专利名称：压电叠堆式自供能可调液压阻尼器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于减振技术领域，涉及一种液压阻尼器，具体涉及一种基于压电叠堆换能器发电、供电、并进行阻尼调节的液压阻尼器，适用于交通工具、机械设备等的振动抑制与消除。
背景技术：
液压阻尼器在交通工具、机械设备等的振动控制领域已有广泛应用。早期的被动式液压阻尼器结构简单、成本低、技术较成熟，但因阻尼不可调，其减振效果及环境的适应性较差，不适于某些要求振动控制效果较好的场合，如汽车发动机及车架悬置、大型精密仪器设备减振等。因此，人们提出了主动式、半主动式可调液压阻尼器，即利用电机驱动液压泵提供动力、并由电磁换向/溢流/减压阀(或多个单向阀)进行控制的主动式可调阻尼器， 如中国发明专利CN1367328A、CN101392809A等。比之于被动式不可调液压阻尼器，主动式可调液压阻尼器的控制效果好、振动环境的适应能力强，已在汽车主动悬置等方面获得成功应用；但现有的主动式液压阻尼调节技术也存在一些不足，如①需要较大的泵站进行驱动、多个电磁阀进行联合控制，②需要传感器进行振动状态的检测，③需要持续的外部能量供应。可见，现有的主动式可调液压阻尼器的系统体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性较低，在应用上存在一定的局限性。
发明内容为解决现有液压阻尼减振技术的上述问题，本实用新型提出一种利用压电叠堆换能器发电、供电并进行阻尼调节的液压阻尼器，即通过压电叠堆与液压流体的耦合作用将振动主体的机械能转换成电能，所生成的电压信号除直接被用于振动状态检测信号外(传感器的功能)，经转换处理后还被用于阻尼阀的状态调节。本实用新型采取的技术方案是，液压缸体通过螺钉安装在主体上，所述主体通过螺钉安装在底座上；所述液压缸活塞安装于缸体内部并将所述缸体分隔成缸体上腔和缸体下腔，所述缸体上腔通过管接头与所述主体上的一组管道连通，所述缸体下腔与主体上的另一组管道连通；所述主体上的两组管道分别与阻尼调节阀芯上的环槽连通；所述主体上的一组管道还与蓄能器相连；所述主体上的两组管道还分别与两组发电装置的流体腔相通，所述的发电装置和阻尼调节阀分别通过导线与电控单元连接。本实用新型所述发电装置由置于主体内部的流体腔、碟形弹簧一、发电腔活塞及发电用压电叠堆构成，所述碟形弹簧一、发电腔活塞、发电用压电叠堆通过底座压接在主体内；本实用新型所述阻尼调节阀由阀芯、碟形弹簧二及驱动用压电叠堆构成，所述阀芯、碟形弹簧二、驱动用压电叠堆通过底座压接在集成块内，所述阀芯上设有环形槽。本实用新型所述电控单元包括整流桥、检波器、比较器、及一组控制开关构成，其功能是进行能量回收和阻尼阀开关控制。[0008]在减振器非工作状态下，液压缸的两个腔体及所有管道中的流体压力相等，即为蓄能器的预置压力，发电用压电叠堆受预压力，阀控的压电叠堆不受外力作用并使阀芯处于常开状态。进入稳态工作后，液压缸活塞的上下运动使系统流体压力(两组发电用压电叠堆受力状态)发生变化，从而将流体的压力能转换成电能。所生成的电能经进一步转换处理后用于控制阻尼调节阀，阻尼调节阀的运动状态由所生成电压的大小及波形确定。本实用新型的优点在于①无需外界供能、可靠性高，不会因能量不足而影响控制效果；②无需额外的传感器，环境适应性强、控制方法简单，根据振动情况即电压信号自动调整阻尼；③结构简单、体积小、集成度高、密封性好，无需电机、泵、电磁阀等外围设备；④ 不产生/不受电磁干扰，更适用于强磁场、强辐射的环境。因此，本实用新型的压电叠堆式自供能可调液压阻尼器除了适用于大型的交通工具及机床设备外，也适于航空航天、智能结构等微小系统和远程控制系统。
图1是本实用新型一个较佳实施例的结构及其剖面示意图；图2是本实用新型一个较佳实施例图1的A-A剖视图；图3 (a)是本实用新型一个较佳实施例发电用压电叠堆5a3输出电压波形图；图3(b)是本实用新型一个较佳实施例发电用压电叠堆5b3输出电压波形图；图3(c)是本实用新型一个较佳实施例整流后的发电电压波形图；图3(d)是本实用新型一个较佳实施例驱动用压电叠堆63供电电压波形图；图3(e)是本实用新型一个较佳实施例阻尼阀芯62的位移曲线图；图4(a)是本实用新型一个较佳实施例中供电前阻尼阀孔开度图；图4(b)是本实用新型一个较佳实施例中供电后阻尼阀孔开度图；图5是本实用新型一个较佳实施例的电控单元电路原理图。
