一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，包括夾持圓環(huán)和吸振器，其特征在于：吸振器包括對(duì)稱設(shè)置在夾持圓環(huán)外表面的四個(gè)子吸振器，每個(gè)子吸振器包括兩個(gè)片彈簧、慣性質(zhì)量塊以及設(shè)置在每個(gè)片彈簧上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器，兩個(gè)片彈簧彎曲對(duì)接后形成扁環(huán)形結(jié)構(gòu)，扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質(zhì)量塊連接。本發(fā)明安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適用頻帶寬，能隨著管路振動(dòng)頻率的變化調(diào)整吸振器自身的頻率，從而達(dá)到對(duì)管路減振降噪的要求。特別針對(duì)現(xiàn)代艦船、潛艇管路系統(tǒng)的“聲隱身”要求，能發(fā)揮其價(jià)值。
【專利說(shuō)明】
-種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種吸振器，尤其設(shè)及一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，屬于吸振 器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 艦船，潛艇內(nèi)部有著復(fù)雜的管路布置。管路也為振動(dòng)與噪聲的傳播提供了途徑。機(jī) 械設(shè)備可W通過(guò)管路系統(tǒng)將振動(dòng)與噪聲傳遞給艦船結(jié)構(gòu)；其次，如海水累運(yùn)類設(shè)備工作時(shí) 不可避免的會(huì)造成管內(nèi)液體的壓力流量脈動(dòng)引發(fā)管路振動(dòng)，降低管路使用壽命，影響船員 舒適性，降低艦船"聲隱身"性能。
[0003] 艦船管路系統(tǒng)的振動(dòng)與噪聲源抑制可從兩方面入手，一是減少各類動(dòng)力機(jī)械設(shè)備 振動(dòng)對(duì)管路的傳遞，可W在傳播途徑中加入隔振裝置，例如，在工程實(shí)際中，為使累或其它 動(dòng)力源的機(jī)械振動(dòng)不致傳給管系，可W在累出口到管系之間插入一段軟管（曉性管，塑料 管)等。其次是直接對(duì)管路進(jìn)行振動(dòng)抑制，現(xiàn)有的管道減振方法主要是在管道上附加主動(dòng)吸 振器或者阻尼減振材料，主動(dòng)吸振器減振頻帶寬，效果好，但是可靠性低，造價(jià)昂貴;被動(dòng)減 振裝置，如橡膠減振裝置等，成本低，但減振頻帶窄?？梢?jiàn)，設(shè)計(jì)一種頻帶寬，頻率可調(diào)，同時(shí) 兼具可靠性的管路吸振器具有重要的意義。
[0004] 現(xiàn)有的《一種頻率可調(diào)的管道動(dòng)力吸振器》(專利號(hào):CN 204213246 U)通過(guò)調(diào)節(jié)液 壓系統(tǒng)改變吸振器內(nèi)液壓油的質(zhì)量，進(jìn)而改變了吸振器的質(zhì)量，調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，能 夠根據(jù)管道振動(dòng)頻率的變化而改變自身的頻率。但是，液壓系統(tǒng)自身響應(yīng)慢，實(shí)際工作中， 無(wú)法對(duì)周圍環(huán)境的變化做出迅速的動(dòng)作，其次，該吸振器裝置復(fù)雜，需要配備液壓系統(tǒng)，長(zhǎng) 時(shí)間工作會(huì)造成液壓油泄露等問(wèn)題。《一種方向可調(diào)的管路吸振卡髓》（專利號(hào)：CN 204785084 U)設(shè)計(jì)出一種方向可調(diào)的管路卡髓吸振器，該吸振器結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，吸振 方向可調(diào)，但是不能隨著管路振動(dòng)頻率的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)自身的固有頻率?！兑环NΞ向管道動(dòng) 力吸振器》(專利號(hào):CN 203927229 U)該吸振器可W對(duì)管道軸向，徑向和繞軸線扭轉(zhuǎn)的Ξ個(gè) 方向的振動(dòng)加 W抑制?！犊烧{(diào)頻式管路吸振器》（專利號(hào):CN 204201363 U)能對(duì)管路徑向的 振動(dòng)進(jìn)行抑制與吸收，可W人為的調(diào)節(jié)慣性質(zhì)量塊在彈黃片上的位置，調(diào)節(jié)彈黃片的實(shí)際 使用剛度，從而調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，運(yùn)種吸振器針對(duì)工況穩(wěn)定的管路系統(tǒng)效果良好，但 是一旦遇上復(fù)雜多變的工況，該吸振器的效率就會(huì)降低，不能即使根據(jù)管路振動(dòng)頻率的變 化調(diào)整自身的固有頻率。王震(王震，基于慣性作動(dòng)器的管路系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制研究，中國(guó) 艦船研究院碩±學(xué)位論文，2014)設(shè)計(jì)出一種電磁式慣性吸振器，能對(duì)管路一個(gè)振動(dòng)方向進(jìn) 行主動(dòng)控制，該吸振器應(yīng)用于管路的低頻振動(dòng)控制，但是管路振動(dòng)呈現(xiàn)周向性，顯然單從一 個(gè)方向進(jìn)行控制，不能很好的應(yīng)對(duì)管路中復(fù)雜流體對(duì)于管壁的振動(dòng)沖擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了提供一種工作可靠，具有各向振動(dòng)特性，自適應(yīng)強(qiáng)的新型變 剛度半主動(dòng)管路吸振器。
