CN2787922Y - 主动式动力消振器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种主动式动力消振器，用于抵消舰船柴油机或螺旋桨的不平衡力和力矩引起的振动。它包括传感器、控制装置和执行机构三部分。在使用过程中只需借助振动传感器采集有害振动信息，控制装置则分别向可变频调速的异步电机和步进电机输出控制信号用于改变执行机构中不平衡质量产生的减(消)振力的频率、相位和幅值，最终达到自主地与有害激励力相抵的目的。

Description

主动式动力消振器
技术领域
一种主动式动力消振器用于降低船舶柴油机或螺旋桨的不平衡力和力矩引起的船体简谐振动，以改善舰船的环境质量。属“有源”减(消)振技术。
背景技术
现代船舶使用的柴油的曲柄-连杆机构和螺旋桨的周期性运动是船舶振动的主要激励源，导致船体振动，并影响其它装船设备的正常工作，也给乘船人员带来不适。故一般称其为有害振动。
为了减小或消除有害振动，可采用隔振技术。人们也常从另一层意义上，引入所谓的“无源”或“有源”(有人称之为“主动”)减(消)振技术。简言之，前者一般需要人工介入，事先调整减(消)振动系统的状态或参数，以产生与激励力相抵的减(消)振力(如动力吸振器)；后者则借助某种闭环控制系统实时地产生与激励力相抵的减(消)振力。
中国专利CN 1127030A和CN 1127029A所公开的消振机构，消振力的调节需停机进行，故不能及时跟踪振动响应；而且使用位置、转速和振动三类传感器检测柴油机主轴和消振器的相位、转速和船体振动响应才能实现振动控制。
发明内容
本实用新型所提供的主动式动力消振器属于“有源”减(消)振动系统，在使用过程中无需人工介入，只需借助振动传感器采集信号，控制装置分别向异步电机和步进电机输出控制信号即可自主地消除有害振动。其主要构成包括振动传感器、控制装置和执行机构三大部分。其中，执行机构包括可变频调速的异步电机、主动齿型皮带轮、机壳、被动齿型皮带轮、两套偏心转子总成I和II，步进电机、联轴器、丝杠、拨叉、大螺旋角齿轮和芯轴。振动传感器用来检测由柴油机引发的有害振动响应信号，并作为控制装置的输入信号。控制装置对输入信号作相应处理，并输出指令控制执行机构中的异步电机和步进电机的运行。偏心转子总成I和II包含的偏心质量块在异步电机的驱动下同速反向旋转，以确保垂直方向上的减(消)振力与激励力各自引起的振动响应同频率、反相位；而步进电机带动的丝杠、拨叉、大螺距螺旋齿轮组成的调节系统可以连续调节减(消)振力的幅值；二者结合起来，最终产生一种与有害振动激励力相抵的减(消)振力。
具体结构是：在执行机构的机壳(根据需要可采用不同结构)中平行地安装偏心转子总成I、偏心转子总成II，以及调节机构的丝杠和螺旋齿轮的芯轴。每套偏心转子总成均是将带附加质量块的侧套筒、带斜齿轮和附加质量块的中套筒、带斜齿轮和附加质量块的侧套筒顺次套装在转轴上，且侧套筒与转轴键连接，侧套筒、中套筒和附加质量块的数目可根据需要选用。偏心转子总成I的轴头上固装被动齿型皮带轮。出于功能上的要求，两个侧套筒上的附加质量和偏心距离相等；中套筒上的附加质量等于两个侧套筒上附加质量之和；所有附加质量块最初布置在同一平面内；在同一偏心转子总成上，侧套筒的附加质量与中套筒上的附加质量块最初反对称布置；两个转子总成I、II上的中套筒的附加质量相对布置；套筒上的斜齿轮对应啮合。
异步电机安装于机壳的上部，并通过其轴端的主动齿型皮带轮和偏心转子总成I端部的被动齿型皮带轮带动两套偏心转子总成I、II反向旋转。
两个外径和长度相同、螺旋方向相反、连成一体的螺旋齿轮分别与上述套筒上的斜齿轮对应啮合，并在位于两者之间的拨叉的带动下可在芯轴上自由滑动；而拨叉的平行移动又是通过步进电机带动丝杠在固装于拨叉上的螺母中旋转实现的。当螺旋齿轮在芯轴上移动时，可分别借助套筒上与之啮合的齿轮拖动套筒上的附加质量绕各自的转轴轴线转过适当的角度，从而改变了侧套筒上附加质量的离心力与中套筒上附加质量的离心力之间的夹角。
本实用新型使用振动传感器(如加速度、速度、位移传感器)所采集的信号通过放大器后进入控制装置，其两路输出分别作为异步电机和步进电机的控制信号。
其工作原理是：振动传感器拾取被控对象的响应信号，获得其频率、幅值和相位方面的信息，并根据响应的幅值对步进电机施加脉冲信号驱动螺旋齿轮轴向移动，调节减(消)振力的幅值；与此同时，根据响应信号的频率和相位，驱动异步电动机，使激振源和消振力各自引起的振动响应的频率相等、相位差为180°。于是，二者可以全部或绝大部分相互抵消。
附图说明
图1主动式动力消振器结构示意图
