一种基于振动发电智能变阻尼半主动吸振胶垫的制作方法

本发明涉及液压管路振动控制领域，尤其涉及一种采用智能材料实现半主动振动控制的吸振胶垫。

背景技术：

随着液压技术向高速高压化发展，液压系统中的振动与噪声造成的危害也日趋严重。液压系统的振动主要来自两方面：机械振动和流体振动。机械振动主要来源于回转零件的不平衡、联轴器的振动以及管路和油箱的受迫振动；流体振动主要来源于液压泵的流量脉动、阀类元件的动作引起的振动、气穴引起的振动以及紊流与涡流引起的振动。振动与噪声影响液压系统的工作性能，缩短液压元件的使用寿命，因此采取有效措施降低其危害，是液压系统设计中必须面对和解决的问题。

液压管路是液压系统中重要的辅助元件，液压泵工作产生的流量脉动和机械振动绝大部分通过液压管路向系统中传递，而管路长期持续振动会造成管壁和支架的疲劳破坏，最终导致管路系统失效。而安装管路支架，并在支架与管路之间安装弹性阻尼材料是控制管路振动的常见方式。其中橡胶、硅胶、沥青等是最为常见的阻尼材料，但它们都存在性能参数固定不变、可控的振动频率范围较窄的问题，无法满足高速高压发展趋势下液压系统宽频域振动控制的需求。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种能够根据液压管路系统振动频率、幅值变化而实时改变阻尼值的基于振动发电智能变阻尼半主动吸振胶垫。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述吸振胶垫包括振动发电层、介电弹性体层和橡胶层，振动发电层、介电弹性体层、橡胶层依次粘合组成三层复合式结构；振动发电层作为吸振胶垫的内层，橡胶层作为吸振胶垫的外层。

进一步的，所述振动发电层由主体软橡胶、FDT压电薄膜、导电极板A、导电极板B、电路保护及控制部件组成；导电极板A、电路保护及控制部件、导电极板B、FDT压电薄膜依次粘合后置入主体软橡胶中，且导电极板A与介电弹性体层接触。

进一步的，所述的介电弹性层为硅橡胶与PHT复合而成的智能阻尼材料。

进一步的，所述电路保护及控制部件由电压输入接头、整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容和电压输出接头组成；电压输入接头、整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容和电压输出接头依次连接，电压输入接头与导电极板B接触，电压输出接头与导电极板A接触；电压输入接头将产生的电能传输到整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容，经处理后的电能通过电压输出接头传输到与导电极板A上，继而将电能输出至介电弹性体。

进一步的，所述的FDT压电薄膜为1-3型压电复合材料，由一维的压电陶瓷柱平行地排列于三维连通的聚合物中构成的两相压电复合材料。

进一步的，所述导电极板A和导电极板B为具有韧性的钢板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、能利用橡胶材料吸收频率在管路振动基频附近一定范围内的振动，同时也能将液压管路外壁的频率远离振动基频范围的振动以振动发电的形式转化为电能，并将其用于改变智能阻尼材料的阻尼系数：振动频率高、振动幅值大时，产生的电能大，智能阻尼材料阻尼值大；振动频率低、振动幅值小时，产生的电能小，智能阻尼材料阻尼值小。实现根据管路振动的频率和幅值的大小，智能匹配阻尼系数来降低其振动频率和振幅、吸收振动的目的。

2、在使用过程中能够根据管路参数随意裁剪、便于使用。

3、电路元器件均选用微型元件，结构小巧，易于安装。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的振动发电层的截面图。

图3是本发明的电路保护及控制部件的布局示意图。

图4是本发明的电路保护及控制部件的电路图。

附图标号：1-振动发电层、2-介电弹性体层、3-橡胶层、4-主体软橡胶、5-FDT压电薄膜、6-导电极板A、7-导电极板B、8-电路保护及控制部件、9-电压输入接头、10-整流桥路、11-LM2907控制器、12-LC振荡电路、13-C2超级电容、14-电压输出接头、15-与介电弹性体层接触的导电极板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述吸振胶垫包括振动发电层1、介电弹性体层2和橡胶层3，振动发电层、介电弹性体层、橡胶层依次粘合组成三层复合式结构；振动发电层作为吸振胶垫的内层，橡胶层作为吸振胶垫的外层。

