【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于減震設(shè)備，具體屬于一種自適應(yīng)變剛度減振裝置及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、振動問題在各類機(jī)械設(shè)備、車輛系統(tǒng)以及建筑結(jié)構(gòu)中普遍存在，直接影響設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、使用壽命和安全性。在諸多工業(yè)領(lǐng)域，如汽車制造、航空航天、精密儀器以及建筑工程中，振動控制技術(shù)至關(guān)重要。有效的減振不僅可以降低噪音、減少零部件的磨損，還能提高設(shè)備的運(yùn)行效率和精度。因此，減振技術(shù)的研究和發(fā)展對于工程領(lǐng)域至關(guān)重要。
2、傳統(tǒng)的減振系統(tǒng)大多采用被動控制手段，常見的減振裝置包括橡膠墊、彈簧、黏彈性阻尼器等，以上減振裝置的主要原理是通過固定的剛度和阻尼系數(shù)來吸收或衰減振動能量，雖然這些減振裝置在某些工況下具有一定的效果，但其存在固有局限性，特別是當(dāng)振動頻率和幅度發(fā)生變化時，固定剛度和阻尼的減振器往往無法適應(yīng)動態(tài)變化的振動環(huán)境，導(dǎo)致減振效果大幅降低，尤其在頻率跨度較大的場景下，如復(fù)雜機(jī)械設(shè)備、高速交通工具以及建筑結(jié)構(gòu)的抗振中，常見的減振裝置的局限性愈加明顯。
3、為了提升減振性能，近年來主動減振技術(shù)逐漸興起，主動減振技術(shù)通過傳感器實時監(jiān)測振動，并通過控制系統(tǒng)主動施加反向力，來抵消或衰減振動，然而，主動減振系統(tǒng)需要復(fù)雜的控制算法和高能耗的執(zhí)行元件，雖然在某些高端應(yīng)用中取得了良好的效果，但其高成本和復(fù)雜性限制了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。
4、隨著智能材料技術(shù)的發(fā)展，基于智能材料的自適應(yīng)減振裝置逐漸受到關(guān)注，現(xiàn)有的智能材料，如形狀記憶合金、磁流變彈性體、壓電材料等，具有根據(jù)外界刺激（如溫度、電磁場或應(yīng)力）自動調(diào)整物理特性的能力，與傳統(tǒng)
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有的減震裝置中不能適應(yīng)不同的振動頻率和振幅，導(dǎo)致減振效果差的問題，本專利技術(shù)提供了一種自適應(yīng)變剛度減振裝置及其控制方法。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提出了一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，包括智能材料層、可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊、底板、中央控制單元、傳感器單元；
4、其中，所述智能材料層安裝于所述底板的中心位置處，所述底板上以及所述智能材料層上安裝所述傳感器單元，所述智能材料層的側(cè)面上安裝所述中央控制單元，所述智能材料層的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊；所述傳感器單元通信連接所述中央控制單元，所述中央控制單元通信連接所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊和所述智能材料層。
5、優(yōu)選地，所述智能材料層包括多個聚氨酯阻尼塊，所述聚氨酯阻尼塊安裝于所述底板上，所述聚氨酯阻尼塊的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊，每個所述聚氨酯阻尼塊內(nèi)均安裝有空心彈簧，所述空心彈簧的內(nèi)部安裝有磁流體；所述聚氨酯阻尼塊和所述磁流體上通信連接中央控制單元。
6、優(yōu)選地，多個所述聚氨酯阻尼塊矩陣排列形成一個矩形體，所述矩形體的底部固定連接所述底板，所述矩形體的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊。
7、優(yōu)選地，所述中央控制單元包括處理子單元、接收子單元和執(zhí)行子單元；所述處理子單元、所述接收子單元和所述執(zhí)行子單元集成在嵌入式處理器內(nèi)，所述嵌入式處理器安裝在所述矩形體外側(cè)的一個所述聚氨酯阻尼塊的外壁上；
8、其中，所述接收子單元通信連接所述處理子單元和所述傳感器單元，所述處理子單元通信連接所述執(zhí)行子單元，所述執(zhí)行子單元通信連接所述聚氨酯阻尼塊和所述磁流體。
9、優(yōu)選地，所述中央控制單元還包括歷史存儲子單元，所述歷史存儲子單元通信連接所述處理子單元，所述歷史存儲子單元內(nèi)存儲歷史振動數(shù)據(jù)，用于通過所述嵌入式處理器的通訊接口與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
