專利名稱：可調膜式變剛度器及其使用方法
技術領域：
本發明旨在解決以共振吸能方式的波力發電裝置中調節系統的剛度，使系統的自振周期與海浪的周期一致，形成共振，以最大效率提取的海浪能量。同時還可用于其它需要調節系統剛度的場合，如減振系統。
背景技術：
彈簧廣泛地用于工程中，現有的彈簧結構形式多種多樣，但其剛度特性在制造中就被確定下來，在使用中無法根據實際情況調整。一般情況在工程設計中就需要確定彈簧的剛度特性。但在一些情況中，需根據工程運行狀態來調整彈簧的剛度特性，如波力發電， 減振控制。現有的彈簧機構難以滿足工程實際需要。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可調膜式變剛度器及其使用方法，本發明通過控制變剛器對波力發電系統提供可變的剛度，從而可改變系統的自振周期。當系統的自振周期與海浪的周期一致時，系統處于共振狀態，此時系統從海浪提取的能量最大，從而實現高效提能。本發明所采用的技術方案是利用薄膜的剛化效應，設計可改變彈簧剛度的機構， 用于可調膜式的變剛度器，其包括依次相連的剛度調節器、剛度器和剛度輸出器，剛度調節器包括相連的薄膜帶張拉力調節裝置和螺母自鎖機構，剛度器包括剛性支撐架和由剛性支撐架支撐的薄膜帶，薄膜帶張拉力調節裝置與薄膜帶相連接，薄膜帶還與剛度輸出器相連接。所述的變剛度器，薄膜帶張拉力調節裝置包括液壓缸、電動機、液壓箱和液壓泵； 液壓箱通過液壓管道與液壓缸相連通，液壓管道上接有液壓泵，液壓泵的動力輸入端與電動機相連；液壓缸內設有活塞桿，活塞桿的尾端連接薄膜帶，活塞桿的運動由液壓缸內液體的壓力驅動。所述的變剛度器，電動機和液壓泵之間還接有聯軸器，液壓管道上還設有截流閥。所述的變剛度器，螺母自鎖機構包括反旋的前端自鎖螺母和后端自鎖螺母，以及分別與這兩個自鎖螺母相連的前端自鎖螺母座和后端自鎖螺母座，活塞桿靠液壓缸一端設有后端自鎖螺母座，后端自鎖螺母座與液壓缸一體，后端自鎖螺母座上設有后端自鎖螺母， 活塞桿靠近薄膜帶的一端設有前端自鎖螺母座，前端自鎖螺母座內設有前端自鎖螺母，活塞桿依次穿過后端自鎖螺母座、后端自鎖螺母、前端自鎖螺母和前端自鎖螺母座。所述的變剛度器，后端自鎖螺母和前端自鎖螺母分別接有一個摩擦輪，摩擦輪上接有電動機。所述的變剛度器，活塞桿的中部附近還設有定位器，定位器旁設有位移光電傳感
所述的變剛度器，剛性支撐架采用多于兩個的圓柱，薄膜帶采用環形碳纖維膜帶，環形碳纖維膜帶兩端分別穿過一個連接器，并通過連接器分別與薄膜帶張拉力調節裝置和剛度輸出器相連接。所述的變剛度器，圓柱采用固定位置式或移動位置式。所述的變剛度器，剛度輸出器包括齒條、支撐座、齒輪、軸和軸承，齒條與薄膜帶相連接，齒條通過齒輪與軸相活動連接，齒輪與軸設置在三端開口的支撐座內，齒條穿過支撐座的兩個端口，軸穿過支撐座的第三個端口，支撐座的第三個端口與軸之間通過軸承相滑動接觸。可調膜式變剛度器的使用方法，是利用薄膜帶的變形提供剛度，輸出到剛度輸出器，利用薄膜帶張拉力調節裝置或剛性支撐架改變薄膜帶上的張拉力，從而改變輸出的剛度大小。螺母自鎖機構鎖定薄膜帶張拉力調節裝置的位置，保持薄膜帶上的張力。本發明的優點本發明工作原理清晰，機構簡單，易實現；彈簧機構的輸出剛度可控，且為無級調節。本發明填補了工程中可調剛度的彈簧機構空白。
