一种气动-磁流变液集成型隔振系统的制作方法

一种气动-磁流变液集成型隔振系统的制作方法
【专利摘要】一种气动-磁流变液集成型隔振系统包括工作气缸、辅助气缸、工作液缸、活塞杆组件、磁流变液阻尼控制阀、气动开关控制阀组件、气动阻尼节流组件、基础平台、承载平台、活塞杆位移传感器、辅助活塞位移传感器、基础平台加速度传感器、承载平台加速度传感器、力传感器、第一端口压力传感器、第二端口压力传感器、第三端口压力传感器、第四端口压力传感器、第五端口压力传感器、输入信号处理器、输出信号驱动模块以及控制器。本实用新型的隔振系统具有结构紧凑，能量消耗少，密封要求低，大范围可调刚度、阻尼和高度，方便灵活实现多种主被动控制方式等优点。
【专利说明】 一种气动-磁流变液集成型隔振系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及磁流变液体和气动隔振装置以及隔振装置设计【技术领域】，更具体地涉及一种具有独立刚度、阻尼和高度控制且具有紧凑结构的气动-磁流变液集成型隔振系统，该隔振系统可用于在机械、航空航天、车辆等领域中的可变工作状况下的智能振动隔离和冲击吸收。
【背景技术】
[0002]隔振器是一种连接在设备和基础之间的弹性元件，用以减少或消除由设备传递到基础的振动力和由基础传递到设备的振动。隔振器已经广范应用于各种工业领域如车辆悬挂装置、飞机起落架和舰船敏感仪器的隔振保护等，它对保护被隔离装备或仪器，保证其正常工作具有重要的意义。气动隔振器具有承载力大、自然频率低、成本低、维护简单、清洁无污染、工作介质安全可靠和工作环境适应性好等优点，在高精度机械、测量仪器和地震隔离等场合具有重要的应用。但是，单腔气动隔振器一般需要较大的容腔体积来模拟线性弹簧效果，且因本身不具有足够的阻尼而容易导致隔振中出现较大的谐振峰。通过节流阀口引入阻尼的双腔气动隔振器可以有效改善系统低频时谐振峰值过大的缺点，但附加的节流阀口流量动力学和气腔压力微分动力学的复杂关系使得其刚度与阻尼具有耦合影响，不利于控制器设计。磁流变液是一种铁磁粒子均匀悬浮于载体中的智能材料。在外界磁场作用下，磁流变液的粘度和屈服应力能迅速发生变化，产生较大的阻尼力；而在磁场消失时又迅速恢复其流动特性。磁流变技术具有可控性强、动态屈服强度大、功率消耗低、抗污染能力强等优点，非常适合于在振动隔离和缓冲装置中作为阻尼器吸收振动能量。现有的磁流变阻尼器在应用中一般是与被动弹簧一起构成隔振器，实现单一振动隔离或冲击吸收等功能。近年来，将磁流变液阻尼技术和气动控制技术相结合的系统得到一定的发展。如美国专利US6302249B1 (linear-acting controllable pneumatic actuator and motion controlapparatus including a field responsive medium and control method therefor)和中国专利CN2900921Y (磁流变阻尼器及其磁流变气动伺服系统)涉及在气动系统中嵌入磁流变液制动器实现气动系统的高精度控制。中国专利CN102287472A(串联型单筒磁流变油气弹簧)涉及一种加入磁流变液的油气弹簧。美国专利US20040212132A1 (Shock, vibrationand acoustic isolation system)涉及一种内部嵌入磁流变液阻尼器的空气弹簧隔振装置。将气动弹簧的可变刚度和磁流变液的可变阻尼结合在一起，紧凑型的具有非线性刚度和非线性阻尼独立调节的以满足多种应用场合的多功能减震和隔振器的设计是隔振器设计的一种有益尝试，将在集成型冲击和隔振一体化减震隔振器、智能型飞机起落架软硬着陆隔振系统和路面刚度自适应的汽车悬挂等系统中具有较好的应用前景。
[0003]美国专利US7930150B2 (Method of designing magnetorheological fluidenergy absorbing device using hydromechanical analysis)提供了一种双摺叠型流动式磁流变液阻尼器的设计方法。该方法选取一定空间结构约束下的磁流变液阻尼阀的集中参数(如宾汉数)，基于有限元分析方法获得相应的磁场强度，然后逐步调节设计参数使之满足预先设定的阻尼性能(如最大阻尼力和零电流阻尼力)。本实用新型专利申请中，组成隔振系统的重要元素不仅包括磁流变液阻尼部件，也包括气动弹簧部件。整个系统在机械结构和磁场特性相关参数上都具有较多的设计变量(如气腔工作压力、气腔容积、压力增量、容积增量、阻尼单元结构尺寸和励磁电流等)，并且各种设计变量对可得的系统静态和动态性能存在复杂的非线性相互耦合影响；且性能影响的量化分析因涉及具体不同的结构尺寸和实际应用约束而有较大差别，不利于建立统一的比较分析原则。因此，对气动弹簧和磁流变液阻尼元件组成的隔振系统提供一种基于无量纲设计参数且有利于最优化设计或方便的参数敏感度分析的通用设计方法，并根据实际应用情况获取具体物理参数的分层型设计方法具有重要意义，是实现其模块化系统设计和应用的关键。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供了一种具有多功能主被动综合控制功能、独立可调刚度、阻尼和高度的气动-磁流变液集成型隔振装置及其系统化设计方法，依据所提供的系统设计方法设计的此类隔振器可广泛应用于各种振动隔离场合。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]本实用新型提供了一种气动-磁流变液集成型隔振系统，该隔振系统包括工作气缸28、辅助气缸29、工作液缸27、活塞杆组件50、磁流变液阻尼控制阀30、气动开关控制阀组件31、气动阻尼节流组件32、基础平台20、承载平台2、活塞杆位移传感器41a、辅助活塞位移传感器4lb、基础平台加速度传感器40b、承载平台加速度传感器40a、力传感器39a、第一端口压力传感器38a、第二端口压力传感器38b、第三端口压力传感器38c、第四端口压力传感器38d、第五端口压力传感器38e、输入信号处理器37、输出信号驱动模块36以及控制器47 ；
[0007]所述工作气缸28包括工作气缸内缸筒18、第一工作气缸端盖11a、第二工作气缸端盖lib、第一端口 P3、第二端口 P4 ;其中，所述工作气缸内缸筒18两端开口，其两端开口分别被所述第一工作气缸端盖Ila和所述第二工作气缸端盖Ilb封闭，形成所述工作气缸28的内部区域；所述工作气缸28的内部区域填充有压缩空气，并设置有工作气腔活塞14，该工作气腔活塞14外壁上设置有工作气腔活塞密封组件15，该工作气腔活塞14可滑动地穿设于所述工作气缸内缸筒18中，且该工作气腔活塞密封组件15的外边缘与该工作气缸内缸筒18的内壁紧密贴合，从而将所述工作气缸28的内部区域分隔成两个工作腔室:第一工作气腔12a和第二工作气腔12b ;所述第一端口 P3开设于所述第一工作气缸端盖I Ia上，且与所述第一工作气腔12a连通；所述第二端口 P4开设于所述第二工作气缸端盖Ilb上，且与所述第二工作气腔12b连通；
[0008]所述气动开关控制阀组件31上开设有第三端口 A、第四端口 B以及第五端口 C ;所述第一端口 P3通过气管34与所述第三端口 A连通，所述第二端口 P4通过气管34与所述第五端口 C连通；所述第一工作气腔12a和所述第二工作气腔12b的压力通过所述气动开关控制阀组件31的所述第三端口 A和所述第五端口 C充放气来控制；
[0009]所述工作液缸27与所述工作气缸28同轴连接，且固定地安装在所述第一工作气缸端盖Ila上；该工作液缸27包括工作液缸内缸筒7、第一工作液缸端盖5a、第二工作液缸端盖5b、第六端口 P1、第七端口 P2 ;其中，所述工作液缸内缸筒7两端开口，其两端开口分别被所述第一工作液缸端盖5a和所述第二工作液缸端盖5b封闭，形成所述工作液缸27的内部区域；该工作液缸27的内部区域设置有工作液腔活塞10，该工作液腔活塞10的外壁上固定地套设有液腔活塞密封组件9，该工作液腔活塞10可滑动地穿设于所述工作液缸内缸筒7中，且该液腔活塞密封组件9的外边缘与该工作液缸内缸筒7的内壁紧密贴合，将所述工作液缸27的内部区域分隔成第一液腔8a和第二液腔8b ;所述第六端口 Pl开设于所述第一工作液缸端盖5a上，且与所述第一液腔8a连通；所述第七端口 P2开设于所述第二工作液缸端盖5b上，且与所述第二液腔Sb连通；所述第六端口 Pl和所述第七端口 P2分别通过所述工作液缸27旁路的液压管道33与所述磁流变液阻尼控制阀30相连接；磁流变液63充满所述第一液腔8a、所述第二液腔Sb、所述液压管道33和所述磁流变液阻尼控制阀30的腔体；所述磁流变液63的流变特性通过所述磁流变液阻尼控制阀30调节；