10、優(yōu)選地，所述中央控制單元還包括模式調(diào)節(jié)子單元，所述模式調(diào)節(jié)子單元通信連接所述處理子單元，用于調(diào)節(jié)所述中央控制單元的工作模式。
11、優(yōu)選地，所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊包括第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊和第三質(zhì)量塊；所述第一質(zhì)量塊、所述第二質(zhì)量塊和所述第三質(zhì)量塊從低到高依次堆疊，所述第一質(zhì)量塊固定安裝在所述矩形體的頂部。
12、優(yōu)選地，所述傳感器單元包括加速度計、激光位移傳感器和壓力傳感器，所述加速度計、激光位移傳感器和所述壓力傳感器分別設(shè)置在所述智能材料層和所述底板上；所述加速度計、激光位移傳感器和所述壓力傳感器分別通信連接所述中央控制單元。
13、本專利技術(shù)提出了一種自適應(yīng)變剛度減振裝置控制方法，用于控制上述的減震裝置，具體包括如下步驟：
14、步驟1，傳感器單元對外界振動環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，采集得到振動的關(guān)鍵參數(shù)，并將關(guān)鍵參數(shù)傳輸至中央控制單元。
15、步驟2，中央控制單元對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行處理和分析，通過內(nèi)置的控制算法判斷當(dāng)前的振動狀態(tài)是否需要進(jìn)行調(diào)整，得到調(diào)整參數(shù)；
16、步驟3，中央控制單元基于調(diào)整參數(shù)調(diào)節(jié)外部電磁場，控制智能材料層的剛度和阻尼變化；
17、步驟4，中央控制單元基于調(diào)整參數(shù)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊的重量和位置，進(jìn)行減震。
18、優(yōu)選地，所述關(guān)鍵參數(shù)包括振動的加速度、位移、速度和頻率。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益的技術(shù)效果：
20、本專利技術(shù)提出了一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，本裝置通過集成了智能材料層、可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊、底板、中央控制單元及傳感器單元，構(gòu)成了一個高度集成化、智能化的振動控制系統(tǒng)，本裝置通過各組件的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對振動環(huán)境的動態(tài)適應(yīng)與高效減振；即本裝置通過傳感器單元獲取本裝置連接的設(shè)備的受到的振動數(shù)據(jù)，然后中央控制單元通過振動數(shù)據(jù)對智能材料層和可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊進(jìn)行精確控制，智能材料層可以根據(jù)傳感器單元實時監(jiān)測到的振動參數(shù)（如加速度、位移、速度和頻率），迅速響應(yīng)并調(diào)整其物理屬性，從而有效吸收和分散振動能量，降低振動幅度；中央控制單元可以根據(jù)振動狀態(tài)的變化，動態(tài)調(diào)整可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊的重量和位置，以優(yōu)化系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，使得裝置能夠更好地適應(yīng)不同頻率和幅度的振動環(huán)境，提供更為穩(wěn)定和可靠的減振效果；故而本裝置能夠根據(jù)外界振動的頻率和幅度變化自動調(diào)節(jié)裝置的剛度與阻尼特性，適應(yīng)不同的振動工況，相比傳統(tǒng)固定剛度的減振裝置，本裝置在寬頻振動環(huán)境下表現(xiàn)出更高效的振動抑制效果，顯著提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。
