CN116066632B - 一种直并列复合型四重动力吸振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直并列复合型四重动力吸振器，包括管夹，管夹外周侧设有一对轴向吸振组件和两对径向吸振组件，轴向吸振组件和径向吸振组件均包括吸振框架、设于吸振框架内部的复合质量块，复合质量块包括同轴设置的第一质量块和第二质量块，第一质量块的两端部与吸振框架之间均设置有第一弹性件，第二质量块位于第一质量块的内部，第二质量块的两端部与第一质量块之间均设置有第二弹性件，第一弹性件和第二弹性件均沿复合质量块的轴向变形。本发明设计合理，在管路轴向和两个径向都能起到吸振作用，实现三向减震；采用两个质量块复合在一起，实现符合理论模型的直列结构，相比传统模型，能达到更好的吸振性能，具有较强的鲁棒性，并节省安装空间。
Description
技术领域：
本发明涉及一种直并列复合型四重动力吸振器。
背景技术：
管道系统作为一种重要的工程结构，在军事、石油化工、核电、海洋工程等诸多领域以及给水排水、消防、供暖等生活设施中有着广泛应用，在工作过程中发挥着不可忽视的作用。由于与管道连接的机械的振动、管道内部流体流动状况等诸多原因，管道将不可避免地产生振动，并伴随着噪声。振动的主要原因一是由于内部液体的流动与压力脉动产生振动，二是与管路连接的动力设备产生的振动传递给了管路系统。管道的强烈振动会使管道与附件、管道之间的连接处等部位产生磨损松动，引起管道和支吊架材料的疲劳损伤，甚至发生断裂，产生严重后果。伴随着振动，管道还会向外界辐射噪声，特别是通过管道传递的结构噪声，对居民的生活质量产生了很大影响。因此，有必要对管道振动控制技术进行研究，其对于国民经济、科技和社会的发展以及人民生活质量的提高都具有一定的现实意义。
现有管路减振产品中对管路的固定主要采用橡胶块或刚性卡子进行固定，或者在管路上敷设阻尼材料，也可以附加动力吸振器这种更高端的技术来实现。橡胶块虽有减振效果，但其对工作环境温度要求高，且寿命较短，需要经常更换；刚性卡子则减振效果十分低下；敷设阻尼材料只能少量耗散振动能量。而动力吸振器具有结构简单、受安装限制条件小、不需要改变原有结构并且性能稳定等优点，采用动力吸振器进行管道振动控制已成为了新的趋势。但现有的管路动力吸振器大多为单向吸振，且存在减振频带窄，振幅衰减率低，鲁棒性差等问题。所以目前的管路动力吸振器还存在较多缺陷和有待完善发展的地方。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种直并列复合型四重动力吸振器，设计合理，解决了传统管路减振措施在工作环境下减振性能不足且容易下降的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直并列复合型四重动力吸振器，包括管夹，所述管夹的外周侧设有一对轴向吸振组件和两对径向吸振组件，所述轴向吸振组件和径向吸振组件均包括与管夹相连接的吸振框架、设于吸振框架内部的复合质量块，所述复合质量块包括同轴设置且均为柱体状的第一质量块和第二质量块，所述第一质量块的两端部与吸振框架之间均设置有第一弹性件，所述第二质量块位于第一质量块的内部，第二质量块的两端部与第一质量块之间均设置有第二弹性件，所述第一弹性件和第二弹性件均沿复合质量块的轴向变形。
进一步的，所述第一质量块包括顶部为敞口的第一质量块壳体、设置在第一质量块壳体顶部的第一质量块盖板，所述第一质量块壳体的内部具有用于填充液压油的环形状储油腔，第一质量块壳体的底部固定有若干片第一质量片；所述第二质量块包括位于储油腔内部且呈圆环状的第二质量块本体，所述第二质量块本体的外周侧面对称设有一对凹台，所述凹台内固定有若干片第二质量片。
进一步的，所述吸振框架的内侧面中部设有滑动贯穿复合质量块的导杆，所述第一弹性件套设在导杆的外侧，第一弹性件包括第一弹簧，所述第一弹簧的内侧设有金属橡胶套。