[0006] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：包括夾持圓環(huán)和吸振器，吸振器包括對(duì)稱設(shè)置在夾 持圓環(huán)外表面的四個(gè)子吸振器，每個(gè)子吸振器包括兩個(gè)片彈黃、慣性質(zhì)量塊W及設(shè)置在每 個(gè)片彈黃上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器，兩個(gè)片彈黃彎曲對(duì)接后形成扁環(huán)形結(jié)構(gòu)，扁 環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質(zhì)量塊連接。本發(fā)明還包括運(yùn)樣一些結(jié)構(gòu) 特征：
[0007] 1.所述層疊式PVDF作動(dòng)器由N片PVDF壓電薄膜通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘接而成，且粘接方 式是"電學(xué)并聯(lián)、力學(xué)串聯(lián)"的方式。
[0008] 2.每個(gè)彈黃片上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器所加的電場(chǎng)方向相反。
[0009] 3.所述夾持圓環(huán)由兩個(gè)半圓環(huán)通過(guò)螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對(duì)稱設(shè) 置有四個(gè)凸臺(tái)，扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)的凸 臺(tái)連接。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適 用頻帶寬，能隨著管路振動(dòng)頻率的變化調(diào)整吸振器自身的頻率，從而達(dá)到對(duì)管路減振降噪 的要求。特別針對(duì)現(xiàn)代艦船、潛艇管路系統(tǒng)的"聲隱身"要求，能發(fā)揮其價(jià)值。本發(fā)明不需要 額外支撐件，而是通過(guò)夾持圓環(huán)與管路固定。本發(fā)明具有沿管路徑向的多個(gè)方向的振動(dòng)特 性，能應(yīng)對(duì)管壁振動(dòng)的周向性。相較與傳統(tǒng)的管路被動(dòng)吸振器，本發(fā)明能根據(jù)管路振動(dòng)頻率 的變化，隨時(shí)調(diào)節(jié)自身的固有頻率，具有自適應(yīng)性。依據(jù)PVDF作動(dòng)器的特性，將壓電薄膜沿 彈黃片長(zhǎng)度方向粘貼，產(chǎn)生較大變形，而不是將作動(dòng)力直接作用在結(jié)構(gòu)上，從而調(diào)節(jié)彈黃片 的實(shí)際使用剛度，改變了吸振器的頻率，響應(yīng)快。即使當(dāng)層疊式PVDF壓電作動(dòng)器失效，本發(fā) 明仍能充當(dāng)被動(dòng)管路吸振器，不會(huì)造成管路振動(dòng)惡化。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明的子吸振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明的吸振器的原理圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明的控制流程原理框圖。
[0015] 圖中：1-慣性質(zhì)量，2-層疊式PVDF作動(dòng)器，3-螺栓螺母連接件，4-片彈黃，5-夾持圓 環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017] 結(jié)合圖1和圖2,本發(fā)明包括夾持圓環(huán)5與四個(gè)子吸振器，四個(gè)子吸振器呈90°周向 排列，進(jìn)一步地，子吸振器與夾持圓環(huán)通過(guò)螺栓固定。每個(gè)子吸振器由2個(gè)片彈黃4、層疊式 PVDF作動(dòng)器2、慣性質(zhì)量塊1組成，由圖2可得，在片彈黃4的上下表面分別通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼 有層疊式PVDF作動(dòng)器2。所述片彈黃選用彈性好的彈黃鋼65Mn。所述層疊式PVDF作動(dòng)器的厚 度伸縮變形方向?yàn)檠仄瑥楛S長(zhǎng)度方向。
[0018] 所述層疊式PVDF作動(dòng)器2由N片（可根據(jù)需要調(diào)節(jié))PVDF壓電薄膜通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘 接而成，且粘接方式是"電學(xué)并聯(lián)、力學(xué)串聯(lián)"的方式。也即每層壓電薄膜之間粘貼有導(dǎo)電膠 布，采用電路并聯(lián)的方式。
[0019] 每個(gè)彈黃片上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器所加的電壓方向相反。當(dāng)片彈黃 上表面沿長(zhǎng)度方向拉伸時(shí)，下表面沿長(zhǎng)度方向收縮，造成片彈黃4發(fā)生彎曲，改變片彈黃4的 剛度。
[0020] 電壓所加方向與片彈黃4長(zhǎng)度方向平行，保證層疊式PVDF作動(dòng)器2沿片彈黃的長(zhǎng)度 方向伸縮，即所加電場(chǎng)方向?yàn)閺楛S片表面的法向。
