本實(shí)用新型涉及隔振器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有準(zhǔn)零剛度的半主動(dòng)控制型垂直隔振器。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)發(fā)展，人們生活水平的提高，使得人們對(duì)身邊的機(jī)械振動(dòng)品質(zhì)的要求越來越高，尤其表現(xiàn)在車輛和手術(shù)臺(tái)等精密或者超精密的環(huán)境中。研究表明，人們對(duì)低頻振動(dòng)最為敏感，長期處在低頻振動(dòng)環(huán)境中，會(huì)使人產(chǎn)生疲勞、焦慮等不良反應(yīng)；而且低頻振動(dòng)也對(duì)機(jī)械設(shè)備的損害較大，是導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備降低工作效率、甚至疲勞損壞的重要原因之一。所以隔離低頻振動(dòng)，保護(hù)人們和其他機(jī)械不受低頻振動(dòng)的影響就顯得尤為必要。而隔振器是連接設(shè)備和基礎(chǔ)的彈性元件，主要用以減少和消除由設(shè)備傳遞到基礎(chǔ)的，振動(dòng)力和由基礎(chǔ)傳遞到設(shè)備的振動(dòng)。

經(jīng)典的振動(dòng)理論表明，線性隔振器只對(duì)大于隔振系統(tǒng)倍固有頻率的振動(dòng)具有隔離作用。隔振系統(tǒng)的固有頻率ω_n的表達(dá)式為(k為隔振系統(tǒng)的剛度，m為被隔離物體的質(zhì)量)。由此可知，降低隔振系統(tǒng)的固有頻率ω_n是隔離更低頻率振動(dòng)的有效途徑。

降低隔振系統(tǒng)的固有頻率，有效的途徑是降低隔振系統(tǒng)的剛度，而降低了隔振系統(tǒng)的剛度就會(huì)使得隔振系統(tǒng)的所承載質(zhì)量的位移較大，降低系統(tǒng)的承載能力。所以實(shí)用新型一種既能消減低頻振動(dòng)(表現(xiàn)為隔振系統(tǒng)的低動(dòng)剛度特性)又能保證承載能力(表現(xiàn)為隔振系統(tǒng)的高靜剛度特性)的隔振器就顯得尤為必要；同時(shí)考慮到所承載的物體在實(shí)際應(yīng)用中存在質(zhì)量的變化，所以能使隔振系統(tǒng)在承載質(zhì)量變化的時(shí)候仍舊保證有較低的動(dòng)剛度特性也是隔振器在設(shè)計(jì)中需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種具有準(zhǔn)零剛度的半主動(dòng)控制型垂直隔振器，很好的解決了上述問題，用以隔離地面基礎(chǔ)傳遞到上層承載設(shè)備中的低頻振動(dòng)，同時(shí)在垂直隔振器中引入作動(dòng)機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)在不同承載質(zhì)量情況下仍能夠使系統(tǒng)具有較低的動(dòng)態(tài)剛度，使隔振系統(tǒng)一直處于準(zhǔn)零剛度狀態(tài)，有效的隔離低頻振動(dòng)，最大程度的隔離了低頻振動(dòng)帶來的負(fù)面影響。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種具有準(zhǔn)零剛度的半主動(dòng)控制型垂直隔振器，包括基座、通過螺旋彈簧A安裝在基座中部的承重平臺(tái)，所述基座四邊底部沿側(cè)壁對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)伺服閥，所述伺服閥上均依次設(shè)置有由伺服閥控制的液壓缸、由液壓缸驅(qū)動(dòng)的液壓缸推桿、橫向安裝在液壓缸推桿頂部的螺旋彈簧套筒，所述基座側(cè)壁固定有豎直滑桿，所述螺旋彈簧套筒一端套接在滑桿上，所述螺旋彈簧套筒內(nèi)安裝有螺旋彈簧B，所述螺旋彈簧B通過連桿與承重平臺(tái)活動(dòng)連接。

進(jìn)一步的，所述基座側(cè)壁開設(shè)有滑槽，所述螺旋彈簧套筒安裝在滑槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述螺旋彈簧A承受承重平臺(tái)重量自由壓縮。

