本發(fā)明涉及一種管路減振裝置，具體涉及一種頻率和阻尼可調(diào)的管路吸振器，主要用于液壓傳動、流體輸送的管路系統(tǒng)中，屬于振動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

管路系統(tǒng)是液壓傳動、流體輸送、能量傳輸?shù)闹匾d體，被廣泛應(yīng)用于動力機(jī)械、船舶潛艇、航空航天、石油化工、熱力系統(tǒng)、污水處理、給排水等領(lǐng)域。管路系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備與基體結(jié)構(gòu)傳遞振動的主要途徑之一。在管路系統(tǒng)中，壓縮機(jī)、泵、液壓馬達(dá)等動力設(shè)備在工作過程中會導(dǎo)致管路內(nèi)流體介質(zhì)產(chǎn)生壓力、流速脈動。同時，流體流經(jīng)管路時，因管路系統(tǒng)中的管徑變化、管路轉(zhuǎn)彎等因素，以及管路中閥門的開啟、調(diào)節(jié)與關(guān)閉，也會造成管路中流體壓力、流速變化，脈動的流體對管路的沖擊會造成管路振動；另外，原動機(jī)、壓縮機(jī)、泵、液壓馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于轉(zhuǎn)子不平衡等原因在工作過程中會將振動傳遞到管路系統(tǒng)中；此外，外界振動也會通過管路連接固定裝置將基體結(jié)構(gòu)的振動傳遞到管路系統(tǒng)中。管路振動會引發(fā)噪聲，降低艦船、潛艇、飛機(jī)等設(shè)備的隱蔽性，影響工作人員身心健康。管路的振動會造成管路疲勞、接頭松脫、緊固件松動、閥以及儀器儀表等設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致管路中流體介質(zhì)泄露。管道振動問題一直是導(dǎo)致造成管道事故的主要原因之一，管路系統(tǒng)故障大部分起因都是由振動引起的振動疲勞和振動磨損。管路系統(tǒng)振動增加了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，降低了系統(tǒng)使用壽命，甚至引起安全事故，造成經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失，威脅工作人員的人身安全。因此，對管路振動的控制就顯得極為重要。

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)被廣泛應(yīng)用于土木工程、航空航天等領(lǐng)域。具有結(jié)構(gòu)簡單，減振效果顯著，不需要支撐等優(yōu)點(diǎn)。近年來TMD系統(tǒng)被推廣應(yīng)用到管路系統(tǒng)振動控制領(lǐng)域中，但TMD系統(tǒng)減振頻帶窄，當(dāng)振動頻率偏離TMD工作頻率時，減振效果較差，甚至?xí)糯笳駝?。為了提高TMD系統(tǒng)的減振效果，工程中通常采用加裝多組固有頻率不同的TMD，而這種方式增加了管路的負(fù)載，也使得結(jié)構(gòu)振動頻率變得復(fù)雜，增加了TMD設(shè)計(jì)難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種管路減振裝置，采用動力吸振與阻尼耗能減振結(jié)合的方式對管路的振動進(jìn)行控制。磁流變減振器作為質(zhì)量塊與彈簧片構(gòu)成一級動力減振結(jié)構(gòu)，在管路發(fā)生振動時，磁流變減振器和彈簧片隨管路振動并產(chǎn)生慣性反作用力，降低管路振動。磁流變減振器的活塞體、彈簧、磁流變液與缸筒構(gòu)成二級動力阻尼減振結(jié)構(gòu)，磁流變減振器隨管路振動時，活塞體在慣性作用下壓縮彈簧對磁流變減振器產(chǎn)生反作用力，并且在活塞與缸筒發(fā)生相對運(yùn)動時，活塞受到磁流變液的阻尼力作用，消耗振動能量?？刂破鞲鶕?jù)管路的振動加速度信息調(diào)整阻尼力大小，改變二級吸振器的吸振頻率，提高阻尼器的耗能效率。圖6中，m_d為吸振器響應(yīng)質(zhì)量(活塞和線圈質(zhì)量)；K_d為彈簧剛度；C_d為吸振器的固有阻尼系數(shù)；F_τ為吸振器的庫侖阻尼力；m_c為阻尼器質(zhì)量；K_c為彈簧片剛度；C_c為彈簧片阻尼系數(shù)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

