大功率船用发动机变阻尼减振机构及其方法与流程

1.本发明涉及柴油机领域，更具体的说是涉及大功率船用发动机变阻尼减振机构及其方法。


背景技术：

2.在船用柴油机中，其均配备大功率的发动机，大功率的发动机中通过曲轴来传递动力，因曲轴包括飞轮端和自由端，两者之间会产生扭振，为了减少扭振，在曲轴的自由端设置硅油减振器；
3.但硅油减振器的减振范围小，其对减振效果具有局限性，硅油减振器不能针对船用发动机的所有转速工况有效减振，只能针对预先设计的制定转速频率下振动进行控制，对其它转速下的扭振减振效果不佳。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供大功率船用发动机变阻尼减振机构及其方法，用于扩大对曲轴的减振范围，并且更有效的减振。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：大功率船用发动机变阻尼减振机构，包括与曲轴自由端固定连接的壳体，所述壳体包括上盖以及与所述上盖固定连接的下盖，所述上盖与所述下盖之间形成有容纳腔，所述容纳腔内固定连接有环状的阻磁环，以分隔所述容纳腔，形成电磁腔以及阻尼腔，所述电磁腔内设置有环状的电磁线圈，所述阻尼腔内悬浮有环状的惯性块，并充满磁流变液，所述壳体外侧设置有控制器，所述控制器与所述电磁线圈电性连接。
6.作为本发明的进一步改进，所述惯性块包括一体成型的外环与内环，所述外环的宽度大于所述内环的宽度，所述外环朝向所述阻磁环的一侧开设有至少一第一凹槽，所述第一凹槽沿所述外环的中心轴线周向环状设置。
7.作为本发明的进一步改进，所述外环相对的两侧均开设有第二凹槽，所述第二凹槽沿所述外环的中心轴线周向环状设置。
8.作为本发明的进一步改进，所述阻尼腔底壁固定连接有环状的耐磨垫。
9.作为本发明的进一步改进，所述上盖与所述下盖外侧面均开设有第一环槽和第二环槽，所述第一环槽的深度小于所述第二环槽的深度，所述第一环槽的内径大于所述第二环槽的外径，两个所述第二环槽位于所述内环相对的两侧。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一凹槽和所述第二凹槽的横截面均呈矩形状，并且所述第二凹槽的横截面面积与所述第一凹槽的横截面面积比的范围为0.5至0.8，并且所述第二凹槽的深度与所述第一凹槽的深度比的范围为0.7至0.8。
11.大功率船用发动机变阻尼减振方法，包括上述的大功率用发电机变阻尼减振机构、设置于曲轴自由端的编码器以及设置于曲轴飞轮端的转速传感器；
12.编码器用于实时采集曲轴自由端的瞬时角速度，转速传感器用于采集曲轴飞轮端
的平均角速度；
13.检测步骤：控制器实时接收瞬时角速度和平均角速度，并通过差值获得扭振角速度；
14.调节步骤：控制器根据扭振角速度大小变化，通过自适应滑模控制调节电磁线圈的电流大小。
15.作为本发明的进一步改进，所述调节步骤包括判断单元，所述判断单元用于判断增加电磁线圈的电流或减少电磁线圈的电流下，扭振角速度的大小变化方向；
16.在增加电磁线圈的电流下，若当前扭振角速度大于前一扭振角速度，则减小电磁线圈的电流，若当前扭振角速度小于前一扭振角速度，则继续增加电磁线圈的电流；
17.在减小电磁线圈的电流下，若当前扭振角速度大于前一扭振角速度，则增加电磁线圈的电流，若当前扭振角速度小于前一扭振角速度，则减小电磁线圈的电流；
18.并且预设控制电流i，控制电磁线圈电流小于控制电流i。