進(jìn)一步的，所述連桿一端與螺旋彈簧B鉸接，所述連桿另一端與承重平臺(tái)鉸接。

進(jìn)一步的，所述螺旋彈簧A上端與承重平臺(tái)底部固定，所述螺旋彈簧A下端與基座固定。

進(jìn)一步的，所述滑桿為金屬滑桿。

進(jìn)一步的，所述承重平臺(tái)上設(shè)置有重量傳感器或位移傳感器。

進(jìn)一步的，還包括控制器、電源，所述重量傳感器或位移傳感器、伺服閥均通過導(dǎo)線與控制器和電源分別連接。

進(jìn)一步的，所述對(duì)稱設(shè)置的連桿、螺旋彈簧B、螺旋彈簧安裝套筒以及承重平臺(tái)的對(duì)稱部分組成一組負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，所述負(fù)剛度機(jī)構(gòu)有兩組。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型為具有高靜剛度和低動(dòng)剛度的垂直垂直隔振器，可以隔離地面基礎(chǔ)傳遞到上層承載設(shè)備中的低頻振動(dòng)，在垂直隔振器中引入作動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在不同承載質(zhì)量情況下仍能夠使系統(tǒng)具有較低的動(dòng)態(tài)剛度，有效的隔離低頻振動(dòng)；本實(shí)用新型可以應(yīng)用在車輛座椅和手術(shù)臺(tái)等支撐設(shè)備上，可以針對(duì)車輛乘員和進(jìn)行手術(shù)的人的不同重量，精密機(jī)床上加工材料的不同質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使得隔振系統(tǒng)一直處于準(zhǔn)零剛度狀態(tài)，最大程度的隔離低頻振動(dòng)帶來的負(fù)面影響。

附圖說明

圖1：本實(shí)用新型原理結(jié)構(gòu)圖的主視圖；

圖2：本實(shí)用新型原理結(jié)構(gòu)圖的俯視圖；

圖3：本實(shí)用新型工作過程原理圖(1)；

圖4：本實(shí)用新型工作過程原理圖(2)；

圖5：本實(shí)用新型剛度和位移變化說明圖；

圖中：1-承重平臺(tái)、2-重量傳感器、3-連桿、4-螺旋彈簧B、5-滑桿、6-螺旋彈簧安裝套筒、7-液壓缸推桿、8-基座、9-液壓缸、10-伺服閥、11-螺旋彈簧A、12-控制器、13-負(fù)剛度機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖所示，本實(shí)用新型提供了一種具有準(zhǔn)零剛度的半主動(dòng)控制型垂直隔振器，包括基座8、通過螺旋彈簧A11安裝在基座8中部的承重平臺(tái)1，所述基座8四邊底部沿側(cè)壁對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)伺服閥10，所述伺服閥10上均依次設(shè)置有由伺服閥10控制的液壓缸9、由液壓缸9驅(qū)動(dòng)的液壓缸推桿7、橫向安裝在液壓缸推桿7頂部的螺旋彈簧套筒6，所述基座8側(cè)壁固定有豎直滑桿5，所述螺旋彈簧套筒6一端套接在滑桿5上，所述螺旋彈簧套筒6內(nèi)安裝有螺旋彈簧B4，所述螺旋彈簧B4通過連桿3與承重平臺(tái)1活動(dòng)連接。

基座8側(cè)壁開設(shè)有滑槽，所述螺旋彈簧套筒6安裝在滑槽內(nèi)。安裝時(shí)，螺旋彈簧A11具有一定的壓縮量，承受承重平臺(tái)1重量自由壓縮。連桿3一端與螺旋彈簧B4鉸接，所述連桿3另一端與承重平臺(tái)1鉸接，所述螺旋彈簧B4在安裝時(shí)具有一定的壓縮量。螺旋彈簧A11上端與承重平臺(tái)1底部固定，所述螺旋彈簧A11下端與基座8固定。所述滑桿5可以為金屬滑桿。承重平臺(tái)1上設(shè)置有重量傳感器2或位移傳感器。還包括控制器12、電源，所述重量傳感器2或位移傳感器、伺服閥10均通過導(dǎo)線與控制器23和電源分別連接。所述對(duì)稱設(shè)置的連桿4、螺旋彈簧B5、螺旋彈簧安裝套筒6以及承重平臺(tái)1的對(duì)稱部分組成一組負(fù)剛度機(jī)構(gòu)13，如圖2中虛線所示，所述負(fù)剛度機(jī)構(gòu)13有兩組。

即液壓缸推桿7對(duì)螺旋彈簧安裝套筒6具有支撐定位作用，在工作過程中液壓缸推桿7推動(dòng)螺旋彈簧安裝套筒6上下移動(dòng)，螺旋彈簧安裝套筒6在端部有圓孔，套接在金屬滑桿5，金屬滑桿5兩端固定在基座8中，螺旋彈簧安裝套筒6可沿金屬滑桿5上下移動(dòng)，由于金屬滑桿5的存在，使得螺旋彈簧安裝套筒6不能在水平方向上移動(dòng)，保證了本實(shí)用新型的實(shí)際應(yīng)用上的有效性。液壓缸9和伺服閥10均固定在基座8上，液壓缸9與伺服閥10固定連接，液壓缸推桿7的推力由液壓缸9提供，通過伺服閥10對(duì)液壓缸9的控制，進(jìn)而使得液壓缸9輸出所需要的推力，推動(dòng)螺旋彈簧安裝套筒6到指定的位置。重量傳感器2安裝在承重平臺(tái)1上，感知承重平臺(tái)1上的質(zhì)量變化。

