一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座

技术领域

本发明属于动力装置振动控制领域，特别是涉及一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座。

背景技术

随着现代科学技术的蓬勃发展，船舶工业也不断取得新的突破，船舶尺度与航行速度逐渐增加，船舶产生有害振动的现象时有发生。而船舶动力装置作为保证船舶正常营运、航行的重要组成部分，工作过程中将不可避免地产生机械振动，这种振动能量经由基座传递到船体板架结构，引起板架结构振动响应，并以弹性波的形式传递到船壳，向周围流体介质辐射噪声。于是，减隔振装置成为船舶振动控制的重要屏障，其减振性能直接决定船舶辐射噪声水平。

传统基座减振效果不理想，只能减小振动总量级，对低频振动以及线谱振动控制较差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座,以解决传统基座对低频振动以及线谱振动控制较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座，包括平面式铰链面板、压电传感器、限位板架、减振液囊、自适应控制器、弹性限位器、作动器和平面底板，所述平面式铰链面板设置在平面底板上方，所述平面式铰链面板与平面底板之间设置多个用于对平面底板进行竖向限位的弹性限位器，所述限位板架设置在平面式铰链面板下方，所述限位板架内设置多个沿左右方向均匀排布的减振液囊，每个所述减振液囊的上端面均与平面式铰链面板的下端面相连，所述限位板架下端面设置多个作动器并与每个作动器的作动头上端相连，每个所述作动器的下端均与平面底板相连，每个所述作动器对应设置一个压电传感器，全部所述压电传感器均与限位板架下端面相连，全部所述作动器和全部所述压电传感器均与自适应控制器相连。

更进一步的，所述平面式铰链面板包括多个沿左右方向依次排布的子面板，每相邻两个子面板转动连接。

更进一步的，每相邻两个所述子面板通过多个沿前后方向等间距布置的合页转动连接。

更进一步的，所述减振液囊与子面板数量相同并一一对应的与对应位置的子面板下端面相连。

更进一步的，所述限位板架上设置多个与减振液囊一一对应的缓冲腔，全部所述减振液囊一一对应的设置在各个缓冲腔内。

更进一步的，每个所述减振液囊下方对应设置两个前后对称分布的作动器。

更进一步的，两个所述弹性限位器相对于平面底板呈左右两侧对称分布且上端分别与位于两侧的子面板下端面相连，位于中间位置的每个子面板下端面前后两侧对称设置弹性限位器。

更进一步的，所述弹性限位器包括上面板、下面板、上面板支撑柄、下面板支撑柄和弹性部件，所述上面板与平面式铰链面板下端面相连，所述上面板支撑柄为正立山字结构包括中间杆、相对于中间杆呈两侧对称布置的侧杆和横杆，所述中间杆上端与上面板下端面中间位置相连，所述中间杆下端与横杆相连，两个所述侧杆对称连接在横杆的两端，每个所述侧杆上端通过弹性部件与一个下面板支撑柄相连，全部所述下面板支撑柄均与下面板相连，所述下面板与平面底板上端面相连。

更进一步的，所述侧杆和下面板支撑柄均通过支撑柄连接端与弹性部件相连。

更进一步的，所述减振基座还包括四个橡胶脚垫，四个所述橡胶脚垫布置在平面底板下端面四角。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过平面式铰链面板包含多个相互转动连接的子面板的设置方式，能够使结构阻抗失配，子面板的振动波波形转换、散射、反射明显加大，衰减了部分振动能量，有效提高基座的减隔振性能；

2、通过弹性限位器的设置，能够限制平面式铰链面板和平面底座之间的位移仅可发生在垂直方向，并限位平面式铰链面板垂向高度维持在安全范围内，保证减振液囊不被压溃的同时能够防止设备倾覆；

3、通过减振液囊配合平面式铰链面板的方式，使得各子面板的输入阻抗趋于均衡化，阻抗均衡化的提高将降低本减振基座受到不平衡激励力及不平衡激励力矩作用时的振动响应，将振动能量散射到结构的不同部位，从而降低结构自身的振动，并将集中点载荷转化为面载荷，提高系统的隔振能力；基于波形转换理论，液体介质中不存在切变弹性，横波无法在液体介质内传播的特性，机械设备产生的振动波传递至减振液囊时，传递路径发生介质突变，引起结构阻抗失配，发生强制波形转换，只有纵波传递至所述减振液囊，通过所述减振液囊中的液体实现振动能量耗散；平面式铰链面板在机械设备的压力下与减振液囊紧贴，并且当减振液囊中液体阻抗表现为抗性时，液体提供惯性力，有效控制振动能量；

