CN202301728U - 基础减振装置及基础减振系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基础减振装置及基础减振系统。本实用新型的基础减振装置包括：弹簧减振组件(1)、电/磁流变阻尼器(2)、位于弹簧减振组件(1)和电/磁流变阻尼器(2)上方的支板(3)与位于弹簧减振组件(1)和电/磁流变阻尼器(2)下方的底板(4)。根据本实用新型的基础减振装置和基础减振系统，能够实现基础减振装置和基础减振系统的阻尼比的大范围可控可调，从而保障工业设备尤其是具有高精度要求的设备运行时所需的平衡、精度与安全，同时也适用于隔离工业设备运行中对周围环境、设备及建筑物造成的振动公害及噪声污染。

Description

基础减振装置及基础减振系统

技术领域

本实用新型涉及结构工程减隔振领域，更具体地，涉及一种基础减振装置及基础减振系统。

背景技术

实用工业设备和建筑中的振动问题是普通存在的。振动不仅影响仪器测量和设备加工的精度，也会影响人们的正常工作或生活。严重时，振动会导致结构中产生较大的动应力而影响结构安全，振动的传播对周围环境也会产生不良影响。随着我国制造业的发展，具有多种存在较大自激振动扰力及振动的重大技术装备，如大型通用设备鼓风机、空气压缩机、大型水泵、热交换机组、离心机、粉碎机和压力机等；对振动要求非常严格的精密仪器设备也越来越多，如大型精密机床、大型三坐标测量机。为了满足生产工艺的需要，仅依靠采取自身结构上的设计，有时难以满足振动控制的要求，即使能够满足，技术经济比较也是不合理的。

在许多情况下，采取基础减隔振技术是最经济有效的措施之一。但是在实际的工程应用中，减隔振对象如大型实验机基于实际的应用，可能发生重要部件的更换，或实际工装应用中附加质量的大幅增加使自身的质量或激振力参数发生较大的变化，为了保障弹簧基础隔振器的减隔振效率，在类似的情况下就要求弹簧隔振器刚度和阻尼做出相应的参数调整。另外，在设备或建筑的实际运行中，存在极端工况是比较常见的，如未知加速度或位移荷载的出现等等会对设备运行精度和结构本身造成极大的影响和破坏。

新型内容

本实用新型目的在于提供一种有效控制工业设备运行时由于自激振动引起的结构振动和向环境传播的振动噪声的基础减振装置和基础减振系统。

本实用新型提供了一种基础减振装置，包括：弹簧减振组件、电/磁流变阻尼器、位于所述弹簧减振组件和所述电/磁流变阻尼器上方的支板与位于所述弹簧减振组件和所述电/磁流变阻尼器下方的底板。优选地，所述电/磁流变阻尼器上下两端通过关节轴承分别与所述支板和所述底板相连。

优选地，所述支板的底部具有第一附耳，所述底板的顶部具有第二附耳，所述电/磁流变阻尼器的上下两端各自与一个所述关节轴承连接，上端的所述关节轴承与所述第一附耳连接，下端的所述关节轴承与所述第二附耳连接。

优选地，所述电/磁流变阻尼器的活塞杆端朝下并与所述底板相连，所述电/磁流变阻尼器的电信号控制接口从电/磁流变阻尼器的活塞杆端引出。

优选地，所述弹簧减振组件包括上弹簧支座、弹簧和下弹簧支座，所述上弹簧支座与所述下弹簧支座在竖直方向相对地设置，所述弹簧位于所述上弹簧支座与所述下弹簧支座之间。

优选地，所述上弹簧支座可拆卸地安装于所述支板的底部，所述下弹簧支座可拆卸地安装于所述底板的顶部。

优选地，所述支板和所述底板上分别具有螺纹孔，所述上弹簧支座和所述下弹簧支座各自的一个端面分别具有与相应的所述螺纹孔配合连接的螺接部，各自的另一个端面分别具有凹形槽，所述弹簧的两端分别置于所述上弹簧支座和所述下弹簧支座的凹形槽中。

优选地，所述弹簧减振组件的数量为多个，所述电/磁流变阻尼器的数量为一个，设置在所述多个弹簧减振组件中间。

进一步地，本实用新型还涉及一种基础减振系统，一种基础减振系统，包括一个或多个基础减振装置，所述基础减振装置为前述的基础减振装置。

优选地，所述基础减振系统还包括测振传感器和控制器，所述测振传感器的输出端与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与所述电/磁流变阻尼器的电信号控制接口相连。