[0010]所述辅助气缸29固定地安装于所述工作气缸28上，该辅助气缸29包括辅助气缸内缸筒24、第一辅助气缸端盖21a、第二辅助气缸端盖21b、第八端口 P5、第九端口 P6、辅助气腔活塞26及其辅助气腔活塞密封组件25 ;所述辅助气缸内缸筒24两端开口，该辅助气缸内缸筒24的两端开口分别被所述第一辅助气缸端盖21a和所述第二辅助气缸端盖21b封闭，形成所述辅助气缸29的内部区域；所述辅助气缸29的内部区域设置有所述辅助气腔活塞26，该辅助气腔活塞26外壁上固定地套设有所述辅助气腔活塞密封组件25，该辅助气腔活塞26可滑动地穿设于所述辅助气缸内缸筒24中，且该辅助气腔活塞密封组件25的外边缘与该辅助气缸内缸筒24的内壁紧密贴合，从而将所述辅助气缸29的内部区域分成第一辅助气腔23a和第二辅助气腔23b ;所述第八端口 P5开设于所述第一辅助气缸端盖21a上，与所述第一辅助气腔23a连通；所述第九端口 P6开设于所述第二辅助气缸端盖21b上，且与所述第二辅助气腔23b连通；所述第八端口 P5还通过气管34与所述第四端口 B连通；所述第二辅助气腔23b的有效工作容积可通过调节所述气动开关控制阀组件31的所述第四端口 B充放气来控制；
[0011]所述气动阻尼节流组件32通过气管34经所述第九端口 P6与所述第二辅助气腔23b相连，还通过气管34经所述第二端口 P4与所述第二工作气腔12b相连；
[0012]所述第二工作气缸端盖Ilb与所述第二辅助气缸端盖21b并行或同心连接；
[0013]所述第二工作气缸端盖Ilb的底部与所述第二辅助气缸端盖21b的底部安装有同一所述基础平台20，该基础平台20用于接收来自环境的干扰和振动；
[0014]所述活塞杆组件50包括液腔活塞杆3、所述工作液腔活塞10及其所述液腔活塞密封组件9、工作气腔活塞杆13、所述工作气腔活塞14及其所述工作气腔活塞密封组件15 ；所述液腔活塞杆3顺次与所述工作液腔活塞10、所述工作气腔活塞杆13同轴连接，且所述工作气腔活塞杆13与所述工作气腔活塞14同轴连接；
[0015]所述第一工作液缸端盖5a上还开设有第一轴孔，所述第二工作液缸端盖5b上还开设有第二轴孔，所述第一工作气缸端盖Ila上还开设有第三轴孔，所述活塞杆组件50顺次可滑动地穿设于所述第一轴孔、所述第二轴孔和所述第三轴孔中；
[0016]所述液腔活塞杆3的远离所述工作气缸28的一端，连接所述力传感器39a后与所述承载平台2相连，接收被隔振或吸振的负载I ;
[0017]所述气动开关控制阀组件31的输入端还与气源发生及处理单元35的输出端相接；所述输出信号驱动模块36包括功率放大器36b和电流放大模块36a ;所述功率放大器36b的第一输出端与所述气动开关控制阀组件31电性连接，用于产生开关阀电压控制信号45 ;所述功率放大器36b的第二输出端与所述气动阻尼节流组件32电性连接，用于产生节流阀电压控制信号46 ;所述电流放大模块36a的输出端与所述磁流变液阻尼控制阀30电性连接，用于产生励磁电流控制信号44 ;所述输出信号驱动模块36的输入端与所述控制器47的输出端电性连接，用于接收由所述控制器47产生的执行器控制信号43 ；
[0018]所述力传感器39a设置在所述活塞杆组件50和所述承载平台2之间，用于检测所述活塞杆组件50的输出力；所述活塞杆位移传感器41a安装于所述工作液缸27上，用于检测所述活塞杆组件50的运动位移；所述辅助活塞位移传感器41b安装于所述辅助气缸29上，用于检测所述辅助气腔活塞26的位移；所述第一端口压力传感器38a的压力检测端口与所述第一液腔8a的所述第六端口 Pl连通，用于检测该第一液腔8a的内部压力；所述第二端口压力传感器38b的压力检测端口与所述第二液腔8b的所述第七端口 P2连通，用于检测所述第二液腔8b的内部压力；所述第三端口压力传感器38c的压力检测端口与所述第一工作气腔12a的所述第一端口 P3连通，用于检测该第一工作气腔12a的内部压力；所述第五端口压力传感器38e的压力检测端口与所述第二工作气腔12b的所述第二端口 P4连通，用于检测所述第二工作气腔12b的内部压力；所述第四端口压力传感器38d的压力检测端口与所述第一辅助气腔23a的所述第八端口 P5连通，用于检测所述第一辅助气腔23a的内部压力；所述基础平台加速度传感器40b设置在所述基础平台20上，用于检测该基础平台20的振动加速度，所述承载平台加速度传感器40a设置在所述承载平台2上，用于检测该承载平台2的振动加速度；
[0019]所述输入信号处理器37包括压力传感器输入信号处理器37a、加速度传感器输入信号处理器37c、力传感器输入信号处理器37b以及位移传感器输入信号处理器37d ；
[0020]所述第一端口压力传感器38a、所述第二端口压力传感器38b、所述第三端口压力传感器38c、所述第四端口压力传感器38d、所述第五端口压力传感器38e各自的输出端分别与所述压力传感器输入信号处理器37a的输入端电性连接；所述承载平台加速度传感器40a和所述基础平台加速度传感器40b各自的输出端分别与所述加速度传感器输入信号处理器37c的输入端电性连接；所述力传感器39a的输出端与所述力传感器输入信号处理器37b的输入端电性连接；所述活塞杆位移传感器41a和所述辅助活塞位移传感器41b的各自输出端分别与所述位移传感器输入信号处理器37d的输入端电性连接；所述压力传感器输入信号处理器37a、所述加速度传感器输入信号处理器37c、所述力传感器输入信号处理器37b以及所述位移传感器输入信号处理器37d各自的输出端分别与所述控制器47的输入端口总线电性连接，用于输出信号数据42。
[0021]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述第一工作气缸端盖Ila和所述工作气缸内缸筒18之间设置有第一气缸端部缓冲垫19a ;所述第二工作气缸端盖Ilb和所述工作气缸内缸筒18之间设置有第二气缸端部缓冲垫19b。
[0022]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述第一工作液缸端盖5a和所述工作液缸内缸筒7之间设置有第一液缸端部缓冲垫6a ;所述第二工作液缸端盖5b和所述工作液缸内缸筒7之间设置有第二液缸端部缓冲垫6b。
[0023]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述第一辅助气缸端盖21a和所述辅助气缸内缸筒24之间设置有第一辅助气缸端部缓冲垫22a ;所述第二辅助气缸端盖21b和所述辅助气缸内缸筒24之间设置有第二辅助气缸端部缓冲垫22b。
[0024]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述气动阻尼节流组件32为气动流量阀、节流管道、设置在所述第二工作气缸端盖Ilb上的阻尼孔和设置在所述第二辅助气缸端盖21b上的阻尼孔中的任意一种。
[0025]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述第二工作液缸端盖5b与所述第一工作气缸端盖Ila可通过螺接或焊接成一体。
[0026]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，处于所述第一液腔8a中的所述液腔活塞杆3的作用面积、处于所述第二液腔Sb的所述工作气腔活塞杆13的作用面积以及处于所述第一工作气腔12a中的所述工作气腔活塞杆13的作用面积相同。