具体实施方式
液压缸体1通过螺钉安装在主体4上，所述主体通过螺钉安装在底座7上；所述液压缸活塞2安装于缸体内部并将所述缸体分隔成缸体上腔和缸体下腔，所述缸体上腔通过管接头3与所述主体上的一组管道连通，所述缸体下腔与主体上的另一组管道连通；所述主体上的两组管道分别与阻尼调节阀6芯上的环槽连通；所述主体上的一组管道还与蓄能器9相连；所述主体上的两组管道还分别与两组发电装置5的流体腔相通，所述的发电装置和阻尼阀的压电叠堆分别通过导线与电控单元8连接。本实用新型所述发电装置由置于主体内部的流体腔、碟形弹簧一、发电腔活塞及发电用压电叠堆构成，所述碟形弹簧、发电腔活塞、发电用压电叠堆通过底座压接在主体内；本实用新型所述阻尼调节阀由阀芯、碟形弹簧及驱动用压电叠堆构成，所述阀芯、 碟形弹簧、驱动用压电叠堆通过底座压接在主体内，所述阀芯上设有环形槽。本实用新型所述电控单元主要包括整流桥、检波器、比较器、及一组控制开关构成，其功能是进行能量回收和阻尼阀开关控制。如图1、图2所示，由液压缸体1、液压缸活塞2、管接头3、安装有发电装置fe和发电装置恥及阻尼调节阀6的主体4、底座7、电控单元8、蓄能器9构成；所述发电装置fe 由置于主体4内部的碟形弹簧一 fel、发电腔活塞5a2及发电用压电叠堆5a3及流体腔构成；所述发电装置恥由置于主体4内部的碟形弹簧恥1、发电腔活塞5 及发电用压电叠堆5b3及流体腔5b4构成；所述阻尼调节阀6由碟形弹簧二 61、阀芯62及驱动用压电叠堆63构成；所述缸体1通过螺钉安装在主体4上，所述主体4通过螺钉安装在底座7上；所述活塞2安装于缸体1内部并将所述缸体1分隔成缸体上腔Cl和缸体下腔C2 ；所述缸体上腔Cl通过管接头3与所述主体4上的管道4 及41a连通，所述缸体下腔C2依次与主体4上的管道40、41b、42b及蓄能器9连通；所述管道4 及42b分别与阀芯62上的环槽连通；所述发电装置fe的碟形弹簧一 fel、活塞如2、发电用压电叠堆5a3通过底座7压接在主体4内；所述发电装置恥的碟形弹簧一、活塞恥2、发电用压电叠堆5b3通过底座 7压接在主体4内；所述阻尼调节阀6的碟形弹簧二 61、阀芯62、驱动用压电叠堆63通过底座7压接在主体4内；所述的实用新型电用压电叠堆5a3、5b3和驱动用63分别通过导线与电控单元8连接。如图1所示，在阻尼器非工作状态下，缸体上腔Cl、缸体下腔C2及主体4上的所有管道内的流体压力相等，均为蓄能器9的预置压力，实用新型用压电叠堆5a3和5b3受预压力，驱动用压电叠堆63不受流体压力作用，阀芯62处于常开状态。阻尼调节器进入稳态工作后，液压缸活塞2随振动主体上下运动，进而使系统内的流体压力、以及发电用压电叠堆 5a3和5b3受力状态发生变化，从而将流体的压力能转换成电能。所述发电用压电叠堆如3 和恥3生成的电能经导线输送给电控单元8，再经进一步转换处理后输送给驱动用压电叠堆63，驱动用压电叠堆63受电压作用伸长，从而减小阻尼孔的开度、增加阻尼力。特别地， 阻尼阀芯62的运动状态由发电用压电叠堆5a3和5b3所生成电压直接控制。如图1、图2所示，在稳态工作时，当液压缸活塞2受外力作用向上运动时，缸体上腔Cl内的流体压力升高、缸体下腔C2的流体压力降低，缸体上腔Cl内的液体经管接头3 进入主体4上的管道42a、流体腔5a4和管道41a，再经阀芯62上的环槽、主体4上管道42b 进入缸体下腔C2 ；同时，蓄能器9内的液体也经管道42b进入缸体下腔C2 ；由于管道41a、 42a和流体腔内流体压力升高，管道41b、42b和流体腔恥4的流体压力降低，发电用压电叠堆5a3被压缩、压电叠堆5b3在自身弹性力的作用下回复变形，其所生成的电压波形如图3(a) ,3(b)所示；当液压缸活塞2向下运动时，发电过程相似，仅压电叠堆5a3和5b3输出的电压波形相位发生变化。如图1、图4 (a)、图4 (b)所示，阻尼调节阀6的驱动压电叠堆63上电后伸长、推动阀芯62运动，从而使所述阀的有效通流面积减小，起到增加阻尼的效果；所述压电叠堆 63上电前、后阀芯62阻尼孔开度变化的对比如图4所示。