上下运动从而耗散外部机械设备的振动能量，主动隔振装置的控制器以加速度传感器实时分析机械设备的振动信号，通过改变励磁线圈2的磁场特性来改变磁流变液的阻尼特性，对主动隔振装置的隔振特性进行调节；
所述吸振装置包括板形的弹性件，所述弹性件一端连接于基座侧面，另一端悬吊质量件形成用于减振的反共振系统，吸振装置的减振频段通过调节弹性件的弹力特性或是增减质量件数量来调整。
所述三向宽频大载荷减振装置在机械设备下方处多点布设，其在工作时，以设于基座4上的连接板5连接外部机械设备，以底座1支撑于安装面上；所述加速度传感器21设于基座处，控制器16设于底座上，底座与基座之间设有可形成预载负荷的预载弹簧19，基座上端面中央设有用于支撑连接板的支撑凸台20；基座下端面处设有用于连接工作缸活塞的活塞杆的连接凸台18；
当励磁线圈未通电时，工作缸的磁流变液阻尼处于低值，底座以预载弹簧对基座提供支撑力，当活塞向上运动时，预载弹簧对其提供回复力以辅助其运动，基座、底座处均设有对预载弹簧进行连接定位的定位凸台22；
所述连接板处设有大通孔8、小通孔6和用于连接机械设备的连接孔7。
所述主动隔振装置的工作缸包括置于底座1、基座4之间的多个贮有磁流变液26的活塞筒3；活塞筒设有与活塞33相连并从缸盖17伸出的活塞杆23；活塞筒设于励磁线圈2中；所述励磁线圈的磁场可对活塞筒内的磁流变液施加作用以改变其阻尼特性。
活塞筒内设有流通阀32、补偿阀34、伸张阀27、压缩阀25；活塞筒下腔以补偿阀、压缩阀与活塞筒下方的储液缸相连；所述伸张阀和流通阀设于活塞处用于磁流变液的流通；伸张阀的阀门朝下，以其阀门上端的阀门弹簧28形成压紧力和回复力，流通阀的阀门朝上，以其阀门下端的阀门弹簧形成压紧力和回复力；活塞筒的缸盖以大密封圈29、小密封圈30形成密封结构；
活塞式磁流变主动隔振装置工作过程中，活塞向下运动时，活塞筒下腔容积减小，上腔容积增大，下腔压力高于上腔，活塞筒下腔液体推开流通阀进入活塞筒上腔，由于活塞杆占据活塞筒上腔部分容积，使活塞筒上腔增加的容积小于下腔减少的容积，下腔多余的液体从压缩阀进入储液缸35；活塞向上运动时，活塞筒上腔容积减小，下腔容积增大，活塞筒上腔压力高于下腔，活塞筒上腔液体推开伸张阀流入下腔，活塞杆的对活塞筒上腔的容积占用使下腔产生真空度，储液缸内的液体在真空吸力的作用下推开补偿阀流回活塞筒下腔。
所述励磁线圈绕于活塞筒外侧壁处并与控制器相连；所述加速度传感器通过紧固件安装于基座处以实时获取机械设备的振动信号，控制器实时接收加速度传感器反馈的机械装备的振动信号以进行分析处理，并发出控制指令调节励磁线圈内的电流大小从而调节励磁线圈产生的磁场特性，进而改变磁流变液的阻尼特性；所述控制器设有用于连接外部电源的通电接口15。
所述吸振装置的弹性件包括弹簧片10和弹簧片固定板9；所述质量件包括质量块板12和与之相连固定的质量块13；
所述弹簧片上开设有调节槽11，所述调节槽可通过紧固件调节弹簧片的弹力有效长度，弹簧片的一端通过紧固件、弹簧片固定板压紧安装于基座上，另一端通过调节槽上的紧固件与质量件相连使质量件处于悬吊状态，当弹簧片的有效工作长度改变时，弹性件的弹力特性随之改变，使吸振装置的刚度改变；
所述质量件的质量块板上端设有安装吊耳24，用于连接调节槽处的紧固件，所述吸振装置的质量通过增减质量块数量来调整。
实施例：
工作时，将若干个减振装置通过连接板5与机械装备相连接，加速度传感器21实时获取机械装备的振动情况，并将振动信号传至控制器16分析处理，控制器16输出控制指令调节励磁线圈2内的电流大小从而调节励磁线圈2产生的磁场特性，进而改变磁流变液26的阻尼特性，活塞33在活塞筒3内做有阻尼的上下运动，从而耗散振动能量，磁流变液26的可变阻尼特性使得活塞式隔振装置实现可控可调的主动隔振，同时弹簧片-质量块吸振装置形成反共振系统吸收部分振动能量，并且由于弹簧片10的有效工作长度可调节及质量块13的数量可增减，因而吸振装置刚度阻尼可调节的特性可针对机械装备某一振动严重的频段进行针对性加强减振，解决装备的振动叠加问题，使得减振装置的整体减振效果大大加强。
其中，活塞式磁流变主动隔振装置在工作过程中，活塞33向下运动时，活塞下腔容积减小，上腔容积增大，下腔压力高于上腔，液体压开流通阀32进入上腔，并且由于活塞杆23占据一部分容积，因此上腔增加的容积小于下腔减少的容积，下腔多余的液体从压缩阀25进入储油缸；活塞33向上运动时，活塞上腔容积减小，下腔容积增大，上腔压力高于下腔，液体推开伸张阀27流入下腔，并且由于活塞杆23的存在致使下腔产生一定的真空度，储油缸内的液体在真空吸力的作用下打开补偿阀34流回下腔。