[0027]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述气动开关控制阀组件31包括用于控制所述第三端口 A的充放气量的第一开关阀装置31a，用于控制所述第四端口 B的充放气量的所述第二开关阀装置31b，以及用于控制所述第五端口 C的充放气量的所述第三开关阀装置31c ;所述第一开关阀装置31a包括输出端与所述第一工作气腔12a连通，用于控制向该第一工作气腔12a中充放气的第一开关阀Vai和输出端与外界环境连通的第二开关阀Va2，所述第一开关阀Vai的输入端和所述第二开关阀Va2的输入端均与气泵Ps的输出端相连；所述第二开关阀装置31b包括输出端与所述第一辅助气腔23a连通，用于控制向该第一辅助气腔23a中充放气的第三开关阀Vbi和输出端与外界环境连通的第四开关阀Vb2 ;所述第三开关阀Vbi的输入端和所述第四开关阀Vb2的输入端均与所述气泵Ps的输出端相连；所述第三开关阀装置31c包括输出端与所述第二工作气腔12b连通，用于控制向该第二工作气腔12b中充放气的第五开关阀Va和输出端与外界环境连通的第六开关阀Vk ;所述第五开关阀Va的输入端和所述第六开关阀\2的输入端均与所述气泵Ps的输出端相连。
[0028]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述磁流变液阻尼控制阀30包括左端盖73a、右端盖73b、左轮幅74a、右轮幅74b、由导磁材料构成的外缸筒66、由非导磁材料构成的绕线筒78、由导磁材料构成的阀芯A64，由导磁材料构成的左阀芯B65a、右阀芯B65b ;所述外缸筒66为中空筒状结构，所述左端盖73a通过左端盖径向密封组件61a密封该外缸筒66 —端,所述右端盖73b通过右端盖径向密封组件61b密封该外缸筒66另一端，从而使所述外缸筒66内部形成有容置空间；所述左端盖73a中部开设有左侧管路螺纹接口 71a和第一台阶孔72a ;所述左侧管路螺纹接口 71a和所述第一台阶孔72a相连通，并一起贯穿该左端盖73a ;该左侧管路螺纹接口 71a外侧开口与所述第六端口 Pl连通，所述右端盖73b中部开设有右侧管路螺纹接口 71b和第二台阶孔72b ;所述右侧管路螺纹接口 71b和所述第二台阶孔72b相连通，并一起贯穿该右端盖73b ;该右侧管路螺纹接口 71b外侧开口与所述第七端口 P2相连通；所述左轮幅74a、所述右轮幅74b和所述阀芯A64均设置于所述外缸筒66的容置空间中，且所述左轮幅74a、所述右轮幅74b分别抵持于所述左端盖73a和所述右端盖73b ;所述左轮幅74a上开设有贯穿该左轮幅74a，并与所述第一台阶孔72a相连通的第一均布孔69a ;所述右轮幅74b上还开设有贯穿该右轮幅74b，并与所述第二台阶孔72b相连通的第二均布孔69b ;所述左轮幅74a还通过左套筒径向密封组件62a与所述外缸筒66密封配合；所述右轮幅74b通过右套筒径向密封组件62b与所述外缸筒66密封配合；所述阀芯A64为剖面呈工字型的回转体，并设置在所述左轮幅74a和所述右轮幅74b之间，分别与所述左轮幅74a和所述右轮幅74b同轴连接，所述阀芯A64还分别通过左阀芯A轴向密封圈75a和右阀芯A轴向密封圈75b与所述左轮幅74a和所述右轮幅74b密封配合；所述左阀芯B65a、所述右阀芯B65b以及所述绕线筒78分别同轴套设在所述阀芯A64外侧；所述绕线筒78同轴设置在所述左阀芯B65a、所述右阀芯B65b之间；所述右阀芯B64b通过定位销钉82安装于所述绕线筒78 ;所述绕线筒78上缠绕有线圈80 ;所述线圈80与所述外缸筒66之间形成有线圈容腔81 ;所述左阀芯B65a、所述右阀芯B65b分别与所述阀芯A64之间具有工作间隙通道77 ;所述绕线筒78与所述阀芯A64之间具有非工作间隙通道79 ;所述工作间隙通道77与所述非工作间隙通道79相连通，还分别与所述第一均布孔69a和所述第二均布孔69b相连通；所述左阀芯B65a固定连接于所述左轮幅74a，且所述左轮幅74a通过左阀芯B轴向密封圈76a与所述左阀芯B65a密封配合；所述右阀芯B65b固定连接于所述右轮幅74b，且所述右轮幅74b通过右阀芯B轴向密封圈76b与所述右阀芯B65b密封配合；磁流变液63在所述第六端口 Pl经所述左侧管路螺纹接口 71a、所述第一台阶孔72a、所述第一均布孔69a、所述工作间隙通道77、所述非工作间隙通道79、所述第二均布孔6%、所述第二台阶孔72b以及所述右侧管路螺纹接口 71b之后到所述第七端口 P2之间的腔体内流动，且与其他外界环境隔离。
[0029]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述左端盖73a的外侧面和所述右端盖73b的外侧面分别设置有螺纹接口 70，用于将所述磁流变液阻尼控制阀30与所述工作液缸27的固定连接。
[0030]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述工作间隙通道77的间隙小于所述非工作间隙通道79的间隙。
[0031]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，所述磁流变液阻尼控制阀30包括用于产生磁场的磁流变液阻尼单元83，该磁流变液阻尼单元83包括所述外缸筒66、所述绕线筒78、所述阀芯A64、所述左阀芯B65a、所述右阀芯B65b、所述线圈80、所述线圈容腔81、所述工作间隙通道77、所述非工作间隙通道79、所述磁流变液63。
[0032]本实用新型上述的气动-磁流变液集成型隔振系统中，多个所述磁流变液阻尼单元83同轴固定连接，并且使多个所述线圈80反并联连接。
[0033]本实用新型与【背景技术】相比具有的有益的效果有:本实用新型可充分利用工作气缸的有益非线性可调刚度和磁流变液阻尼单元的有益非线性可调阻尼特性，采用低能耗的气动开关控制阀组件和磁流变液阻尼控制阀来独立调节隔振系统的刚度和阻尼，从而进行多功能有效振动隔离，具有结构紧凑，能量消耗少，密封要求低，大范围可调刚度、阻尼和高度，方便灵活实现多种主被动控制方式等优点。本实用新型的通用型和模块化配置的磁流变液阻尼单元结构隔离了线圈引线和磁流变液，从而有效防止线圈过热现象的产生；且采用工作间隙通道和非工作间隙通道差异的结构有利于产生较低的粘性阻尼力。本实用新型还提供的针对气动-磁流变液集成型隔振系统的无量纲分层型解析优化设计方法具有设计步骤条理清晰，且因其独立于各种具体硬件配置而适应强，有效的参数敏感度分析对可得的系统静态和动态性能提供直观有效的量化分析和评估从而方便确定合适的设计参数和范围等优点。该实用新型产品可灵活应用于多种振动控制和隔离场合(特别是各种有可变刚度和阻尼需求的振动隔离和冲击吸收等场合):如集成型冲击和隔振一体化隔振器，智能化飞机起落架软硬着陆隔振系统，路面刚度自适应的汽车悬挂系统等。【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是本实用新型实施例的气动-磁流变液集成型隔振系统的示意图；
[0035]图2a、2b、2c是图1所示的气动开关控制阀组件的气路示意图；
[0036]图3是本实用新型实施例的单线圈式磁流变液阻尼控制阀的结构原理图；
[0037]图4是本实用新型另一实施例的多线圈式磁流变液阻尼控制阀的结构原理图；
[0038]图5a是本实用新型实施例的将磁流变液阻尼单元嵌入工作液缸的工作液腔活塞的不意图；
[0039]图5b是本实用新型实施例的将磁流变液阻尼控制阀旁路配置于工作液缸外侧的示意图；
[0040]图6是气动-磁流变液集成型隔振系统的结构设计参数示意图；
[0041]图7是磁流变液阻尼单元的结构设计参数示意图；
[0042]图8是气动-磁流变液集成型隔振系统的等效机械结构示意图；
[0043]图9是气动-磁流变液集成型隔振系统的系统设计流程图。
【具体实施方式】
[0044]现参照附图，对本实用新型的一些事例性实施方式进行说明，其中相同的标号表示相同的部件。
[0045]图1示出了一种气动-磁流变液集成型隔振系统，该隔振系统包括工作气缸28、辅助气缸29、工作液缸27、活塞杆组件50、磁流变液阻尼控制阀30、气动开关控制阀组件31、气动阻尼节流组件32、基础平台20、承载平台2，活塞杆位移传感器41a、辅助活塞位移传感器4 Ib、基础平台加速度传感器40b、承载平台加速度传感器40a、力传感器39a、工作液缸27的第一端口压力传感器38a和第二端口压力传感器38b、工作气缸28的第三端口压力传感器38c和第四端口压力传感器38d、辅助气缸29的第五端口压力传感器38e、输入信号处理器37、输出信号驱动模块36以及控制器47。