一種磁流變管路雙重動力阻尼吸振器，該磁流變管路雙重動力阻尼吸振器包括上蓋(1)、密封墊(2)、彈簧(3)、導(dǎo)向環(huán)(4)、活塞(5)、勵磁線圈(6)、導(dǎo)向桿(7)、缸筒(8)、彈簧片(13)、固定架、控制器以及固定螺釘；所述勵磁線圈(6)纏繞在活塞(5)的線槽內(nèi)，導(dǎo)向環(huán)(4)安裝在活塞(5)中心孔兩端的導(dǎo)向槽內(nèi)，導(dǎo)向桿(7)穿過活塞(5)中心孔和導(dǎo)向環(huán)(4)后固定在缸筒(8)與上蓋(1)之間，活塞(5)與缸筒(8)底部和上蓋(1)之間采用彈簧(3)支撐，上蓋(1)與缸筒(8)之間使用密封墊(2)密封并使用上蓋螺釘(9)固定，缸筒(8)固定在彈簧片(13)的一端，彈簧片(13)的另一端固定在固定架上，固定架通過固定架螺釘(11)固定在管路上，控制器固定在缸筒(8)上或管路上。

所述活塞(5)和缸筒(8)采用高導(dǎo)磁率的軟磁材料，上蓋(1)由隔磁材料制成。缸筒(8)、導(dǎo)向桿(7)、活塞(5)和上蓋(1)圍成的活塞腔(a)內(nèi)填充磁流變液。勵磁線圈(6)采用漆包銅線繞制，導(dǎo)線通過活塞導(dǎo)線孔(c)和上蓋導(dǎo)線孔(b)引出到磁流變吸振器(f)外側(cè)與控制器相連，上蓋導(dǎo)線孔(b)、活塞導(dǎo)線孔(c)采用絕緣膠密封。

所述上蓋(1)、密封墊(2)、彈簧(3)、導(dǎo)向環(huán)(4)、活塞(5)、線圈(6)、導(dǎo)向桿(7)缸筒(8)、上蓋螺釘(9)及磁流變液所構(gòu)成的磁流變減振器作為質(zhì)量塊與彈簧片(13)構(gòu)成吸振器一級動力吸振結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向環(huán)(4)、活塞(5)、勵磁線圈(6)、磁流變液與彈簧(3)構(gòu)成吸振器的二級動力阻尼吸振結(jié)構(gòu)。

所述一級動力吸振結(jié)構(gòu)，在管路發(fā)生振動時，帶動磁流變減振器(f)和彈簧片(13)振動，由于慣性原因，磁流變減振器(f)在振動過程中產(chǎn)生的慣性力反作用到管路上，從而降低管路振動。

所述二級阻尼吸振結(jié)構(gòu)，磁流變減振器(f)內(nèi)部由活塞(5)、勵磁線圈(6)和導(dǎo)向環(huán)(4)構(gòu)成活塞體。在磁流變減振器(f)隨管路振動時，活塞體由于慣性原因，會沿導(dǎo)向桿(7)與缸筒(8)發(fā)生相對運(yùn)動，壓縮彈簧(3)，對缸筒(8)產(chǎn)生一個反作用力。同時，活塞體在缸筒(8)內(nèi)運(yùn)動時受到磁流變液的阻尼力，消耗振動能量，實(shí)現(xiàn)動力阻尼雙重吸振。

所述彈簧片(13)的一端設(shè)有溝槽(e)，通過調(diào)整磁流變減振器(f)在彈簧片(13)上的固定位置，改變吸振器的一級固有頻率。具體調(diào)整方式為：向振動減小方向移動缸筒位置，直至無論向靠近管路方向或遠(yuǎn)離管路方向移動，管路的振動都增大時，缸筒的位置為最佳位置。

