一种磁流变减振管夹的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁流变减振管夹，主要应用于管路振动控制领域。减振管夹主要包括磁流变减振单元、带滑轨的内管夹、滑块、T型接头、销轴、嵌入式控制器，磁流变减振单元主要由活塞、励磁线圈、导向盘、隔膜、支撑弹簧、锁紧螺母等组成。减振管夹通过滑块滑轨结构及转轴机构，将管路沿径向的二维振动转换为活塞在缸筒内的往复振动。活塞上缠绕励磁线圈，控制器采用半主动控制算法，根据管路的振动的加速信息度调节励磁线圈电流，进而调整磁场强度，从而改变磁流变减振器所产生的阻尼力，最大程度消耗管路的振动能量，降低管路的振动，减少振动在管路中的传播，并且系统断电情况下，减振管夹仍然保持一定的阻尼力，以被动减振方式继续工作。
【专利说明】
一种磁流变减振管夹
技术领域
[0001]本发明涉及一种管路减振装置，具体涉及一种阻尼力自动调节的减振管夹，适用于液压传动、流体输送的管路系统中，本发明还可推广到转子系统振动控制领域中。
【背景技术】
[0002]管路系统是介质传输和能量传送的重要通道，广泛应用在动力机械、船舶潜艇、航空航天、石油化工、电力系统、污水处理等领域。管路系统是机械设备与基体结构传递振动的主要途径之一。在管路系统中，栗类旋转机械由于转子不平衡等原因在运行时会导致管路振动。流体流经管路时，因管路系统中的管径变化、管路转弯等因素，以及管路中阀门的开启、调节与关闭，都会造成管路中流体压力、流速变化，进而引发管路振动。振动沿着管路系统传播，并通过管路连接固定装置将振动传递到基体结构。同时，外界振动也会通过管路连接固定装置将机体结构的振动传递到管路系统中。振动的传播过程中产生的噪声，减弱了船舶、潜艇的隐蔽性，并且振动会造成管路疲劳和磨损，严重时会使管路的连接部位松动、焊缝开裂、紧固件松动、阀门及仪表等附属设备的损坏，严重影响设备和系统安全稳定运行，如果管路内部是易燃易爆或有毒介质，泄漏的后果将不堪设想。
[0003]目如，官路减振技术主要包括主动减振技术和被动减振技术。主动控制的主要特点是需要外部能源，减振效果好，但是系统结构复杂、体积大、价格昂贵、可靠性低，在工程中的实际应用较少。被动控制具有结构简单、稳定性高、价格低廉等优点被广泛应用。振动的被动控制主要可分为隔振、动力吸振和阻尼减振。工程中常用的管路减振方法有提高动力源的安装精度、优化管路结构、在管路安装区域填充阻尼材料、选用弹性管件、加粗管路尺寸、使用阻尼套筒、加装阻尼器、加装储能器、采用调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)等方法减小管路系统振，而以上减振措施需要对原管路进行改造和加装减振装置，而现场环境复杂多变，限制了减振装置的安装，并且如果减振结构参数设计不合理将会造成振动转移，甚至加剧振动。
[0004]管夹是管路系统中的不可或缺的重要元件，用于将管路固定在基体结构上。因此，管夹是振动在管路与基体结构之间传递的媒介。由于管路振动主要作用在管夹上，容易造成管夹松动或断裂，并且由于管路与管夹的相互作用，使得管路疲劳和磨损故障主要集中在管夹附近。为了减小管路振动和降低管路振动对管夹的冲击，通常在管夹上增加橡胶或塑料泡沫材质的弹性阻尼垫，或者在管夹的固定螺栓上装配减振弹簧，以上两种减振方法均属于被动控制，减振效果并不理想。
[0005]磁流变阻尼器是一种优良的半主动控制装置，具有控制力大，阻尼和刚度可调范围宽，温度适应性强，响应速度快，能耗低等优点。将磁流变技术与管夹相结合，并通过智能控制策略加以控制，可以实现在更宽的振动频率范围内对管路的振动进行控制。
【发明内容】
[0006]为了克服管路系统中因管路振动造成的管路疲劳磨损、紧固件松动、阀门及仪表等附属设备的损坏等问题，本发明主要解决的技术问题是提供一种流变减振管夹，该减振管夹能够根据管路的振动加速度信息调整阻尼力大小，吸收管路振动能量，降低管路振动，减少管路振动引发的噪声，控制振动在管路系统中传播，抑制管路与管路中流体介质的流固耦和作用。
[0007]本发明采用的技术方案:
[0008]—种磁流变减振管夹，该磁流变减振管夹包括上盖(I)、上盖板(2)、挡圈(3)销轴(4)、T型接头(5)、内管夹(6)、滑块(7)、磁流变减振器(8)以及嵌入式控制器;所述内管夹
(6)分为上下两部分，内管夹(6)通过内管夹螺钉(12)固定在管路上，内管夹(6)两侧分别设有两条滑轨(f)，两条滑轨(f)之间的夹角为90度，滑块(7)与内管夹(6)的滑轨(f)相配合;T型接头(5)—端采用滑块螺钉(13)与滑块(7)固定，另一端通过轴销(4)与Y型接头(16)连接;Y型接头(16)同时设有内螺纹和外螺纹，Y型接头(16)通过内螺纹固定在活塞杆顶端，锁紧螺母(17)通过外螺纹固定在Y型接头(16)的外侧，弹簧挡片(18)安装在锁紧螺母(17)前端用于固定弹簧(19)，弹簧(19)安装在弹簧挡板(18)与缸筒盖(20)前端的凹槽之间；缸筒盖(20)设有固定孔，通过缸筒螺钉(11)与密封垫(28) —起固定在缸筒(23)的上端，导向环
(29)和动密封(30)安装在缸筒上盖中间相对应的凹槽内，活塞(21)安装在缸筒(23)内，活塞杆沿缸筒盖(20)中间圆孔穿过导向环(29)和动密封(30)与Y型接头(16)配合固定，励磁线圈(22)缠绕在活塞(21)的线槽内，导线通过活塞杆中间的导线圆孔(a)引出并与嵌入式控制器连接，导线圆孔(a)采用绝缘密封胶进行灌注密封，导向盘(24)通过螺钉(27)固定在活塞(21)底端；隔膜(25)作为密封元件安装在缸筒(23)与缸筒底座(26)之间，缸筒底座
(26)通过缸筒螺钉(11)固定在缸筒(23)底端，四个磁流变减振器(8)分别对称安放在外壳
[9]内部，外壳(9)的上下两端分别是上盖板(2)和底板(10)，固定螺栓(15)穿过上盖板(2)、外壳(9)后与带有螺纹孔的底板(10)连接，底板(10)通过焊接或螺纹装配的方式固定在基座上，上盖(I)为中空结构，上盖(I)与上盖板(2)、外壳(9)共同围成的空间用于安装嵌入式控制器，上盖(I)采用上盖螺钉(14)与上盖板(2)进行固定。
[0009]内管夹(6)固定在管路上，滑轨(f)、滑块(7)、T型接头(5)、销轴(4)、Y型接头(16)组成的滑块滑轨结构和转轴机构，滑块滑轨结构和转轴机构将内管夹(6)随管路在径向平面内振动转换成活塞(21)在缸筒(23)内的往复振动。
[0010]缸筒上盖(20)、缸筒(23)、隔膜(25)与活塞(21)构成的活塞腔(d)内填满磁流变液。
[0011]磁流变减振器的活塞(21)和缸筒(23)由高导磁率的软磁材料加工形成，缸筒上盖
(20)由隔磁材料，励磁线圈(22)采用铜漆包线绕制。
[0012]隔膜(25)为弹性橡胶材料，缸筒座(26)设有圆形凹槽，隔膜(25)与缸筒底座(26)配合形成气室(e)，气室(e)的作用是补偿活塞(21)在缸筒(23)内往复运动时，活塞杆进出缸筒引起的活塞腔(d)的体积变化。
[0013]导向盘(24)外径大于活塞(21)的外径，安装在活塞(21)底部，保证活塞(21)随管路振动时，活塞(21)与缸筒(23)之间的阻尼间隙宽度保持不变。
[0014]导向盘(24)四周设有导流孔(b)，导向盘(24)的中间为凸台结构，导向盘(24)与活塞(21)装配时，导向盘(24)与活塞(21)底面之间保持一定间隙，当活塞(21)在缸筒内进行往复运动时，活塞腔(d)内的磁流变液能够通过导流孔(b)、导向盘(24)与活塞底端间隙和阻尼间隙(C)流到活塞(21)的另一端。
[0015]嵌入式控制器通过加速度传感器测量管路的振动加速度信息，经过减振控制算法输出控制信号，调整励磁线圈(22)电流的大小，进而调整阻尼间隙(C)内的磁场强度，从而改变磁流变减振器所产生的阻尼力大小，最大程度的消耗管路振动能量，实现对管路进行减振和降噪。
