一种用于高速工程机械座椅的固液弹簧隔振装置的制作方法

本发明属于隔振装置技术领域，具体涉及一种用于高速工程机械座椅的固液弹簧隔振装置。

背景技术：

高速工程机械具有极强的越野通过性能，适用于雪地、沙漠、山地、水域等复杂地形环境，在应急救援、极地科考和国防运输等军民快速机动建设领域广泛应用。由于作业环境恶劣，行驶路况复杂，且行走速度快，导致车身振动问题比较突出。其中，驾驶室座椅振动是影响驾驶员及乘员舒适性的重要因素。经测试发现，该类车辆座椅不舒适区域由低频冲击型振动所致，传统线性弹簧-阻尼隔振器则存在低固有频率和小静变形的矛盾，对此类振动的耗散能力较差，不满足车辆座椅的舒适性需求。

技术实现要素：

针对上述技术问题，提供了一种隔振能力强、刚度特性可调的用于高速工程机械座椅的固液弹簧隔振装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于高速工程机械座椅的固液弹簧隔振装置，包括外壳、齿轮齿条机构、杠杆机构、隔振机构和限位机构，所述外壳的外部设置有上端盖，所述上端盖通过外壳与上活塞套筒连接，所述齿轮齿条机构包括传动齿条、被动齿条、主齿轮、副齿轮和同轴齿轮，所述上活塞套筒的中部偏上处连接有传动齿条，所述传动齿条和主齿轮啮合，所述主齿轮和副齿轮啮合，所述副齿轮和同轴齿轮同轴传动，所述同轴齿轮与被动齿条啮合，所述外壳的内部设置有三脚架，主齿轮固定在三角架上，副齿轮和同轴齿轮同轴连接固定在三脚架上，所述杠杆机构包括杠杆和杠杆支座，所述被动齿条与杠杆的一端转动连接，所述杠杆转动连接有杠杆支座，所述杠杆的另一端与下活塞推杆转动连接，所述隔振机构包括下活塞、上活塞、活塞缸，所述下活塞推杆与下活塞连接，所述上活塞套筒的底部连接有上活塞，所述下活塞和上活塞分别连接在活塞缸的底部和顶部，所述活塞缸通过撑杆固定，所述活塞缸的内部设置有固液弹簧液压腔，所述固液弹簧液压腔的内部装有固液混合介质，所述限位机构包括直压杆和滑轮，所述滑轮设置在直压杆的一端。

所述固液混合介质为疏液纳米多孔材料颗粒及其相应的非浸润液体。

所述被动齿条和杠杆上均设置有轴销，所述轴销之间通过弹簧连接。

所述杠杆上设置有连接口，所述杠杆支座上设置有卡槽，所述连接口可以和卡槽转动连接，所述连接口至少有两个。

所述连接口均设置在杠杆的中部偏向活塞缸的位置。

所述三脚架上设有圆孔。

所述齿轮齿条机构、杠杆机构、限位机构分别设置有三组，且每组机构之间的夹角为120°。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、通过改变齿轮齿条及杠杆机构的放大比例，可以调节获得的所需压力，以适应不同载荷区间隔振需求；

