一种半主动、准零刚度可调节式隔振器的制作方法

本发明涉及隔振器技术领域，具体涉及一种半主动、准零刚度可调节式隔振器。

背景技术：

在机械振动的过程中，会产生许多消极影响，比如在船舶、汽车等机械结构领域，动力装置等机械设备的振动会降低设备的使用寿命，其次，振动也会产生噪音，影响乘客舒适性。因此，在实际工作时，有效抑制、防止振动带来的影响是非常必要的，常见的防止措施就是在机械设备上安装隔振器。常见的隔振器有普通隔振器、半主动隔振器、准零刚度隔振器等。普通隔振器一般有橡胶式、金属式、钢丝绳式，但是它们的参数是固定的，不能调节，需要提前设定；准零刚度隔振器具有高静态、低动态刚度的特性，可以有效降低系统的固有频率；半主动隔振器是可调节的，使用范围很广，但是不具备准零隔振的特点。

半主动隔振器和准零刚度隔振器是隔振器中的常见的两种形式。国内外有相关的研究成果，申请公布号为cn109322951a的中国发明专利申请公开了一种半主动隔振装置，采用电磁铁等装置，实现刚度可调，但是原理上很难具备准零刚度隔振器所具有的针对低频或超低频的隔振特性；专利号为cn106402262b中国发明专利公开了一种刚度可调的磁性准零刚度隔振器，通过设计永磁铁负刚度装置，实现了一种被动的准零刚度隔振器，其负刚度大小需安装时进行手动调节，调节后其隔振频带为固定范围；专利号为cn206571897u的实用新型专利公开了一种具有准零刚度的半主动控制型垂直隔振器，其采用液压装置实现一种半主动的准零刚度隔振器，实现在不同承载质量情况下隔振系统一直处于准零刚度状态，负刚度调节功能主要通过外部液压辅助系统实现，而通常的液压辅助系统需要配备控制系统、油缸、油泵、储油装置等结构，辅助系统较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种半主动、准零刚度可调节式隔振器，其能有效解决现有的半主动隔振器无法降低系统固有频率以及准零刚度隔振器不可调节、适用范围小的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种半主动、准零刚度可调节式隔振器，包括永磁铁、电磁铁、安装调节柱、设备连接柱、外框架和底座，所述底座的中心位置设置有竖直布置的设备连接柱，所述设备连接柱的下端依次通过电磁铁和弹簧固定在所述底座上，所述弹簧外套设有弹簧套筒，所述弹簧套筒的下端固定在底座上、且弹簧套筒的长度小于弹簧的长度；所述安装调节柱竖直设置在设备连接柱旁边的底座上，所述安装调节柱上沿其长度方向滑动设置有外框架，所述外框架为倒置的l型，l型的外框架包括主杆和侧杆，所述侧杆的自由端通过直线运动系统与所述设备连接柱的上部相连，所述主杆套设在所述安装调节柱上、且主杆靠近电磁铁的一侧上均设置有永磁铁；所述底座上还设置有用于与地面安装固定的安装孔。

进一步地方案为，还包括控制系统，所述控制系统包括传感器、控制器和用于控制电磁铁磁场方向的可控直流电源，所述传感器和可控直流电源均与所述控制器相连。

进一步地方案为，所述安装调节柱表面设置有外螺纹，所述主杆沿其长度方向开设有通孔，所述主杆通过通孔设置在安装调节柱上，所述主杆两端的安装调节柱上均设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母的外径大于所述通孔的孔径。

进一步地方案为，所述主杆靠近电磁铁的一侧设置有安装槽，所述永磁铁设置在所述安装槽内，所述安装槽靠近电磁铁的一侧通过至少一个的连接件和至少一个的压板固定，各所述压板内圈围成的尺寸小于安装槽槽口的尺寸。

更进一步地方案为，所述直线运动系统为直线轴承或直线导轨。

上述技术方案中提供的半主动、准零刚度可调节式隔振器，结构简单、可靠性高，利用永磁铁和电磁铁的配合使用，能够自由地在准零刚度和半主动之间切换，当电磁铁与永磁铁之间为引力时，体现为隔振器垂直方向的正刚度，为半主动隔振模式；当电磁铁与永磁铁之间为斥力时，体现为隔振器垂直方向的负刚度，为准零刚度隔振模式；同时在外框架与设备连接柱之间设置直线运动系统，不仅能够限定设备连接柱的运动方向为竖直方向，而且还能减小设备连接柱运动时的摩擦力，保证其运动流畅；另外设置弹簧套筒，其用于保护弹簧，同时还起到固定电磁铁的作用，保证其处于隔振器水平方向上的中心位置；最后利用外框架的可滑动设置使得永磁铁能够与电磁铁处于同一高度，以提高隔振器的稳定性和准确度。

