一種新型變剛度半主動管路吸振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型變剛度半主動管路吸振器，包括夾持圓環(huán)和吸振器，其特征在于：吸振器包括對稱設置在夾持圓環(huán)外表面的四個子吸振器，每個子吸振器包括兩個片彈簧、慣性質量塊以及設置在每個片彈簧上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器，兩個片彈簧彎曲對接后形成扁環(huán)形結構，扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質量塊連接。本發(fā)明安裝方便，結構簡單、可靠性高、適用頻帶寬，能隨著管路振動頻率的變化調整吸振器自身的頻率，從而達到對管路減振降噪的要求。特別針對現(xiàn)代艦船、潛艇管路系統(tǒng)的“聲隱身”要求，能發(fā)揮其價值。
【專利說明】
-種新型變剛度半主動管路吸振器
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種吸振器，尤其設及一種新型變剛度半主動管路吸振器，屬于吸振 器領域。
【背景技術】
[0002] 艦船，潛艇內部有著復雜的管路布置。管路也為振動與噪聲的傳播提供了途徑。機 械設備可W通過管路系統(tǒng)將振動與噪聲傳遞給艦船結構；其次，如海水累運類設備工作時 不可避免的會造成管內液體的壓力流量脈動引發(fā)管路振動，降低管路使用壽命，影響船員 舒適性，降低艦船"聲隱身"性能。
[0003] 艦船管路系統(tǒng)的振動與噪聲源抑制可從兩方面入手，一是減少各類動力機械設備 振動對管路的傳遞，可W在傳播途徑中加入隔振裝置，例如，在工程實際中，為使累或其它 動力源的機械振動不致傳給管系，可W在累出口到管系之間插入一段軟管（曉性管，塑料 管)等。其次是直接對管路進行振動抑制，現(xiàn)有的管道減振方法主要是在管道上附加主動吸 振器或者阻尼減振材料，主動吸振器減振頻帶寬，效果好，但是可靠性低，造價昂貴;被動減 振裝置，如橡膠減振裝置等，成本低，但減振頻帶窄?？梢姡O計一種頻帶寬，頻率可調，同時 兼具可靠性的管路吸振器具有重要的意義。
[0004] 現(xiàn)有的《一種頻率可調的管道動力吸振器》(專利號:CN 204213246 U)通過調節(jié)液 壓系統(tǒng)改變吸振器內液壓油的質量，進而改變了吸振器的質量，調節(jié)吸振器的固有頻率，能 夠根據(jù)管道振動頻率的變化而改變自身的頻率。但是，液壓系統(tǒng)自身響應慢，實際工作中， 無法對周圍環(huán)境的變化做出迅速的動作，其次，該吸振器裝置復雜，需要配備液壓系統(tǒng)，長 時間工作會造成液壓油泄露等問題。《一種方向可調的管路吸振卡髓》（專利號：CN 204785084 U)設計出一種方向可調的管路卡髓吸振器，該吸振器結構緊湊，安裝方便，吸振 方向可調，但是不能隨著管路振動頻率的變化隨時調節(jié)自身的固有頻率?！兑环NΞ向管道動 力吸振器》(專利號:CN 203927229 U)該吸振器可W對管道軸向，徑向和繞軸線扭轉的Ξ個 方向的振動加 W抑制?！犊烧{頻式管路吸振器》（專利號:CN 204201363 U)能對管路徑向的 振動進行抑制與吸收，可W人為的調節(jié)慣性質量塊在彈黃片上的位置，調節(jié)彈黃片的實際 使用剛度，從而調節(jié)吸振器的固有頻率，運種吸振器針對工況穩(wěn)定的管路系統(tǒng)效果良好，但 是一旦遇上復雜多變的工況，該吸振器的效率就會降低，不能即使根據(jù)管路振動頻率的變 化調整自身的固有頻率。王震(王震，基于慣性作動器的管路系統(tǒng)振動主動控制研究，中國 艦船研究院碩±學位論文，2014)設計出一種電磁式慣性吸振器，能對管路一個振動方向進 行主動控制，該吸振器應用于管路的低頻振動控制，但是管路振動呈現(xiàn)周向性，顯然單從一 個方向進行控制，不能很好的應對管路中復雜流體對于管壁的振動沖擊。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了提供一種工作可靠，具有各向振動特性，自適應強的新型變 剛度半主動管路吸振器。
