当前位置: 首页 > 专利查询>长安大学专利>正文

一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法技术

技术编号:10646330 阅读:181 留言:0更新日期:2014-11-12 20:05
本发明专利技术提供一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法,包括信号采集单元、控制单元、执行单元,其中执行单元由刚度可调和质量可调两部分组成。刚度可调单元包括连接U形基架,U形基架上附有励磁线圈和预紧螺栓,吸振块处于两磁流变弹性体中间,通过预紧螺栓预紧作用,固定在两夹板中间。所述储液箱、液体泵和液体下腔通过软管连接。本设计结构简单,减振效果好,有效减振频带宽,性能稳定,控制响应时间短,具有很高的实用价值,本发明专利技术在现有自适应式吸振器基础上进一步拓宽了减振频带,解决了传统式动力吸振器有效减振频带太窄的问题;克服了主动式动力吸振器过分依赖外界能量的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于振动控制领域,具体涉及一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法
技术介绍
由于结构简单,经济性良好和性能稳定等优点,动力吸振器在机械系统、工程结构、桥梁及建筑等振动控制领域得到了广泛应用。动力吸振器工作原理如图1所示,复合型动力吸振器质量、刚度分别为m`1、k1,吸振器质量、刚度分别为m2、k2,复合型动力吸振器在简谐激振力f sin(ωt)作用下的位移为x1,吸振器位移为x2,由振动力学理论可知,其运动方程如式1:m1x··1+k1x1+k2(x1-x2)=fsin(ωt)m2x··2+k2(x2-x1)=0---(1)]]>求解可得复合型动力吸振器振动幅值为:x1=(k2-m2ω2)f(k1+k2-m1ω2)(k2-m2)-k22---(2)]]>由上式可知,k2-m2ω2=0时,即时,复合型动力吸振器振幅最小为零。因此当吸振器固有频率等于外界激振频率时,吸振器可有效降低复合型动力吸振器振动。然而传统动力吸振器结构参数不可改变,固有频率不可调节,有效减振频带太窄,当外界激振频率偏离吸振器固有频率时,其减振性能大幅降低。主动式动力吸振器可以解决减振频带狭窄问题,在较宽频带上有效减振。但是主动式动力吸振器需要大量的外界能量,成本高,结构复杂,且调节不当时,不仅失去减振性能,还可能加剧复合型动力吸振器振动。国内专利号为96107066.8的专利技术专利即为被动式吸振器。其减振频带太窄,只能依靠增加阻尼或吸振器质量以及采用多个吸振块的方法来拓宽吸振频带,然而理论证明,增大阻尼会减低吸振器的减振性能,且频带拓宽并不明显;增加重量使得结构笨重,由于受到空间限制等,增加吸振块个数并不现实。国内专利号为94246820.1的技术专利提到了一种组合式主动控制的吸振器。原理是在被动式吸振器的基础上增加了主动控制力,但吸振器固有频率仍不可调,外界激振频率偏离吸振器固有频率越远,所需的主动控制力越大,故此设计严重依赖外界能量,实现成本高,实用性差。为拓宽吸振器有效频带,近些年很多学者研究了可根据外界激励频率调节结构参数,从而改变自身固有频率的自适应式动力吸振器。它不仅具有传统式动力吸振器结构简单、性能稳定、经济性好等优点,同时可在较宽频带上进行有效减振,且不过分依赖外界能量,具有很高的研究和实用价值。国外学者Abu-Akeel提出了一种通过电磁力改变刚度的自适应式吸振器。Williams和Rustighi分别利用形状记忆合金作为弹性元件设计了刚度可调的动力吸振器,该合金在不同温度时具有不同金相组织结构,其杨氏模量(与刚度相关)也会随之变化,而合金温度由通过的电流控制。国内专利号为200510094882.3的专利技术专利利用磁流变弹性体设计了一种移频式吸振器,其工作原理为磁流变弹性体在变化磁场作用下,弹性模量发生改变,以此改变磁流变弹性体的刚度,实现对吸振器固有频率的调节。上述自适应式吸振器解决了传统式吸振器减振频带太窄的问题,且不需要大量的外界能量。然而,以上设计都是通过改变装置的刚度来实现吸振器固有频率的调节,但是受材料性能限制,其频带拓宽有限,如何进一步拓宽吸振器有效减振频带是现在研究急需解决的问题;且以上设计当控制失效时,表现为被动式吸振器,失去了在宽频上减振的性能。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足,本专利技术的目的在于提供一种固有频率可调的复合型动力吸振器及其控制方法,能够解决传统式动力吸振器有效减振频带太窄的问题。为达到以上目的,本专利技术的技术方案为:一种固有频率可调的复合型动力吸振器,包括:执行机构、信号采集单元、以及控制系统;执行机构包括:设置于振动物体上的刚度可调单元,刚度可调单元上设置有固定质量单元,固定质量单元上安装有水箱,水箱上连接有供水装置;其中,刚度可调单元包括设置于振动物体上的U形基架,U形基架上安装有用于产生磁场的励磁线圈,U形基架的开口处通过安装预紧螺栓安装有一对夹板,夹板之间通过磁流变弹性体夹持有吸振块,组成一个闭合的导磁回路,固定质量单元安装于吸振块上;信号采集单元包括:安装于固定质量单元上用于对吸振器进行振动信号采集的加速度传感器、与供水装置相连接的流量传感器、以及电荷放大器,加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入端连接;电荷放大器和流量传感器的输出端与控制系统的输入端相连接;控制系统的输出端与可控电源以及供水装置相连接,可控电源的输出端与励磁线圈相连接。所述供水装置包括:液体泵、储液箱、以及电机;液体箱通过软管与液体泵相连,液体泵与储液箱相连,电机的一端与液体泵相连,电机的另一端与控制系统的输出端相连。