[0046]工作气缸28包括工作气缸内缸筒18、第一工作气缸端盖11a、第二工作气缸端盖lib、第一气缸端部缓冲垫19a、第二气缸端部缓冲垫19b、第一端口 P3、第二端口 P4。其中，工作气缸内缸筒18两端开口，其两端开口分别被第一工作气缸端盖I Ia和第二工作气缸端盖Ilb封闭,形成工作气缸28的内部区域；第一工作气缸端盖Ila和工作气缸内缸筒18之间设置有第一气缸端部缓冲垫19a ;第二工作气缸端盖Ilb和工作气缸内缸筒18之间设置有第二气缸端部缓冲垫19b ;工作气缸28的内部区域填充有压缩空气，并设置有工作气腔活塞14，该工作气腔活塞14外壁上设置有工作气腔活塞密封组件15，该工作气腔活塞14可滑动地穿设于工作气缸内缸筒18中，且该工作气腔活塞密封组件15的外边缘与该工作气缸内缸筒18的内壁紧密贴合，从而将工作气缸28的内部区域分隔成两个工作腔室:第一工作气腔12a和第二工作气腔12b。第一端口 P3开设于第一工作气缸端盖Ila上,且与第一工作气腔12a连通；第二端口 P4开设于第二工作气缸端盖Ilb上,且与第二工作气腔12b连通；气动开关控制阀组件31上开设有第三端口 A、第四端口 B以及第五端口 C ;第一端口P3通过气管34与第三端口 A连通，第二端口 P4通过气管34与第五端口 C连通。第一工作气腔12a和第二工作气腔12b的压力可通过气动开关控制阀组件31的第三端口 A和第五端口 C充放气来控制，实现可变刚度和可变高度的控制。而气动开关控制阀组件31的第三端口 A和第五端口 C充放气由开关阀电压控制信号45控制。第一气缸端部缓冲垫19a和第二气缸端部缓冲垫19b起着限制工作气腔活塞14行程和保护整个气动-磁流变液集成型隔振系统的作用。
[0047]工作液缸27与工作气缸28同轴连接，且固定地安装在第一工作气缸端盖Ila上。该工作液缸27包括工作液缸内缸筒7、第一工作液缸端盖5a、第二工作液缸端盖5b、第一液缸端部缓冲垫6a、第二液缸端部缓冲垫6b、第六端口 P1、第七端口 P2。其中，工作液缸内缸筒7两端开口，其两端开口分别被第一工作液缸端盖5a和第二工作液缸端盖5b封闭，形成工作液缸27的内部区域；第一工作液缸端盖5a和工作液缸内缸筒7之间设置有第一液缸端部缓冲垫6a ;第二工作液缸端盖5b和工作液缸内缸筒7之间设置有第二液缸端部缓冲垫6b ;该工作液缸27的内部区域设置有工作液腔活塞10，该工作液腔活塞10的外壁上固定地套设有液腔活塞密封组件9，该工作液腔活塞10可滑动地穿设于工作液缸内缸筒7中，且该液腔活塞密封组件9的外边缘与该工作液缸内缸筒7的内壁紧密贴合，将工作液缸27的内部区域分隔成第一液腔8a和第二液腔Sb。第六端口 Pl开设于第一工作液缸端盖5a上，且与第一液腔8a连通；第七端口 P2开设于第二工作液缸端盖5b上，且与第二液腔8b连通。第六端口 Pl和第七端口 P2分别通过工作液缸27旁路的液压管道33与磁流变液阻尼控制阀30相连接。磁流变液63充满第一液腔8a、第二液腔8b、液压管道33和磁流变液阻尼控制阀30的腔体；磁流变液63的流变特性通过磁流变液阻尼控制阀30调节，实现磁流变液63的可变阻尼特性。而磁流变液阻尼控制阀30通过励磁电流控制信号44控制。
[0048]优选地，第二工作液缸端盖5b与第一工作气缸端盖Ila可通过螺接或焊接成一体。
[0049]辅助气缸29固定地安装于工作气缸28上，该辅助气缸29包括辅助气缸内缸筒24,第一辅助气缸端盖21a、第二辅助气缸端盖21b、第一辅助气缸端部缓冲垫22a、第二辅助气缸端部缓冲垫22b、第八端口 P5、第九端口 P6，辅助气腔活塞26及其辅助气腔活塞密封组件25。辅助气缸内缸筒24两端开口，该辅助气缸内缸筒24的两端开口分别被第一辅助气缸端盖21a和第二辅助气缸端盖21b封闭,形成辅助气缸29的内部区域。第一辅助气缸端盖21a和辅助气缸内缸筒24之间设置有第一辅助气缸端部缓冲垫22a ;第二辅助气缸端盖21b和辅助气缸内缸筒24之间设置有第二辅助气缸端部缓冲垫22b ;辅助气缸29的内部区域设置有辅助气腔活塞26，该辅助气腔活塞26外壁上固定地套设有辅助气腔活塞密封组件25，该辅助气腔活塞26可滑动地穿设于辅助气缸内缸筒24中，且该辅助气腔活塞密封组件25的外边缘与该辅助气缸内缸筒24的内壁紧密贴合，从而将辅助气缸29的内部区域分成第一辅助气腔23a和第二辅助气腔23b。第八端口 P5开设于第一辅助气缸端盖21a上，与第一辅助气腔23a连通；第九端口 P6开设于第二辅助气缸端盖21b上,且与第二辅助气腔23b连通。第八端口 P5还通过气管34与第四端口 B连通；第二辅助气腔23b的有效工作容积可通过调节气动开关控制阀组件31的第四端口 B充放气来控制，以实现可变刚度的调节；气动开关控制阀组件31的第四端口 B通过开关阀电压控制信号45来控制；气动阻尼节流组件32通过气管34经第九端口 P6与第二辅助气腔23b相连，还通过气管34经第二端口 P4与第二工作气腔12b相连，以便引入适当被动阻尼来减弱对隔振系统隔振性能造成的不利影响。一般地，气动阻尼节流组件32可为气动流量阀、节流管道、第二工作气缸端盖Ilb上的阻尼孔或第二辅助气缸端盖21b上的阻尼孔。第二工作气缸端盖Ilb与第二辅助气缸端盖21b可并行或同心连接，进一步地，第二工作气缸端盖Ilb的底部与第二辅助气缸端盖21b的底部安装有同一基础平台20，该基础平台20用于接收来自环境的干扰和振动。
[0050]活塞杆组件50包括液腔活塞杆3、工作液腔活塞10及其液腔活塞密封组件9、工作气腔活塞杆13、工作气腔活塞14及其工作气腔活塞密封组件15、连接垫片16和连接螺母17。液腔活塞杆3顺次与工作液腔活塞10、工作气腔活塞杆13通过螺纹同轴连接，且工作气腔活塞杆13与工作气腔活塞14通过螺纹同轴连接。优选地，工作气腔活塞杆13上还通过螺纹固定有连接螺母17，该连接螺母17设置在该工作气腔活塞杆13的端部，用于防止工作气腔活塞14松动。进一步地，连接螺母17和工作气腔活塞14之间还设置有连接垫片16。
[0051]第一工作液缸端盖5a上还开设有第一轴孔，第二工作液缸端盖5b上还开设有第二轴孔，第一工作气缸端盖Ila上还开设有第三轴孔，活塞杆组件50顺次可滑动地穿设于第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔中。
[0052]液腔活塞杆3的远离工作气缸28的一端，连接力传感器39a后与承载平台2相连，接收被隔振或吸振的负载I。工作气腔活塞14与工作液腔活塞10的作用面积可相同，也可不相同。处于第一液腔8a中的液腔活塞杆3的作用面积、处于第二液腔Sb的工作气腔活塞杆13的作用面积以及处于第一工作气腔12a中的工作气腔活塞杆13的作用面积相同。
[0053]气动开关控制阀组件31的输入端还与气源发生及处理单元35的输出端相接，输出信号驱动模块36包括功率放大器36b和电流放大模块36a ;功率放大器36b的第一输出端与气动开关控制阀组件31电性连接，用于产生开关阀电压控制信号45 ;功率放大器36b的第二输出端与气动阻尼节流组件32电性连接，用于产生节流阀电压控制信号46 ;电流放大模块36a的输出端与磁流变液阻尼控制阀30电性连接，用于产生励磁电流控制信号44 ；输出信号驱动模块36的输入端与控制器47的输出端电性连接，用于接收由控制器47产生的执行器控制信号43。
[0054]控制器47包括处理器，处理器可以为计算机或数字处理芯片。控制器47依据输入信号处理器37传递的信号数据42，通过一定的振动控制算法输出执行器控制信号43传递给输出信号驱动模块36。
[0055]力传感器39a设置在活塞杆组件50和承载平台2之间，用于检测活塞杆组件50的输出力；一个接触式或非接触式的活塞杆位移传感器41a安装于工作液缸27上，用于检测活塞杆组件50的运动位移；一个非接触式的辅助活塞位移传感器41b安装于辅助气缸29上，用于检测辅助气腔活塞26的位移；第一端口压力传感器38a的压力检测端口与第一液腔8a的第六端口 Pl连通，用于检测该第一液腔8a的内部压力；第二端口压力传感器38b的压力检测端口与第二液腔8b的第七端口 P2连通，用于检测第二液腔Sb的内部压力；第三端口压力传感器38c的压力检测端口与第一工作气腔12a的第一端口 P3连通，用于检测该第一工作气腔12a的内部压力；第五端口压力传感器38e的压力检测端口与第二工作气腔12b的第二端口 P4连通，用于检测第二工作气腔12b的内部压力；第四端口压力传感器38d的压力检测端口与第一辅助气腔23a的第八端口 P5连通，用于检测第一辅助气腔23a的内部压力；基础平台加速度传感器40b设置在基础平台20上，用于检测该基础平台20的振动加速度，承载平台加速度传感器40a设置在承载平台2上，用于检测该承载平台2的振动加速度。