图2主动式动力消振器执行机构示意图
图3主动式动力消振器执行机构机壳内部结构示意图
图4主动式动力消振器执行机构中调节装置示意图
具体实施方式
下面给出实施本实用新型的优选方案，并结合附图加以说明。
主动式动力消振器，属于“有源”减(消)振动系统。它包括振动传感器、控制装置和执行机构三大部分。
如图2、3所示，执行机构包括可变频调速的异步电动机03、主动齿型皮带轮31、机壳02、被动齿型皮带轮32、两套偏心转子总成I和II11、12，步进电机04、联轴器41、丝杠42、拨叉43、螺旋齿轮44、45及芯轴46。安装于受控地点00处、拾取有害振动响应信号的振动传感器01与控制装置05的输入接口相连；控制装置05对输入信号作相应的处理，并通过2个输出接口将相应的控制指令传输给执行机构中的异步电机03和步进电机04。偏心转子总成I11和偏心转子总成II12包含的偏心质量在异步电机03的驱动下同速反向旋转，以确保垂直方向上的减(消)振力与激励力各自引起的振动响应同频率、反相位；而步进电机04带动的丝杠42、拨叉43、大螺距螺旋齿轮44、45组成的调节装置可以连续调节减(消)振力的幅值，二者结合起来，最终产生一种与有害振动激励力相抵的减(消)振力。
在执行机构的机壳02内平行地安装偏心转子总成I11、偏心转子总成II12，以及调节机构的丝杠42和螺旋齿轮44、45的芯轴46。每套偏心转子总成I11和II12均是将带附加质量块的侧套筒111、121，带斜齿轮和附加质量块的中套筒112、122，带斜齿轮和附加质量块的侧套筒113、123顺次套装在转轴110、120上，且侧套筒111、121、113、123与转轴110、120键连接；偏心转子总成I11的轴头上固装被动齿型皮带轮32。出于功能上的要求，四个侧套筒111、121、113、123上的附加质量和偏心距离均相等；中套筒112、122上的附加质量分别等于同轴安装的侧套筒111、113及121、123上附加质量之和；所有附加质量块初始安装在同一平面内；在偏心转子总成I11和II12上，侧套筒111、113和121、123的附加质量与中套筒112和122上的附加质量块分别反对称布置；两个转子总成上的中套筒112、122上的附加质量相对布置；套筒上的齿轮对应啮合。异步电机03安装于机壳02的上部，并通过其轴端的主动齿型皮带轮31和偏心转子总成I11端部的被动齿型皮带轮32带动两套偏心转子总成I11和II12反向旋转。
如图4所示，两个外径和长度相同、螺旋方向相反、连成一体的螺旋齿轮44、45在位于两者之间的拨叉43的带动下可在芯轴46上自由滑动；而拨叉43的平行移动又是通过步进电机04和联轴器41带动丝杠42在固装于拨叉43上的螺母中旋转实现的。当螺旋齿轮44、45在芯轴46上移动时，可分别借助中、侧套筒112、122和113、123上的斜齿轮拖动其上的附加质量绕转轴110、120轴线转过一定的角度，从而改变了侧套筒111、113和121、123上附加质量的离心力与中套筒112、122上附加质量的离心力之间的夹角。
如图1所示，本实用新型中使用型号为CA-YD-107的振动传感器，它所采集的信号通过放大器(YE5862)后进入控制装置05。控制装置由型号为SEED-C50ES的TM5320C50通用型应用系统、SEED-ADG404通用采集卡、型号为SV022iS5-4NU的异步电机驱动器(交流变频器)和型号为HB202A的步进电机驱动器组成。控制装置对输入信号作相应处理后输出两路信号作为异步电机03(型号Y801-4)和步进电机04(型号57BYG250B)的控制信号。
本实用新型所提供的主动式动力消振器，在使用过程中无需人工介入，且只需借助1个振动传感器01采集信号，控制装置05分别向异步电机03和步进电机04输出2路控制信号即可自主地消除有害振动。

Claims (1)

1.一种主动式动力消振器，包括传感器、控制装置和执行机构三大部分；其特征在于：执行机构中的变频调速异步电动机(03)安装于机壳(02)的上部，并通过其轴端的主动齿型皮带轮(31)和偏心转子总成I(11)端部的被动齿型皮带轮(32)带动两套偏心转子总成I、II(11，12)反向旋转；步进电机(04)借助轴头上的联轴器(41)带动丝杠(42)在拨叉(43)上的螺母中旋转，进而拖动螺旋齿轮(44，45)在芯轴(46)上平行移动；异步电机(03)和步进电机(04)的控制线路分别与控制装置(05)的输出接口相连；控制装置(05)的输入接口与振动传感器(01)相连。
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