4、通过减振液囊设置在缓冲腔内的方式，能够防止减振液囊内的液体剧烈流动并起到一定的支撑作用；

5、通过压电传感器的设置能够采集限位板架的信号然后通过自适应控制器控制作动器进行主动激励限位板架，从而实现主动减振，且主动减振处理的振动是弹性限位器和减振液囊进行减弱后的振动能量，且只剩下竖向的振动波，因此不需要作动器做过多的功，减少能耗，同时在作动器的选型上也可以选相对较小的型号即可，投入成本也降低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座的主视结构示意图；

图2为本发明所述的一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座的立体结构示意图；

图3为本发明所述的平面式铰链面板的俯视结构示意图；

图4为本发明所述的弹性限位器的立体结构示意图；

图5为本发明所述的减振液囊的分布示意图；

图6为本发明所述的作动器的分布示意图；

图7为本发明所述的作动器的立体结构示意图。

平面式铰链面板1；合页2；压电传感器3；限位板架4；减振液囊5；自适应控制器6；弹性限位器7；上面板71；下面板72；上面板支撑柄73；中间杆731；侧杆732；横杆733；下面板支撑柄74；弹性部件75；支撑柄连接端76；作动器8；平面底板9；橡胶脚垫10；子面板11；缓冲腔12；作动头13。

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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。

参见附图1至附图7说明本实施方式，一种基于能量层级衰减的主被动复合式减振基座，包括平面式铰链面板1、压电传感器3、限位板架4、减振液囊5、自适应控制器6、弹性限位器7、作动器8和平面底板9，所述平面式铰链面板1设置在平面底板9上方，所述平面式铰链面板1与平面底板9之间设置多个用于对平面底板9进行竖向限位的弹性限位器7，所述限位板架4设置在平面式铰链面板1下方，所述限位板架4内设置多个沿左右方向均匀排布的减振液囊5，每个所述减振液囊5的上端面均与平面式铰链面板1的下端面相连，所述限位板架4下端面设置多个作动器8并与每个作动器8的作动头13上端相连，每个所述作动器8的下端均与平面底板9相连，每个所述作动器8对应设置一个压电传感器3，全部所述压电传感器3均与限位板架4下端面相连，全部所述作动器8和全部所述压电传感器3均与自适应控制器6相连。

在本实施例中，所述平面式铰链面板1包括多个沿左右方向依次排布的子面板11，每相邻两个子面板11转动连接。通过子面板11之间能够发生相对转动，能够将平面式铰链面板1离散化处理引发结构突变，进而导致结构阻抗失配，子面板的振动波波形转换、散射和反射明显加大，衰减了部分振动能量，有效提高本减振基座的减隔振性能。平面式铰链面板1整体结构长1080mm，宽720mm，厚5mm。子面板11具体为四个，每个子面板11长720mm，宽260mm，厚5mm。

在本实施例中，每相邻两个所述子面板11通过多个沿前后方向等间距布置的合页2转动连接。合页2长120mm，宽90mm，由左右两部分构成，通过合页2使相邻两个子面板11可以进行相对转动。

在本实施例中，所述减振液囊5与子面板11数量相同并一一对应的与对应位置的子面板11下端面相连。通过减振液囊5使得各子面板11的输入阻抗趋于均衡化，阻抗均衡化的提高将降低本减振基座受到不平衡激励力及不平衡激励力矩作用时的振动响应，将振动能量散射到结构的不同部位，从而降低结构自身的振动，并将集中点载荷转化为面载荷，提高系统的隔振能力；基于波形转换理论，液体介质中不存在切变弹性，横波无法在液体介质内传播，机械设备产生的振动波传递至减振液囊5时，传递路径发生介质突变，引起结构阻抗失配，发生强制波形转换，只有纵波传递至减振液囊5，通过所述减振液囊中的液体实现振动能量耗散。平面式铰链面板在机械设备的压力下与减振液囊紧贴，并且当所述减振液囊中液体阻抗表现为抗性时，液体提供惯性力，有效控制振动能量。