[0056]输入信号处理器37包括压力传感器输入信号处理器37a、加速度传感器输入信号处理器37c、力传感器输入信号处理器37b以及位移传感器输入信号处理器37d。
[0057]第一端口压力传感器38a、第二端口压力传感器38b、第三端口压力传感器38c、第四端口压力传感器38d、第五端口压力传感器38e各自的输出端分别与压力传感器输入信号处理器37a的输入端电性连接。承载平台加速度传感器40a和基础平台加速度传感器40b各自的输出端分别与加速度传感器输入信号处理器37c的输入端电性连接。力传感器39a的输出端与力传感器输入信号处理器37b的输入端电性连接。活塞杆位移传感器41a和辅助活塞位移传感器41b的各自输出端分别与位移传感器输入信号处理器37d的输入端电性连接。压力传感器输入信号处理器37a、加速度传感器输入信号处理器37c、力传感器输入信号处理器37b以及位移传感器输入信号处理器37d各自的输出端分别与控制器47的输入端口总线电性连接，用于输出信号数据42。
[0058]通过用于控制磁流变液阻尼控制阀30的励磁电流控制信号44和用于控制气动开关控制阀组件31的开关阀电压控制信号45，可实现整个隔振系统的非线性刚度、阻尼和高度的独立调节，以及被动、半主动和主动多种综合工作模式以便应用于各种智能型振动隔离和冲击吸收等场合。
[0059]具体地，本实施例中，气动-磁流变液集成型隔振系统的非线性刚度、阻尼和高度的独立调节实现方法如下:工作气缸28类似于一个双腔气动弹簧，开关阀电压控制信号45可用于调节工作气缸28的第一工作气腔12a和第二工作气腔12a的平均压力(即改变下文中所指的额外压力比)，同时可保持第一工作气腔12a和第二工作气腔12b的压力差(即不改变下文中所指的双工作气腔压力比)以保持第一工作气腔12a和第二工作气腔12b静态平衡，可实现基于压力调节的可变刚度控制。开关阀电压控制信号45还可用于调节第二辅助气腔23b的容积，可实现基于容积调节的可变刚度控制。开关阀电压控制信号45还可用于调节工作气缸28的第一工作气腔12a和第二工作气腔12b的压力差(即改变下文中所指的双工作气腔压力比)可实现气动-磁流变液集成型隔振系统的高度调节。
[0060]图2示出了气动开关控制阀组件31的气路图。其中，气动开关控制阀组件31包括用于控制第三端口 A的充放气量的第一开关阀装置31a，用于控制第四端口 B的充放气量的第二开关阀装置31b，以及用于控制第五端口 C的充放气量的第三开关阀装置31c。进一步地，第一开关阀装置31a包括输出端与第一工作气腔12a连通,用于控制向该第一工作气腔12a中充放气的第一开关阀Vai和输出端与外界环境连通的第二开关阀Va2，第一开关阀Vai的输入端和第二开关阀Va2的输入端均与气泵Ps的输出端相连；第二开关阀装置31b包括输出端与第一辅助气腔23a连通，用于控制向该第一辅助气腔23a中充放气的第三开关阀Vbi和输出端与外界环境连通的第四开关阀Vb2，第三开关阀Vbi的输入端和第四开关阀Vb2的输入端均与气泵Ps的输出端相连；第三开关阀装置31c包括输出端与第二工作气腔12b连通，用于控制向该第二工作气腔12b中充放气的第五开关阀Va和输出端与外界环境连通的第六开关阀\2 ;第五开关阀Va的输入端和第六开关阀Vk的输入端均与气泵Ps的输出端相连。
[0061]开关阀电压控制信号45包括用于控制第一开关阀Vai开关的第一控制信号Ca1、用于控制第三开关阀Vbi开关的第二控制信号Cb1、用于控制第五开关阀Va开关的第三控制信号Ca、用于控制第二开关阀Va2开关的第四控制信号Ca2、用于控制第四开关阀Vb2开关的第五控制信号Cb2、用于控制第六开关阀开关的第六控制信号Cc2。
[0062]开关阀电压控制信号45还包括输入控制量u和组合控制率两个参数，第一开关阀装置31a可根据输入控制量u和组合控制率调节第三端口 A的充放气量。同样地，第二开关阀装置31b可根据输入控制量u按组合控制率调节第四端口 B的充放气量。第三开关阀装置31c可根据输入控制量u按组合控制率调节第五端口 C的充放气量。
[0063]具体地，若输入控制量u>0时,则第一控制信号Cai按脉宽调制(PWM)的方式控制第一开关阀Vai的开关，同样地，第二控制信号Cbi按脉宽调制(PWM)的方式控制第三开关阀Vbi的开关，第三控制信号Ca按脉宽调制(PWM)的方式控制第五开关阀Va的开关，同时，第四控制信号Ca2、第五控制信号Cb2和第六控制信号Q2均为零，第二开关阀Va2、第四开关阀Vb2和第六开关阀Ve2均关闭,此时,第一工作气腔12a、第一辅助气腔23a、第二工作气腔12b均处于充气状态。
[0064]若输入控制量u ^ O时，第四控制信号Ca2按脉宽调制(PWM)的方式控制第二开关阀Va2的开关，同样地，第五控制信号Cb2按脉宽调制(PWM)的方式控制第四开关阀Vb2的开关，第六控制信号Ce2按脉宽调制(PWM)的方式控制第六开关阀Ve2的开关，同时,第一控制信号Ca1、第二控制信号Cbi和第三控制信号Ca均为零,第一开关阀Va1、第三开关阀Vbi和第五开关阀Va均关闭，第一工作气腔12a、第一辅助气腔23a、第二工作气腔12b均处于放气状态。在被动控制和预先设定压力等级的半主动控制时，第一开关阀Va1、第三开关阀Vb1、第五开关阀Va、第二 开关阀Va2、第四开关阀Vb2和第六开关阀\2同时关闭，这样可使耗气量大大降低,节省能耗。
[0065]本实施例中，气动-磁流变液集成型隔振系统具有被动、半主动和主动多种综合工作模式，其实现方法如下:气动-磁流变液集成型隔振系统的被动工作模式通过关闭气动开关控制阀组件(31)中的第一开关阀Va1、第三开关阀Vb1、第五开关阀Va、第二开关阀Va2、第四开关阀Vb2和第六开关阀Vffi的所有的输入端和输出端以使第一工作气腔12a、第一辅助气腔23a、第二工作气腔12b与外界隔离，并且使励磁电流控制信号44为零以使主动阻尼为零；这种工作模式适用于不变的外部环境和高频振动隔离场合。半主动工作模式通过适当短时调节气动开关控制阀组件(31)中的第一开关阀Va1、第三开关阀Vb1、第五开关阀Va、第二开关阀Va2、第四开关阀Vb2和第六开关阀\2的开关时间(可用脉宽调制控制)实现基于压力/容积调节的可变刚度控制或调节用于控制磁流变液阻尼控制阀30的励磁电流控制信号44实现可变阻尼控制。这种工作模式适用于较大隔振频率范围内需要根据可变工作状况协调控制不同刚度和阻尼的振动隔离场合。主动工作模式通过连续调节气动开关控制阀组件(31)中的第一开关阀Va1、第三开关阀Vb1、第五开关阀Va、第二开关阀Va2、第四开关阀Vb2和第六开关阀Vc2的开关时间实现隔振系统的任意力输出。这种工作模式适用于极低频率振动隔离或实现复杂功能(如负刚度)来抑制振动和干扰的场合。
[0066]图3示出一种单线圈式的磁流变液阻尼控制阀30。该磁流变液阻尼控制阀30包括左端盖73a、右端盖73b、左轮幅74a、右轮幅74b、由导磁材料构成的外缸筒66、由非导磁材料构成的绕线筒78、由导磁材料构成的阀芯A64，由导磁材料构成的左阀芯B65a、右阀芯B65b。外缸筒66为中空筒状结构，左端盖73a通过左端盖径向密封组件61a密封该外缸筒66 —端,右端盖73b通过右端盖径向密封组件61b密封该外缸筒66另一端,从而使外缸筒66内部形成有容置空间；左端盖73a中部开设有左侧管路螺纹接口 71a和第一台阶孔72a ；左侧管路螺纹接口 71a和第一台阶孔72a相连通，并一起贯穿该左端盖73a ;该左侧管路螺纹接口 71a外侧开口与第六端口 Pl连通，右端盖73b中部开设有右侧管路螺纹接口 71b和第二台阶孔72b ;右侧管路螺纹接口 71b和第二台阶孔72b相连通，并一起贯穿该右端盖73b ;该右侧管路螺纹接口 71b外侧开口与第七端口 P2相连通。