图3(a) 图3(e)是本实用新型实施例中发/供电电压波形及阀芯位移的关系对比图；图3(a) ,3(b)所示的电压波形直接地反映了液压活塞1 (即振动主体)的振动情况，因此发电用压电叠堆5a3或5b3也具有振动检测传感器的功能。以振动主体(活塞2) 离开平衡位置时增加阻尼为目的，本实用新型电控单元8的控制原理如图5所示，主要包括整流桥81和85、极值检波器82、零点检波器83、比较器84、联动供电开关kl和放电开关k2 构成。为提高供电能力，本实用新型的发电装置fe和恥均包含至少一对完全相同的发电用压电叠堆5a3和恥3，且所述压电叠堆为多个时采用并联方式连接。发电装置fe和恥产生的电压分别经整流桥81和整流桥85整流，整流后的电压波形相同，如图3(c)所示。发电装置如输出的电压经整流后输出给检波器82和83进行电压波形检测，比较器83进行检测结果对比，再根据比较器83的对比结果控制开关kl和k2的通断。初始状态时供电开关kl接通，发电用压电叠堆 3、5b3及驱动用压电叠堆63
并联，所述发电用压电叠堆5a3、5b3产生的电压&直接施加到驱动用压电叠堆63两端
( = ^ )，阀芯62上移并使阻尼孔通流面积减小、阻尼增加；当J78达到极值时，供电开关
kl断开、放电开关k2接通，驱动用压电叠堆63两端电压降至零，所述驱动用压电叠堆
63在自身弹力的作用下缩短(恢复自然长度)，阀芯62在碟形弹簧作用下向下移动使阻尼
孔开度增加、阻尼减小；同时，^迅速降低，V欲降至零(相当于初始状态)时供电开关kl
接通、放电开关k2断开，驱动用压电叠堆63再次上电伸长并使阻尼增加；根据发电用压电叠堆电压波形的变化，开关kl和k2交替地接通与断开，从而实现了阻尼的自动调节功能。 驱动用压电叠堆63的供电电压及阀芯62的位移曲线如图3(d)和图3(e)所示。根据各压电叠堆并联前后总体电荷量相等的原则，压电叠堆63的供电电压为 InCJryi
=。
,其中，y为压电叠堆5&3和釙3的输出电压， 为压电叠堆63的电容、 c供为压电叠堆5a3和釙3的电容，/7为压电叠堆5a3和压电叠堆釙3的数量。
权利要求1.一种压电叠堆式自供能可调液压阻尼器，其特征在于，液压缸体通过螺钉安装在主体上，所述主体通过螺钉安装在底座上；所述液压缸活塞安装于缸体内部并将所述缸体分隔成缸体上腔和缸体下腔，所述缸体上腔通过管接头与所述主体上的一组管道连通，所述缸体下腔与主体上的另一组管道连通；所述主体上的两组管道分别与阻尼调节阀芯上的环槽连通；所述主体上的一组管道还与蓄能器相连；所述主体上的两组管道还分别与两组发电装置的流体腔相通，所述的发电装置和阻尼阀分别通过导线与电控单元连接。
2.根据权利要求1所述的压电叠堆式自供能可调液压阻尼器，其特征在于，所述发电装置由置于主体内部的流体腔、碟形弹簧一、发电腔活塞及发电用压电叠堆构成；所述碟形弹簧一、发电腔活塞、发电用压电叠堆通过底座压接在主体内。
3.根据权利要求1所述的压电叠堆式自供能可调液压阻尼器，其特征在于，所述阻尼调节阀由阀芯、碟形弹簧二及驱动用压电叠堆构成，所述阀芯、碟形弹簧二、驱动用压电叠堆通过底座压接在主体内，所述阀芯上设有环形槽。
专利摘要本实用新型涉及一种压电叠堆式自供能可调液压阻尼器，属于液压阻尼器。液压缸体通过螺钉安装在主体上，主体安装在底座上；所述液压缸活塞安装于缸体内部，所述缸体上腔通过管接头与所述主体上的一组管道连通，所述缸体下腔与主体上的另一组管道连通；所述主体上的两组管道分别与阻尼调节阀芯上的环槽连通；所述主体上的一组管道还与蓄能器相连；所述主体上的两组管道还分别与两组发电装置的流体腔相通。优点是，无需外界供能，无需额外的传感器、电机、液压泵等外围设备，根据环境振动情况自动进行阻尼调节，环境适应性强、控制方法简单、结构简单、体积小、集成度高。
文档编号H02N2/18GK202228583SQ201120348599
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月18日 优先权日2011年9月18日
发明者曾平, 王淑云, 程光明, 阚君武 申请人:浙江师范大学