进一步的，所述第一质量块壳体的中部设有与导杆滑动配合的滑动通孔，第一质量块壳体的中部顶面和底面分别设有顶部凹槽和底部凹槽，所述第一质量块盖板和第一质量片均呈环形状；所述第一弹性件套设在导杆的外侧，其中一个第一弹性件的一端与吸振框架相抵接、另一端穿过第一质量块盖板后与顶部凹槽的槽底相抵接；另一个第一弹性件的一端与吸振框架相抵接、另一端穿过第一质量片后与底部凹槽的槽底相抵接。
进一步的，其中一个第二弹性件的一端与第一质量块盖板相抵接、另一端与第二质量块本体的顶部相抵接；另一个第二弹性件的一端与储油槽的槽底相抵接、另一端与第二质量块本体的底部相抵接。
进一步的，所述第一质量块盖板与第一质量块壳体之间设有两个同轴分布的密封圈，两个密封圈分布于储油槽的内、外两侧。
进一步的，一对轴向吸振组件绕管夹的轴线呈上、下对称分布，两对径向吸振组件呈交叉分布，每对径向吸振组件均绕管夹的轴线对称分布。
进一步的，所述管夹包括上、下对称分布且均呈半圆环状的上管夹和下管夹，所述上管夹的外周侧面顶部和下管夹的外周侧面底部均设有用于安装轴向吸振组件的第一连接件，所述第一连接件的左、右分别设有用于安装径向吸振组件的第二连接件。
进一步的，所述第一连接件包括两对前、后相向分布的L形连接板，所述L形连接板上开设有用于与吸振框架相连接的第一连接孔；所述第二连接件为沿着管夹的轴向延伸的安装垫板，所述安装垫板的前、后两端设有用于与吸振框架相连接的第二连接孔。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计合理，在管路轴向和两个径向都能起到吸振作用，实现了三向减震；采用两个质量块复合在一起，实现了符合理论模型的直列结构，相比于传统模型，能达到更好的吸振性能，具有较强的鲁棒性，并节省了安装空间；同时第一质量块和第二质量块均设计为可调结构，通过更换弹性件以及增减质量片数目，两者结合来实现动力吸振器的频率可调。
附图说明：
图1是本发明实施例的立体构造示意图；
图2是本发明实施例中吸振组件的立体构造示意图；
图3是本发明实施例中吸振组件的主视剖面构造示意图；
图4是本发明实施例中复合质量块的立体构造示意图；
图5是本发明实施例中复合质量块的主视剖面构造示意图；
图6是本发明实施例中上管夹和下管夹的立体构造示意图；
图7是本发明实施例中第一质量块壳体的立体构造示意图；
图8是本发明实施例中第二质量块本体的立体构造示意图；
图9是本发明实施例的动力学模型；
图10是传统四重动力吸振器的动力学模型；
图11是直列型二重吸振器动力学模型；
图12是并列型二重吸振器动力学模型。
图中：
1-管夹；2-径向吸振组件；3-吸振器固定螺栓；4-管夹固定螺母；5-管夹固定螺栓；6-吸振器固定螺母；7-L形连接板；8-第一连接孔；9-安装垫板；10-第二连接孔；11-轴向吸振组件；12-第一质量块；13-第二质量块；14-第一弹性件；15-第二弹性件；21-吸振框架；22-第一弹簧；23-金属橡胶套；24-复合质量块；25-顶部挡板；241-第一质量块盖板；242-第一质量块壳体；243-液压油；244-第二质量块本体；245-第二弹簧；246-第一质量片；247-第二螺栓；248-第二质量片；249-第三螺栓；250-第一螺栓；251-密封圈；252-凹台；253-储油腔；254-顶部凹槽；255-底部凹槽；256-通孔；257-底部挡板；258-侧向挡板；259-连接通孔；260-导杆；261-滑动通孔。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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发明，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发明的限制。
如图1，所示，本发明一种直并列复合型四重动力吸振器，包括用于安装在管路外侧的管夹1，所述管夹1的外周侧设有一对轴向吸振组件11和两对径向吸振组件2，其中：一对轴向吸振组件11绕管夹1的轴线呈上、下对称分布，两对径向吸振组件2呈X形交叉分布，每对径向吸振组件2均绕管夹1的轴线对称分布。工作时，一对轴向吸振组件11在管路的轴向起到吸振作用，两对径向吸振组件2在管路的两个径向起到吸振作用，从一个轴向和两个径向实现了三向吸振。
