CN114483866B - 一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，包括弹簧隔振单元，所述弹簧隔阵单元自上而下为负载平台、弹簧和底座，所述弹簧隔振器还包括设置于所述弹簧外部的水平向磁场产生单元，以及设置于所述水平向磁场产生单元与所述弹簧之间、绝缘悬挂于所述负载平台下的电磁阻尼产生单元；所述水平向磁场产生单元为磁性材料阵列，所述电磁阻尼产生单元包括导体板以及竖向间隔设置于导体板上的磁性材料棒。本发明的电磁阻尼不存在摩擦、漏液等问题，隔振性能优异。

Description

一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器
技术领域
本发明涉及环境振动及噪声控制技术领域，具体涉及一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器。
背景技术
设备振动会引起设备磨损、降低设备使用寿命，同时振动通过刚性连接件、地面或建筑等固体传播，会产生振动和二次辐射噪声污染。为减小振动污染，通常在设备底部安装隔振器对设备振动进行隔离。弹簧隔振器因其固有频率低、刚度高、载荷能力强等优点在设备振动隔离领域被广泛使用。
如公告号为CN212985909U的专利说明书中公开了一种弹簧隔振器，所述弹簧隔振器设置为多层结构，所述弹簧隔振器由多个隔振单元叠加而成，每个隔振单元包括弹性层和隔板，所述弹簧隔振器形成弹性层与隔板交替叠加的结构，每个弹性层的厚度设置为小于20mm，所述隔板的刚度和导热系数均大于所述弹性层。
或如公开号为CN203488613U的专利说明书中公开了一种可调预荷载阻尼弹簧隔振器，由阻尼弹簧隔振器、可调预荷载构件、高度调整结构、预荷载指示装置组成，可调预荷载构件位于阻尼弹簧隔振器与高度调整结构之间，预荷载指示装置安装在可调预荷载构件外侧，阻尼弹簧隔振器由橡胶摩擦隔声垫、底座、橡胶阻尼套、螺旋钢弹簧、定位板组成；可调预荷载构件由内螺纹管、预压螺杆、橡胶齿形圆孔阻尼套、垫圈组成；高度调整结构由上盖板、螺杆、圆形承力体、固定板、水平高度调整螺栓组成；预荷载指示装置由标示刻度及标示杆组成。
通过对设备采取隔振措施(安装隔振器)，可降低设备传递至地面的不平衡力(振动)，减小振动对周围环境的影响。采取隔振措施后，除关注隔振效率(即降低传递至地面的力)外，同时需控制采取隔振措施后设备自身振幅。
阻尼是影响隔振效率和被隔振物体振幅的重要影响因素之一。当振动频率f与***固有频率f0比小于
Figure BDA0003520771980000021
时，阻尼比越大，隔振效率越高。当振动频率f临近***固有频率f0时，被隔振设备振幅主要受阻尼控制，阻尼越大，振动越小。弹簧隔振器自身阻尼系数较低，难以满足上述需求，因此通常同时安装阻尼器与隔振器。
常用的阻尼器有调谐质量阻尼器、金属阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器和电磁阻尼器等，其中基于永磁铁的电磁阻尼器由于导体与磁体间无直接接触，不存在摩擦、漏液等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，不存在摩擦、漏液等问题，隔振性能优异。
一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，包括弹簧隔振单元，所述弹簧隔阵单元自上而下为负载平台、弹簧和底座，所述弹簧隔振器还包括设置于所述弹簧外部的水平向磁场产生单元，以及设置于所述水平向磁场产生单元与所述弹簧之间、绝缘悬挂于所述负载平台下的电磁阻尼产生单元；所述水平向磁场产生单元为磁性材料阵列，所述电磁阻尼产生单元包括导体板以及竖向间隔设置于导体板上的磁性材料棒。
所述弹簧具有较低的固有频率，上端面与负载平台固定连接，下端面与底座固定连接。
作为优选，所述磁性材料阵列由位于所述弹簧两侧的两组竖向叠放的永磁铁组成；同侧相邻两块永磁铁磁化方向相差90°，两侧相对两块永磁铁磁化方向相差180°。
具体地，弹簧两侧分别由4块竖向叠放的永磁铁组成磁性材料阵列，水平向磁场产生单元下端面与底座固定连接，在磁性材料阵列间产生水平向磁场。