所述液体箱通过活塞分为液体下腔和空气上腔,活塞上安装有弹簧,弹簧的另一端与液体箱的顶部相连接。所述U形基架、预紧螺栓、夹板以及吸振块为高导磁材料。一种固有频率可调的复合型动力吸振器的控制方法,包括以下步骤:1)、获取复合型动力吸振器所受外界激振频率ω;2)、设减振频带为并将减振频带四等分,其四等分频带的端点分别记为ω1,ω2,ω3,ω4,ω5,其中:第一频段为:[ω1,ω2],即第二频段为:[ω2,ω3],即第三频段为:[ω3,ω4],即第四频段为:[ω4,ω5],即式中,kmin为复合型动力吸振器最小刚度,即未加电流时的刚度,kmax为复合型动力吸振器最大刚度,即加电流最大时的刚度,m为固定质量单元的质量,Δm为第一频段液体箱内可变质量,Δmx1为第二频段液体箱内可变质量,Δmx2为第三频段液体箱内可变质量;并且,令:kmaxm+Δm=kminm+Δmx1kmaxm+Δmx1=kminm+Δmx2kmaxm+Δmx2=kminm---(3)]]>得Δm=kmax3×mkmin3-mΔmx1=kmax2×mkmin2-mΔmx2=kmax×mkmin-m---(4)]]>3)、令:ω1=kminmmin+Δmω2=kmaxm+Δm=kminm+Δmx1ω3=kmaxm+Δmx1=kminm+Δmx2ω4=kmaxm+Δmx2=kminmω5=kmaxm---(5);]本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种固有频率可调的复合型动力吸振器,其特征在于,包括:执行机构、信号采集单元、以及控制系统(15);执行机构包括:设置于振动物体上的刚度可调单元(1),刚度可调单元(1)上设置有固定质量单元(9),固定质量单元(9)上安装有水箱(10),水箱(10)上连接有供水装置;其中,刚度可调单元(1)包括设置于振动物体上的U形基架(4),U形基架(4)上安装有用于产生磁场的励磁线圈(5),U形基架(4)的开口处通过安装预紧螺栓(3)安装有一对夹板(7),夹板(7)之间通过磁流变弹性体(6)夹持有吸振块(2),组成一个闭合的导磁回路,固定质量单元(9)安装于吸振块(2)上;信号采集单元包括:安装于固定质量单元(9)上用于对吸振器进行振动信号采集的加速度传感器(11)、与供水装置相连接的流量传感器(13)、以及电荷放大器(16),加速度传感器(11)的输出端与电荷放大器(16)的输入端连接;电荷放大器(16)和流量传感器(13)的输出端与控制系统(15)的输入端相连接;控制系统(15)的输出端与可控电源(14)以及供水装置相连接,可控电源(14)的输出端与励磁线圈(5)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种固有频率可调的复合型动力吸振器,其特征在于,包括:执行
机构、信号采集单元、以及控制系统(15);
执行机构包括:设置于振动物体上的刚度可调单元(1),刚度可调单元
(1)上设置有固定质量单元(9),固定质量单元(9)上安装有水箱(10),
水箱(10)上连接有供水装置;其中,刚度可调单元(1)包括设置于振动物
体上的U形基架(4),U形基架(4)上安装有用于产生磁场的励磁线圈(5),
U形基架(4)的开口处通过安装预紧螺栓(3)安装有一对夹板(7),夹板
(7)之间通过磁流变弹性体(6)夹持有吸振块(2),组成一个闭合的导磁
回路,固定质量单元(9)安装于吸振块(2)上;
信号采集单元包括:安装于固定质量单元(9)上用于对吸振器进行振
动信号采集的加速度传感器(11)、与供水装置相连接的流量传感器(13)、
以及电荷放大器(16),加速度传感器(11)的输出端与电荷放大器(16)的
输入端连接;电荷放大器(16)和流量传感器(13)的输出端与控制系统(15)
的输入端相连接;
控制系统(15)的输出端与可控电源(14)以及供水装置相连接,可控
电源(14)的输出端与励磁线圈(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的固有频率可调的复合型动力吸振器,其特征
在于,所述供水装置包括:液体泵(18)、储液箱(19)、以及电机(17);液体
箱(10)通过软管(12)与液体泵(18)相连,液体泵(18)与储液箱(19)
相连,电机(17)的一端与液体泵(18)相连,电机(17)的另一端与控制
系统(15)的输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的固有频率可调的复合型动力吸振器,其
特征在于,所述液体箱(10)通过活塞(22)分为液体下腔(21)和空气上
腔(23),活塞(22)上安装有弹簧(20),弹簧(20)的另一端与液体箱(10)
的顶部相连接。
4.根据权利要求1所述的固有频率可调的复合型动力吸振器,其特征

\t在于,所述U形基架(4)、预紧螺栓(3)、夹板(7)以及吸振块(2)为高
导磁材料。
5.一种基于权利要求1所述固有频率可调的复合型动力吸振器的控制
方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)、获取复合型动力吸振器所受外界激振频率ω;
2)、设减振频带为并将减振频带四等分,其四等
分频带的端点分别记为ω1,ω2,ω3,ω4,ω5,其中:
第一频段为:[ω1,ω2],即第二频段为:[ω2,ω3],即第三频段为:[ω3,ω4],即第四频段为:[ω4,ω5],即式中,kmin为复...

【专利技术属性】
技术研发人员:高强宋伟志赵艳青张东力张猛张多
申请(专利权)人:长安大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1