專利名稱：壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于減振技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液壓阻尼器，具體涉及一種基于壓電疊堆換能器發(fā)電、供電、并進(jìn)行阻尼調(diào)節(jié)的液壓阻尼器，適用于交通工具、機(jī)械設(shè)備等的振動(dòng)抑制與消除。
背景技術(shù)：
液壓阻尼器在交通工具、機(jī)械設(shè)備等的振動(dòng)控制領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。早期的被動(dòng)式液壓阻尼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、技術(shù)較成熟，但因阻尼不可調(diào)，其減振效果及環(huán)境的適應(yīng)性較差，不適于某些要求振動(dòng)控制效果較好的場(chǎng)合，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及車架懸置、大型精密儀器設(shè)備減振等。因此，人們提出了主動(dòng)式、半主動(dòng)式可調(diào)液壓阻尼器，即利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵提供動(dòng)力、并由電磁換向/溢流/減壓閥(或多個(gè)單向閥)進(jìn)行控制的主動(dòng)式可調(diào)阻尼器，如中國(guó)發(fā)明專利CN1367328A、CNlO 1392809A等。比之于被動(dòng)式不可調(diào)液壓阻尼器，主動(dòng)式可調(diào)液壓阻尼器的控制效果好、振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，已在汽車主動(dòng)懸置等方面獲得成功應(yīng)用；但現(xiàn)有的主動(dòng)式液壓阻尼調(diào)節(jié)技術(shù)也存在一些不足，如
①需要較大的泵站進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、多個(gè)電磁閥進(jìn)行聯(lián)合控制，@需要傳感器進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)的檢
測(cè),(g)需要持續(xù)的外部能量供應(yīng)?？梢?jiàn)，現(xiàn)有的主動(dòng)式可調(diào)液壓阻尼器的系統(tǒng)體積龐大、連接及控制較復(fù)雜、可靠性較低，在應(yīng)用上存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有液壓阻尼減振技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種利用壓電疊堆換能器發(fā)電、供電并進(jìn)行阻尼調(diào)節(jié)的液壓阻尼器，即通過(guò)壓電疊堆與液壓流體的耦合作用將振動(dòng)主體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，所生成的電壓信號(hào)除直接被用于振動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)外(傳感器的功能)，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后還被用于阻尼閥的狀態(tài)調(diào)節(jié)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，液壓缸體通過(guò)螺釘安裝在主體上，所述主體通過(guò)螺釘安裝在底座上；所述液壓缸活塞安裝于缸體內(nèi)部并將所述缸體分隔成缸體上腔和缸體下腔，所述缸體上腔通過(guò)管接頭與所述主體上的一組管道連通，所述缸體下腔與主體上的另一組管道連通；所述主體上的兩組管道分別與阻尼調(diào)節(jié)閥芯上的環(huán)槽連通；所述主體上的一組管道還與蓄能器相連；所述主體上的兩組管道還分別與兩組發(fā)電裝置的流體腔相通， 所述的發(fā)電裝置和阻尼調(diào)節(jié)閥分別通過(guò)導(dǎo)線與電控單元連接。本發(fā)明所述發(fā)電裝置由置于主體內(nèi)部的流體腔、蝶形彈簧一、發(fā)電腔活塞及發(fā)電用壓電疊堆構(gòu)成，所述蝶形彈簧一、發(fā)電腔活塞、發(fā)電用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在主體內(nèi)；
本發(fā)明所述阻尼調(diào)節(jié)閥由閥芯、蝶形彈簧二及驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆構(gòu)成，所述閥芯、蝶形彈簧二、驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在集成塊內(nèi)，所述閥芯上設(shè)有環(huán)形槽。本發(fā)明所述電控單元包括整流橋、檢波器、比較器、及一組控制開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其功能是進(jìn)行能量回收和阻尼閥開(kāi)關(guān)控制。在減振器非工作狀態(tài)下，液壓缸的兩個(gè)腔體及所有管道中的流體壓力相等，即為蓄能器的預(yù)置壓力，發(fā)電用壓電疊堆受預(yù)壓力，閥控的壓電疊堆不受外力作用并使閥芯處于常開(kāi)狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，液壓缸活塞的上下運(yùn)動(dòng)使系統(tǒng)流體壓力(兩組發(fā)電用壓電疊堆受力狀態(tài))發(fā)生變化，從而將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成電能。