如图1～8所示，所述轴向吸振组件11和径向吸振组件2的结构相同，只是安装方式有所区别，轴向吸振组件沿着管路的轴向方向安装，径向吸振组件沿着管路的径向方向安装，轴向吸振组件11和径向吸振组件2均包括与管夹1相连接的吸振框架21、滑动设于吸振框架21内部的复合质量块24，所述复合质量块24包括同轴设置且均为圆柱体状的第一质量块12和第二质量块13，所述第一质量块12的两端部与吸振框架21之间均设置有第一弹性件14，所述第二质量块13位于第一质量块12的内部，第二质量块13的两端部与第一质量块12之间均设置有第二弹性件15，所述第一弹性件14和第二弹性件15均沿复合质量块24的轴向变形。
本实施例中，所述第一质量块12包括顶部为敞口的第一质量块壳体242、通过第一螺栓250锁固在第一质量块壳体242顶部的第一质量块盖板241，所述第一质量块壳体242的内部具有用于填充液压油243的环形状储油腔253，第一质量块壳体242的底部通过第二螺栓247固定有若干片叠置第一质量片246。
本实施例中，所述第二质量块13包括位于储油腔253内部且呈圆环状的第二质量块本体244，所述第二质量块本体244与第一质量块壳体242同轴设置，第二质量块本体244的外周侧面对称设有一对凹台252，所述凹台252内通过第三螺249栓固定有若干片叠置第二质量片248。进一步的，第二质量块本体244的端部设有若干个通孔256，用于增加第二质量块13与液压油253的接触面积，从而发挥粘滞阻尼作用。
本实施例中，所述吸振框架21的内侧面中部设有滑动贯穿复合质量块的导杆260，所述第一弹性件14套设在导杆260的外侧，第一弹性件14包括第一弹簧22，所述第一弹簧22的内侧设有金属橡胶套23。
本实施例中，所述第一质量块壳体242的中部设有与导杆260滑动配合的滑动通孔261，第一质量块壳体242的中部顶面和底面分别设有与滑动通孔261相连通的顶部凹槽254和底部凹槽255，所述第一质量块盖板241和第一质量片246均呈环形状；所述第一弹性件14套设在导杆260的外侧，其中一个第一弹性件14的一端与吸振框架21相抵接、另一端穿过第一质量块盖板241后与顶部凹槽254的槽底相抵接；另一个第一弹性件14的一端与吸振框架21相抵接、另一端穿过第一质量片246后与底部凹槽255的槽底相抵接。
本实施例中，其中一个第二弹性件15的一端与第一质量块盖板241相抵接、另一端与第二质量块本体244的顶部相抵接；另一个第二弹性件15的一端与储油槽253的槽底相抵接、另一端与第二质量块本体244的底部相抵接。优选的，第二弹性件采用第二弹簧245。
本实施例中，为了第一质量块盖板与储油腔的密封效果，所述第一质量块盖板241与第一质量块壳体242之间设有两个同轴分布的密封圈251，两个密封圈分布于储油槽的内、外两侧，以防止液压油泄露。
本实施例中，所述管夹1包括上、下对称分布且均呈半圆环状的上管夹和下管夹，上管夹与下管夹两端的连接耳通过管夹固定螺栓5和管夹固定螺母4连接固定。
本实施例中，为了安装轴向吸振组件，所述上管夹的外周侧面顶部和下管夹的外周侧面底部均设有用于安装轴向吸振组件11的第一连接件，所述第一连接件包括两对前、后相向分布的L形连接板7，所述L形连接板7上开设有用于与轴向吸振组件11的吸振框架21相连接的第一连接孔8，如图6所示。安装时，轴向吸振组件的吸振框架沿着管路的轴向设置，该吸振框架的前、后两端均通过吸振器固定螺栓与吸振器固定螺母相配合与两对L形连接板的第一连接孔相连接，实现轴向吸振组件与管夹的连接安装。
本实施例中，为了安装径向吸振组件，所述第一连接件的左、右分别设有用于安装径向吸振组件的第二连接件，所述第二连接件为沿着管夹1的轴向延伸的安装垫板9，所述安装垫板9的前、后两端设有用于与径向吸振组件2的吸振框架21相连接的第二连接孔10，如图6所示。安装时，径向吸振组件的吸振框架沿着管夹的径向设置，该吸振框架的底部通过吸振器固定螺栓与吸振器固定螺母相配合与安装垫板的第二连接孔相连接，实现径向吸振组件与管夹的连接安装。