在本实施例中，所述限位板架4上设置多个与减振液囊5一一对应的缓冲腔12，全部所述减振液囊5一一对应的设置在各个缓冲腔12内。通过缓冲腔12的设置，能够对每个减振液囊5进行分区，避免减振液囊5中的液体剧烈流动，保证稳定的同时进一步达到减振的目的。减振液囊5具体为四个，每个减振液囊5的长600mm，宽240mm，高125mm，外层为橡胶材质，内部填充有液体，所有减振液囊5的边缘均做倒角处理，减振液囊5设置有开口，开口处设置密封层，可根据需要更换液体。限位板架4由底板和侧边限位挡板焊接而成，底板长980mm，宽630mm，厚8mm，侧边限位挡板高130mm，宽70mm，厚5mm。

在本实施例中，每个所述减振液囊5下方对应设置两个前后对称分布的作动器8。由于振动向下传递是通过减振液囊5减振后向下传递的，所以在每个减振液囊5下方设置两个作动器8，配合相应的压电传感器3和自适应控制器6的配合控制相应位置的作动器8对限位板架4进行主动激励，进一步衰减振动。作动器8高90mm，作动器8的作动头与限位板架4下端面相连，作动器8底座直径150mm，作动头直径40mm。

在本实施例中，两个所述弹性限位器7相对于平面底板9呈左右两侧对称分布且上端分别与位于两侧的子面板11下端面相连，位于中间位置的每个子面板11下端面前后两侧对称设置弹性限位器7。此种弹性限位器7的分布形式，能够保证每个子面板11得到有效的限位支撑，从而使得子面板11不会向下进行运动过大的幅度，防止将减振液囊5压溃。弹性限位器7整体高度225mm。

在本实施例中，所述弹性限位器7包括上面板71、下面板72、上面板支撑柄73、下面板支撑柄74和弹性部件75，所述上面板71与平面式铰链面板1下端面相连，所述上面板支撑柄73为正立山字结构包括中间杆731、相对于中间杆731呈两侧对称布置的侧杆732和横杆733，所述中间杆731上端与上面板71下端面中间位置相连，所述中间杆731下端与横杆733相连，两个所述侧杆732对称连接在横杆733的两端，每个所述侧杆732上端通过弹性部件75与一个下面板支撑柄74相连，全部所述下面板支撑柄74均与下面板72相连，所述下面板72与平面底板9上端面相连。通过弹性部件75能够为上面板71提供弹性支撑，能够为本减振基座提供被动减振的同时形成弹性支撑，防止子面板11将减振液囊5压溃的同时提供被动减振。下面板72长180mm，宽40mm，厚2mm，上面板支撑柄73中间杆731的长为185mm，下面板支撑柄74长185mm，弹性部件75初始长度60mm，

在本实施例中，所述侧杆732和下面板支撑柄74均通过支撑柄连接端76与弹性部件75相连。支撑柄连接端76的设置，能够提供后期拆卸维修的经济性和便利性。

在本实施例中，所述减振基座还包括四个橡胶脚垫10，四个所述橡胶脚垫10布置在平面底板9下端面四角。橡胶脚垫10能够进一步进行减振。橡胶脚垫10直接与船体板连接，起固定本减振基座的作用。

使用时，将本减振基座放置在船体板上，将需要减振的设备放在平面式铰链面板1的上端面上，发生振动时，平面式铰链面板1离散化处理引发结构突变，进而导致结构阻抗失配，子面板的振动波波形转换、散射、反射明显加大，衰减了部分振动能量，振动向下传递到减振液囊5处继续被进行衰减，同时根据液体传递能量的特性，将横波去除掉，纵波继续向下传递，同时平面式铰链面板1的振动被弹性部件75进行衰减，弹性部件75为弹簧，同时弹性限位器7为平面式铰链面板1提供限位支撑，防止减振液囊5被压溃。

经减振液囊5衰减后的能量继续向下传递给限位板架4，限位板架4下端面设置的压电传感器3会将振动信号传递给自适应控制器6，自适应控制器6控制相应位置的作动器8进行激励抵消向下的振动能量，防止振动向下传递给平面底板9，平面底板9下方的橡胶脚垫10能够起到进一步的减振作用，通过层层递减的方式来减弱能量向下传递给船体板。

上述叙述中可能用到的传感器、控制器以及控制程序均为现有技术，此处不做赘述。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。