所生成的電能經(jīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換處理后用于控制阻尼調(diào)節(jié)閥，阻尼調(diào)節(jié)閥的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由所生成電壓的大小及波形確定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①無(wú)需外界供能、可靠性高，不會(huì)因能量不足而影響控制效果；②無(wú)需額外的傳感器，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、控制方法簡(jiǎn)單，根據(jù)振動(dòng)情況即電壓信號(hào)自動(dòng)調(diào)
整阻尼；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、集成度高、密封性好，無(wú)需電機(jī)、泵、電磁閥等外圍設(shè)備；
不產(chǎn)生/不受電磁干擾，更適用于強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射的環(huán)境。因此，本發(fā)明的壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器除了適用于大型的交通工具及機(jī)床設(shè)備外，也適于航空航天、智能結(jié)構(gòu)等微小系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)及其剖面示意圖； 圖2是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例圖1的A-A剖視圖3 (a)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例發(fā)電用壓電疊堆5a3輸出電壓波形圖； 圖3 (b)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例發(fā)電用壓電疊堆5b3輸出電壓波形圖； 圖3(c)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例整流后的發(fā)電電壓波形圖； 圖3(d)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63供電電壓波形圖； 圖3(e)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例阻尼閥芯62的位移曲線圖； 圖4(a)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中供電前阻尼閥孔開(kāi)度圖； 圖4(b)是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中供電后阻尼閥孔開(kāi)度圖； 圖5是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的電控單元電路原理圖。
具體實(shí)施例方式液壓缸體1通過(guò)螺釘安裝在主體4上，所述主體通過(guò)螺釘安裝在底座7上；所述液壓缸活塞2安裝于缸體內(nèi)部并將所述缸體分隔成缸體上腔和缸體下腔，所述缸體上腔通過(guò)管接頭3與所述主體上的一組管道連通，所述缸體下腔與主體上的另一組管道連通；所述主體上的兩組管道分別與阻尼調(diào)節(jié)閥6芯上的環(huán)槽連通；所述主體上的一組管道還與蓄能器9相連；所述主體上的兩組管道還分別與兩組發(fā)電裝置5的流體腔相通，所述的發(fā)電裝置和阻尼閥的壓電疊堆分別通過(guò)導(dǎo)線與電控單元8連接。本發(fā)明所述發(fā)電裝置由置于主體內(nèi)部的流體腔、蝶形彈簧一、發(fā)電腔活塞及發(fā)電用壓電疊堆構(gòu)成，所述蝶形彈簧、發(fā)電腔活塞、發(fā)電用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在主體內(nèi)；
本發(fā)明所述阻尼調(diào)節(jié)閥由閥芯、蝶形彈簧及驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆構(gòu)成，所述閥芯、蝶形彈簧、驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在主體內(nèi)，所述閥芯上設(shè)有環(huán)形槽。
本發(fā)明所述電控單元主要包括整流橋、檢波器、比較器、及一組控制開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其功能是進(jìn)行能量回收和阻尼閥開(kāi)關(guān)控制。