CN2050907U

CN2050907U - 内燃机主动控制减振装置

Info

Publication number: CN2050907U
Application number: CN 89204798
Authority: CN
Inventors: 郝志勇; 林大渊; 毛用志; 舒歌群; 薛远
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1990-01-10

Abstract

内燃机主动控制减振装置，主要由光电码盘、单片机、定时器、存贮器、步进驱动电源以及调频减振器等。分别构成测速、控制及执行系统。通过检测到的转速信号，单片机便能调节控制调频减振器的固有频率，当调频减振器中惯性体的固有频率与内燃机整体振动的频率一致时，由于相位相反而抵消内燃机振动的能量，达到其跟踪减振的目的。该装置是以辅件的形式装于内燃机上，无须改进内燃机的结构，安装简便亦可直接用于其它有减振要求的机械设备。

Description

本实用新型属于机械设备上的减振装置。

随着内燃机功率的不断提高，应用日益广泛，内燃机的振动问题也越来越受到人们的重视。作为一种主要的振动源，内燃机的整机振动严重地影响着其配套车、船机械以及环境设备的正常工作，也危害着操作人员和周围居民的身心健康。其振动频率和幅值随着内燃机工况的变化尤其是转速的变化而大幅度地改变。作为传统的平衡整机振动的方式是在机体内装一个双轴平衡机构，这样不仅增加了机器本身结构的复杂性，对于已投入使用的大量机器，也不可能再通过改变设计来消除振动，本发明的目的是要提供一种能根据发动机振动频率变化而自动跟踪的主动控制的动力减振器，并且该减振器是以辅件的形式装于发动机上，在无须改变发动机结构的情况下，使发动机的振动问题得到令人满意的解决。

在本实用新型中，内燃机和减振器可简化成如图1所示的双质量系统。内燃机振动位移的数学表达式可写成

X＝ (( K₂- W²m₂) F)/(( K₁+ K₂- W²m₁) (K₂- W²m₂) - K₂ ²)

式中： X——内燃机的振动位移，

F——内燃机激振力的幅值，

K₁——内燃机的支承刚度，

W——内燃机的激振频率，

m——内燃机的质量，

K₂——减振器的刚度，

m₂——减振器的质量。

当K₂－W²m₂＝0时，内燃机振动位移 X＝0时，即 (K₂)/(m²) ＝W² _n＝W²，所以减振器应该满足W_n（减振器固有频率）＝W（发动机频率）。主动减振器的最重要的特点就是它能自动调整其固有频率与内燃机振动的频率一致，相位相反从而抵消内燃机振动的能量。

在本实用新型中，主动控制减振装置具有光电码盘（4），单片机（6）、定时器（7）、存贮器（8）、步进驱动电源（9）、支架（11）、步进电机（14）、弹簧（16）、以及螺栓（17）（19）。其中由光电码盘（4）、单片机（6）、定时器（7）、存贮器（8）、步进驱动电源（9）构成测速及控制系统；由调频柱塞（12）、惯性体（13）、步进电机（14）、弹簧堵盖（15）、弹簧（16）、导向盘（18）、螺栓（17）（19）组成调频减振器（10），如图2、3、4，构成执行系统。光电码盘（4）通过软轴（3）与发动机曲轴（2）同轴相连，软轴可由多种材料制做（如橡胶等），这样发动机转动时能带动光电码盘同轴转动，从而获得转速信号（电脉冲信号），光电码盘的输出信号通过导线接至控制系统中的定时器（7），如图5所示。在控制系统中，定时器（7）的输出分别按至存贮器（8）和单片机（6），单片机根据予定的指令进行计算并输出两个信号，此信号接至步进驱动电源（9）的输入端。这两个信号一个用于控制步进电机（14）的转向，另一个用于控制其转角。步进驱动电源（9）主要用于放大从控制系统输入的信号。步进驱动电源（9）的输出端接至调频减振器（10）中的步进电机（14），调频减振器（10）的结构如图3、图4所示。调频减振器（10）通过其调频柱塞（12）的上端用螺栓（17）安装在内燃机机体上，其下端与步进电机的轴固接。同时该电机机体通过螺栓（19）与导向盘（18）接牢。调频减振器中的惯性体（13）上端有一弹簧堵盖（15），弹簧（16）的上端与堵盖（15）固接，堵盖（15）用螺栓固定在惯性体（13）上。在调频柱塞（12）中间有一个直径略小于惯性体弹簧室直径的滑块，其上加工有螺旋槽，弹簧（16）可在其槽内滑动。在惯性体（13）的下端圆壁内有两个互为180°的凹形导向槽，以便于和导向盘（18）上的两个凸台进行配合。步进电机（14）通过导向盘（18）带动惯性体（13）转动，从而改变弹簧堵盖（15）与柱塞之间受力弹簧的圈数，因此当工作时，惯性体（13）便沿着导向槽相对于调频柱塞（12）上的滑块（20）作上下运动，达到减振目的。由于弹簧（16）的刚度较大，所以在静止时弹簧（16）变形极小。