圖1是變剛器原理圖。圖2是變剛器上施加荷載與變形量δ之間關系曲線。圖3是變剛器上膜力調整實現方法。圖2中A、C、E為改變支撐薄膜的滾輪間距實現調整薄膜上的膜力；B、D、F為滾輪之間間距保持不變，通過對調整薄膜上的張緊程度來調整薄膜上的膜力。A圖多柱支撐時主副支撐柱間距調整方案；B圖多柱支撐時主副支撐柱間雙向張緊度調節方案；C圖多柱支撐時主支撐柱間距調整方案；D圖多柱支撐時副支撐柱間張緊度調整方案；E圖基本支撐主支撐間距調整方案；F圖基本支撐主支撐張緊度調整方案。圖4是本發明的變剛器的裝置結構圖。
具體實施例方式波力發電是利用海浪的能量實現發電。海浪的能量是以波動形式存在。為了利用海浪的能量，波力發電裝置是通過吸收海浪能量，將其轉換成機械能，再由機械能裝換成其它能量實現發電。在波力發電裝置中，吸收海浪能量的最直接方法是利用海浪引起吸能系統振動實現吸能。在吸能系統處于共振狀態，這種吸能方式從海浪中吸取的能量最大。盡管海浪的周期可在一個相對較長的時段內維持不變，但還是時常發生變化，為了保證吸能系統在海浪的激勵下形成共振，需要經常調節吸能系統的自振周期。調整系統自振周期的方法可以提供調節系統的剛度實現。為此研究了變剛度器實現系統剛度無級調節，達到系統自振周期無級調節，以保證系統工作時處于共振狀態。本發明具有原創性，此前無類似產品。本發明是依據力學原理，針對共振吸能波力發電裝置而研制，發電系統中的振動吸能系統的剛度由本發明的變剛器提供。本發明通過控制變剛器對系統提供可變的剛度，從而可改變系統的自振周期。當系統的自振周期與海浪的周期一致時，系統處于共振狀態，此時系統從海浪提取的能量最大，從而實現高效提能。本發明裝置是根據薄膜的剛化效應原理設計出了的，作為彈簧機構，通過改變薄膜的張力，可在其使用過程實現其橫向剛度改變，以改變其輸出剛度特性，可以在更寬泛的條件下滿足實際工程需要。其原理圖見圖1。設薄膜上的初始張力Ttl，薄膜的橫截面積為A，其材料的彈性模量為E，薄膜橫向變形量為δ，L為薄膜剛度輸出端支撐圓柱的間距，L0為薄膜帶的原長，F為施加于薄膜橫向的力。根據力平衡方程有
權利要求
1.可調膜式變剛度器，其特征在于其包括依次相連的剛度調節器、剛度器和剛度輸出器，剛度調節器包括相連的薄膜帶張拉力調節裝置和螺母自鎖機構，剛度器包括剛性支撐架和支撐在剛性支撐架上的薄膜帶，薄膜帶張拉力調節裝置與薄膜帶相連接，薄膜帶還與剛度輸出器相連接。
2.根據權利要求1所述的變剛度器，其特征在于薄膜帶張拉力調節裝置包括液壓缸 (19)、電動機(14)、液壓箱(15)和液壓泵(16)；液壓箱(15)通過液壓管道(18)與液壓缸 (19)相連通，液壓管道(18)上接有液壓泵(16)，液壓泵(16)的動力輸入端與電動機(14) 相連；液壓缸(19)內設有活塞桿(21)，活塞桿的尾端連接薄膜帶，活塞桿的運動由液壓缸(19)內液體壓力驅動。