所述固定架分為單向固定架(12)、徑向固定架(14)和軸向固定架(15)，磁流變吸振器沿徑向或軸向方向固定在管路上。根據(jù)管路振動情況，采取徑向安裝或軸向安裝或組合安裝的方式對管路沿任意方向的振動進(jìn)行控制。在振動劇烈，振動能量較大的管路系統(tǒng)中，通過安裝多組吸振器的方式提高減振效果。

所述控制器集成處理器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動器模塊和加速度傳感器。處理器模塊通過加速度傳感器的加速度信號進(jìn)行分析和處理輸出控制信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將處理器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動器模塊的模擬信號，驅(qū)動器模塊根據(jù)處理器模塊的信號指令調(diào)整勵磁線圈(6)電流的大小，進(jìn)而調(diào)整阻尼間隙(d)內(nèi)的磁場強(qiáng)度，從而改變磁流變吸振器所產(chǎn)生的阻尼力大小，消耗管路振動能量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。

本發(fā)明采用動力吸振與阻尼耗能減振結(jié)合的方式控制管路振動，能夠有效控制管路振動，抑制振動在管路中的傳播，降低管路振動造成的危害。通過調(diào)節(jié)磁流變減振器(f)固定在彈簧片上的位置，調(diào)整吸振器固有頻率與管路振動頻率一致，降低了吸振器設(shè)計(jì)過程中對振動測量和參數(shù)計(jì)算的精度要求。磁流變減振器(f)構(gòu)成的二級動力阻尼減振結(jié)構(gòu)能夠吸收振動能量，降低管路振動。當(dāng)管路振動頻率偏離吸振器一級動力吸振頻率時，由于磁流變減振器的阻尼耗能作用，能夠使減振器的振動快速衰減。設(shè)計(jì)了吸振器單向、徑向、軸向和固定架，可以根據(jù)管路振動情況靈活裝配，實(shí)現(xiàn)對管路沿任意方向振動進(jìn)行控制。系統(tǒng)斷電時，由于磁流變減振器的活塞體受到磁流變液的黏滯阻尼力，使得吸振器仍然具有一定的減振效果，不會發(fā)生減振失效或加劇管路振動故障，具有較高安全性和可靠性。

附圖說明

圖1是磁流變管路雙重動力阻尼吸振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是單向吸振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是軸向吸振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是徑向吸振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是組合吸振器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是磁流變管路雙重動力阻尼吸振器工作原理圖。

圖中：1、上蓋，2、密封墊，3、彈簧，4、導(dǎo)向環(huán)，5、活塞，6、勵磁線圈，7、導(dǎo)向桿，8、缸筒，9、上蓋螺釘，10、彈片螺釘，11、固定架螺釘，12、單向固定架，13、彈簧片，14、徑向固定架，15、軸向固定架，a、活塞腔，b、上蓋導(dǎo)線孔，c、活塞導(dǎo)線孔，d、阻尼間隙，e、彈簧片溝槽，f、磁流變減振器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1為一種磁流變管路雙重動力阻尼吸振器示意圖，是吸振器的主體部分，主要包括上蓋(1)、密封墊(2)、彈簧(3)、導(dǎo)向環(huán)(4)、活塞(5)、線圈(6)、導(dǎo)向桿(7)、缸筒(8)。

圖2為磁流變管路吸振器單向吸振器結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)現(xiàn)對沿固定方向振動的管路進(jìn)行減振。安裝調(diào)試流程為：現(xiàn)將單向固定架(12)固定在管路上，然后將彈簧片(13)固定在單向固定架(12)上，最后將磁流變減振器固定在彈簧片(13)的另一端。吸振器安裝結(jié)束后，在管路上安裝振動檢測傳感器，并使管路正常工作，檢測管路振動幅值，調(diào)節(jié)磁流變減振器在彈簧片(13)上的位置，直至振動幅值不再減小，此時磁流變減振器的安裝位置就是最佳安裝位置。

圖3、圖4、圖5分別為軸向、徑向和組合吸振器結(jié)構(gòu)示意圖，安裝和調(diào)試過程與單向吸振器安裝調(diào)試過程相似。