[发明专利]基于自适应电磁阻尼的弹簧隔振装置及隔振方法

说明书

技术领域

本发明属于环境振动及噪声控制领域，具体涉及一种基于自适应电磁阻尼的弹簧隔振装置及隔振方法。

背景技术

振动及其引起的二次结构噪声对周围环境的影响，主要是通过振动传递来完成的。隔离振动的传递或增加振动的传递损失可以有效地控制振动及其产生的二次结构噪声影响。目前，在设备和轨道交通等振动控制工程中，应用最广泛的振动控制措施即在振动设备下安装隔振器，合理设计的隔振器隔振效果可达85％～90％以上。

影响隔振器隔振性能的主要指标包括频率比和阻尼比。根据振动力传递率与频率比、阻尼比的关系图(图1)可知，当频率比大于时，力传递率小于1，系统起隔振作用，且频率比比值越大，隔振效果越佳。由此，要提高系统的隔振效果，关键在于提高频率比，即要求系统有尽可能低的固有频率。同时，阻尼比对隔振效果也会产生很大影响，在隔振区(激振频率与系统固有频率之比大于区)隔振效果与阻尼比成反比，这就要求在隔振区选择小阻尼的隔振器。然而，实际隔振技术中必须考虑机器设备、车辆等在起动或止动过程中激振力从无到有、从有到无的变化过程，激励频率变化会越过共振频率，如果阻尼过小，越过共振频率时，传递给基础的力(力传递率)显著增大，可导致与基础相连的建筑(含桥梁)产生严重的二次结构噪声污染，同时由于越过共振频率时隔振对象的振动速度和振幅过大，可能导致设备和基础受损甚至机车脱轨等严重后果。因此，一个理想的隔振系统，应在较宽的激振频率(含隔振区和非隔振区)上均能有效控制力传递率，同时有效控制隔振对象的振幅，对此技术上可通过降低隔振系统固有频率(提高频率比)和为隔振系统提供自适应阻尼实现。

在隔振设计中，当采用弹簧隔振器不能满足阻尼要求而采用橡胶隔振器又不能满足低固有频率要求时，一般会采用弹簧与橡胶组合隔振器。专利CN102207164A提出了一种电磁阻尼减振器，有激振力时，先通过橡胶减振筒和弹簧产生弹性力缓解外界激励力，继而随着永磁铁间的相对运动使感应线圈产生感生磁场，该感生磁场总是阻碍磁通密度的变化，从而减缓永磁铁间的相对运动，起到减振作用。然而，该减振器存在以下缺点：(1)该感应线圈产生的感应电流大小有限，即其所能提供的电磁阻尼力有限；(2)该减振器设计通过橡胶减振筒、永磁铁以及感应电流产生的磁场增加系统的阻尼，但阻尼力不随外界激振频率的变化而变化，牺牲了系统在稳定工作状态(激振频率与系统固有频率之比大于)下的隔振效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自适应电磁阻尼的弹簧隔振装置及隔振方法，该隔振装置既具有较低的固有频率，又能实现阻尼自适应调整。根据被隔振对象的振动参数信号，当激振频率小于装置固有频率的倍且振动位移超过一定数值时，装置内线圈通电，通过控制线圈内电流的大小和方向，使线圈在径向磁场中始终受到一个与振动速度方向相反的电磁阻尼力，且该电磁阻尼力大小不超过外界激振力大小，大大降低隔振装置在固有频率附近的力传递率；当激振频率大于装置固有频率的倍时，装置内线圈断电，外加阻尼力消失，使装置具有较高的隔振效率。这种基于自适应电磁阻尼的弹簧隔振装置在对隔振效率要求较高，同时对隔振对象振幅要求严格的振动(特别是低频振动)控制领域可发挥重要作用。

本发明具体的技术方案如下：

一种基于自适应电磁阻尼的弹簧隔振装置，包括：径向磁场产生单元，弹簧隔振单元，电磁阻尼产生单元，控制单元以及抗磁外壳。

所述径向磁场产生单元包括：两个圆柱形空心永磁铁。所述两个圆柱形空心永磁铁的充磁方式均为辐射充磁，内侧为S极，外侧为N极，同轴放置，下端面与底座固定连接，上端面与负载平台保持一定空隙。在两圆柱形空心永磁铁间形成水平向外的径向磁场(也可通过改变充磁方向形成水平向内的径向磁场)。

所述弹簧隔振单元包括：负载平台、螺旋弹簧和底座。所述螺旋弹簧具有较低的固有频率，并置于两圆柱形空心永磁铁产生的径向磁场中，上端面与负载平台固定连接，下端面与底座固定连接，这与传统弹簧隔振器类似。