优选地，其特征在于，所述测振传感器为位移传感器、速度传感器和/或加速度传感器。

优选地，所述基础减振系统包括多个所述基础减振装置，多个所述基础减振装置竖直设置和/或水平设置。

优选地，多个所述基础减振装置的电/磁流变阻尼器的所述电信号控制接口均连接到同一个所述控制器。

根据本实用新型的基础减振装置和基础减振系统，其采用弹簧减振组件和电/磁流变阻尼器组合形成一种有效的减振隔振控制装置。其充分利用电/磁流变阻尼器的阻尼力大范围精确可调和在线实时控制的特点，以及弹簧减振组件可以通过设计弹簧刚度调节整个减隔振体系固有频率的特点，实现了基础减振装置和基础减振系统的可控可调，从而保障工业设备尤其是具有高精度要求的设备运行时所需的平衡、精度与安全，也适用于隔离工业设备运行中对周围及建筑物造成的振动公害及噪声污染。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的基础减振装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个基础减振系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型的另一个基础减振系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，根据本实施方式的基础减振装置100，包括弹簧减振组件1、电/磁流变阻尼器2、位于弹簧减振组件1和电/磁流变阻尼器2上方的支板3与位于弹簧减振组件1和电/磁流变阻尼器2下方的底板4，其中电/磁流变阻尼器2具有用于接收控制信号的电信号控制接口21。其中，本实用新型的电/磁流变阻尼器2为电流变阻尼器或磁流变阻尼器。

以上的基础减振装置100，通过设计弹簧的刚度可以调节由基础减振装置和减隔振对象构成的整个减隔振体系的固有频率。其性能特点是：一、当作减隔振对象的工业设备受外界或自身工况引起的激振力时，远离激振力频率时不会引起系统的共振，从而不会发生振动荷载和设备振动幅值的放大；二、配置电/磁流变阻尼器2和弹簧减振组件1的基础减振装置100可以将二次振动的能量耗散，保护设备安全；三、基础减振装置100将工业设备与地基隔离，设备运行产生的的激振力传至环境的值会大幅减小，其载荷传递率可通过系统阻尼比和激振与系统自振频率的比来综合控制。

其中的电/磁流变阻尼器2由新型智能材料电磁流变液制作而成，其体积小、功耗少，阻尼力大、动态调节范围广，特别是它能根据系统的振动特性产生最佳阻尼力。电/磁流变阻尼器2兼顾被动和主动控制的优点，即使失效，也可作为一种被动控制装置；其适用范围和控制效果相对于被动的粘滞阻尼器更能胜任环境和任务的复杂性；同时，在一定范围内还可以进行主动控制。其它方式的主动控制往往需要外部较大的能源(而这种能源供给在极端情况下难以保证)，而电/磁流变阻尼器只需几伏到几十伏的电压。

在本实施方式中，电/磁流变阻尼器2上下两端通过关节轴承5分别与所述支板3和所述底板4相连。采用两端关节轴承5的安装方式使电/磁流变阻尼器2能保证具有充分的自由度，亦能使基础减振装置100在有一定侧向的摆动时允许一定的自由度和位移空间，与纵向中心轴线的夹角活动范围可达10°左右，该活动范围可由具体关节轴承的性能决定。以上结构和联接方式可以保护电/磁流变阻尼器2不承受剪力，避免结构破坏和损伤。

优选地，在支板3底部设有第一附耳31，在底板4顶部设有第二附耳41，电/磁流变阻尼器2的上下两端各自与一个关节轴承5连接，上下两端的所述关节轴承5又分别与第一附耳31和第二附耳41连接。

优选地，电/磁流变阻尼器2两端的端部均加工成外螺纹，与两个关节轴承5的连接头51的内螺纹进行螺纹连接紧固。

优选地，电/磁流变阻尼器2的活塞杆端朝下与底板4相连，电信号控制接口21从电/磁流变阻尼器2的活塞杆端引出。

电信号控制接口21用来与作为控制器的集成控制单片机7相连，而集成控制单片机7能够通过安装于减隔振对象上的测振传感器6传来的与振动相关的信号对电/磁流变阻尼器2进行实时控制。

优选地，测振传感器6可以是位移传感器、速度传感器和/或加速度传感器，测振传感器6与集成控制单片机7内的数据采集器相连，数据传至集成控制单片机7的计算单元，通过预编程的算法计算，输出电信号至电/磁流变阻尼器2以实现阻尼力的在线可调。