[0016]所述底板(10)为不锈钢材质。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0018]本发明在管夹内设计磁流变阻尼减振结构，利用磁流变阻尼器的阻尼可调的特性，通过改变阻尼器磁场强度调节磁流变阻尼器的阻尼和刚度对管路的振动进行控制，最大限度的消耗管路振动能量，减弱振动在管路或连接装置中的传播，减少因振动而产生的噪声、管路疲劳和机械磨损等，抑制管路中流固耦合作用，削弱管路中流体的压力脉动，克服了传统被动减振器体积大、阻尼和刚度固定等缺点，同时基于磁流变的半主动控制系统具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续可调、易于控制的特点，克服了主动控制装置费用高、能耗大和装置复杂的缺点，并且在系统失去电源供应的状态下，仍然能够保持一定的阻尼力，作为被动减振器继续工作，不会发生减振失效故障，具有较高安全性和可靠性;磁流变减振管夹具有结构简单、拆装方便等优点，可替换液压传动系统或流体输送系统中常规管夹，不需要重新布置管路系统。
【附图说明】
[0019]图1是本专利的结构示意图；
[0020]图2是磁流变减振器的纵剖面示意图；
[0021 ]图3是内管夹立体结构示意图；
[0022]图4是磁流变减振管夹整体纵剖面示意图；
[0023]图5是磁流变减振管夹的立体示意图。
[0024]图中:1、上盖;2、上盖板;3、挡圈；4、轴销;5、T型接头;6、内管夹;7、滑块;8、磁流变减振器;9、外壳;10、底板;11、缸筒螺钉;12、内管夹螺钉;13、滑块螺钉;14、上盖螺钉;15、固定螺栓;16、Υ型接头；17、锁紧螺母;18、弹簧挡片；19、弹簧;20、缸筒盖;21、活塞;22、励磁线圈；23、缸筒；24、导向盘;25、隔膜;26、缸筒座；27、导向盘螺钉;28、密封垫；29、导向环;30、动密封;a、导线圆孔;b、导流孔;C、阻尼通道;d、活塞腔;e、气室;f、导轨。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例和附图对本发明进行进一步详细说明:
[0026]图1是磁流变减振管夹结构示意图，磁流变减振管夹主要由内管夹6、滑块7、磁流变减振单元、外壳9、上盖板2、底板10和安放在上盖I内部的嵌入式控制器及加速度传感器等部件组成。
[0027]图2是磁流变减振器的纵剖面示意图，磁流变减振器主要包括锁紧螺母17、弹簧19、活塞21、缸筒盖20、励磁线圈22、缸筒23、导向盘24、隔膜25、缸筒座26等部件。由于弹簧19在加工制造过程复杂，无法保证所有弹簧刚度完全相同，用于固定弹簧19的相关零件在加工和装配过程中会出现偏差，安装现场环境复杂，基座和固定架无法保证水平或竖直，因此设计了锁紧螺母17用于调节弹簧19的松紧度，以保证各磁流变减振器工作在有效工作范围内，磁流变减振管夹安装固定后，调节锁紧螺母17，将对应磁流变减振器的活塞杆调整到合适的工作位置，调整结束后利用锁紧螺母的自锁功能固定锁紧螺母17。
[0028]图3是内管夹立体结构示意图，在安装磁流变减振管夹时，首先将内管夹6固定在管路上，然后将装配有T型接头5的滑块7装配到内管夹6两侧的滑轨f上，通过调整滑块7位置使T型接头5和Y型接头16的连接孔相对应，将销轴4穿过T型接头5和Y型接头16的连接孔，利用挡圈3锁定销轴4。
[0029]图4是磁流变减振管夹整体纵剖面示意图，内管夹6两侧设有螺钉孔，通过内管夹螺钉12将内管夹6固定在管路上，滑块7与内管夹两侧滑轨f配合安装。T型接头一端通过滑块螺钉13与滑块7固定，另一端通过销轴4与磁流变减振器8的Y型接头16连接。磁流变减振器8安装在外壳9内部，固定螺钉15穿过上盖板2、外壳9装配在带有螺纹孔的底板10上，底板10通过焊接或螺纹装配方式固定在管路附近基座或支架上。
【主权项】
1.一种磁流变减振管夹，其特征在于:该磁流变减振管夹包括上盖(I)、上盖板(2)、挡圈(3)销轴(4)、T型接头(5)、内管夹(6)、滑块(7)、磁流变减振器(8)以及嵌入式控制器;所述内管夹(6)分为上下两部分，内管夹(6)通过内管夹螺钉(12)固定在管路上，内管夹(6)两侧分别设有两条滑轨(f)，两条滑轨(f)之间的夹角为90度，滑块(7)与内管夹(6)的滑轨(f)相配合;T型接头(5)—端采用滑块螺钉(13)与滑块(7)固定，另一端通过轴销(4)与Y型接头(16)连接;Y型接头(16)同时设有内螺纹和外螺纹，Y型接头(16)通过内螺纹固定在活塞杆顶端，锁紧螺母(17)通过外螺纹固定在Y型接头(16)的外侧，弹簧挡片(18)安装在锁紧螺母(17)前端用于