专利名称：一种基于压电作动的液力主动隔振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种振动主动控制装置。
背景技术：
在振动控制工程领域中，振动主动控制得到了广泛的研究并在工程中应用。目前 常用的作动器按作动原理分为电磁式、电动式、磁流变液、电流变液、磁致伸缩、压电式等。 其中，压电式作动器具有出力大、变形小的特点，为了获得较大的作动位移，压电作动器一 般做成压电堆，并借助杠杆机构放大位移。基于固体与固体的接触传力作用设计的压电堆 已经应用与悬臂梁结构的振动主动控制中，例如杨智春，王巍，谷迎松，李斌等.一种弯曲 型压电堆作动器的设计及在振动控制中的应用[J]，(振动与冲击，2009二8 (9) :130-134)； 压电作动器在主动控制中的应用规律与效果评估也得到了较为系统深入的研究，例如胡 芳，张志谊，华宏星等.振动控制中压电作动器非线性的补偿方法研究[J]，(振动与冲击， 2010,29(11) :55-60)；基于压电效应的液力作动器的原理和设计方案与管路流体压力脉 动的抑制问题有着密切的关系。管路流体压力脉动控制的方法有很多种。有人设计了流 固耦合振动的结构共振液压脉动滤波器应用于泵源液压系统的振动噪声控制并取得了良 好效果。例如何志勇，何清华，李自光等泵源液压系统压力脉动抑制方法研究[J]，(起重 运输机械，2010(10) :24-26)；为了解决单点消振时寻找最佳消振位置比较困难的问题，一 种分布式流体脉动主动控制方法也被设计并应用于飞机液压能源管路的压力脉动引发的 流固耦合问题的解决中，例如欧阳平超，焦宗夏，刘红梅等分布式液压流体脉动主动控制 方法[J]，(北京航空航天大学学报，2007，33 (9) :1060-1063)，具体方法是采用多个主动消 振阀和压力传感器进行分布式控制；在管路脉动压力的多种抑制方法中，除了基于伺服阀 的控制系统，运用压电材料和压电效应来实施控制有着非常明显的优点。例如李树立，焦 宗夏液压流体脉动主动控制研究现状与展望[J]，(机床与液压，2006 (9) =243-246)；费仁 元，尹善贞.管道有源消声控制技术的发展与动向[J]，(北京工业大学学报，2003，四(3) 257-262)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现固液耦合振动主动控制的基于压电作动的 液力主动隔振器。本发明的目的是这样实现的包括主油缸、密封端盖、输入活塞、压电片、输出活塞；输入活塞和输出活塞位于主 油缸内，两个活塞之间连接有中部牵引弹簧；密封端盖上开有防尘气孔，密封端盖安装在主 油缸上、用来封闭整个工作行程空间；压电片布置在输出活塞上表面中央位置，调控液压油 的脉动压力；输入活塞上有阻尼孔；输入活塞和输出活塞之间充满液压油，构成阻尼器的 能量耗散结构。本发明还可以包括
1、主油缸内靠近密封端盖的部位以及靠近地脚的部位分别设置上止点凸块限位 器与下止点凸块限位器。2、还包括主动控制器，压电片的电极从主油缸壁引出，与电压主动控制器连接。3、输出活塞的下方安装输出活塞传感器，用来拾取误差信号，将误差信号引出油 缸与主动控制器相连。4、输出活塞下部设置底部支撑弹簧，底部支撑弹簧下方与一安装定位盘固连。运用压电材料控制管路脉动压力的方法分为两种实现方式一种是本发明人曾将 压电材料布置于待控管路段的外壁，压电材料接收控制信号之后变形产生的控制力直接作 用于管壁，再由管壁的微小变形对液体施加与液体脉动频率相等、相位相反的控制力(率 志君.充液管道压力脉动有源控制实验研究[D].哈尔滨哈尔滨工程大学动力与能源工程 学院，2006)；为了提高作动力的效率，本发明提出了另外一种方式，将压电材料布置于管路 内部的流场中，流固耦合，控制力和激励力均直接在流固两态的物质之间传递。本发明提出 的形式与前一种形式相比，压电作动器的形变输出力由于接触面积的增大而增加，提高了 控制效率。本发明将被隔振设备的振动转化为液体的脉动压力，采用压电陶瓷环片控制液 体的脉动压力，使得被隔设备向基础传递的振动最小。与基于压电作动器的管路脉动主动 控制装置相比，多设计了一个输出活塞，将液体力再次转化为固体力，其目标是控制输出活 塞所受的脉动液压力，此外控制方法也不同。本发明所设计的隔振器是通过油缸内的液压油受活塞压缩流经节流孔产生的摩 擦阻尼效应来输出阻尼力，这样可以降低系统在共振频率附近的振动幅值。通过在输出活 塞的上壁面布置压电片产生变形进而产生轴向主动脉动力，由于隔振器中的流体运动具有 延迟性，使得主动脉动压力在油缸中传播至输入活塞下表面后，部分流体流过阻尼孔，另一 部分推动输入活塞产生振动，而作用在输出活塞的脉动力会使输出活塞产生振动，与被隔 设备传递到该活塞的振动相抵消，使输出活塞的位移为零，达到了隔振的目的。为了使压电片产生预期的脉动力(即与传递到输出活塞的振动幅值频率相等而 相位相反)，系统配置有主动控制器，系统控制的目标函数是输出活塞的振动最小，可以由 加速度传感器来测量。与传统的压电堆相比，本发明的优点主要体现在取消了杠杆机构，固体和液体直 接耦合传递控制力和输入力。与管流脉动主动控制装置相比，本发明具有鲜明的特点，体现 在多设计了一个输出活塞，将液体力再次转化为固体力，控制目标和控制算法均不同。
