一种四模式自适应切换的组合隔振装置

1.本发明涉及振动控制与隔离装置领域，尤其涉及的是一种四模式自适应切换的组合隔振装置。


背景技术：

2.冲击与振动存在于各个领域并且不可避免，例如：地面车辆行驶在不平路面、飞行器的降落冲击、建筑物遭遇地震波、机械设备和工作仪器产生的振颤等。这些振动/冲击对人们的工作和生活造成了不良的影响。降低振动的影响十分重要。现有技术中通常采用减振系统来减少和隔离振动。常用的减振系统分为被动系统、半主动系统以及主动系统。被动系统结构简单、成本低，但自身参数不能调节，减振效果只在某一特定情况下最佳，因此使用场景受限。主动系统可以产生大小和方向均可调节的作用力，减振性能好。但主动系统由于能耗大、结构复杂和成本过高等因素难以推广。半主动系统介于被动系统与主动系统之间，相对于被动系统，具有参数可调、减振性能好的优点，相对于主动系统具有结构简单、可靠性高、功耗低且成本低等优点，具有广泛的应用前景。
3.但现有技术中，半主动系统通常采用阻尼可调减振器作为半主动执行器，只能实现阻尼力大小的调节，无法实现弹簧刚度可控的调节。因此半主动系统只能在力-激励速度图的第一、第三象限中提供有限范围的可控力学性能，无法实现第二、第四象限的反向力，导致半主动系统无法在全频域段内实现最优性能，减振性能也不如主动系统。通过在磁流变半主动悬架中引入负刚度机构，可以在避免主动控制缺点的同时，为半主动悬架的减振性能提高到主动悬架的水平提供了一种解决方案。但目前引入方式都是简单的将负刚度结构与执行器进行固定连接，且现有的负刚度结构仅有单一种类的调节部件，这使得该种结构形式的负刚度结构存在如下缺陷：首先，其负刚度特性只能在特定的范围内产生，仅能实现刚度的负向调节；其次，其活动行程受限。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种四模式自适应切换的组合隔振装置，以期能进行主动/半主动/被动/伪主动四种模式的自适应切换，从而扩大减振的有效频率范围。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种四模式自适应切换的组合隔振装置，包括可控阻尼执行器和刚度可变弹簧总成；
7.所述可控阻尼执行器在运行时基于控制信号实现阻尼的调节；
8.所述刚度可变弹簧总成包括沿振动方向依次设置的主弹簧和可控弹簧支架组件，所述可控弹簧支架组件包括支座、主弹簧固定件、第一磁性体、第二磁性体，所述支座上设有沿振动方向延伸的滑槽，主弹簧固定件滑动设置在支座的滑槽中，且主弹簧固定件与支座的滑槽底壁之间设有弹性件，通过弹性件对主弹簧固定件进行弹性支撑，主弹簧固定件
沿振动方向上的一端设置有主弹簧，主弹簧固定件沿振动方向上的另一端设置有第一磁性体，支座上设置有第二磁性体，两个磁性体的磁极分布方向均与振动方向相平行，两个磁性体中的至少一个为电磁体，所述电磁体运行时基于控制信号调节磁场大小和方向，从而实现主弹簧固定件位置的调节，进而实现主弹簧伸缩方向以及伸缩量大小的调节；
9.所述可控阻尼执行器的活动端与第一物体相连接，所述可控阻尼执行器的固定端与第二物体相连接，所述刚度可变弹簧总成的主弹簧与第一物体相连接，所述刚度可变弹簧总成的支座与第二物体相连接。
10.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述刚度可变弹簧总成与可控阻尼执行器并排设置。
11.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述刚度可变弹簧总成与可控阻尼执行器沿着振动方向同轴布置。
12.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述可变弹簧总成的支座呈环形结构，支座通过内孔固定套装在可控阻尼执行器外壳上，支座与可控阻尼执行器外壳之间的环形槽形成所述滑槽，所述主弹簧固定件呈环状结构，主弹簧固定件通过内孔滑动套装在可控阻尼执行器外壳上，主弹簧下段空套在可控阻尼执行器外壳上。