弹簧减振组件1包括上弹簧支座11、弹簧12和下弹簧支座13，上弹簧支座11与下弹簧支座13在竖直方向相对地设置，弹簧12位于上弹簧支座11与下弹簧支座13之间。

优选地，上弹簧支座11、弹簧12和下弹簧支座13由金属制成。更优选地，弹簧12为钢制弹簧。

上弹簧支座11可拆卸地安装于支板3的底部，下弹簧支座13可拆卸地安装于底板4的顶部。例如，可以通过螺纹实现弹簧减振组件1与支板3和底板4的连接，这样，能迅速实现弹簧减振组件1与支座3、底板4的分离，方便拆卸和更换，便于对基础减振装置100进行相应的参数调整。

图1给出了具体的上弹簧支座11和下弹簧支座13的示例，二者具有大致相同的结构，现仅以下弹簧支座13为例进行说明。下弹簧支座13具有容置弹簧12的凹形槽和用于与底板上相应的螺纹孔配合连接的凸台。弹簧12嵌套于上弹簧支座11和下弹簧支座13内的凹形槽内，在安装完成后，基础减振装置100在设备底部或侧方处于承压状态，会自由实现紧固。

基础减振装置100的弹簧减振组件1的数量优选为四个。当然，也可以根据实际需要设置为其它数量。

一般来说，单个的基础减振装置100的刚度和阻尼是有限的。很多工程应用中需要根据实际情况进行多点安装，例如大型汽轮机、压力机等自身重量巨大的工业设备即需要如此。安装效果的控制指标有二：位置和数量。安装位置可以根据结构动力学软件分析确定；安装数量可以由减隔振对象的总刚度进行几何平均来计算，即总刚度除以单个基础减振装置的刚度；单个基础减振装置100的阻尼比与整个系统的设计目标阻尼比保持一致。

图2示出了基于本实用新型的基础减振装置100的一个基础减振系统的示例。该基础减振系统中的多个基础减振装置100均为竖直设置。

在该示例中，基础减振装置100的支板3上开有安装螺孔，可通过螺栓与作为减隔振对象的旋转机械8的底座81进行连接。基础减振装置100的下部可利用螺栓进行连接，也可利用其他联接方式与地基或其他的设施的基础相连。各点的安装位置以实现以下要求为前提：一、保持基础减振装置100的安装要求；二、安装后基础减振系统的总刚度的中心须与旋转机械8的重心保持在同一轴线上；三、整个基础减振系统的刚度中心对称设置，其位置应靠近垂向刚度最大处。

电/磁流变阻尼器2的中心轴线在安装时尽可能与基础减振装置100的重心保持在同一铅垂线上，电/磁流变阻尼器2的电信号控制接口21优选地由电/磁流变阻尼器2的固定端引出，可避免导线若安装于活动端而引起的疲劳失效，提高电信号系统的可靠性。

基础减振系统的实时控制是这样实现的：在旋转机械8的底板81上安装的测振传感器6采集到设备振动的动态数据后，传至作为控制器的集成控制单片机7内的数据采集器，集成控制单片机7内的已编算法处理数据后，通过电信号控制接口21向电/磁流变阻尼器2发出控制信号，实现电/磁流变阻尼器2最佳阻尼力的输出。整个控制过程为闭环控制，从而实现减隔振对象的平衡安全运行，减少了设备造成的振动和噪声。

优选地，多个基础减振装置100的电/磁流变阻尼器2的输入信号可以通过一个作为控制器的总控制计算机利用外接集线器进行统一分流控制，保证所有基础减振装置100的同步协调控制。

图3示出了基于本实用新型的基础减振装置的另一个基础减振系统的示例。与图2所示的示例不同的是，该基础减振系统中的多个基础减振装置水平设置。

如图3所示的大型作动实验机9工作时，在水平方向上会发生较大的水平振动加速度和位移。鉴于此情况，将基础减振装置100安装于实验机的侧向与基础壁面之间，安装时均可使用螺栓紧固联接，以此进行水平向的振动和振动噪声的隔离。该基础减振系统的安装要求为：整个基础减振系统布置的刚度中心对称设置，其刚度中心位置应靠近设备的最大水平振动力和位移的中心。