附图说明

图1为本发明所述半主动、准零刚度可调节式隔振器的结构示意图；

图2为本发明所述半主动、准零刚度可调节式隔振器的俯视图；

图3为本发明所述控制系统的结构示意图。

图中：1.底座；11.安装孔；2.安装调节柱；21.安装槽；22.锁紧螺母；3.外框架；31.主杆；32.侧杆；4.压板；41.连接件；5.设备连接柱；51.螺纹孔；6.直线运动系统；7.永磁铁；8.电磁铁；81.铁芯；82.线圈；9.弹簧；91.弹簧套筒；10.控制系统；101.控制器；102.可控直流电源；103.传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的技术方案如图1至3所示，一种半主动、准零刚度可调节式隔振器，包括永磁铁7、电磁铁8、安装调节柱2、设备连接柱5、外框架3和底座1，底座1的中心位置设置有竖直布置的设备连接柱5，设备连接柱5的上端设置有螺纹孔51，便于与系统设备的安装，设备连接柱5的下端依次通过电磁铁8和弹簧9固定在底座1上，其中电磁铁8包括铁芯81和线圈82，铁芯81与设备连接柱5之间为螺栓连接，弹簧9外套设有弹簧套筒91，弹簧套筒91的下端固定在底座1上，弹簧套筒91的长度设计需考虑隔振系统的振动位移量的大小，本发明中将弹簧套筒的长度设计为弹簧安装长度的0.6～0.8之间(本实施例中弹簧套筒的长度为弹簧安装长度的0.7)，可以保证在不发生运动干涉的前提下，有效保证弹簧的工作状态，防止弹簧安装时发生偏心等情况，以确保弹簧上方电磁铁始终处于隔振器水平方向上的中心位置；安装调节柱2竖直设置在设备连接柱5旁边的底座1上，安装调节柱2上沿其长度方向滑动设置有外框架3，外框架3为倒置的l型，采用电工纯铁等材料加工，能够保证外部磁路密闭性更好，l型的外框架3包括主杆31和侧杆32，侧杆32的自由端通过直线运动系统6(本实施例中为直线轴承)与设备连接柱5相连，其作用是固定设备连接柱5的运动方向为竖直方向，同时保证设备连接柱5运动顺畅，减小摩擦；主杆31套设在安装调节柱2上，在安装调节柱2的外表面设置外螺纹，主杆31沿其长度方向开设有通孔，主杆31通过通孔套设在安装调节柱2上，主杆31两端的安装调节柱2上均设置有锁紧螺母22，其中锁紧螺母22的外径大于通孔的孔径，位于主杆两端的上下锁紧螺母用于固定外框架3的高度，实现在安装隔振器时，可以调节永磁铁的高度，使其与电磁铁始终保持同一高度，以保证准零刚度模式的正常工作；主杆31靠近电磁铁8的一侧设置有安装槽21，永磁铁7设置在安装槽21内，永磁铁采用钕铁硼等强磁材料，在减小体积重量的同时，能够增加与电磁铁之间的相互作用力，从而为隔振器提供较大的刚度变化范围，其中安装槽21靠近电磁铁8的一侧上等距间隔设置有四个螺孔，通过四个连接件41(螺钉)穿过四个压板4和螺孔进行固定，四个压板4内圈围成的尺寸小于安装槽21槽口的尺寸，以便于将永磁铁稳定固定在安装槽内，使得无论在永磁铁受压或者受拉的情况下，均处于良好的固定状态；底座1上还设置有用于与地面安装固定的安装孔11。

如图3所示，上述半主动、准零刚度可调节式隔振器还包括控制系统10，控制系统10包括传感器103、控制器101和用于控制电磁铁8磁场方向的可控直流电源102，其中，传感器103为江苏联能ca-yd-109等型号的低频的加速度传感器，用于采集振动信号；控制器101是基于ni虚拟仪器(也可以基于单片机系统、工控板卡、计算机等)进行自主开发的控制系统，用于信号的输入输出，信号处理分析，控制决策等；可控直流电源102为英特罗克ipa16-100la等型号的程控的直流稳压电源，输出电压可通过控制信号进行在线调控。传感器103和可控直流电源102均与控制器101相连，控制器根据工况控制可控直流电源需要输出稳定可调的直流电，通过控制电流的大小与正负，实现调节磁场大小及方向，完成不同工作模式的切换。具体为：通过传感器测试隔振系统的振动情况，并将信号输入到控制器中，控制器进行数据采集和数字信号处理之后，判定当前的工作模式，进入不同的控制子程序，根据具体的系统与振动情况，控制可控直流电源输出相应的电流，进而实现电磁铁与永磁铁之间相互作用力的调节，使得隔振刚度在线可调，从而实现准零刚度模式的隔振带宽调节、半主动模式的高刚度调节等功能。本发明中控制系统的控制目标量为电流，无需液动、气动等设计，从而使得控制系统的体积相对较小，技术成熟，成本较低，同时带来响应迅速，工作模式可瞬时切换的特点。

具体的调控如下：当调整电流方向使永磁铁与电磁铁相互吸引时，即切换为半主动隔振模式，电磁力产生正刚度，根据电流强弱不同，可调节刚度大小，在较高的弹簧刚度上附加一个大小可控的电磁刚度，从而使隔振器产生更高的刚度，以应对冲击、地震等大位移、高能量的特殊情况，提高隔振系统整体的安全性；当需要支承的静刚度高，稳定性强，同时隔振效果好、隔振范围宽的隔振器时，可切换为准零刚度隔振模式，即调整电流方向，让永磁铁和电磁铁相互排斥，产生负刚度，通过调节电流强弱，调节负刚度大小，进而调节隔振有效工作频带，在一般稳态振动工况下，可以使隔振系统频率更低、隔振有效频带拓宽，系统隔振效果大幅提高。

本发明所述半主动、准零刚度可调节式隔振器，通过控制隔振器的工作电流，实现其隔振频带在线可调节，同时还可以在冲击地震等特殊情况下进行功能切换，实现另一种半主动控制的高刚度模式，在一定程度上提高隔振系统的安全性与稳定性；并且采用电流控制，具有体积小、成本低、响应迅速、工作模式瞬时切换、控制技术成熟简单的特点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。