13.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述第二磁性体设置在支座的滑槽底壁，第二磁性体与第一磁性体沿着振动方向上相对布置。
14.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述第二磁性体设置在支座的外侧壁上。
15.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述支座的滑槽端部设有用于防止主弹簧固定件脱出的限位结构。
16.作为上述组合隔振装置的优选方案，所述可控阻尼执行器为电/磁流变减振器、电控阀式减振器、馈能式减振器和半主动惯容器中的任一种。
17.本发明相比现有技术具有以下优点：
18.1、本发明提供的一种四模式自适应切换的组合隔振装置，其在可控阻尼执行器的基础上引入刚度可变弹簧总成，该刚度可变弹簧总成中将主弹簧和电磁体有机的结合在一起，通过控制电磁体的磁场大小和方向，从而实现了主弹簧固定件位置正负方向的调节，进而实现主弹簧伸缩方向以及伸缩量大小的调节，使得该刚度可变弹簧总成的刚度在正负范围内均可调控，根据实时状况可进行主动/半主动/被动/伪主动四种模式的自适应切换，从而扩大了减振的有效频率范围，提高了该组合隔振装置的可控性，改善了振动控制效果。
19.2、本发明提供的一种四模式自适应切换的组合隔振装置，其刚度可变弹簧总成产生的负刚度特性力通过主弹簧传递，所以可控阻尼执行器的行程不受限且负刚度特性可产生在任意区间。
20.3、本发明提供的一种四模式自适应切换的组合隔振装置，其减振效果远高于半主动系统，而且能耗和成本与半主动系统相当，工作稳定可靠；并且该组合隔振装置相较于一般的半主动系统，振动隔离效果得到明显改善，使得该组合隔振装置可以适用于更多场景，包括某些对振动较为敏感的物品的隔振。该组合隔振装置既具有传统半主动系统的可靠性高、结构简单和低能耗的优势，又具有主动执行器减振性能高的优势。
21.4、本发明提供的一种四模式自适应切换的组合隔振装置，不同结构的刚度可变弹簧总成与不同的可控阻尼器的多种组合，使得该组合隔振装置结构形式具有多样性，扩展
了该组合隔振装置的应用领域。
附图说明
22.图1是本发明的刚度可变弹簧总成与可控阻尼执行器并排设置时的结构示意图。
23.图2是本发明的刚度可变弹簧总成与可控阻尼执行器沿着振动方向同轴布置时的结构示意图。
24.图3是本发明的第二磁性体设置在支座的外侧壁上的结构示意图。
25.图中标号：1可控阻尼执行器，2刚度可变弹簧总成，3第一物体，4第二物体，5主弹簧，6支座，7主弹簧固定件，8第一磁性体，9第二磁性体，10滑槽，11弹性件，12限位凸环，13限位凸起，14可控阻尼执行器外壳，15可控弹簧支架组件。
具体实施方式
26.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.参见图1至图3，本实施例公开了一种四模式自适应切换的组合隔振装置，包括可控阻尼执行器1和刚度可变弹簧总成2。
28.可控阻尼执行器1在运行时基于控制信号实现阻尼的调节。可控阻尼执行器1的活动端与第一物体3直接或间接地相连接，可控阻尼执行器1的固定端与第二物体4直接或间接地相连接，使得该可控阻尼执行器1在第一物体3和第二物体4之间提供大小可控的阻尼力。可控阻尼执行器1可采用电/磁流变减振器、电控阀式减振器、馈能式减振器和半主动惯容器中的任一种。