如圖1、圖2所示，由液壓缸體1、液壓缸活塞2、管接頭3、安裝有發(fā)電裝置fe和發(fā)電裝置恥及阻尼調(diào)節(jié)閥6的主體4、底座7、電控單元8、蓄能器9構(gòu)成；所述發(fā)電裝置fe 由置于主體4內(nèi)部的蝶形彈簧一 fel、發(fā)電腔活塞5a2及發(fā)電用壓電疊堆5a3及流體腔5a4 構(gòu)成；所述發(fā)電裝置恥由置于主體4內(nèi)部的蝶形彈簧恥1、發(fā)電腔活塞5 及發(fā)電用壓電疊堆5b3及流體腔5b4構(gòu)成；所述阻尼調(diào)節(jié)閥6由蝶形彈簧二 61、閥芯62及驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63構(gòu)成；所述缸體1通過(guò)螺釘安裝在主體4上，所述主體4通過(guò)螺釘安裝在底座7上；所述活塞2安裝于缸體1內(nèi)部并將所述缸體1分隔成缸體上腔Cl和缸體下腔C2 ；所述缸體上腔Cl通過(guò)管接頭3與所述主體4上的管道4 及41a連通，所述缸體下腔C2依次與主體4上的管道40、41b、42b及蓄能器9連通；所述管道4 及42b分別與閥芯62上的環(huán)槽連通；所述發(fā)電裝置fe的蝶形彈簧一 fel、活塞如2、發(fā)電用壓電疊堆5a3通過(guò)底座7壓接在主體4內(nèi)；所述發(fā)電裝置恥的蝶形彈簧一、活塞恥2、發(fā)電用壓電疊堆5b3通過(guò)底座 7壓接在主體4內(nèi)；所述阻尼調(diào)節(jié)閥6的蝶形彈簧二 61、閥芯62、驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63通過(guò)底座7壓接在主體4內(nèi)；所述的發(fā)明電用壓電疊堆5a3、5b3和驅(qū)動(dòng)用63分別通過(guò)導(dǎo)線與電控單元8連接。如圖1所示，在阻尼器非工作狀態(tài)下，缸體上腔Cl、缸體下腔C2及主體4上的所有管道內(nèi)的流體壓力相等，均為蓄能器9的預(yù)置壓力，發(fā)明用壓電疊堆5a3和5b3受預(yù)壓力，驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63不受流體壓力作用，閥芯62處于常開(kāi)狀態(tài)。阻尼調(diào)節(jié)器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，液壓缸活塞2隨振動(dòng)主體上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使系統(tǒng)內(nèi)的流體壓力、以及發(fā)電用壓電疊堆 5a3和5b3受力狀態(tài)發(fā)生變化，從而將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成電能。所述發(fā)電用壓電疊堆5a3 和5b3生成的電能經(jīng)導(dǎo)線輸送給電控單元8，再經(jīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換處理后輸送給驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63，驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63受電壓作用伸長(zhǎng)，從而減小阻尼孔的開(kāi)度、增加阻尼力。特別地， 阻尼閥芯62的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由發(fā)電用壓電疊堆5a3和5b3所生成電壓直接控制。如圖1、圖2所示，在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，當(dāng)液壓缸活塞2受外力作用向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸體上腔Cl內(nèi)的流體壓力升高、缸體下腔C2的流體壓力降低，缸體上腔Cl內(nèi)的液體經(jīng)管接頭3 進(jìn)入主體4上的管道42a、流體腔5a4和管道41a，再經(jīng)閥芯62上的環(huán)槽、主體4上管道4 進(jìn)入缸體下腔C2 ；同時(shí)，蓄能器9內(nèi)的液體也經(jīng)管道42b進(jìn)入缸體下腔C2 ；由于管道41a、 42a和流體腔內(nèi)流體壓力升高，管道41b、42b和流體腔恥4的流體壓力降低，發(fā)電用壓電疊堆5a3被壓縮、壓電疊堆恥3在自身彈性力的作用下回復(fù)變形，其所生成的電壓波形如圖3(a) ,3(b)所示；當(dāng)液壓缸活塞2向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)電過(guò)程相似，僅壓電疊堆5a3和5b3輸出的電壓波形相位發(fā)生變化。如圖1、圖4 (a)、圖4 (b)所示，阻尼調(diào)節(jié)閥6的驅(qū)動(dòng)壓電疊堆63上電后伸長(zhǎng)、推動(dòng)閥芯62運(yùn)動(dòng)，從而使所述閥的有效通流面積減小，起到增加阻尼的效果；所述壓電疊堆 63上電前、后閥芯62阻尼孔開(kāi)度變化的對(duì)比如圖4所示。圖3(a) 圖3(e)是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)/供電電壓波形及閥芯位移的關(guān)系對(duì)比圖3(a)、3(b)所示的電壓波形直接地反映了液壓活塞1 (即振動(dòng)主體)的振動(dòng)情況，因此發(fā)電用壓電疊堆5a3或5b3也具有振動(dòng)檢測(cè)傳感器的功能。以振動(dòng)主體(活塞2)離開(kāi)平衡位置時(shí)增加阻尼為目的，本發(fā)明電控單元8的控制原理如圖5所示，主要包括整流橋81 和85、極值檢波器82、零點(diǎn)檢波器83、比較器84、聯(lián)動(dòng)供電開(kāi)關(guān)kl和放電開(kāi)關(guān)k2構(gòu)成。為提高供電能力，本發(fā)明的發(fā)電裝置fe和恥均包含至少一對(duì)完全相同的發(fā)電用壓電疊堆5a3 和恥3，且所述壓電疊堆為多個(gè)時(shí)采用并聯(lián)方式連接。發(fā)電裝置如和恥產(chǎn)生的電壓分別經(jīng)整流橋81和整流橋85整流，整流后的電壓波形相同，如圖3(c)所示。發(fā)電裝置如輸出的電壓經(jīng)整流后輸出給檢波器82和83進(jìn)行電壓波形檢測(cè)，比較器83進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，再根據(jù)比較器83的對(duì)比結(jié)果控制開(kāi)關(guān)kl和k2的通斷。初始狀態(tài)時(shí)供電開(kāi)關(guān)kl接通，發(fā)電用壓電疊堆 3、5b3及驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63 并聯(lián)，所述發(fā)電用壓電疊堆fe3、5b3產(chǎn)生的電壓&直接施加到驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63兩端