作为优选，所述导体板为间隔设置的多块导体板，导体板上间隔设置有穿孔，所述磁性材料棒嵌于所述穿孔内。
作为优选，多块导体板的厚度与间距均相等或不相等。
作为优选，所述磁性材料棒表面设置有用于调节导体板水平间距和固定磁性材料棒的卡槽。
具体地，导体板为两块及以上，且具有高电导率、低磁导率。磁性材料棒具体为铁磁性材料棒，铁磁性材料棒与导体板间留有间隙，两者通过位于铁磁性材料棒表面的卡槽固定。多块导体板间的水平间距通过卡槽调节。
电磁阻尼产生单元绝缘悬挂于负载平台下方，具体绝缘悬挂方式为在与距离负载平台最近的铁磁性材料棒外部安装一层绝缘套筒，绝缘套筒穿过负载平台底部设置的绝缘悬挂孔并固定。
作为优选，所述磁性材料棒的截面为圆形、方形或多边形，磁性材料棒平行于水平面或与水平面呈一定夹角，且磁性材料棒的间距相等或不相等。
作为优选，所述弹簧隔振器还包括设置于所述弹簧内的节流阻尼产生单元，所述节流阻尼产生单元包括套筒、两根连接杆、带有节流孔的活塞以及阻尼液；
其中一根连接杆的一端与活塞相连，另一端与负载平台相连；另一根连接杆的一端与套筒底部相连，另一端与底座相连；套筒内部空腔被活塞分割为两部分腔体，阻尼液通过活塞上的节流孔在两部分腔体间流动。
作为优选，所述水平向磁场产生单元外部设置有电磁屏蔽单元。
电磁屏蔽单元具体为两端开口的高磁导率抗磁套筒。高磁导率材料抗磁套筒下端固定在底座上。
作为优选，所述水平向磁场产生单元顶部设置有缓冲单元。
缓冲单元具体为橡胶块。橡胶块下端与水平向磁场产生单元上端相连，当设置电磁屏蔽单元时，橡胶块下端与也电磁屏蔽单元上端相连，橡胶块上端与负载平台保持一定空隙。
最佳初始位置的确定方式为当弹簧隔振器承受额定静载荷后，负载平台底部与缓冲单元顶部间的距离与弹簧隔振器设定的最大位移值相同。
作为优选，所述负载平台顶部，与所述弹簧和所述底座之间均设置有绝缘单元。
上述耦合电磁阻尼的弹簧隔振器工作原理如下：
当负载平台受外力作用产生振动时，负载平台振动带动节流阻尼产生单元的连接杆与电磁阻尼产生单元振动。连接杆振动使阻尼液通过活塞上的节流孔在两个腔体间流动，产生与负载平台振动方向相反的粘滞阻尼力。电磁阻尼产生单元振动使导体板与磁性材料阵列发生相对运动，导体板切割磁力线产生涡流(感应电流)，涡流与磁性材料阵列产生的磁场相互作用，产生与负载平台运动方向相反的电磁阻尼力(安培力或洛仑兹力)。
本发明的有益效果：
(1)采用多块薄导体板而非单块厚导体板产生涡流，提高导体板内感应电流强度。
(2)在导体板内***铁磁性材料棒导磁，提升导体板内的磁感应强度。
(3)在弹簧内部进一步引入节流阻尼产生单元，与电磁阻尼力相叠加，可产生更大范围的阻尼力。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，包括：弹簧隔振单元、磁性材料阵列1、高磁导率材料抗磁套筒2、缓冲橡胶块3、铁磁性材料棒4、导体板5、绝缘套筒及悬挂孔6、节流阻尼产生单元8。
弹簧隔振单元自上而下包括负载平台7、弹簧9和底座10，负载平台7顶部，与弹簧9和底座10之间均设置有绝缘板11。弹簧9上端面与负载平台7固定连接，下端面与底座10上的绝缘板11固定连接。弹簧9具***于导体板5内部。
磁性材料阵列1用于产生水平向磁场，其下端固定在底座10上，磁性材料阵列1具体由位于弹簧9两侧的两组竖向叠放的永磁铁组成，每组包括四个永磁铁。同侧相邻两块永磁铁磁化方向相差90°，两侧相对两块永磁铁磁化方向相差180°。
高磁导率材料抗磁套筒2设置在磁性材料阵列1外部，用于防止磁性材料阵列1对外界的影响，其下端固定在底座10上；缓冲橡胶块3固定在磁性材料阵列1及高磁导率材料抗磁套筒2的顶部，用于保护磁性材料阵列1及防止负载平台7与高磁导率材料抗磁套筒2直接撞击产生过大的振动噪声。
导体板5进行调试确定多块导体板的水平间距后利用铁磁性材料棒4表面的卡槽与铁磁性材料棒4固定。导体板5与磁性材料阵列1之间的距离极小。导体板5与铁磁性材料棒4通过绝缘套筒及悬挂孔6绝缘悬挂于负载平台7的下方。
节流阻尼产生单元8位于弹簧9内，具体包括套筒81、两根连接杆82、带有节流孔的活塞83以及阻尼液84；其中一根连接杆82的一端与活塞83相连，另一端与负载平台7相连；另一根连接杆82的一端与套筒81底部相连，另一端与底座10上的绝缘板11相连；套筒81内部空腔被活塞83分割为两部分腔体，阻尼液84通过活塞83上的节流孔在两部分腔体间流动。