左轮幅74a、右轮幅74b和阀芯A64均设置于外缸筒66的容置空间中，且左轮幅74a、右轮幅74b分别抵持于左端盖73a和右端盖73b，左轮幅74a上开设有贯穿该左轮幅74a，并与第一台阶孔72a相连通的第一均布孔69a，同样地，右轮幅74b上还开设有贯穿该右轮幅74b，并与第二台阶孔72b相连通的第二均布孔69b ;左轮幅74a还通过左套筒径向密封组件62a与外缸筒66密封配合；右轮幅74b通过右套筒径向密封组件62b与外缸筒66密封配合；阀芯A64为剖面呈工字型的回转体，并设置在左轮幅74a和右轮幅74b之间，分别与左轮幅74a和右轮幅74b同轴连接，阀芯A64还分别通过左阀芯A轴向密封圈75a和右阀芯A轴向密封圈75b与左轮幅74a和右轮幅74b密封配合；左阀芯B65a、右阀芯B65b以及绕线筒78分别同轴套设在阀芯A64外侧；绕线筒78同轴设置在左阀芯B65a、右阀芯B65b之间；右阀芯B64b通过定位销钉82安装于绕线筒78 ;绕线筒78上缠绕有线圈80，线圈80与外缸筒66之间形成有线圈容腔81，其中，左阀芯B65a、右阀芯B65b分别与阀芯A64之间具有工作间隙通道77 ；绕线筒78与阀芯A64之间具有非工作间隙通道79，工作间隙通道77与非工作间隙通道79相连通，还分别与第一均布孔69a和第二均布孔69b相连通；左阀芯B65a固定连接于左轮幅74a，且左轮幅74a通过左阀芯B轴向密封圈76a与左阀芯B65a密封配合；右阀芯B65b固定连接于右轮幅74b，且右轮幅74b通过右阀芯B轴向密封圈76b与右阀芯B65b密封配合。磁流变液63在第六端口 Pl经左侧管路螺纹接口 71a、第一台阶孔72a、第一均布孔69a、工作间隙通道77、非工作间隙通道79、第二均布孔6%、第二台阶孔72b以及右侧管路螺纹接口71b之后到第七端口 P2之间的腔体内流动，且在上述密封配合下与其他外界环境隔离。左端盖73a的外侧面和右端盖73b的外侧面分别设置有螺纹接口 70，用于将磁流变液阻尼控制阀30与外部实体部件如工作液缸27的固定连接。
[0067]磁流变液阻尼控制阀30的重要部分是产生磁场的磁流变液阻尼单元83，该磁流变液阻尼单元83包括外缸筒66、绕线筒78、阀芯A64、左阀芯B65a、右阀芯B65b、线圈80、线圈容腔81、工作间隙通道77、非工作间隙通道79、磁流变液63。其中，工作间隙通道77的间隙小于非工作间隙通道79的间隙，以便使被动阻尼尽量小。图4示出了一种多线圈式的磁流变液阻尼控制阀。多个相同结构的磁流变液阻尼单元83a，83b同轴固定连接，并且使多个线圈反并联连接。
[0068]图5示出磁流变液阻尼单元83与工作液缸27的两种配置方式。磁流变液阻尼单元83可放置于运动的工作液腔活塞10中(如图5a所示)或可单独构成磁流变液阻尼控制阀30作为旁路设置于工作液缸27的外侧，并通过液压管道33分别与工作液腔27的第六端口 Pl和第七端口 P2相连通(如图5b所示)。
[0069]图6示出本发明的气动-磁流变液集成型隔振系统的主导结构参数。该隔振系统的主导结构参数包括工作液腔活塞半径rf、活塞杆组件半径工作气腔活塞半径rg、辅助气腔活塞半径ra、工作液缸初始长度Lf (定义工作液腔活塞分别与第一液缸端部缓冲垫和第二液缸端部缓冲垫距离相等时为工作液腔活塞的初始状态，此时，工作液腔活塞与第一液缸端部缓冲垫的距离记为工作液缸初始长度)、工作气缸初始长度Lg (定义工作气腔活塞分别与第一气缸端部缓冲垫和第二气缸端部缓冲垫距离相等时为工作气腔活塞的初始状态，此时，工作气腔活塞与第一气缸端部缓冲垫的距离记为工作气缸初始长度)、辅助气缸初始长度La (定义辅助气腔活塞分别与第一辅助气缸端部缓冲垫和第二辅助气缸端部缓冲垫距离相等时为辅助气腔活塞的初始状态，此时，辅助气腔活塞与第一辅助气缸端部缓冲垫的距离记为辅助气缸初始长度)、附加旁路液压管道总长Lt (如图6所示，Lt=Ltl+Lt2+Lt3+Lt4)、附加旁路液压管道半径rt (设液压管道的的半径为定值)。图7示出了磁流变液阻尼单元的主导结构参数，该磁流变液阻尼单元的主导结构参数包括:阻尼单元总长度L (定义为左阀芯B和右阀芯B互相背离的两端之间的距离)、阻尼单元总半径R (定义为外缸筒的外表面半径)、绕线筒厚度tbl (线圈与左阀芯B之间的距离)、线圈容腔宽度tb2 (线圈与外缸筒之间的距离)、工作间隙td (工作间隙通道的间隙)、外缸筒厚度th、阀芯A半径R。(阀芯A与绕线筒相对的中部的半径)、线圈宽度W。(线圈径向长度)和工作间隙通道长度La。在实际应用中，隔振系统的主导结构参数、磁流变液阻尼单元的主导结构参数和主导激励参数(如励磁电流、最大气源压力)以及主导特性参数(如磁流变液的动力粘度、相对磁导率、饱和磁场强度等)构成了主导设计参数。这些主导设计参数决定了在应用需求和物理限制(如系统的最大自然频率、最大振幅和负载质量等)情况下系统可得的可调变量(包括系统的可调压力增量、可调容积增量、粘性阻尼、可调主动阻尼力、时间常数)，从而最终决定振动隔离系统可获得的动态性能(动态的位移传递函数、加速度传递函数、力导纳函数)和静态性能(等效刚度、等效阻尼和损失因子)。
[0070]图8示出了气动-磁流变液集成型隔振系统的等效机械结构原理。气动-磁流变液集成型隔振系统可等效看成由三个单元组成，每个单元都由具有上工作气腔和下工作气腔的气动弹簧元件和磁流变液阻尼元件组成。
[0071]对于气动弹簧元件，工作气腔的压力与容积之间满足:
[0072]PdVdK=PdoVdo% PuVuk =PuoVuoK,
[0073]式中，Pd, Vd分别为下工作气腔的工作压力和工作容积；PU，Vu分别为上工作气腔的工作压力和工作容积；Pd(l，Vdo分别为下工作气腔的初始工作压力和初始工作容积；PU(I，Vu0分别为上工作气腔的初始工作压力和初始工作容积；K是气体的多变系数。
[0074]设参考压力Pte和参考容积Vt分别是上工作气腔相对压力为零时满足静态平衡条件的下工作气腔初始压力和初始容积:
[0075]mg+PatmAd-suPatmAu=PdrAd
[0076]式中，m是负载质量；g为重力加速度；PatD1是大气压力；Ad和Au是下工作气腔和上工作气腔的活塞有效作用面积；su是开关量，Su=O表示第一开关阀Va1、第二开关阀Va2始终常开的单工作气腔气动弹簧，此时上工作气腔的相对压力始终为零，Su=I表示第一开关阀Va1、第二开关阀Va2始终常闭的双工作气腔气动弹簧，上工作气腔的初始相对压力为零。
[0077]初始压力Pdtl和初始容积Vdtl是在参考压力Pdr和参考容积Vdr基础上分别施加可调节的压力增量Λ Pd和容积增量AVd:
[0078]Pdo=Pdr+APd, Vdo=Vdr+AVd
[0079]气动弹簧元件的输出力为:
【权利要求】
1.一种气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，该隔振系统包括工作气缸(28)、辅助气缸(29)、工作液缸(27)、活塞杆组件(50)、磁流变液阻尼控制阀(30)、气动开关控制阀组件(31)、气动阻尼节流组件(32)、基础平台(20)、承载平台(2)、活塞杆位移传感器(41a)、辅助活塞位移传感器(41b)、基础平台加速度传感器(40b)、承载平台加速度传感器(40a)、力传感器(39a)、第一端口压力传感器(38a)、第二端口压力传感器(38b)、第三端口压力传感器(38c)、第四端口压力传感器(38d)、第五端口压力传感器(38e)、输入信号处理器(37)、输出信号驱动模块(36)以及控制器(47)； 所述工作气缸(28)包括工作气缸内缸筒(18)、第一工作气缸端盖(11a)、第二工作气缸端盖(l1b)、第一端口(P3)、第二端口(P4);其中，所述工作气缸内缸筒(18)两端开口，其两端开口分别被所述第一工作气缸端盖(1la)和所述第二工作气缸端盖(Ilb)封闭，形成所述工作气缸(28)的内部区域；所述工作气缸(28)的内部区域填充有压缩空气，并设置有工作气腔活塞(14)，该工作气腔活塞(14)外壁上设置有工作气腔活塞密封组件(15)，该工作气腔活塞(14)可滑动地穿设于所述工作气缸内缸筒(18)中，且该工作气腔活塞密封组件(15)的外边缘与该工作气缸内缸筒(18)的内壁紧密贴合，从而将所述工作气缸(28)的内部区域分隔成两个工作腔室:第一工作气腔(12a)和第二工作气腔(12b);所述第一端口(P3)开设于所述第一工作气缸端盖(11a)上，且与所述第一工作气腔(12a)连通；所述第二端口(P4)开设于所述第二工作气缸端盖(Ilb)上，且与所述第二工作气腔(12b)连通； 