具體的，可以建立此隔振系統(tǒng)回復(fù)力f的方程：

其中，k₁為螺旋彈簧A11的剛度，k₂為螺旋彈簧B4的剛度，L為連桿3的長度，h為螺旋彈簧B4的壓縮量。

對(duì)方程(1)

關(guān)于進(jìn)行求導(dǎo)可以得到系統(tǒng)的剛度方程：

為使系統(tǒng)在平衡位置(平衡位置為連桿3和承重平臺(tái)1在同一水平線的位，此時(shí)x＝0)處剛度為零，即達(dá)到本實(shí)用新型所述的準(zhǔn)零剛度特性，將x＝0代入方程(2)令K＝0，整理得到：

k₁L＝4k₂h (3)

即在本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中，滿足方程(3)才能達(dá)到本實(shí)用新型所述的準(zhǔn)零剛度特性，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮螺旋彈簧B4的剛度，螺旋彈簧A11的剛度，連桿3的長度以及螺旋彈簧B4的壓縮量等4個(gè)系統(tǒng)參數(shù)。圖3中A所示位置即為隔振系統(tǒng)所處準(zhǔn)剛度位置，剛度曲線為圖5的A位置。

當(dāng)在承重平臺(tái)1上放置一質(zhì)量為Δm的物體時(shí)，由于重量的增加，螺旋彈簧A11進(jìn)一步受到壓縮，承重平臺(tái)1到達(dá)圖3所示的C位置，靜位移為x，此時(shí)增加的質(zhì)量不再由螺旋彈簧B4完全承載，而是由螺旋彈簧B4和負(fù)剛度機(jī)構(gòu)13共同承載，系統(tǒng)的剛度處在圖5的C位置。

由圖5可以看出，此時(shí)的剛度不再處于準(zhǔn)零剛度狀態(tài)。剛度變大，隔振效果相應(yīng)的也就變差了。

此時(shí)，安裝在承重平臺(tái)1上的重量傳感器感知質(zhì)量的變化，將增加的質(zhì)量信號(hào)傳遞給控制器12。為了讓所增加的質(zhì)量完全由螺旋彈簧B4承載，本實(shí)用新型引入液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)螺旋彈簧安裝套筒6向下移動(dòng)，移動(dòng)位移為x₁。為使系統(tǒng)重新達(dá)到準(zhǔn)零剛度狀態(tài)，即達(dá)到圖4所示B位置。需要對(duì)x₁進(jìn)行計(jì)算。

由增加的質(zhì)量完全由螺旋彈簧B4承載這一條件可得

Δm·g＝k₁·x₁ (5)

所以通過對(duì)增加質(zhì)量進(jìn)行感知，將信號(hào)傳遞到控制器12中，控制器12根據(jù)公式(6)計(jì)算液壓缸推桿的作動(dòng)距離x₁，進(jìn)而通過伺服閥10控制液壓缸9進(jìn)行作動(dòng)。在作動(dòng)過程中，承重平臺(tái)1會(huì)有位移為x₂的移動(dòng)，即從圖4中的C位置移動(dòng)到B位置，x₂＝x-x₁。

經(jīng)過液壓缸的作動(dòng)之后，隔振系統(tǒng)有重新回到準(zhǔn)零剛度狀態(tài)，如圖4所示B位置，此時(shí)系統(tǒng)的平衡位置發(fā)生了移動(dòng)，即圖5中的虛線所示。

工作過程：

當(dāng)承重平臺(tái)1上的質(zhì)量一定時(shí)，保證承重平臺(tái)1、連桿3、螺旋彈簧B4和螺旋彈簧安裝套筒6在同一水平線上是本實(shí)用新型的理想狀態(tài)。當(dāng)承重平臺(tái)1增加質(zhì)量為Δm的，承重平臺(tái)1會(huì)向下移動(dòng)。重量傳感器2感知承重平臺(tái)1上質(zhì)量的變化，將信號(hào)傳遞給控制器12，控制器12通過給定的公式進(jìn)行計(jì)算分析，確定需要推動(dòng)或者拉動(dòng)螺旋彈簧安裝套筒6的距離?？刂破?2通過伺服閥10對(duì)液壓缸9進(jìn)行作動(dòng)，使得螺旋彈簧安裝套筒6向下移動(dòng)設(shè)定的距離，最終達(dá)到承重平臺(tái)1、連桿3、螺旋彈簧B4和螺旋彈簧安裝套筒6在同一水平線上的理想狀態(tài)。

如圖1所示，安裝在承重平臺(tái)1上的重量傳感器2也可以是位移傳感器，當(dāng)有新加的質(zhì)量Δm時(shí)，位移傳感器監(jiān)測(cè)到承重平臺(tái)1的位移變化x，通過公式(4)計(jì)算出Δm的大小，再通過公式(6)計(jì)算出x₁的值。作動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以是小型驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而且驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有響應(yīng)快速的優(yōu)勢(shì)，同樣具有使用價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)質(zhì)量增加后又減小時(shí)，上述公式和原理同樣適用。

當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。