负载平台7振动带动节流阻尼产生单元8的连接杆82与导体板5振动。连接杆82振动使位于节流阻尼单元8内的阻尼液84通过活塞83上的节流孔在两个腔体间流动，产生与负载平台7振动方向相反的粘滞阻尼力。导体板5振动切割磁性材料阵列1生成的磁力线产生涡流(感应电流)，涡流与磁性材料阵列1产生的磁场相互作用，产生与负载平台7振动方向相反的电磁阻尼力(安培力或洛仑兹力)。
考虑趋肤效应，单块导体板5的最大厚度δ可通过公式(1)确定
Figure BDA0003520771980000071
式中，ρ为导体板电阻率，μ0＝4π*10-7N/A2为真空磁导率,lp为单块永磁体在竖直方向的长度，v为导体板和磁性材料阵列间的相对运动速度(即负载平台振动速度)。
在具体实施过程中，导体板5可采用铜或其他具有高电导率、低磁导率特点的材料，导体板5形状可为包括圆形、方形或多边形在内的多种形状。
在具体实施过程中，铁磁性材料棒4截面可为包括圆形、方形或多边形在内的多种形状，可采用薄片或柱状等多种形式。
在具体实施过程中，铁磁性材料棒4可平行于水平面***导体板5内，也可与水平面呈一定角度***导体板5内，且磁性材料棒4的间距可相等或不相等。
在具体实施过程中，多块导体板5的厚度与间距均可相等或不相等。
在具体实施过程中，磁性材料阵列1的排列方式可为包括所述实施例在内的多种方式。
在具体实施过程中，可单独使用节流阻尼产生单元8产生的粘滞阻尼或电磁阻尼产生单元的电磁阻尼，也可同时使用两种阻尼。
在具体实施过程中，可在弹簧9内、节流阻尼产生单元8外额外放置磁性材料以增强弹簧隔振器内部的磁场。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，包括弹簧隔振单元，所述弹簧隔阵单元自上而下为负载平台、弹簧和底座，其特征在于，所述弹簧隔振器还包括设置于所述弹簧外部的水平向磁场产生单元，以及设置于所述水平向磁场产生单元与所述弹簧之间、绝缘悬挂于所述负载平台下的电磁阻尼产生单元；所述水平向磁场产生单元为磁性材料阵列，所述电磁阻尼产生单元包括导体板以及竖向间隔设置于导体板上的磁性材料棒；
所述导体板为间隔设置的多块导体板，导体板上间隔设置有穿孔，所述磁性材料棒嵌于所述穿孔内；多块导体板的厚度与间距均相等或不相等；所述磁性材料棒表面设置有用于调节导体板水平间距和固定磁性材料棒的卡槽；所述磁性材料棒的截面为圆形、方形或多边形，磁性材料棒平行于水平面或与水平面呈一定夹角，且磁性材料棒的间距相等或不相等。
2.根据权利要求1所述的耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，其特征在于，所述磁性材料阵列由位于所述弹簧两侧的两组竖向叠放的永磁铁组成；同侧相邻两块永磁铁磁化方向相差90°，两侧相对两块永磁铁磁化方向相差180°。
3.根据权利要求1所述的耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，其特征在于，所述弹簧隔振器还包括设置于所述弹簧内的节流阻尼产生单元，所述节流阻尼产生单元包括套筒、两根连接杆、带有节流孔的活塞以及阻尼液；
其中一根连接杆的一端与活塞相连，另一端与负载平台相连；另一根连接杆的一端与套筒底部相连，另一端与底座相连；套筒内部空腔被活塞分割为两部分腔体，阻尼液通过活塞上的节流孔在两部分腔体间流动。
4.根据权利要求1所述的耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，其特征在于，所述水平向磁场产生单元外部设置有电磁屏蔽单元。
5.根据权利要求1所述的耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，其特征在于，所述水平向磁场产生单元顶部设置有缓冲单元。
6.根据权利要求1所述的耦合电磁阻尼的弹簧隔振器，其特征在于，所述负载平台顶部，与所述弹簧和所述底座之间均设置有绝缘单元。
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