固定弹簧(19)，弹簧(19)安装在弹簧挡板(18)与缸筒盖(20)前端的凹槽之间；缸筒上盖(20)设有固定孔，通过缸筒螺钉(11)与密封垫(28) —起固定在缸筒(23)的上端，导向环(29)和动密封(30)安装在缸筒上盖中间相对应的凹槽内，活塞(21)安装在缸筒(23)内，活塞杆沿缸筒盖(20)中间圆孔穿过导向环(29)和动密封(30)与Y型接头(16)配合固定，励磁线圈(22)缠绕在活塞(21)的线槽内，导线通过活塞杆中间的导线圆孔(a)引出并与嵌入式控制器连接，导线圆孔(a)采用绝缘密封胶进行灌注密封，导向盘(24)通过螺钉(27)固定在活塞(21)底端;隔膜(25)作为密封元件安装在缸筒(23)与缸筒底座(26)之间，缸筒底座(26)通过缸筒螺钉(11)固定在缸筒(23)底端，四个磁流变减振器(8)分别对称安放在外壳(9)内部，外壳(9)的上下两端分别是上盖板(2)和底板(10)，固定螺栓(15)穿过上盖板(2)、外壳(9)后与带有螺纹孔的底板(10)连接，底板(10)通过焊接或螺纹装配的方式固定在基座上，上盖(I)为中空结构，上盖(I)与上盖板(2)、外壳(9)共同围成的空间用于安装嵌入式控制器，上盖(I)采用上盖螺钉(14)与上盖板(2)进行固定。2.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:内管夹(6)固定在管路上，滑轨(f)、滑块(7)、T型接头(5)、销轴(4)、Y型接头(16)组成的滑块滑轨结构和转轴机构，滑块滑轨结构和转轴机构将内管夹(6)随管路在径向平面内振动转换成活塞(21)在缸筒(23)内的往复振动。3.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:缸筒上盖(20)、缸筒(23)、隔膜(25)与活塞(21)构成的活塞腔(d)内填满磁流变液。4.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:磁流变减振器的活塞(21)和缸筒(23)由高导磁率的软磁材料加工形成，缸筒盖(20)由隔磁材料，励磁线圈(22)采用铜漆包线绕制。5.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:隔膜(25)为弹性橡胶材料，缸筒座(26)设有圆形凹槽，隔膜(25)与缸筒底座(26)配合形成气室(e)，气室(e)的作用是补偿活塞(21)在缸筒(23)内往复运动时，活塞杆进出缸筒引起的活塞腔(d)的体积变化。6.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:导向盘(24)外径大于活塞(21)的外径，安装在活塞(21)底部，保证活塞(21)随管路振动时，活塞(21)与缸筒(23)之间的阻尼间隙宽度保持不变。7.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:导向盘(24)四周设有导流孔(b)，导向盘(24)的中间为凸台结构，导向盘(24)与活塞(21)装配时，导向盘(24)与活塞(21)底面之间保持一定间隙，当活塞(21)在缸筒内进行往复运动时，活塞腔(d)内的磁流变液能够通过导流孔(b)、导向盘(24)与活塞底端间隙和阻尼间隙(c)流到活塞(21)的另一端。8.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:嵌入式控制器通过加速度传感器测量管路的振动加速度信息，经过减振控制算法输出控制信号，调整励磁线圈(22)电流的大小，进而调整阻尼间隙(c)内的磁场强度，从而改变磁流变减振器所产生的阻尼力大小，最大程度的消耗管路振动能量，实现对管路进行减振和降噪。9.根据权利要求1所述的一种磁流变减振管夹，其特征在于:所述底板(10)为不锈钢材质。
【文档编号】F16L3/10GK105952975SQ201610540161
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月10日
【发明人】聂松林, 辛德奎
【申请人】北京工业大学