3.根據權利要求2所述的變剛度器，其特征在于電動機(14)和液壓泵(16)之間還接有聯軸器(13)，液壓管道(18)上還設有截流閥(17)。
4.根據權利要求2所述的變剛度器，其特征在于螺母自鎖機構包括反旋的前端自鎖螺母(10)和后端自鎖螺母OO)，以及分別與這兩個自鎖螺母相連的前端自鎖螺母座(9)和后端自鎖螺母座，活塞桿靠液壓缸(19) 一端設有后端自鎖螺母座，后端自鎖螺母座與液壓缸(19) 一體，后端自鎖螺母座上設有后端自鎖螺母(20)，活塞桿靠近薄膜帶的一端設有前端自鎖螺母座(9)，前端自鎖螺母座(9)內設有前端自鎖螺母(10)，活塞桿依次穿過后端自鎖螺母座、后端自鎖螺母(20)、前端自鎖螺母(10)和前端自鎖螺母座(9)。
5.根據權利要求4所述的變剛度器，其特征在于后端自鎖螺母OO)和前端自鎖螺母 (10)分別接有一個摩擦輪(11)，摩擦輪(11)上接有電動機(12)。
6.根據權利要求4所述的變剛度器，其特征在于活塞桿的中部附近還設有定位器(23)，定位器旁設有位移光電傳感器02)。
7.根據權利要求1所述的變剛度器，其特征在于剛性支撐架采用多于兩個的圓柱 (1)，薄膜帶采用環形碳纖維膜帶O)，環形碳纖維膜帶( 兩端分別穿過一個連接器(3)， 并通過連接器C3)分別與薄膜帶張拉力調節裝置和剛度輸出器相連接。
8.根據權利要求7所述的變剛度器，其特征在于圓柱(1)采用固定位置式或移動位置式。
9.根據權利要求1所述的變剛度器，其特征在于剛度輸出器包括齒條G)、支撐座 (5)、齒輪(6)、軸(7)和軸承(8)，齒條(4)與薄膜帶相連接，齒條⑷通過齒輪(6)與軸 (7)相活動連接，齒輪(6)與軸(7)設置在三端開口的支撐座(5)內，齒條(4)穿過支撐座 (5)的兩個端口，軸(7)穿過支撐座(5)的第三個端口，支撐座(5)的第三個端口與軸(7) 之間通過軸承(8)相滑動接觸。
10.可調膜式變剛度器的使用方法，其特征在于利用薄膜帶的變形提供剛度，輸出到剛度輸出器，利用薄膜帶張拉力調節裝置或剛性支撐架改變薄膜帶上的張拉力，從而改變輸出的剛度大小，螺母自鎖機構鎖定薄膜帶張拉力調節裝置的位置。
全文摘要
本發明提供了一種可調膜式變剛度器，其包括依次相連的剛度調節器、剛度器和剛度輸出器，剛度調節器包括相連的薄膜帶張拉力調節裝置和螺母自鎖機構，剛度器包括剛性支撐架和支撐在剛性支撐架上的薄膜帶，薄膜帶張拉力調節裝置與薄膜帶相連接，薄膜帶還與剛度輸出器相連接。所述變剛度器的使用方法是，利用薄膜帶的變形提供剛度，輸出到剛度輸出器，利用薄膜帶張拉力調節裝置或剛性支撐架改變薄膜帶上的張拉力，從而改變輸出的剛度大小。螺母自鎖機構鎖定薄膜帶張拉力調節裝置的位置，保持薄膜帶上的張力。本發明工作原理清晰，機構簡單，易實現；彈簧機構的輸出剛度可控，且為無級調節；填補了工程中可調剛度的彈簧機構空白。
文檔編號F16F1/00GK102434610SQ20111023156
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月12日 優先權日2011年8月12日
發明者楊圣邦, 蔡元奇 申請人:蔡元奇