[0006] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：包括夾持圓環(huán)和吸振器，吸振器包括對稱設置在夾 持圓環(huán)外表面的四個子吸振器，每個子吸振器包括兩個片彈黃、慣性質量塊W及設置在每 個片彈黃上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器，兩個片彈黃彎曲對接后形成扁環(huán)形結構，扁 環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質量塊連接。本發(fā)明還包括運樣一些結構 特征：
[0007] 1.所述層疊式PVDF作動器由N片PVDF壓電薄膜通過環(huán)氧樹脂粘接而成，且粘接方 式是"電學并聯(lián)、力學串聯(lián)"的方式。
[0008] 2.每個彈黃片上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器所加的電場方向相反。
[0009] 3.所述夾持圓環(huán)由兩個半圓環(huán)通過螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對稱設 置有四個凸臺，扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)的凸 臺連接。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明安裝方便，結構簡單、可靠性高、適 用頻帶寬，能隨著管路振動頻率的變化調整吸振器自身的頻率，從而達到對管路減振降噪 的要求。特別針對現(xiàn)代艦船、潛艇管路系統(tǒng)的"聲隱身"要求，能發(fā)揮其價值。本發(fā)明不需要 額外支撐件，而是通過夾持圓環(huán)與管路固定。本發(fā)明具有沿管路徑向的多個方向的振動特 性，能應對管壁振動的周向性。相較與傳統(tǒng)的管路被動吸振器，本發(fā)明能根據(jù)管路振動頻率 的變化，隨時調節(jié)自身的固有頻率，具有自適應性。依據(jù)PVDF作動器的特性，將壓電薄膜沿 彈黃片長度方向粘貼，產生較大變形，而不是將作動力直接作用在結構上，從而調節(jié)彈黃片 的實際使用剛度，改變了吸振器的頻率，響應快。即使當層疊式PVDF壓電作動器失效，本發(fā) 明仍能充當被動管路吸振器，不會造成管路振動惡化。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明的子吸振器的結構示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明的吸振器的原理圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明的控制流程原理框圖。
[0015] 圖中：1-慣性質量，2-層疊式PVDF作動器，3-螺栓螺母連接件，4-片彈黃，5-夾持圓 環(huán)。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0017] 結合圖1和圖2,本發(fā)明包括夾持圓環(huán)5與四個子吸振器，四個子吸振器呈90°周向 排列，進一步地，子吸振器與夾持圓環(huán)通過螺栓固定。每個子吸振器由2個片彈黃4、層疊式 PVDF作動器2、慣性質量塊1組成，由圖2可得，在片彈黃4的上下表面分別通過環(huán)氧樹脂粘貼 有層疊式PVDF作動器2。所述片彈黃選用彈性好的彈黃鋼65Mn。所述層疊式PVDF作動器的厚 度伸縮變形方向為沿片彈黃長度方向。
[0018] 所述層疊式PVDF作動器2由N片（可根據(jù)需要調節(jié))PVDF壓電薄膜通過環(huán)氧樹脂粘 接而成，且粘接方式是"電學并聯(lián)、力學串聯(lián)"的方式。也即每層壓電薄膜之間粘貼有導電膠 布，采用電路并聯(lián)的方式。
[0019] 每個彈黃片上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器所加的電壓方向相反。當片彈黃 上表面沿長度方向拉伸時，下表面沿長度方向收縮，造成片彈黃4發(fā)生彎曲，改變片彈黃4的 剛度。
[0020] 電壓所加方向與片彈黃4長度方向平行，保證層疊式PVDF作動器2沿片彈黃的長度 方向伸縮，即所加電場方向為彈黃片表面的法向。