29.刚度可变弹簧总成2包括沿振动方向依次设置的主弹簧5和可控弹簧支架组件15，可控弹簧支架组件15包括支座6、主弹簧固定件7、第一磁性体8、第二磁性体9，支座6上设有沿振动方向延伸的滑槽10，主弹簧固定件7滑动设置在支座6的滑槽10中，且主弹簧固定件7与支座6的滑槽10底壁之间设有弹性件11，通过弹性件11对主弹簧固定件7进行弹性支撑，其中，弹性件11可采用压缩弹簧或压缩气体，当弹性件11采用压缩气体时，需将支座6的滑槽10设计为密封腔室。主弹簧固定件7沿振动方向上的一端设置有主弹簧5，主弹簧固定件7沿振动方向上的另一端设置有第一磁性体8，支座6上设置有第二磁性体9，两个磁性体的磁极分布方向均与振动方向相平行，两个磁性体中的至少一个为电磁体，电磁体运行时基于控制信号调节磁场大小和方向，从而实现主弹簧固定件7位置的调节，进而实现主弹簧5伸缩方向以及伸缩量大小的调节，从而实现该刚度可变弹簧总成2的刚度在正负范围内任意控制；刚度可变弹簧总成2的主弹簧5与第一物体3直接或间接地相连接，刚度可变弹簧总成2的支座6与第二物体4直接或间接地相连接，使得该刚度可变弹簧总成2在第一物体3和第二物体4之间提供大小可控的弹力。
30.支座6的滑槽10端部设有用于防止主弹簧固定件7脱出的限位结构，该限位结构可以是设置在滑槽10内侧壁端部的限位凸环12，相应的，主弹簧固定件7上设有与限位凸环12相阻挡限位的限位凸起13。
31.其中，刚度可变弹簧总成2与可控阻尼执行器1的相对布置方式有如下两种：
32.第一种布置方式为：刚度可变弹簧总成2与可控阻尼执行器1并排设置，两者相互独立，并分别与第一物体3和第二物体4相连接。此种布置方式参见图1。
33.第二种布置方式为：刚度可变弹簧总成2与可控阻尼执行器1沿着振动方向同轴布置。可变弹簧总成的支座6呈环形结构，支座6通过内孔固定套装在可控阻尼执行器外壳14上，支座6与可控阻尼执行器外壳14之间的环形槽形成滑槽10，主弹簧固定件7呈环状结构，主弹簧固定件7通过内孔滑动套装在可控阻尼执行器外壳14上，主弹簧5下段空套在可控阻尼执行器外壳14上。此种布置方式参见图2和图3。采用此种布置方式，使得该组合隔振装置结构紧凑，应用场景更广泛。
34.其中，第二磁性体9的安装形式可以有如下两种安装形式：
35.第一种安装形式为：第二磁性体9设置在支座6的滑槽10底壁，第二磁性体9与第一磁性体8沿着振动方向上相对布置。此种安装形式参见图1和图2。
36.第二种安装形式为：第二磁性体9设置在支座6的外侧壁上。此种安装形式参见图3。
37.不同结构的刚度可变弹簧总成2与不同的可控阻尼器之间具有多种组合方式，使得该组合隔振装置结构形式具有多样性，扩展了该组合隔振装置的应用领域。
38.第一物体3和第二物体4可以是能够沿振动方向相对移动的两个自由物体。该组合隔振装置可以在第一物体3和第二物体4之间起到减振、隔振的功能。第一物体3和第二物体4可以是任意场景中可能存在振动的物体。比如，在车辆中，第一物体3和第二物体4分别可以是车辆底盘和车体。再比如，在桥梁系统中，第一物体3和第二物体4分别可以是梁体结构和立柱结构。振动方向可以是第一物体3和第二物体4在发生振动时的相对移动方向。比如，在车辆中，车辆底盘和车体的振动方向可以是竖直方向。在某些情况下，振动方向还可以是水平方向、斜向方向等等。本实施例对振动方向不做限定，振动方向可以是任意方向。
39.如图1所示，该组合隔振装置处于平衡位置时，主弹簧5与弹性件11处于压缩状态，主弹簧固定件7此时处于其活动行程的中间位置；此时主弹簧5产生的弹力等于弹性件11所产生的弹力与第一磁性体8和第二磁性体9之间排斥力的合力。此时通过控制电磁体产生的磁通量大小与方向实现主弹簧固定件7位置的变化，配合可控阻尼执行器1的控制信号实现整个执行器模式的切换。若可控阻尼执行器1不输入电流，仅通过控制电磁体输入电流进行控制力输出，则为主动模式；此时该组合隔振装置可在平衡位置正负一定范围内实现主动力输出；若电磁体输入强电流，两个磁性体相吸或者两个磁性体相斥使主弹簧固定件7停留在极限位置，通过控制可控阻尼执行器1输入控制电流进行控制力输出，则为半主动模式；电磁体输入强电流，两个磁性体相吸或者两个磁性体相斥使主弹簧固定件7停留在极限位置，可控阻尼执行器1不输入电流或输入恒定电流，则为被动模式；电磁体与可控阻尼执行器1同时输入控制电流，使该组合隔振装置整个行程内在力-激励速度图的四个限中提供有限范围的可控力学性能。
40.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。