一种液压缸用频率可调压电堆叠俘能器

1.本实用新型涉及一种俘能器，具体涉及一种液压缸用频率可调压电堆叠俘能器。


背景技术：

2.作为液压系统执行元件，液压缸可将液压能转变为机械能，当液压缸快速制动、换向时，液体在系统中的流动受阻，受阻段动能逐层转换成压力能，产生了液压冲击，造成压力剧烈振荡，并产生较高的冲击压力，进而力脉动引起管路系统产生剧烈的振动和噪声。另一方面，液压系统中需要用到位移传感器、压力变送器等低电功耗元件，其供电方式一般采用外接电路和电池供电，外接电路供电会使液压系统供电线路复杂，增加维护的成本；电池供电则存在寿命短、体积大，频繁更换等问题，难以满足传感器和电磁阀持续性工作要求，且电池中含有大量对环境有害的重金属物质，极易造成污染。
3.随着国家对节能环保的要求的提高，流致振动压电俘能技术也得以广泛研究。其中，采用压电材料的压电式俘能技术是目前国内外能量收集技术研究的热点，该技术是利用压电材料在阻流过程中产生变形导致的电压变化来汲取能量的，具有结构简单、无电磁干扰、无污染、不发热和易于小型化集成化等优点。如能对液压系统中液压冲击产生的能量进行收集，进一步转化为电能进行储存，并为这些低电功耗元件使用，既避免了采用外接电路和电池供电带来的不方便性，又节约了用电，这对液压设备的节能以及流致振动压电俘能技术的应用具有及其重要的现实意义。