所述气动开关控制阀组件(31)上开设有第三端口(A)、第四端口(B)以及第五端口(C);所述第一端口(P3)通过气管(34)与所述第三端口(A)连通，所述第二端口(P4)通过气管(34)与所述第五端口(C)连通；所述第一工作气腔(12a)和所述第二工作气腔(12b)的压力通过所述气动开关控制阀组件(31)的所述第三端口(A)和所述第五端口(C)充放气来控制； 所述工作液缸(27)与所述工作气缸(28)同轴连接，且固定地安装在所述第一工作气缸端盖(11a)上；该工作液缸(27)包括工作液缸内缸筒(7)、第一工作液缸端盖(5a)、第二工作液缸端盖(5b)、第六端口(P1)、第七端口(P2);其中，所述工作液缸内缸筒(7)两端开口，其两端开口分别被所述第一工作液缸端盖(5a)和所述第二工作液缸端盖(5b)封闭，形成所述工作液缸(27)的内部区域；该工作液缸(27)的内部区域设置有工作液腔活塞(10)，该工作液腔活塞(10)的外壁上固定地套设有液腔活塞密封组件(9)，该工作液腔活塞(10)可滑动地穿设于所述工作液缸内缸筒(7)中，且该液腔活塞密封组件(9)的外边缘与该工作液缸内缸筒(7)的内壁紧密贴合，将所述工作液缸(27)的内部区域分隔成第一液腔(8a)和第二液腔(8b);所述第六端口(Pl)开设于所述第一工作液缸端盖(5a)上，且与所述第一液腔(8a)连通；所述第七端口(P2)开设于所述第二工作液缸端盖(5b)上，且与所述第二液腔(Sb)连通；所述第六端口(Pl)和所述第七端口(P2)分别通过所述工作液缸(27)旁路的液压管道(33)与所述磁流变液阻尼控制阀(30)相连接；磁流变液(63)充满所述第一液腔(8a)、所述第二液腔(Sb)、所述液压管道(33)和所述磁流变液阻尼控制阀(30)的腔体；所述磁流变液(63)的流变特性通过所述磁流变液阻尼控制阀(30)调节； 所述辅助气缸(29 )固定地安装于所述工作气缸(28 )上，该辅助气缸(29 )包括辅助气缸内缸筒(24)、第一辅助气缸端盖(2la)、第二辅助气缸端盖(2lb)、第八端口(P5)、第九端口(P6)、辅助气腔活塞(26)及其辅助气腔活塞密封组件(25);所述辅助气缸内缸筒(24)两端开口，该辅助气缸内缸筒(24)的两端开口分别被所述第一辅助气缸端盖(21a)和所述第二辅助气缸端盖(21b)封闭，形成所述辅助气缸(29)的内部区域；所述辅助气缸(29)的内部区域设置有所述辅助气腔活塞(26)，该辅助气腔活塞(26)外壁上固定地套设有所述辅助气腔活塞密封组件(25)，该辅助气腔活塞(26)可滑动地穿设于所述辅助气缸内缸筒(24)中，且该辅助气腔活塞密封组件(25)的外边缘与该辅助气缸内缸筒(24)的内壁紧密贴合，从而将所述辅助气缸(29)的内部区域分成第一辅助气腔(23a)和第二辅助气腔(23b);所述第八端口(P5)开设于所述第一辅助气缸端盖(21a)上，与所述第一辅助气腔(23a)连通；所述第九端口(P6)开设于所述第二辅助气缸端盖(21b)上，且与所述第二辅助气腔(23b)连通；所述第八端口(P5)还通过气管(34)与所述第四端口(B)连通；所述第二辅助气腔(23b)的有效工作容积可通过调节所述气动开关控制阀组件(31)的所述第四端口(B)充放气来控制； 所述气动阻尼节流组件(32 )通过气管(34 )经所述第九端口( P6 )与所述第二辅助气腔(23b)相连，还通过气管(34)经所述第二端口(P4)与所述第二工作气腔(12b)相连； 所述第二工作气缸端盖(Ilb)与所述第二辅助气缸端盖(21b)并行或同心连接； 所述第二工作气缸端盖(Ilb)的底部与所述第二辅助气缸端盖(21b)的底部安装有同一所述基础平台(20)，该基础平台(20)用于接收来自环境的干扰和振动； 所述活塞杆组件(50)包括液腔活塞杆(3)、所述工作液腔活塞(10)及其所述液腔活塞密封组件(9)、工作气腔活塞杆(13)、所述工作气腔活塞(14)及其所述工作气腔活塞密封组件(15);所述液腔活塞杆(3)顺次与所述工作液腔活塞(10)、所述工作气腔活塞杆(13)同轴连接，且所述工作气腔活塞杆(13)与所述工作气腔活塞(14)同轴连接； 所述第一工作液缸端盖(5a)上还开设有第一轴孔，所述第二工作液缸端盖(5b)上还开设有第二轴孔，所述第一工作气缸端盖(IIa)上还开设有第三轴孔，所述活塞杆组件(50)顺次可滑动地穿设于所述第一轴孔、所述第二轴孔和所述第三轴孔中； 所述液腔活塞杆(3)的远离所述工作气缸(28)的一端，连接所述力传感器(39a)后与所述承载平台(2)相连，接收被隔振或吸振的负载(I); 所述气动开关控制阀组件(31)的输入端还与气源发生及处理单元(35)的输出端相接；所述输出信号驱动模块(36)包括功率放大器(36b)和电流放大模块(36a);所述功率放大器(36b)的第一输出端与所述气动开关控制阀组件(31)电性连接，用于产生开关阀电压控制信号(45);所述功率放大器(36b)的第二输出端与所述气动阻尼节流组件(32)电性连接，用于产生节流阀电压控制信号(46);所述电流放大模块(36a)的输出端与所述磁流变液阻尼控制阀(30)电性连接，用于产生励磁电流控制信号(44);所述输出信号驱动模块(36)的输入端与所述控制器(47)的输出端电性连接，用于接收由所述控制器(47)产生的执行器控制信号(43)； 所述力传感器(39a)设置在所述活塞杆组件(50)和所述承载平台(2)之间，用于检测所述活塞杆组件(50)的输出力；所述活塞杆位移传感器(41a)安装于所述工作液缸(27)上，用于检测所述活塞杆组件(50)的运动位移；所述辅助活塞位移传感器(41b)安装于所述辅助气缸(29)上，用于检测所述辅助气腔活塞(26)的位移；所述第一端口压力传感器(38a)的压力检测端口与所述第一液腔(8a)的所述第六端D(Pl)连通，用于检测该第一液腔(8a)的内部压力；所述第二端口压力传感器(38b)的压力检测端口与所述第二液腔(Sb)的所述第七端口(P2)连通，用于检测所述第二液腔(8b)的内部压力；所述第三端口压力传感器(38c)的压力检测端口与所述第一工作气腔(12a)的所述第一端口(P3)连通，用于检测该第一工作气腔(12a)的内部压力；所述第五端口压力传感器(38e)的压力检测端口与所述第二工作气腔(12b)的所述第二端口(P4)连通，用于检测所述第二工作气腔(12b)的内部压力；所述第四端口压力传感器(38d)的压力检测端口与所述第一辅助气腔(23a)的所述第八端口(P5)连通，用于检测所述第一辅助气腔(23a)的内部压力；所述基础平台加速度传感器(40b)设置在所述基础平台(20)上，用于检测该基础平台(20)的振动加速度，所述承载平台加速度传感器(40a )设置在所述承载平台(2 )上，用于检测该承载平台(2 )的振动加速度； 所述输入信号处理器(37)包括压力传感器输入信号处理器(37a)、加速度传感器输入信号处理器(37c)、力传感器输入信号处理器(37b)以及位移传感器输入信号处理器(37d)； 所述第一端口压力传感器(38a)、所述第二端口压力传感器(38b)、所述第三端口压力传感器(38c)、所述第四端口压力传感器(38d)、所述第五端口压力传感器(38e)各自的输出端分别与所述压力传感器输入信号处理器(37a)的输入端电性连接；所述承载平台加速度传感器(40a)和所述基础平台加速度传感器(40b)各自的输出端分别与所述加速度传感器输入信号处理器(37c)的输入端电性连接；所述力传感器(39a)的输出端与所述力传感器输入信号处理器(37b)的输入端电性连接；所述活塞杆位移传感器(41a)和所述辅助活塞位移传感器(41b)的 各自输出端分别与所述位移传感器输入信号处理器(37d)的输入端电性连接；所述压力传感器输入信号处理器(37a)、所述加速度传感器输入信号处理器(37c)、所述力传感器输入信号处理器(37b)以及所述位移传感器输入信号处理器(37d)各自的输出端分别与所述控制器(47)的输入端口总线电性连接，用于输出信号数据(42)。
2.根据权利要求1所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述第一工作气缸端盖(Ila)和所述工作气缸内缸筒(18)之间设置有第一气缸端部缓冲垫(19a);所述第二工作气缸端盖(Ilb)和所述工作气缸内缸筒(18)之间设置有第二气缸端部缓冲垫(19b)。