本实施例中，所述吸振框架21包括平行分布的顶部挡板25和底部挡板257，所述底部挡板257的顶面固定有一对左右对称分布的倒L形侧向挡板258，一对侧向挡板258之间固定有导杆260；顶部挡板25的中部与导杆260远离底部挡板257的一端相螺接。进一步的，顶部挡板25的左右两端、侧向挡板259的短边、底部挡板257的左右两端均设有连接通孔259，该连接通孔用于与吸振器固定螺栓相配合。
本实施例中，装配时：
(1)进行复合质量块24的装配：首先将适当数目的第二质量片248放到第二质量块本体244的侧面凹台对应位置，并用第三螺栓249旋紧；然后将其中一个第二弹簧245装入第一质量块壳体242内部的储油腔内，接着将装配好的第二质量块本体244放入储油腔中，与第二弹簧接触，再往储油腔253内装入另一个第二弹簧。下一步往储油腔中充入适量的液压油243，并将密封圈251装入密封槽中，然后压上第一质量块盖板241并旋紧第一螺栓250。再将第一质量片246装在第一质量块壳体242的底部位置，并旋紧第二螺栓247；
(2)进行吸振组件的装配：先将一个第一弹性件14的金属橡胶套23套设到吸振框架21的导杆上，再套上第一弹簧22；紧接着将复合质量块24的第一质量片246一段端朝下，套设到导杆260上，并与金属橡胶套23和第一弹簧22接触；下一步同样的套设上另一个第一弹性件14的金属橡胶套23和第一弹簧22。最后将顶部挡板25中部的螺纹孔对准导杆260自由端进行旋入，并使得左、右两端的连接通孔对齐；
(3)进行吸振组件与管夹1的装配：将所有吸振组件放入管夹1外周侧上对应的装配位置，旋紧所有吸振器固定螺栓3和吸振器固定螺母6；
(4)最后，在实际工作需要时，将上述全部装配好的管夹1两半对接贴合到管路上，用管夹固定螺栓5和管夹固定螺母4夹紧即可，至此完成所有安装。
本发明的动力吸振器结构由多个吸振组件组成，吸振组件单一方向动力学模型如图9所示，其中：m1(m3)为下文中的第一质量，m2(m4)为下文中的第二质量。传统型四重吸振器动力学模型如附图10所示；二重吸振器动力学模型如附图11、12所示。针对该四重动力吸振器动力学模型，建立如下运动微分方程：
求解得到主系统的振幅X，将主系统上作用力的振幅F与K的比值F/K定义为静变形Xst，并且引入以下无量纲参数：
振动频率比
四重动力吸振器的第i个动力吸振器的质量比
第i个动力吸振器的固有频率比
第i个动力吸振器的阻尼比
利用以上定义，表示出位移振幅比|X/Xst|的表达式，根据最大位移振幅最小化的优化准则，即将求解hmax＝|X/Xst|max的最小值作为优化目标函数，然后利用定点理论的最优同调条件和最优阻尼比条件的优化方法，求解出最优频率比和最优阻尼比，代入上述公式最终得出四重动力吸振器的各个刚度及阻尼参数，从而指导动力吸振器的设计工作。
本发明提出了一种直列和并列相结合的四重动力吸振器，所述吸振器动力学模型如附图9所示，是一种新型的动力吸振器动力学模型。区别于传统的四重动力吸振器动力学模型，传统型为四个吸振器并列在主系统上，如附图10所示。该新型四重动力吸振器相比于传统并列型四重动力吸振器，可进一步提升吸振性能，如振幅衰减率、减振频带和鲁棒性等。本发明附图1的结构不仅能够适用于图9的模型，也可适用于附图11所示的直列型二重吸振器的理论模型，此时每个方向的两个吸振器组件，可分别解决一处频率的振动问题，增多了吸振器的工作频率数目，提升了吸振能力。
其中，第一质量m1由第一质量块盖板241、第一质量块壳体242、第一质量片246、第一螺栓、第二螺栓247以及液压油243的质量共同组成，第一弹簧22提供与第一质量m1相适应的刚度，金属橡胶套23提供与第一质量m1相适应的阻尼；通过对第一质量片的数量进行调整，可对第一质量m1做出调整。第二质量m2由第二质量块本体244、第二质量片248以及第三螺栓249的质量共同组成。第二弹簧245提供与第二质量m2相适应的刚度，液压油243提供与第二质量m2相适应的阻尼，起到摩擦耗能作用；通过对第二质量片的数量进行调整，可对第二质量m2做出调整。