19.作为本发明的进一步改进，所述电磁线圈分为若干弧形段，在所述判断单元内预设通电电流；
20.在增加电磁线圈的电流时，若存在未通电的所述弧形段情况下，增加已通电的所述弧形段的电流至所述通电电流，并对未通电的弧形段进行通电；
21.若所有所述弧形段的电流均大于等于所述通电电流时，则同时增加电磁线圈的电流；
22.在减少电磁线圈的电流时，若所有所述弧形段的电流均大于所述通电电流时，则同时减小电磁线圈的电流；
23.若所有所述弧形段的电流均等于所述通电电流，或存在未通电的所述弧形段的情况下，则择一已通电的所述弧形段，对其电流进行减小，同时，控制其余已通电的弧形段电流不变。
24.作为本发明的进一步改进，所述弧形段进行间隔通电或断电。
25.本发明的有益效果：本发明中通过控制器控制电磁线圈来进行减振，扩大了减振范围，将电磁线圈设置在电磁腔内，即壳体内，控制与磁流变液有效工作区域之间的距离，来控制磁场强度，防止上盖与下盖对磁场的影响，并且设置阻磁环，阻磁环的材料为钢，不导磁，一方面，阻磁环防止阻尼腔内的磁流变液流入电磁腔内，形成密封，另一方面，阻磁环的设置，使得磁流线圈产生的磁场会避开阻磁环进入阻尼腔内，扩大磁场的半径，使得磁流变液能受到磁场的影响，有效控制磁流变液的阻力大小，外环靠近阻磁环，更加接近电磁线圈产生的磁场，使得该位置处的磁流变液的粘度改变更加敏感，增加惯性块在该处与磁流变液的接触面积，通过开设第一凹槽来增加接触面积，使得电磁线圈的电流改变后，磁流变液的反应更加迅速。
附图说明
26.图1是本发明的立体结构示意图；
27.图2是本发明的剖视图；
28.图3是本发明图2中a处的放大示意图；
29.图4是本发明中惯性块的结构示意图。
30.附图标记：1、壳体；11、上盖；12、下盖；13、第一环槽；14、第二环槽；2、阻磁环；3、电磁线圈；4、惯性块；41、外环；411、第一凹槽；412、第二凹槽；42、内环；6、控制器；7、耐磨垫。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
32.参照图1至图4所示，本实施例的大功率船用发动机变阻尼减振机构，包括与曲轴自由端固定连接的壳体1，因曲轴的自由端相比于飞轮端，其瞬时角速度更大，将变阻尼减振机构设置在曲轴的自由端，减振效果更好，飞轮端检测的为平均角速度，壳体1包括上盖11以及与上盖11固定连接的下盖12，上盖11与下盖12之间形成有容纳腔，容纳腔内固定连接有环状的阻磁环2，以分隔容纳腔，形成电磁腔以及阻尼腔，阻磁环2的材料为钢，不导磁，一方面，阻磁环2防止阻尼腔内的磁流变液流入电磁腔内，形成密封，另一方面，阻磁环2的设置，使得磁流线圈产生的磁场会绕开阻磁环2进入阻尼腔内，扩大磁场的半径，使得磁流变液能受到磁场的影响，有效控制磁流变液的阻力大小，电磁腔内设置有环状的电磁线圈3，控制与磁流变液有效工作区域之间的距离，来控制磁场强度，防止上盖11与下盖12对磁场的影响，若将电磁线圈3设置在上盖11或下盖12的外部，则会导致磁场经过上盖11或下盖12，减弱磁场对磁流变液的影响，阻尼腔内悬浮有环状的惯性块4，并充满磁流变液，壳体1外侧设置有控制器6，控制器6中配置电源，控制器6与电磁线圈3电性连接，可以通过电源线进行连接，一般情况下，在曲轴上，用来减振的为硅油减振器，硅油减振器的减振范围小，其不能针对船用发动机的所有转速工况有效减振，只能针对预先设计的制定转速频率下振动进行控制，对其它转速下的扭振减振效果不佳，通过控制器6来控制电磁线圈3的电流，从而来控制磁流变液的粘度大小，从而改变磁流变液与惯性块4之间的摩擦阻力，并且，通过惯性块4因惯性的转动，转动的距离与摩擦阻力之间做功，产生热量，来消耗扭振的能量，从而达到减振的效果，并且不同的扭振下，可以通过不同的电流大小来进行控制，通过控制器6内的自适应滑模控制来进行调节，在不同的柴油机转速下，在电流大小不断平衡过程中，来得到扭振最小的电流。