3.根据权利要求1所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述第一工作液缸端盖(5a)和所述工作液缸内缸筒(7)之间设置有第一液缸端部缓冲垫(6a);所述第二工作液缸端盖(5b)和所述工作液缸内缸筒(7)之间设置有第二液缸端部缓冲垫(6b)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述第一辅助气缸端盖(21a)和所述辅助气缸内缸筒(24)之间设置有第一辅助气缸端部缓冲垫(22a);所述第二辅助气缸端盖(21b)和所述辅助气缸内缸筒(24)之间设置有第二辅助气缸端部缓冲垫(22b)。
5.根据权利要求4所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述气动阻尼节流组件(32)为气动流量阀、节流管道、设置在所述第二工作气缸端盖(Ilb)上的阻尼孔和设置在所述第二辅助气缸端盖(21b)上的阻尼孔中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述第二工作液缸端盖(5b)与所述第一工作气缸端盖(Ila)可通过螺接或焊接成一体。
7.根据权利要求6所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，处于所述第一液腔(8a)中的所述液腔活塞杆(3)的作用面积、处于所述第二液腔(8b)的所述工作气腔活塞杆(13)的作用面积以及处于所述第一工作气腔(12a)中的所述工作气腔活塞杆(13)的作用面积相同。
8.根据权利要求7所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述气动开关控制阀组件(31)包括用于控制所述第三端口(A)的充放气量的第一开关阀装置(31a)，用于控制所述第四端口(B)的充放气量的所述第二开关阀装置(31b)，以及用于控制所述第五端口(C)的充放气量的所述第三开关阀装置(31c);所述第一开关阀装置(31a)包括输出端与所述第一工作气腔(12a)连通，用于控制向该第一工作气腔(12a)中充放气的第一开关阀(Vai)和输出端与外界环境连通的第二开关阀(VA2)，所述第一开关阀(Vai)的输入端和所述第二开关阀(Va2)的输入端均与气泵(Ps)的输出端相连；所述第二开关阀装置(31b)包括输出端与所述第一辅助气腔(23a)连通，用于控制向该第一辅助气腔(23a)中充放气的第三开关阀(Vbi)和输出端与外界环境连通的第四开关阀(Vb2);所述第三开关阀(Vbi)的输入端和所述第四开关阀(Vb2)的输入端均与所述气泵(Ps)的输出端相连；所述第三开关阀装置(31c)包括输出端与所述第二工作气腔(12b)连通，用于控制向该第二工作气腔(12b)中充放气的第五开关阀(Va)和输出端与外界环境连通的第六开关阀(Vc2);所述第五开关阀(Va)的输入端和所述第六开关阀(V。)的输入端均与所述气泵(Ps)的输出端相连。
9.根据权利要求8所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述磁流变液阻尼控制阀(30)包括左端盖(73a)、右端盖(73b)、左轮幅(74a)、右轮幅(74b)、由导磁材料构成的外缸筒(66)、由非导磁材料构成的绕线筒(78)、由导磁材料构成的阀芯A (64)，由导磁材料构成的左阀芯B (65a)、右阀芯B (65b);所述外缸筒(66)为中空筒状结构，所述左端盖(73a)通过左端盖径向密封组件(61a)密封该外缸筒(66) —端,所述右端盖(73b)通过右端盖径向密封组件(61b)密封该外缸筒(66)另一端,从而使所述外缸筒(66)内部形成有容置空间；所述左端盖(73a)中部开设有左侧管路螺纹接口(71a)和第一台阶孔(72a)；所述左侧管路螺纹接口(71a)和所述第一台阶孔(72a)相连通，并一起贯穿该左端盖(73a);该左侧管路螺纹接口(71a)外侧开口与所述第六端口(Pl)连通，所述右端盖(73b)中部开设有右侧管路螺纹接口(71b)和第二台阶孔(72b);所述右侧管路螺纹接口(71b)和所述第二台阶孔(72b)相连通，并一起贯穿该右端盖(73b);该右侧管路螺纹接口(71b)外侧开口与所述第七端口(P2)相连通；所述左轮幅(74a)、所述右轮幅(74b)和所述阀芯A (64)均设置于所述外缸筒(66)的容置空间中，且所述左轮幅(74a)、所述右轮幅(74b)分别抵持于所述左端盖(73a)和所述右端盖(73b);所述左轮幅(74a)上开设有贯穿该左轮幅(74a)，并与所述第一台阶孔(72a)相连通的第一均布孔(69a);所述右轮幅(74b)上还开设有贯穿该右轮幅(74b)，并与所述第二台阶孔(72b)相连通的第二均布孔(69b);所述左轮幅(74a)还通过左套筒径向密封组件(62a)与所述外缸筒(66)密封配合；所述右轮幅(74b)通过右套筒径向密封组件(62b)与所述外缸筒(66)密封配合；所述阀芯A (64)为剖面呈工字型的回转体，并设置在所述左轮幅(74a)和所述右轮幅(74b)之间，分别与所述左轮幅(74a)和所述右轮幅(74b)同轴连接，所述阀芯A (64)还分别通过左阀芯A轴向密封圈(75a)和右阀芯A轴向密封圈(75b)与所述左轮幅(74a)和所述右轮幅(74b)密封配合；所述左阀芯B(65a)、所述右阀芯B (65b)以及所述绕线筒(78)分别同轴套设在所述阀芯A (64)外侧；所述绕线筒(78)同轴设置在所述左阀芯B (65a)、所述右阀芯B (65b)之间；所述右阀芯B(64b )通过定位销钉(82 )安装于所述绕线筒(78 );所述绕线筒(78 )上缠绕有线圈(80 );所述线圈(80 )与所述外缸筒(66 )之间形成有线圈容腔(81);所述左阀芯B (65a)、所述右阀芯B (65b)分别与所述阀芯A (64)之间具有工作间隙通道(77);所述绕线筒(78)与所述阀芯A (64)之间具有非工作间隙通道(79);所述工作间隙通道(77)与所述非工作间隙通道(79)相连通，还分别与所述第一均布孔(69a)和所述第二均布孔(69b)相连通；所述左阀芯B (65a )固定连接于所述左轮幅(74a )，且所述左轮幅(74a )通过左阀芯B轴向密封圈(76a)与所述左阀芯B (65a)密封配合；所述右阀芯B (65b)固定连接于所述右轮幅(74b)，且所述右轮幅(74b)通过右阀芯B轴向密封圈(76b)与所述右阀芯B (65b)密封配合；磁流变液(63)在所述第六端口(Pl)经所述左侧管路螺纹接口(71a)、所述第一台阶孔(72a)、所述第一均布孔(69a)、所述工作间隙通道CIO、所述非工作间隙通道(79 )、所述第二均布孔(6%)、所述第二台阶孔(72b)以及所述右侧管路螺纹接口(71b)之后到所述第七端口(P2)之间的腔体内流动，且与其他外界环境隔离。
10.根据权利要求9所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述左端盖(73a)的外侧面和所述右端盖(73b)的外侧面分别设置有螺纹接口(70)，用于将所述磁流变液阻尼控制阀(30)与所述工作液缸(27)的固定连接。
11.根据权利要求9或10所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述工作间隙通道(77)的间隙小于所述非工作间隙通道(79)的间隙。
12.根据权利要求1 1所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，所述磁流变液阻尼控制阀(30)包括用于产生磁场的磁流变液阻尼单元(83)，该磁流变液阻尼单元(83)包括所述外缸筒(66)、所述绕线筒(78)、所述阀芯A (64)、所述左阀芯B (65a)、所述右阀芯B (65b )、所述线圈(80 )、所述线圈容腔(81)、所述工作间隙通道(77 )、所述非工作间隙通道(79 )、所述磁流变液(63 )。
13.根据权利要求12所述的气动-磁流变液集成型隔振系统，其特征在于，多个所述磁流变液阻尼单元(83)同轴固定连接，并且使多个所述线圈(80)反并联连接。
【文档编号】F16F15/02GK203717774SQ201420094997
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】景兴建, 朱笑丛, 成利 申请人:香港理工大学