本例中，基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置中，基座4下端面的主动隔振装置用于对设备的竖向振动进行隔振，即Z轴方向上的隔振，与基座侧面相连的吸振装置用于对设备的水平向振动进行吸振，其弹性件延伸方向即为吸振方向，可通过在安装三向宽频大载荷减振装置时，改变弹性件的延伸方向，来对水平向的吸振方向进行调节。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，以基座置于外部机械设备下方，其特征在于：所述减振装置包括顶托于基座（4）下端面的主动隔振装置，还包括与基座侧面相连的吸振装置；
所述主动隔振装置为活塞式磁流变主动隔振装置，其活塞在贮有磁流变液的工作缸内做有阻尼的上下运动从而耗散外部机械设备的振动能量，主动隔振装置的控制器以加速度传感器实时分析机械设备的振动信号，通过改变励磁线圈的磁场特性来改变磁流变液的阻尼特性，对主动隔振装置的隔振特性进行调节；
所述吸振装置包括板形的弹性件，所述弹性件一端连接于基座侧面，另一端悬吊质量件形成用于减振的反共振系统，吸振装置的减振频段通过调节弹性件的弹力特性或是增减质量件数量来调整。
2.根据权利要求1所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：所述三向宽频大载荷减振装置在机械设备下方处多点布设，其在工作时，以设于基座（4）上的连接板（5）连接外部机械设备，以底座（1）支撑于安装面上；所述加速度传感器（21）设于基座处，控制器（16）设于底座上，底座与基座之间设有可形成预载负荷的预载弹簧（19），基座上端面中央设有用于支撑连接板的支撑凸台（20）；基座下端面处设有用于连接工作缸活塞的活塞杆的连接凸台（18）；
当励磁线圈未通电时，工作缸的磁流变液阻尼处于低值，底座以预载弹簧对基座提供支撑力，当活塞向上运动时，预载弹簧对其提供回复力以辅助其运动，基座、底座处均设有对预载弹簧进行连接定位的定位凸台（22）；
所述连接板处设有大通孔（8）、小通孔（6）和用于连接机械设备的连接孔（7）。
3.根据权利要求1所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：所述主动隔振装置的工作缸包括置于底座（1）、基座（4）之间的多个贮有磁流变液（26）的活塞筒（3）；活塞筒设有与活塞（33）相连并从缸盖（17）伸出的活塞杆（23）；活塞筒设于励磁线圈（2）中；所述励磁线圈的磁场可对活塞筒内的磁流变液施加作用以改变其阻尼特性。
4.根据权利要求3所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：活塞筒内设有流通阀（32）、补偿阀（34）、伸张阀（27）、压缩阀（25）；活塞筒下腔以补偿阀、压缩阀与活塞筒下方的储液缸相连；所述伸张阀和流通阀设于活塞处用于磁流变液的流通；伸张阀的阀门朝下，以其阀门上端的阀门弹簧（28）形成压紧力和回复力，流通阀的阀门朝上，以其阀门下端的阀门弹簧形成压紧力和回复力；活塞筒的缸盖以大密封圈（29）、小密封圈（30）形成密封结构；
活塞式磁流变主动隔振装置工作过程中，活塞向下运动时，活塞筒下腔容积减小，上腔容积增大，下腔压力高于上腔，活塞筒下腔液体推开流通阀进入活塞筒上腔，由于活塞杆占据活塞筒上腔部分容积，使活塞筒上腔增加的容积小于下腔减少的容积，下腔多余的液体从压缩阀进入储液缸（35）；活塞向上运动时，活塞筒上腔容积减小，下腔容积增大，活塞筒上腔压力高于下腔，活塞筒上腔液体推开伸张阀流入下腔，活塞杆的对活塞筒上腔的容积占用使下腔产生真空度，储液缸内的液体在真空吸力的作用下推开补偿阀流回活塞筒下腔。
5.根据权利要求3所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：所述励磁线圈绕于活塞筒外侧壁处并与控制器相连；所述加速度传感器通过紧固件安装于基座处以实时获取机械设备的振动信号，控制器实时接收加速度传感器反馈的机械装备的振动信号以进行分析处理，并发出控制指令调节励磁线圈内的电流大小从而调节励磁线圈产生的磁场特性，进而改变磁流变液的阻尼特性；所述控制器设有用于连接外部电源的通电接口。
6.根据权利要求1所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：所述吸振装置的弹性件包括弹簧片（10）和弹簧片固定板（9）；所述质量件包括质量块板（12）和与之相连固定的质量块（13）；
所述弹簧片上开设有调节槽（11），所述调节槽可通过紧固件调节弹簧片的弹力有效长度，弹簧片的一端通过紧固件、弹簧片固定板压紧安装于基座上，另一端通过调节槽上的紧固件与质量件相连使质量件处于悬吊状态，当弹簧片的有效工作长度改变时，弹性件的弹力特性随之改变，使吸振装置的刚度改变。
7.根据权利要求6所述的基于可调频吸振与主动隔振的三向宽频大载荷减振装置，其特征在于：所述质量件的质量块板上端设有安装吊耳（24），用于连接调节槽处的紧固件，所述吸振装置的质量通过增减质量块数量来调整。
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