( = )，閥芯62上移并使阻尼孔通流面積減小、阻尼增加；當(dāng)^達(dá)到極值時(shí)，供電開(kāi)關(guān)
kl斷開(kāi)、放電開(kāi)關(guān)k2接通，驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63兩端電壓^降至零，所述驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆
63在自身彈力的作用下縮短(恢復(fù)自然長(zhǎng)度)，閥芯62在蝶形彈簧作用下向下移動(dòng)使阻尼
孔開(kāi)度增加、阻尼減??；同時(shí)，^迅速降低，V,.降至零(相當(dāng)于初始狀態(tài))時(shí)供電開(kāi)關(guān)kl
接通、放電開(kāi)關(guān)k2斷開(kāi)，驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63再次上電伸長(zhǎng)并使阻尼增加；根據(jù)發(fā)電用壓電疊堆電壓波形的變化，開(kāi)關(guān)kl和k2交替地接通與斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)了阻尼的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。 驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆63的供電電壓及閥芯62的位移曲線如圖3(d)和圖3(e)所示。根據(jù)各壓電疊堆并聯(lián)前后總體電荷量相等的原則，壓電疊堆63的供電電壓為
權(quán)利要求
1.一種壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器，其特征在于，液壓缸體通過(guò)螺釘安裝在主體上，所述主體通過(guò)螺釘安裝在底座上；所述液壓缸活塞安裝于缸體內(nèi)部并將所述缸體分隔成缸體上腔和缸體下腔，所述缸體上腔通過(guò)管接頭與所述主體上的一組管道連通，所述缸體下腔與主體上的另一組管道連通；所述主體上的兩組管道分別與阻尼調(diào)節(jié)閥芯上的環(huán)槽連通；所述主體上的一組管道還與蓄能器相連；所述主體上的兩組管道還分別與兩組發(fā)電裝置的流體腔相通，所述的發(fā)電裝置和阻尼閥分別通過(guò)導(dǎo)線與電控單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器，其特征在于，所述發(fā)電裝置由置于主體內(nèi)部的流體腔、蝶形彈簧一、發(fā)電腔活塞及發(fā)電用壓電疊堆構(gòu)成；所述蝶形彈簧一、發(fā)電腔活塞、發(fā)電用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在主體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器，其特征在于，所述阻尼調(diào)節(jié)閥由閥芯、蝶形彈簧二及驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆構(gòu)成，所述閥芯、蝶形彈簧二、驅(qū)動(dòng)用壓電疊堆通過(guò)底座壓接在主體內(nèi)，所述閥芯上設(shè)有環(huán)形槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器，其特征在于，所述電控單元包括整流橋、檢波器、比較器、及一組控制開(kāi)關(guān)，用于進(jìn)行能量回收轉(zhuǎn)換和阻尼閥開(kāi)關(guān)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電疊堆式自供能可調(diào)液壓阻尼器，屬于液壓阻尼器。液壓缸體通過(guò)螺釘安裝在主體上，主體安裝在底座上；所述液壓缸活塞安裝于缸體內(nèi)部，所述缸體上腔通過(guò)管接頭與所述主體上的一組管道連通，所述缸體下腔與主體上的另一組管道連通；所述主體上的兩組管道分別與阻尼調(diào)節(jié)閥芯上的環(huán)槽連通；所述主體上的一組管道還與蓄能器相連；所述主體上的兩組管道還分別與兩組發(fā)電裝置的流體腔相通。優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需外界供能，無(wú)需額外的傳感器、電機(jī)、液壓泵等外圍設(shè)備，根據(jù)環(huán)境振動(dòng)情況自動(dòng)進(jìn)行阻尼調(diào)節(jié)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、控制方法簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、集成度高。
文檔編號(hào)F16F9/19GK102359533SQ201110275848
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月18日
發(fā)明者曾平, 王淑云, 程光明, 闞君武 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)