技术实现要素：

4.针对液压缸中介质流动所产生的液压冲击，尤其是活塞运动换向时缸体内部所产生的较大的冲击压力，在此压力的激励下，压电组件极易发生形变进而产生电能。本实用新型将堆叠式压电材料内置于液压缸中，并内置手动节流阀和弹性预紧装置，通过调节节流阀阀口的开度和压电预紧装置预紧力的大小来控制压电陶瓷的俘能频率，以保证让压电堆叠组件最大限度的发生形变，进而达到最佳的发电效果。
5.一种液压缸用频率可调压电堆叠俘能器包括液压缸和压电俘能器；所述的液压缸为普通液压缸，其结构包括缸体、导向套、活塞杆、活塞、后端盖等；所述的压电俘能器包括壳体、压电组合装置、节流装置、压电预紧装置、引流孔堵头。
6.所述的液压缸后端盖即为压电俘能器的壳体；所述壳体内部包含节流阀空腔、压电组件空腔、引流孔通道、油口空腔，节流阀空腔端部设有内螺纹三用于装配节流阀座，压电组件空腔端部设有内螺纹二用于装配压电预紧螺母，引流孔通道的端部设有内螺纹一用于装配引流孔堵头，油口空腔外接液压系统管路。
7.所述的压电组合装置包括压电导向套、压电活塞、压电堆叠组件、格莱圈，压电组合装置放置于壳体的压电组件空腔内部，顺序从内到外依次为压电活塞、压电堆叠组件、压电导向套，其中压电活塞和压电导向套的内部均有圆柱形空腔用于固定压电堆叠组件，其外部分别开有一个矩形凹槽放置格莱圈用于密封，防止泄漏。在压电导向套、压电活塞和压
电堆叠组件之间形成一个密闭的空隙，其目的是为了防止堆叠组件卡滞和减小磨损。
8.所述的节流装置包括手动节流阀阀芯、o型圈、节流阀座；节流装置放置在节流阀空腔内部；节流阀座的外部螺纹为外螺纹，用于与节流阀空腔端部的内螺纹三旋合连接，节流阀座中间设有内螺纹孔，用于与节流阀阀芯旋合连接；节流阀阀芯头部位置设有o型圈凹槽，用于装配o型圈以起到密封作用，节流阀阀芯的另一端设有外螺纹，用于与节流阀座中间内螺纹旋合连接并用以调节节流阀开度。所述的节流可调装置工作原理为：当从外部顺时针旋转节流阀阀芯时，节流开度会逐渐变小，直到完全闭合；当逆时针旋转时，节流开度会逐渐变大，直到开度达到最大状态，通过调节节流阀阀口的开度，来保证进出引流孔液体的流量大小，进而可以调节脉动压力对压电堆叠组件的激励程度。
9.所述的压电预紧装置包括弹性预紧垫块、压电预紧螺母；弹性预紧垫块为弹性模量比压电陶瓷片更小的材料，放置在压电堆叠组件和压电导向套之间；压电预紧螺母外螺纹用于与壳体内螺纹二旋合连接，预紧螺母中间通孔为内六角孔，可用内六角扳手进行调节。
10.所述的弹性预紧垫块、压电导向套中间均有圆柱形通孔，与压电预紧螺母的内六角通孔共同组合成一个引线孔，用于引出压电堆叠组件中的导线。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.(1)本实用新型基于普通液压缸，将液压系统中的液压冲击能量采用压电俘能技术进行回收，把压力能变为电能进行收集，用于驱动液压系统中的电磁阀和传感器等低电功耗元件。
13.(2)俘能结构内置于液压缸内部，其结构集成度高，可将液压系统工作过程中产生的压力能直接转化为电能，效率较高、成本较低且对环境无污染。
14.(3)增加了弹性预紧装置，通过调节预紧力既方便了对压电堆叠组件的拆卸，又保护了压电堆叠组件不被压坏，还保证了压电组件位置的稳定性、提高压电组件的可靠性，保证压电材料的性能。
15.(4)增加了节流装置，可调整节流阀的开度进而调节流量来满足压电组件的需要，保证压电材料的性能；当节流阀处于关闭状态时，液压缸还可以作为普通液压缸使用，这也方便对压电装置进行检测和维修。
附图说明
16.图1是本实用新型的总装结构示意图；
17.图2是壳体俯视结构示意图；
18.图3是壳体主视结构示意图；
19.图4是压电导向活塞的结构示意图；
20.图5是压电导向套的结构示意图；
21.图6是压电预紧螺母的结构示意图；
22.图7是节流阀阀芯的结构示意图；
23.图8是节流阀座的结构示意图；
24.图9是节流阀开度最大的结构示意图；
25.图10是节流阀开度最小的结构示意图；
26.上述图中标识为：1、缸体前法兰；2、导向套；3、缸体；4、活塞杆组件；5、壳体；6、引流孔堵头；7、组合密封圈；8、压电导向活塞；9、压电导向套；10、压电预紧螺母；11、手动节流阀阀芯；12、节流阀座；13、弹性预紧垫块；14、16、格莱圈；15、压电堆叠组件；17、节流阀o型圈；5.1、引流孔口；5.2、5.5、5.6、5.9内螺纹；5.3、压电组件空腔；5.4、节流阀空腔；5.7、引流孔通道；5.8、油口空腔；8.1、压电导向活塞格莱圈槽；8.2、圆柱形空腔1；8.3、液体接触面；9.1、压电导向套格莱圈槽；9.2、压电导向套引线孔；9.3、圆柱形空腔2；10.1、11.3、12.1、外螺纹；10.2、内六角通孔；10.3、引线预留槽；10.4、预紧螺母压紧面；11.0、节流阀阀头；11.1、o型圈槽；11.2、阀芯挡块11.4、调节旋钮12.2、螺纹孔；12.3、内螺纹；12.4、节流阀座端面。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。图1是本实用新型的一种实施例，包括缸体前法兰1、导向套2、缸体3、活塞杆组件4、壳体5、引流孔堵头6、组合密封圈7、压电导向活塞8、压电导向套9、压电预紧螺母10、手动节流阀阀芯11、节流阀座12、弹性预紧垫块13、格莱圈14和16、压电堆叠组件15、节流阀o型圈17。壳体5与液压缸的缸体3通过焊接方式进行连接，其底部的油口通过内螺纹四与液压系统管路连接，壳体5内包括五个空腔，如图2所示，中间空腔为节流阀空腔5.3，节流阀空腔5.3两侧的两个相同空腔为压电组件空腔5.2，与5.2和5.3相通的为引流孔通道5.4，如图3所示，与油口直接相通的为油口空腔5.5；图1中5.1为引流孔口，其与引流孔堵头6通过内螺纹5.2旋合连接密封。
28.所述的压电组合装置如图1中压电活塞8、压电导向套9、格莱圈14和16、压电堆叠组件15；压电组合装置放置于壳体5中压电组件空腔5.3内部，顺序从内到外依次为压电活塞8、压电堆叠组件15、压电导向套9，其中压电活塞8和压电导向套9外部的矩形凹槽分别放置格莱圈16和14，一方面可防止壳体5中的液体流出，另一方面起到减小摩擦力的作用。压电组合装置的每个部件轴线均与圆柱形压电组件空腔5.3的轴线方向一致，液体通过节流阀11后经引流孔通道5.7到达图4中的压电导向活塞的液体接触面8.3处位置，当液压缸换向或制动时，缸体内部的液体压力会产生冲击压力，进而使压电导向活塞8往复运动，从而使压电堆叠组件15中的压电陶瓷片发生形变，进一步的进行回收液压冲击能量，将其转化为电能，并通过电线把产生的电能收集储存，并用于驱动液压系统中的电磁阀和传感器等低电功耗元件。
29.所述的压电预紧装置如图1所示，包括压电预紧螺母10、弹性预紧垫块13。本装置与压电组合装置共同放置于壳体5的压电组件空腔5.3内；弹性预紧垫块13放置如图5所示的在压电导向套的圆柱形空腔9.3内，并与压电堆叠组件15直接接触；压电预紧螺母如图6所示，其外螺纹10.1与壳体内螺纹5.6旋合连接；10.2为内六角通孔，其作用有二，一是做为压电导线引线孔，用于引出从图5所示的压电导向套9的压电导向套引线孔9.2中出来的导线，二是通过内六角扳手对预紧装置进行调节；10.3为引线预留槽，当引出电线过长时可方便的把多余的电线放于此槽中；当压电组合装置和弹性预紧垫块放置好后，可通过旋转预紧螺母10来调节装置的松紧度，因为弹性预紧垫块为弹性模量比压电陶瓷更小的材料，所以既可以保证压电组件位置的相对稳定性、又能保证压电堆叠组件材料的性能。
30.所述的节流装置放置在壳体中的节流阀空腔5.3内，包括手动节流阀阀芯11、节流阀座12、o型圈17，节流阀阀芯11和节流阀座12分别如图7、图8所示；手动节流阀阀芯11通过外螺纹11.3与节流阀座12的内螺纹12.3旋合连接，节流阀阀芯头部位置设有o型圈凹槽11.1，用于装配o型圈17以起到密封作用，防止液体泄漏；图9、图10分别为节流阀全开和关闭状态，当压电组合装置需要节流时，手动调节节流阀阀芯11的调节旋钮11.4处，节流阀关闭时，阀芯11的11.0处于壳体5的节流口接触，即如图9所示位置；当阀芯11的阀芯挡块11.2处与节流阀座12的节流阀座端面12.4处相接触时，此时节流阀开度达到最大，即如图8所示位置；通过调节节流阀阀口的开度，来保证进出引流孔液体的流量大小，进而可以调节脉动压力对压电堆叠组件的激励程度。
31.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。