附图是本发明的基本构成原理图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细的描述作动器封装在一体式的油缸内。其中主油缸2起到支撑被隔振机器、连接机器与 台架、容纳液压油和活塞构成的运动部分并且提供工作行程空间的作用。由于运动部件往 复运动的时候受到主油缸内空气的阻碍，所以主油缸上端面开有防尘气孔14将内部空间 与大气连通，以确保封闭油缸内部运动部件能够顺畅运动。主油缸内靠近密封端盖的部位以及靠近地脚9的部位分别设置上止点凸块限位器3、上止点凸块限位器6，凸块结构充当 限位器限制运动部分的行程范围。输入活塞1是由顶杆连接的活塞结构。主油缸内的一端为活塞，起到密封运动部 件、传递液压推力的作用。输入活塞上布置若干阻尼孔13，起到节流和缓冲的作用，用来提 供阻尼特性。顶杆用来传递力的作用。主油缸外的一端为安装端，与机器机脚固连。输出活塞11位于主油缸下部，其中央位置固定安装橡胶压电片12，将压电片的电 极从缸壁引出，与电压主动控制器5连接。电极引出点可以采用微型孔胶塞确保油缸的密 封性。输出活塞11的下方安装输出活塞传感器10用来拾取误差信号。将误差通道引出油 缸与主动控制器5相连。输入活塞1和输出活塞11之间注入液压油或硅油，与活塞一并构成作动器的运动 部分。两个活塞均设有数道活塞环用于密封液压油。由于输入活塞阻尼孔结构的存在，液 压油的表面将高于输入活塞所在面，这一设计是为了提供一定的阻尼特性。两个活塞之间 靠刚度较大的中部牵引弹簧4保持相对空间并传递控制力与输入力。设置底部支撑弹簧7对输出活塞11进行支撑和弹性限位。限位弹簧7下方与一 安装定位盘8固连，作动器控制后的力通过限位弹簧和定位盘传递至作动器下方的台架或 者基石出。
权利要求
1.一种基于压电作动的液力主动隔振器，包括主油缸、密封端盖、输入活塞、压电片、输 出活塞；其特征是输入活塞和输出活塞位于主油缸内，两个活塞之间连接有中部牵引弹 簧；密封端盖上开有防尘气孔，密封端盖安装在主油缸上、用来封闭整个工作行程空间；压 电片布置在输出活塞上表面中央位置，调控液压油的脉动压力；输入活塞上有阻尼孔；输 入活塞和输出活塞之间充满液压油，构成阻尼器的能量耗散结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是主油缸内 靠近密封端盖的部位以及靠近地脚的部位分别设置上止点凸块限位器与下止点凸块限位ο
3.根据权利要求1或2所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是还包 括主动控制器，压电片的电极从主油缸壁引出，与电压主动控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是输出活塞 的下方安装输出活塞传感器，用来拾取误差信号，将误差信号引出主油缸与主动控制器相 连。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是输出 活塞下部设置底部支撑弹簧，底部支撑弹簧下方与一安装定位盘固连。
6.根据权利要求3所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是输出活塞 下部设置底部支撑弹簧，底部支撑弹簧下方与一安装定位盘固连。
7.根据权利要求4所述的一种基于压电作动的液力主动隔振器，其特征是输出活塞 下部设置底部支撑弹簧，底部支撑弹簧下方与一安装定位盘固连。
全文摘要
本发明提供的是一种基于压电作动的液力主动隔振器。包括主油缸、密封端盖、输入活塞、压电片、输出活塞；输入活塞和输出活塞位于主油缸内，两个活塞之间连接有中部牵引弹簧；密封端盖上开有防尘气孔，密封端盖安装在主油缸上、用来封闭整个工作行程空间；压电片布置在输出活塞上表面中央位置，调控液压油的脉动压力；输入活塞上有阻尼孔；输入活塞和输出活塞之间充满液压油，构成阻尼器的能量耗散结构。与传统的压电堆相比，本发明取消了杠杆机构，固体和液体直接耦合传递控制力和输入力。与管流脉动主动控制装置相比，本发明多设计了一个输出活塞，将液体力再次转化为固体力，控制目标和控制算法均不同。
文档编号F16F15/04GK102128234SQ20111005592
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者卢熙群, 周盼, 张博, 李玩幽, 杜敬涛, 率志君, 翁俊, 肖友洪, 陈春来 申请人:哈尔滨工程大学