[發明專利]基于自適應電磁阻尼的彈簧隔振裝置及隔振方法

有效

• 申請號: 201410625110.7
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104455139A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 翟國慶;伍思霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于環境振動及噪聲控制領域，具體涉及一種基于自適應電磁阻尼的彈簧隔振裝置及隔振方法。

背景技術

振動及其引起的二次結構噪聲對周圍環境的影響，主要是通過振動傳遞來完成的。隔離振動的傳遞或增加振動的傳遞損失可以有效地控制振動及其產生的二次結構噪聲影響。目前，在設備和軌道交通等振動控制工程中，應用最廣泛的振動控制措施即在振動設備下安裝隔振器，合理設計的隔振器隔振效果可達85％～90％以上。

影響隔振器隔振性能的主要指標包括頻率比和阻尼比。根據振動力傳遞率與頻率比、阻尼比的關系圖(圖1)可知，當頻率比大于時，力傳遞率小于1，系統起隔振作用，且頻率比比值越大，隔振效果越佳。由此，要提高系統的隔振效果，關鍵在于提高頻率比，即要求系統有盡可能低的固有頻率。同時，阻尼比對隔振效果也會產生很大影響，在隔振區(激振頻率與系統固有頻率之比大于區)隔振效果與阻尼比成反比，這就要求在隔振區選擇小阻尼的隔振器。然而，實際隔振技術中必須考慮機器設備、車輛等在起動或止動過程中激振力從無到有、從有到無的變化過程，激勵頻率變化會越過共振頻率，如果阻尼過小，越過共振頻率時，傳遞給基礎的力(力傳遞率)顯著增大，可導致與基礎相連的建筑(含橋梁)產生嚴重的二次結構噪聲污染，同時由于越過共振頻率時隔振對象的振動速度和振幅過大，可能導致設備和基礎受損甚至機車脫軌等嚴重后果。因此，一個理想的隔振系統，應在較寬的激振頻率(含隔振區和非隔振區)上均能有效控制力傳遞率，同時有效控制隔振對象的振幅，對此技術上可通過降低隔振系統固有頻率(提高頻率比)和為隔振系統提供自適應阻尼實現。

在隔振設計中，當采用彈簧隔振器不能滿足阻尼要求而采用橡膠隔振器又不能滿足低固有頻率要求時，一般會采用彈簧與橡膠組合隔振器。專利CN102207164A提出了一種電磁阻尼減振器，有激振力時，先通過橡膠減振筒和彈簧產生彈性力緩解外界激勵力，繼而隨著永磁鐵間的相對運動使感應線圈產生感生磁場，該感生磁場總是阻礙磁通密度的變化，從而減緩永磁鐵間的相對運動，起到減振作用。然而，該減振器存在以下缺點：(1)該感應線圈產生的感應電流大小有限，即其所能提供的電磁阻尼力有限；(2)該減振器設計通過橡膠減振筒、永磁鐵以及感應電流產生的磁場增加系統的阻尼，但阻尼力不隨外界激振頻率的變化而變化，犧牲了系統在穩定工作狀態(激振頻率與系統固有頻率之比大于)下的隔振效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于自適應電磁阻尼的彈簧隔振裝置及隔振方法，該隔振裝置既具有較低的固有頻率，又能實現阻尼自適應調整。根據被隔振對象的振動參數信號，當激振頻率小于裝置固有頻率的倍且振動位移超過一定數值時，裝置內線圈通電，通過控制線圈內電流的大小和方向，使線圈在徑向磁場中始終受到一個與振動速度方向相反的電磁阻尼力，且該電磁阻尼力大小不超過外界激振力大小，大大降低隔振裝置在固有頻率附近的力傳遞率；當激振頻率大于裝置固有頻率的倍時，裝置內線圈斷電，外加阻尼力消失，使裝置具有較高的隔振效率。這種基于自適應電磁阻尼的彈簧隔振裝置在對隔振效率要求較高，同時對隔振對象振幅要求嚴格的振動(特別是低頻振動)控制領域可發揮重要作用。

本發明具體的技術方案如下：

一種基于自適應電磁阻尼的彈簧隔振裝置，包括：徑向磁場產生單元，彈簧隔振單元，電磁阻尼產生單元，控制單元以及抗磁外殼。

所述徑向磁場產生單元包括：兩個圓柱形空心永磁鐵。所述兩個圓柱形空心永磁鐵的充磁方式均為輻射充磁，內側為S極，外側為N極，同軸放置，下端面與底座固定連接，上端面與負載平臺保持一定空隙。在兩圓柱形空心永磁鐵間形成水平向外的徑向磁場(也可通過改變充磁方向形成水平向內的徑向磁場)。

所述彈簧隔振單元包括：負載平臺、螺旋彈簧和底座。所述螺旋彈簧具有較低的固有頻率，并置于兩圓柱形空心永磁鐵產生的徑向磁場中，上端面與負載平臺固定連接，下端面與底座固定連接，這與傳統彈簧隔振器類似。