介电弹性层为硅橡胶与PHT复合而成的智能阻尼材料。当通过导电极板输出到介电弹性体的电压数值较高时，介电弹性体呈现高阻尼的特性；当通过导电极板输出到介电弹性体的电压数值较低时，介电弹性体呈现出低阻尼特性。

如图2所示，振动发电层由主体软橡胶4、FDT压电薄膜5、导电极板A6、导电极板B7、电路保护及控制部件8组成；导电极板A、电路保护及控制部件、导电极板B、FDT压电薄膜依次粘合后置入主体软橡胶中，且导电极板A与介电弹性体层接触。导电极板A和导电极板B为具有一定韧性的钢板，用于电压的传导。

FDT压电薄膜为1-3型压电复合材料，由一维的压电陶瓷柱平行地排列于三维连通的聚合物中构成的两相压电复合材料。具有很高的压电电压系数和较好的柔韧性。当管路振动时，FDT压电薄膜受压，其正压电效应会产生一定电压。

如图3所示，电路保护及控制部件由电压输入接头9、整流桥路10、LM2907控制器11、LC振荡电路12、C2超级电容13和电压输出接头14组成；电压输入接头、整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容和电压输出接头依次连接，电压输入接头与导电极板B接触，电压输出接头与导电极板A接触；电压输入接头将产生的电能传输到整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容，经处理后的电能通过电压输出接头传输到与导电极板A上，继而将电能输出至介电弹性体。

如图4所示，C1超级电容器15，C1、C2超级电容具有充电速率快和充电电路简单的优点，是介于电容器和电池之间的储能器件，它既能具有电容器的可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。两电容共同组成滤波电路，使电路中尽量减少输出电压中的交流分量，使之接近理想的直流电压。C1与L1构成电荷转移电路，有电压电流输入后，电路开始LC振荡，既可以存储振动产生的电量，又可以通过电感消耗。四个二极管组成全桥整流电路，可以输出单向、平稳电压。LM2907N为集成式频率/电压微型转换器。芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，它是具有高增益运算放大器/比较器的单片集成电路。其输出电压与输入频率成正比。当从振动发电层输入电压时，控制器可把频率信号转换成电压数值信号，再输出到下一级。

本发明的工作流程如下：

当管路发生振动时，频率在管路振动基频附近一定范围内的振动直接由振动发电层的主体软橡胶和橡胶层吸收；频率远离管路振动基频范围的振动则通过介电弹性层吸收。

利用管路振动产生的能量使安装在内部的振动发电层产生电压，电压经由发电层的正负极接头、导电极板AB、电路保护及控制部件电压输入接头输出到由整流桥路、LM2907控制器、LC振荡电路、C2超级电容构成的电路保护及控制部件上。管路振动频率较高时，振动发电层产生的电压频率相应较高，管路振动幅值较大时，振动发电层产生的电压数值相应变大，当高频率或高数值的电压输入到电路保护及控制部件时，控制器会把高频率或高幅值的电压信号统一调整为高数值的电压信号；同理，当管路振动频率较低或振动幅值较小时，经过电路处理后输出低数值的电压信号。若为高电压信号，电路存储并消耗过高电量，若为低电压信号，电路正常工作。输出的电压信号通过电路保护及控制部件的电压输出接头，输入到与介电弹性体层接触的导电极板上，继而将电压作用于介电弹性体。阻尼可变的的介电弹性体是具有高介电常数的弹性体材料，其在外界电刺激下可改变形状或体积，当接受不同的电信号时，自身呈现与电信号相对应的阻尼特性，即：高电压信号为高阻尼特性，低电压信号为低阻尼特性，实现吸收频率在管路振动基频范围外振动的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。