本装置运行时，首先光电码盘（4）将检测到的转速信号，通过光电转换成为脉冲信号，单片机将定时器打开一个固定的时间（50ms）将这段时间内测得脉冲数从定时器读入单片机（6），经过计算便能得出内燃机的转速。送给步进驱动电源的脉冲数是由单片机根据内燃机的转速和步进电机当时的转角而决定的，该项工作由事先输入在单片机中的小程序来完成。图6是程序的简单框图。单片机发出信号至步进驱动电源（9），因为调频减振器（10）中的调频柱塞（12）与内燃机（1）安装在一起不能转动，所以步进电机（14）按此信号后通过导向盘（18）带动惯性体（13）相对调频柱塞（12）及电机轴转动。这时上端与惯性体（13）上的弹簧堵盖（15）固联的弹簧（16）也随之绕调频柱塞转动。由于弹簧（16）的钢丝在柱塞的螺旋槽内滑动，从而改变了柱塞上部的弹簧受力的圈数。因此惯性体（13）相对于调频柱塞（12）产生相对运动的结果，便可沿着导向盘（18）作上、下运动，从而抵消内燃机振动的能量。步进电机（14）通过螺栓（19）与导向盘（18）接牢。由检测到的转速信号，单片机便能控制调频减振器的固有频率，当其频率与内燃机整机振动的某谐次的频率一致时，即可平衡掉该谐次的振动，从而达到跟踪内燃机振动的目的。整个控制过程采用开环控制，单片机系统与外部的连线均采用光电隔离，以减少外部对单片机的干扰。

本实用新型在实施时，首先将调频减振器中的调频柱塞用螺栓固定在内燃机的底部。在内燃机启动前。置调频减振器于初始位置，即使调频减振器的受力弹簧（16）的有效圈数为零。将微机系统按图5分别输入5伏及15伏的直流电源，以及光电码盘的输入线，步进电机控制线等等。当内燃机运转后，接通电源系统便自动投入运行。对于不同类型的内燃机，视其振动情况选择振动量最大的谐次，来作为本装置的设计依据，步进电机的功率大小视弹簧（16）在调频柱塞槽内滑动的摩擦力而定。本装置选用8039单片机，8253定时器，2716存贮器等作为微机系统。

本装置所涉及的另部件大部分为通用元件。主动控制减振器是以辅件的形式装于发动机上，无须改进发动机的结构，安装和使用较为方便。尤其利用转速作为反馈信号，简化了反馈部分，并且整个控制过程采用开环控制，因此易于稳定，减振效果令人满意。由于本装置结构简单成本适中，所以可直接应用于其它有减振要求的机械设备。

（图2作为说明书摘要附图）

Claims

1、内燃机主动控制减振装置，具有光电码盘(4)、单片机(6)、定时器(7)、存贮器(8)、步进驱动电源(9)、支架(11)、步进电机(14)、弹簧(16)、以及螺栓(17)(19)，其特征是a：由光电码盘(4)、单片机(6)定时器(7)、存贮器(8)、步进驱动电源(9)构成测速及控制系统；b：由调频柱塞(12)、惯性体(13)、步进电机(14)、弹簧堵盖(15)、弹簧(16)、导向盘(18)、螺栓(17)(19)组成调频减振器(10)，构成执行系统，光电码盘(4)通过软轴(3)与发动机曲轴(2)同轴相连，光电码盘的输出信号通过导线接至控制系统中的定时器(7)，定时器的输出分别接至存贮器(8)和单片机(6)，单片机输出的信号接至步进驱动电源(9)的输入端，其输出接至调频减振器(10)中的步进电机(14)，调频减振器(10)通过其调频柱塞(12)的上端用螺栓(17)安装在内燃机机体(1)上，步进电机(14)的轴要与调频柱塞(12)的下端固接，机体通过螺栓(19)与导向盘(18)接牢，在调频柱塞(12)中间有一直径略小于惯性体弹簧室直径的滑块，其上加工有螺旋槽，弹簧(16)可在其槽内滑动；在惯性体(13)的下端圆壁内有两个互为180°的凹形槽，与导向盘(18)上的两个凸台配合；步进电机(14)通过导向盘(18)带动惯性体(13)转动。