[0021] 所述夾持圓環(huán)由由兩個(gè)半圓環(huán)通過(guò)螺栓剛性連接而成，且兩個(gè)半圓環(huán)通過(guò)螺栓連 接固定在管壁上，保證無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。且在夾持圓環(huán)的外表面對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)凸臺(tái)，扁環(huán)形結(jié) 構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)的凸臺(tái)連接。具體的說(shuō)是所述 慣性質(zhì)量塊一端車有螺紋孔，凸臺(tái)上車有螺紋孔，所述的2個(gè)片彈黃組成的扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩 端都車有螺紋孔、且一端通過(guò)螺栓固定在夾持圓環(huán)的凸臺(tái)上、另一端與慣性質(zhì)量塊通過(guò)螺 栓固定在一起，保證不會(huì)松動(dòng)。
[0022] 工作時(shí)，層疊式PVDF作動(dòng)器接入電壓產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，片彈黃上表面在PVDF作動(dòng) 器的作用下沿長(zhǎng)度方向拉伸，片彈黃的下表面沿長(zhǎng)度方向收縮，片彈黃發(fā)生彎曲變形，調(diào)節(jié) 每一個(gè)子吸振器的剛度，實(shí)現(xiàn)對(duì)管路徑向振動(dòng)的半主動(dòng)控制。
[0023] 如圖3所示為單個(gè)吸振器的原理圖，Μ視為管路系統(tǒng)的集中質(zhì)量，Kr與Cr分別為管路 系統(tǒng)自身的剛度與阻尼，m為吸振器慣性質(zhì)量，Κρ與Cp為吸振器的剛度與阻尼，y為慣性質(zhì)量 塊的位移，X為管路系統(tǒng)質(zhì)量的位移，具體表達(dá)式如下：
[0024]
[0025] 結(jié)合附圖4為本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】的原理框圖，為吸振器的其中一個(gè)控制方 向，用轉(zhuǎn)速傳感器采集水累的轉(zhuǎn)速信號(hào)作為控制器的期望信號(hào)，采集管壁的加速度信號(hào)作 為輸入信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器，低通濾波器及A/D轉(zhuǎn)換后作為控制器最終的輸入 量，控制器按照一定的控制算法，輸出控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，再由功放輸出電壓信號(hào)至層 疊式PVDF作動(dòng)器，PVDF壓電薄膜在電場(chǎng)的作用下沿片彈黃長(zhǎng)度方向伸縮，實(shí)時(shí)改變吸振器 固有頻率，從而起到對(duì)管路振動(dòng)的控制與吸收。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，包括夾持圓環(huán)和吸振器，其特征在于：吸振器包 括對(duì)稱設(shè)置在夾持圓環(huán)外表面的四個(gè)子吸振器，每個(gè)子吸振器包括兩個(gè)片彈簧、慣性質(zhì)量 塊以及設(shè)置在每個(gè)片彈簧上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器，兩個(gè)片彈簧彎曲對(duì)接后形 成扁環(huán)形結(jié)構(gòu)，扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質(zhì)量塊連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，其特征在于:所述層疊式 PVDF作動(dòng)器由N片PVDF壓電薄膜通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘接而成，且粘接方式是"電學(xué)并聯(lián)、力學(xué)串 聯(lián)"的方式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，其特征在于:每個(gè)彈 簧片上、下兩個(gè)表面的層疊式PVDF作動(dòng)器所加的電場(chǎng)方向相反。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，其特征在于:所述夾 持圓環(huán)由兩個(gè)半圓環(huán)通過(guò)螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)凸臺(tái)，扁 環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)的凸臺(tái)連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型變剛度半主動(dòng)管路吸振器，其特征在于:所述夾持圓 環(huán)由兩個(gè)半圓環(huán)通過(guò)螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)凸臺(tái)，扁環(huán)形 結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結(jié)構(gòu)的一端與夾持圓環(huán)的凸臺(tái)連接。
【文檔編號(hào)】F16F7/116GK105972370SQ201610363683
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】杜敬濤, 吳登峰, 馬騰, 楊鐵軍, 劉學(xué)廣
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)