2、通过调节固液弹簧参数（疏液纳米多孔材料颗粒的数量和材料及其相应的非浸润液体），可获得不同的非线性刚度-阻尼特性，进而实现振动耗散能力的匹配。

3、本发明的固液混合介质（例如：纳米多孔硅胶颗粒+水溶液），具有性能稳定、成本低和无污染等优势。

附图说明

图1为本发明的截面结构示意图；

图2为本发明的另一截面结构示意图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的三维结构示意图；

图5为固液弹簧非线性刚度特性曲线；

其中：1为上端盖，2为上活塞套筒，3为外壳，4为传动齿条，5为被动齿条，6为主齿轮，7为副齿轮，8为同轴齿轮，9为三脚架，10为杠杆，11为杠杆支座，12为下活塞推杆，13为下活塞，14为上活塞，15为活塞缸，16为撑杆，17为固液弹簧液压腔，18为直压杆，19为滑轮，20为轴销，21为弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于高速工程机械座椅的固液弹簧隔振装置，如图1、2、3、4所示，包括外壳、齿轮齿条机构、杠杆机构、隔振机构和限位机构，外壳3的外部设置有上端盖1，上端盖1通过外壳3与上活塞套筒2连接。齿轮齿条机构包括传动齿条4、被动齿条5、主齿轮6、副齿轮7和同轴齿轮8，上活塞套筒2的中部偏上处连接有传动齿条4，传动齿条4和主齿轮6啮合，主齿轮6和副齿轮7啮合，副齿轮7和同轴齿轮8同轴传动，同轴齿轮8与被动齿条5啮合，外壳3的内部设置有三脚架9，主齿轮6固定在三角架上，副齿轮7和同轴齿轮8同轴连接固定在三脚架上。杠杆机构包括杠杆10和杠杆支座11，被动齿条5与杠杆10的一端转动连接，杠杆10转动连接有杠杆支座11，杠杆10的另一端与下活塞推杆12转动连接。隔振机构包括下活塞13、上活塞14、活塞缸15，下活塞推杆12与下活塞13连接，上活塞套筒2的底部连接有上活塞14，下活塞13和上活塞14分别连接在活塞缸15的底部和顶部，活塞缸15通过撑杆16固定，活塞缸15的内部设置有固液弹簧液压腔17，固液弹簧液压腔17的内部装有固液混合介质。限位机构包括直压杆18和滑轮19，滑轮19设置在直压杆18的一端。该隔振装置安置于车辆座椅和驾驶室地板之间，即外壳3底部固定在驾驶室地板上，上端盖1与座椅下表面相连，当人坐在座椅且受到振动激励时，上端盖受压带动上活塞14向下移动，上活塞移动时，传动齿条4受力且由于三脚架9以及直压杆18的限位作用，通过主齿轮6与滑轮19的滚动向前滑动，使得主齿轮6滚动，主齿轮6带动副齿轮7转动，从而带动被动齿条5向下位移，被动齿条5与杠杆10的一端转动连接，位移时力作用在杠杆10的一端，利用杠杆放大的原理，使得下活塞13获得向上的放大力，达到临界力以上时，进而驱动固液弹簧运行，实现对座椅振动能量的吸收和损耗，提高座椅舒适性。

进一步，固液混合介质为疏液纳米多孔材料颗粒及其相应的非浸润液体，纳米多孔材料颗粒表面遍布直径在几微米到几十微米之间的纳米级疏液孔系。由于毛细斥力和势能梯度的作用，非浸润液体在常温常压下不会自发流入疏液孔系。当外载大于临界压强值时，非浸润液体的孔外势能高于其孔内值，此时液体将克服毛细斥力的作用被压入疏液孔内，并逐步充满整个疏液孔。在该过程中，宏观相液体转化成纳米相液体并伴随着固-液相界面产生，从而将部分振动能转化为固-液相界面储存在固液混合介质，以达到能量吸收的目的。在外载卸载后，非浸润液体的孔外势能低于其孔内值，势能梯度驱使孔内的液体流出孔外，系统恢复到加载前的状态。在上述加载和卸载过程中，所吸收的部分振动能通过固-液界面之间的摩擦而以热的形式耗散掉，达到隔振效果，且如图5所述呈现高静低动非线性刚度特性。优选的采用纳米多孔硅胶颗粒和水溶液，可以通过调节纳米多孔硅胶颗粒和水溶液的参数，获得不同的非线性刚度-阻尼特性，进而实现振动耗散能力的匹配。

进一步，被动齿条5和杠杆10上均设置有轴销20，轴销20之间通过弹簧21连接，轴销20与弹簧21设置的作用为降低被动齿条5与杠杆10之间的互相干涉对零件的影响。

进一步，杠杆10上设置有连接口，杠杆支座11上设置有卡槽，连接口可以和卡槽转动连接，优选的，连接口至少有两个，可以使杠杆机构调节获得不同的压力，以适应不同载荷区间的隔振需求。

进一步，连接口均设置在杠杆10的中部偏向活塞缸15的位置，可以通过杠杆10对下活塞13产生向上的放大力。

进一步，优选的，三脚架9上设有圆孔，既符合轻量化设计，也能增大三脚架的承受能力。

进一步，优选的，齿轮齿条机构、杠杆机构、限位机构分别设置有三组，且每组机构之间的夹角为120°，可以使隔振机构吸收不同方向的振动，且在振动较小时可以提供平衡的支撑力。

本发明的工作流程为：当工程机械高速移动时，振动较小且频率高，此时振动力不足以激发固液弹簧，隔振系统整体表现为高刚度特性，具有很好的支撑能力；当工程机械作业时，受到低频冲击型大幅振动，此时振动力通过杠杆机构放大后，高于固液弹簧的临界力，固液弹簧运行，隔振系统整体表现为准零刚度特性，具有较低隔振频率和较高振动耗散能力，提高作业时座椅的舒适性。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。