33.通过电磁线圈3、磁流变液和惯性块4的方式来进行减振，其调控范围大，但具有电流调控最大点，电流调控最大点为磁流变液在电流的影响下变成固体，当磁流变液变成固体时，则会导致惯性块4或壳体1的损坏，甚至曲轴的损坏。
34.参照图4所示，惯性块4包括一体成型的外环41与内环42，外环41的宽度大于内环42的宽度，惯性块4的横截面呈t型，外环41朝向阻磁环2的一侧开设有至少一第一凹槽411，第一凹槽411沿外环41的中心轴线周向环状设置，外环41靠近阻磁环2，更加接近电磁线圈3产生的磁场，使得该位置处的磁流变液的粘度改变更加敏感，增加惯性块4在该处与磁流变液的接触面积，通过开设第一凹槽411来增加接触面积，使得电磁线圈3的电流改变后，磁流变液的反应更加迅速，增加摩擦阻力，更加利于对于减振中能量的损耗。
35.外环41相对的两侧均开设有第二凹槽412，第二凹槽412沿外环41的中心轴线周向环状设置，一方面，增加外环41相对的两侧面与磁流变液之间的接触面积，另一方面，增加
外环41和内环42，特别是内环42因惯性转动的稳定性，防止内环42因外环41上第一凹槽411处的突然阻力加大，导致位于第一凹槽411处的磁流变液与它地方的磁流变液之间的阻力差过大，使得内环42处横向摆动，与上盖11或下盖12发生碰撞，导致惯性块4、上盖11以及下盖12的损坏。
36.参照图2和图3所示，阻尼腔底壁固定连接有环状的耐磨垫7，防止惯性块4在因惯性活动过程中，与阻尼腔底壁直接接触，导致惯性块4或壳体1的损坏。
37.上盖11与下盖12外侧面均开设有第一环槽13和第二环槽14，第一环槽13的深度小于第二环槽14的深度，第一环槽13的内径大于第二环槽14的外径，两个第二环槽14位于内环42相对的两侧，第一环槽13和第二环槽14用于散热，增加散热面积，第二环槽14用来弥补第一环槽13的散热面积，使得内环42处产生的热量在通过第一环槽13进行散热过程中，也能通过内环42，然后通过第二环槽14进行分散。
38.第一凹槽411和第二凹槽412的横截面均呈矩形状，并且第二凹槽412的横截面面积与第一凹槽411的横截面面积比的范围为0.5至0.8，并且第二凹槽412的深度与第一凹槽411的深度比的范围为0.7至0.8，第一凹槽411处，位于中间位置部分的横截面积较大，使得该位置处的惯性块4受到的阻力大，防止惯性块4左右晃动，第二凹槽412的开设，来抵消惯性块4左右晃动的能量，通过增加其左右晃动的阻力，来限制其晃动，同时，又增加了惯性块4转动的阻力。
39.大功率船用发动机变阻尼减振方法，包括上述的大功率用发电机变阻尼减振机构、设置于曲轴自由端的编码器以及设置于曲轴飞轮端的转速传感器；
40.编码器用于实时采集曲轴自由端的瞬时角速度，转速传感器用于采集曲轴飞轮端的平均角速度；转速传感器通过获得飞轮端的转速，然后计算得出飞轮端的平均角速度
41.检测步骤：控制器6实时接收瞬时角速度和平均角速度，并通过差值获得扭振角速度；