[0021] 所述夾持圓環(huán)由由兩個半圓環(huán)通過螺栓剛性連接而成，且兩個半圓環(huán)通過螺栓連 接固定在管壁上，保證無相對滑動。且在夾持圓環(huán)的外表面對稱設置有四個凸臺，扁環(huán)形結 構的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)的凸臺連接。具體的說是所述 慣性質量塊一端車有螺紋孔，凸臺上車有螺紋孔，所述的2個片彈黃組成的扁環(huán)形結構的兩 端都車有螺紋孔、且一端通過螺栓固定在夾持圓環(huán)的凸臺上、另一端與慣性質量塊通過螺 栓固定在一起，保證不會松動。
[0022] 工作時，層疊式PVDF作動器接入電壓產生逆壓電效應，片彈黃上表面在PVDF作動 器的作用下沿長度方向拉伸，片彈黃的下表面沿長度方向收縮，片彈黃發(fā)生彎曲變形，調節(jié) 每一個子吸振器的剛度，實現(xiàn)對管路徑向振動的半主動控制。
[0023] 如圖3所示為單個吸振器的原理圖，Μ視為管路系統(tǒng)的集中質量，Kr與Cr分別為管路 系統(tǒng)自身的剛度與阻尼，m為吸振器慣性質量，Κρ與Cp為吸振器的剛度與阻尼，y為慣性質量 塊的位移，X為管路系統(tǒng)質量的位移，具體表達式如下：
[0024]
[0025] 結合附圖4為本發(fā)明一種【具體實施方式】的原理框圖，為吸振器的其中一個控制方 向，用轉速傳感器采集水累的轉速信號作為控制器的期望信號，采集管壁的加速度信號作 為輸入信號，輸入信號經過電荷放大器，低通濾波器及A/D轉換后作為控制器最終的輸入 量，控制器按照一定的控制算法，輸出控制信號，經D/A轉換后，再由功放輸出電壓信號至層 疊式PVDF作動器，PVDF壓電薄膜在電場的作用下沿片彈黃長度方向伸縮，實時改變吸振器 固有頻率，從而起到對管路振動的控制與吸收。
【主權項】
1. 一種新型變剛度半主動管路吸振器，包括夾持圓環(huán)和吸振器，其特征在于：吸振器包 括對稱設置在夾持圓環(huán)外表面的四個子吸振器，每個子吸振器包括兩個片彈簧、慣性質量 塊以及設置在每個片彈簧上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器，兩個片彈簧彎曲對接后形 成扁環(huán)形結構，扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)連接、另一端與慣性質量塊連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種新型變剛度半主動管路吸振器，其特征在于:所述層疊式 PVDF作動器由N片PVDF壓電薄膜通過環(huán)氧樹脂粘接而成，且粘接方式是"電學并聯(lián)、力學串 聯(lián)"的方式。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型變剛度半主動管路吸振器，其特征在于:每個彈 簧片上、下兩個表面的層疊式PVDF作動器所加的電場方向相反。4. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型變剛度半主動管路吸振器，其特征在于:所述夾 持圓環(huán)由兩個半圓環(huán)通過螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對稱設置有四個凸臺，扁 環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)的凸臺連接。5. 根據(jù)權利要求3所述的一種新型變剛度半主動管路吸振器，其特征在于:所述夾持圓 環(huán)由兩個半圓環(huán)通過螺栓連接而成，且在夾持圓環(huán)的外表面對稱設置有四個凸臺，扁環(huán)形 結構的一端與夾持圓環(huán)連接是指扁環(huán)形結構的一端與夾持圓環(huán)的凸臺連接。
【文檔編號】F16F7/116GK105972370SQ201610363683
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】杜敬濤, 吳登峰, 馬騰, 楊鐵軍, 劉學廣
【申請人】哈爾濱工程大學