本发明的优点在于：(1)通过在管夹的外周侧设置一对轴向吸振组件和两对径向吸振组件，从一个轴向和两个径向都能起到吸振作用，实现了三向吸振；(2)所提出的动力吸振器的动力学模型相比于传统模型，能达到更好的吸振性能，具有较强的鲁棒性；(3)将第二质量块集成到第一质量块内部，实现了符合理论模型的直列结构，并节省了安装空间；(4)第一质量块和第二质量块均设计为可调结构，通过更换弹性件以及增减质量片数目，两者结合来实现动力吸振器的频率可调。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种直并列复合型四重动力吸振器，包括管夹，所述管夹的外周侧设有一对轴向吸振组件和两对径向吸振组件，其特征在于：所述轴向吸振组件和径向吸振组件均包括与管夹相连接的吸振框架、设于吸振框架内部的复合质量块，所述复合质量块包括同轴设置且均为柱体状的第一质量块和第二质量块，所述第一质量块的两端部与吸振框架之间均设置有第一弹性件，所述第二质量块位于第一质量块的内部，第二质量块的两端部与第一质量块之间均设置有第二弹性件，所述第一弹性件和第二弹性件均沿复合质量块的轴向变形；
所述第一质量块包括顶部为敞口的第一质量块壳体、设置在第一质量块壳体顶部的第一质量块盖板，所述第一质量块壳体的内部具有用于填充液压油的环形状储油腔，第一质量块壳体的底部固定有若干片第一质量片；所述第二质量块包括位于储油腔内部且呈圆环状的第二质量块本体，所述第二质量块本体的外周侧面对称设有一对凹台，所述凹台内固定有若干片第二质量片。
2.根据权利要求1所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：所述吸振框架的内侧面中部设有滑动贯穿复合质量块的导杆，所述第一弹性件套设在导杆的外侧，第一弹性件包括第一弹簧，所述第一弹簧的内侧设有金属橡胶套。
3.根据权利要求2所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：所述第一质量块壳体的中部设有与导杆滑动配合的滑动通孔，第一质量块壳体的中部顶面和底面分别设有顶部凹槽和底部凹槽，所述第一质量块盖板和第一质量片均呈环形状；所述第一弹性件套设在导杆的外侧，其中一个第一弹性件的一端与吸振框架相抵接、另一端穿过第一质量块盖板后与顶部凹槽的槽底相抵接；另一个第一弹性件的一端与吸振框架相抵接、另一端穿过第一质量片后与底部凹槽的槽底相抵接。
4.根据权利要求1所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：其中一个第二弹性件的一端与第一质量块盖板相抵接、另一端与第二质量块本体的顶部相抵接；另一个第二弹性件的一端与储油槽的槽底相抵接、另一端与第二质量块本体的底部相抵接。
5.根据权利要求1所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：所述第一质量块盖板与第一质量块壳体之间设有两个同轴分布的密封圈，两个密封圈分布于储油槽的内、外两侧。
6.根据权利要求1所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：一对轴向吸振组件绕管夹的轴线呈上、下对称分布，两对径向吸振组件呈交叉分布，每对径向吸振组件均绕管夹的轴线对称分布。
7.根据权利要求6所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：所述管夹包括上、下对称分布且均呈半圆环状的上管夹和下管夹，所述上管夹的外周侧面顶部和下管夹的外周侧面底部均设有用于安装轴向吸振组件的第一连接件，所述第一连接件的左、右分别设有用于安装径向吸振组件的第二连接件。
8.根据权利要求7所述的一种直并列复合型四重动力吸振器，其特征在于：所述第一连接件包括两对前、后相向分布的L形连接板，所述L形连接板上开设有用于与吸振框架相连接的第一连接孔；所述第二连接件为沿着管夹的轴向延伸的安装垫板，所述安装垫板的前、后两端设有用于与吸振框架相连接的第二连接孔。
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