21、進(jìn)一步地，本裝置中智能材料層由多個聚氨酯阻尼塊構(gòu)成，這些阻尼塊不僅僅具備出色的減震性能，還通過內(nèi)置空心彈簧和磁流體實現(xiàn)剛度和阻尼的靈活調(diào)節(jié)，聚氨酯阻尼塊內(nèi)的空心彈簧不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還為磁流體的動態(tài)調(diào)整提供了空間，中央控制單元通過精確控制磁流體的分布和流動，可以實時本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，包括智能材料層（1）、可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2）、底板（3）、中央控制單元（4）、傳感器單元（5）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述智能材料層（1）包括多個聚氨酯阻尼塊，所述聚氨酯阻尼塊安裝于所述底板（3）上，所述聚氨酯阻尼塊的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2），每個所述聚氨酯阻尼塊內(nèi)均安裝有空心彈簧，所述空心彈簧的內(nèi)部安裝有磁流體；所述聚氨酯阻尼塊和所述磁流體上通信連接中央控制單元（4）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，多個所述聚氨酯阻尼塊矩陣排列形成一個矩形體，所述矩形體的底部固定連接所述底板（3），所述矩形體的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述中央控制單元（4）包括處理子單元、接收子單元和執(zhí)行子單元；所述處理子單元、所述接收子單元和所述執(zhí)行子單元集成在嵌入式處理器內(nèi)，所述嵌入式處理器安裝在所述矩形體外側(cè)的一個所述聚氨酯阻尼塊的外壁上；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述中央控制單元（4）還包括模式調(diào)節(jié)子單元，所述模式調(diào)節(jié)子單元通信連接所述處理子單元，用于調(diào)節(jié)所述中央控制單元（4）的工作模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2）包括第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊和第三質(zhì)量塊；所述第一質(zhì)量塊、所述第二質(zhì)量塊和所述第三質(zhì)量塊從低到高依次堆疊，所述第一質(zhì)量塊固定安裝在所述矩形體的頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述傳感器單元（5）包括加速度計、激光位移傳感器和壓力傳感器，所述加速度計、激光位移傳感器和所述壓力傳感器分別設(shè)置在所述智能材料層（1）和所述底板（3）上；所述加速度計、激光位移傳感器和所述壓力傳感器分別通信連接所述中央控制單元（4）。
9.一種自適應(yīng)變剛度減振裝置控制方法，用于控制權(quán)利要求1~8任意一項所述的減震裝置，具體包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置控制方法，其特征在于，所述關(guān)鍵參數(shù)包括振動的加速度、位移、速度和頻率。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，包括智能材料層（1）、可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2）、底板（3）、中央控制單元（4）、傳感器單元（5）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述智能材料層（1）包括多個聚氨酯阻尼塊，所述聚氨酯阻尼塊安裝于所述底板（3）上，所述聚氨酯阻尼塊的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2），每個所述聚氨酯阻尼塊內(nèi)均安裝有空心彈簧，所述空心彈簧的內(nèi)部安裝有磁流體；所述聚氨酯阻尼塊和所述磁流體上通信連接中央控制單元（4）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，多個所述聚氨酯阻尼塊矩陣排列形成一個矩形體，所述矩形體的底部固定連接所述底板（3），所述矩形體的頂部安裝所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量塊（2）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述中央控制單元（4）包括處理子單元、接收子單元和執(zhí)行子單元；所述處理子單元、所述接收子單元和所述執(zhí)行子單元集成在嵌入式處理器內(nèi)，所述嵌入式處理器安裝在所述矩形體外側(cè)的一個所述聚氨酯阻尼塊的外壁上；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)變剛度減振裝置，其特征在于，所述中央控制單元（4）還包括歷史存儲子單元，所述歷史存儲子單元通信連接所述處理子單元...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳旭東，王新陽，劉明利，張輝仁，王紅福，安付立，萬新福，王鵬，秦亞東，
申請(專利權(quán))人：西安熱工研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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