需要说明的是，本实用新型的基础减振装置除适用于单纯的垂向基础减振系统或水平基础减振系统外，同样适用于双向的复合振动。

本实用新型的基础减振装置和基础减振系统结构简单，可以实现减隔振效果的最优化。弹簧减振组件1的易拆卸特点可以实现刚度可调；与电/磁流变阻尼器2外接的控制器，根据所测定的被减振对象的动力特性，经过控制算法的计算，输出最佳控制信号，以电流或者电压的形式输入电/磁流变阻尼器2，从而使电/磁流变阻尼器提供最佳阻尼力。上述结构实现了整个基础减振系统的固有频率的调节和最佳阻尼比的精确控制，提高了基础减振系统的控制精度和减隔振效果，更好的发挥基础隔振装置的减隔振性能，能成功控制工业设备的激振力向周围设备和环境的扩散和传导，保障工业设备尤其是高精度要求的工业设备运行时所需的平衡、精度与安全。同时，因提供了易更换和阻尼比在线实时可控的基础减振装置和基础减振系统，节约了成本、提高了安装效率，还有利于工业设备附近工作人员的身心健康，有着明显的社会和经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基础减振装置，其特征在于，包括：弹簧减振组件(1)、电/磁流变阻尼器(2)、位于所述弹簧减振组件(1)和所述电/磁流变阻尼器(2)上方的支板(3)与位于所述弹簧减振组件(1)和所述电/磁流变阻尼器(2)下方的底板(4)。

2.根据权利要求1所述的基础减振装置，其特征在于，所述电/磁流变阻尼器(2)上下两端通过关节轴承(5)分别与所述支板(3)和所述底板(4)相连。

3.根据权利要求2所述的基础减振装置，其特征在于，所述支板(3)的底部具有第一附耳(31)，所述底板(4)的顶部具有第二附耳(41)，所述电/磁流变阻尼器(2)的上下两端各自与一个所述关节轴承(5)连接，上端的所述关节轴承(5)与所述第一附耳(31)连接，下端的所述关节轴承(5)与所述第二附耳(41)连接。

4.根据权利要求3所述的基础减振装置，其特征在于，所述电/磁流变阻尼器(2)的活塞杆端朝下并与所述底板(4)相连，所述电/磁流变阻尼器(2)的电信号控制接口(21)从电/磁流变阻尼器(2)的活塞杆端引出。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基础减振装置，其特征在于，所述弹簧减振组件(1)包括上弹簧支座(11)、弹簧(12)和下弹簧支座(13)，所述上弹簧支座(11)与所述下弹簧支座(13)在竖直方向相对地设置，所述弹簧(12)位于所述上弹簧支座(11)与所述下弹簧支座(13)之间。

6.根据权利要求5所述的基础减振装置，其特征在于，所述上弹簧支座(11)可拆卸地安装于所述支板(3)的底部，所述下弹簧支座(13)可拆卸地安装于所述底板(4)的顶部。

7.根据权利要求6所述的基础减振装置，其特征在于，所述支板(3)和所述底板(4)上分别具有螺纹孔，所述上弹簧支座(11)和所述下弹簧支座(13)各自的一个端面分别具有与相应的所述螺纹孔配合连接的螺接部，各自的另一个端面分别具有凹形槽，所述弹簧(12)的两端分别置于所述上弹簧支座(11)和所述下弹簧支座(13)的凹形槽中。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的基础减振装置，其特征在于，所述弹簧减振组件(1)的数量为多个，所述电/磁流变阻尼器(2)的数量为一个，设置在所述多个弹簧减振组件(1)中间。

9.一种基础减振系统，包括一个或多个基础减振装置，其特征在于，所述基础减振装置为权利要求1至8中任一项所述的基础减振装置。

10.根据权利要求9所述的基础减振系统，其特征在于，所述基础减振系统还包括测振传感器(6)和控制器(7)，所述测振传感器(6)的输出端与所述控制器(7)的输入端相连，所述控制器(7)的输出端与所述电/磁流变阻尼器(2)的电信号控制接口(21)相连。

11.根据权利要求10所述的基础减振系统，其特征在于，所述测振传感器(6)为位移传感器、速度传感器和/或加速度传感器。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的基础减振系统，其特征在于，所述基础减振系统包括多个所述基础减振装置，多个所述基础减振装置竖直设置和/或水平设置。

13.根据权利要求12所述的基础减振系统，其特征在于，多个所述基础减振装置的电/磁流变阻尼器(2)的所述电信号控制接口(21)均连接到同一个所述控制器(7)。

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