42.调节步骤：控制器6根据扭振角速度大小变化，通过自适应滑模控制调节电磁线圈3的电流大小。即通过自适应变结构控制来调节电磁线圈3的电流大小，扩大了对扭振的可调节范围，适应性更强，在不同的扭振下，通过不同的电磁线圈3的电流大小下，来进行减振，并且实现了可调，相比于硅油减振器，减振效果更好。减振为对扭振进行耗能，通过惯性块4与磁流变液之间产生摩擦，摩擦力与惯性块4转动的距离乘积，通过自适应滑模控制来调整，获得最大的做功，而不是单纯的扭矩增大，增加磁流变液的阻力，即增大电流。
43.在本实施例下，调节步骤包括判断单元，判断单元用于判断增加电磁线圈3的电流或减少电磁线圈3的电流下，扭振角速度的大小变化方向，大小变化方向为扭振角速度为增大还是减小；扭振角速度的大小会有波动，在一定波动范围下，不改变电磁线圈3的电流，防止电磁线圈3的电流不断变化，波动范围可以为百分之5以下。
44.在增加电磁线圈3的电流下，若当前扭振角速度大于前一扭振角速度，为增加电流，反而增大了扭振角速度，则减小电磁线圈3的电流，若当前扭振角速度小于前一扭振角速度，则继续增加电磁线圈3的电流，继续检测增加电流，是否会减少扭振角速度；当前扭振角速度为在改变了电磁线圈3的电流后，再次获得的扭振角速度；前一扭振角速度为前一次改变电磁线圈3的电流后，获得的扭振角速度，当曲轴的转速从0开始增加时，控制器6增加电磁线圈3的电流；
45.在减小电磁线圈3的电流下，若当前扭振角速度大于前一扭振角速度，为减小电流，反而增大了扭振角速度，则增加电磁线圈3的电流，若当前扭振角速度小于前一扭振角速度，则减小电磁线圈3的电流，继续检测减小电流，是否会减小扭振角速度；
46.并且预设控制电流i，控制电磁线圈3电流小于控制电流i。控制电流i为电磁线圈3所能接受的最大电流，在该电流下，产生的磁场，会使得磁流变液变成固体，因此需要控制电磁线圈3的电流小于该控制电流i，防止磁流变液变成固体。
47.在本实施例中，电磁线圈3分为若干弧形段，在判断单元内预设通电电流；单独控制各个弧形段，一方面可以节省控制器6内的电量，避免经常更换控制器6的电源，另一方面，若当单个弧形段的电流小于通电电流时，其对惯性块4产生的阻力为a，若电磁线圈3为整个，其想要达到对惯性块4产生的阻力为a的情况下，因其影响磁流变液的范围大，其电流需要远小于通电电流，微小的电流难以控制，并且电流越小，磁场越难影响磁流变液的阻力，导致效果不足。
48.在增加电磁线圈3的电流时，若存在未通电的弧形段情况下，增加已通电的弧形段的电流至通电电流，并对未通电的弧形段进行通电；
49.若所有弧形段的电流均大于等于通电电流时，则同时增加电磁线圈3的电流；
50.在减少电磁线圈3的电流时，若所有弧形段的电流均大于通电电流时，则同时减小电磁线圈3的电流；
51.若所有弧形段的电流均等于通电电流，或存在未通电的弧形段的情况下，则择一已通电的弧形段，对其电流进行减小，同时，控制其余已通电的弧形段电流不变。在电流大于通电电流时，同时控制所有的弧形段的电流，可以更好的进行散热，使得惯性块4处各个位置的产生均匀，便于散热，防止热量聚集于某一弧形段。
52.弧形段进行间隔通电或断电，即在有一弧形段通电情况下，若要对另一弧形段进行通电，则选择已通电的弧形段相隔的弧形段进行通电，或选择其相对的弧形段进行通电，而不是相邻的弧形段进行通电，一方面，便于散热，另一方面，使得惯性块4受到的阻力分布均匀，防止惯性块4转动过程与阻尼腔的内壁发生碰撞。
53.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。