一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置

本发明涉及一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，属于水流流致振动压电俘能领域。

背景技术：

1、液压系统由于其适应性强、响应快等优点在现代机械行业得到了广泛的应用，但在液压管道中，由于受到泵本身固有频率的影响，管道中的流体压力呈现脉动特点，这些压力脉动中蕴含着大量的振动能量。压电俘能技术具有无污染、易于集成化、不受电磁干扰等优点，液压管路的压电俘能装置可将管道中丰富的压力脉动振动能量转换为可利用的电能，为系统中的低电功耗元件供电，具有广阔的应用前景。

2、采用压电陶瓷片的压电俘能装置在液压系统中应用较多，然而，其普遍存在以下问题：压电陶瓷片直接受到管路液体的压力脉动冲击，使得压电陶瓷片受力冲击大且形变量较小，导致压电陶瓷片易受损，使用寿命低，俘能效率低；未对压电陶瓷片设计相应的保护措施，压电陶瓷片的使用寿命进一步降低；单个压电陶瓷片的发电量无法满足管路中低电功耗元件用电量的需求。因此，亟需设计出新型压电俘能装置，以有效解决压电陶瓷片受力过高、不均、形变量不足等问题，进而提高压电俘能装置使用寿命、增大俘能装置发电量。

技术实现思路

1、针对液压管路中流体流动所产生的压力脉动，本发明提供了一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置。本发明利用连杆绕连杆销旋转时，距离回转中心越远，位移越大，作用力越小的特点，放大脉动激励，减小压电陶瓷片受力、增强压电陶瓷片形变，达到对压电陶瓷片的一次保护、增加压电陶瓷片的使用寿命、提高俘能效率的目的。为了提升发电量，本发明采用了多个压电陶瓷片进行等距环形分布。本发明使用绝缘缓冲弹性块对压电陶瓷片进行保护，实现对压电陶瓷片的二次保护。本发明可以合理选择各个压电陶瓷的串、并、单独输出，既实现了最大功率输出，又使得本装置输出线路具有较高的灵活性。而且本发明在多处使用弹簧，通过调节弹簧的弹簧系数、压缩量等调节最佳俘能效果，同时对管路中流体介质的脉动压力起到一定的衰减效果。

2、所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，结构包括壳体、活塞杆、活塞弹簧、格莱圈、导向环、连接台、连杆、连杆销、推杆、套筒、推杆弹簧、弹性绝缘触头、上绝缘压盖、下绝缘压盖、上端盖、压电陶瓷片、绝缘缓冲弹性块、导线。

3、所述的壳体下端设有外螺纹，用于与外管路连接；外部中间为圆柱形并有两侧对称的切口，用于夹紧固定；壳体内部为同心阶梯圆通孔，由下至上逐渐增大，最上端设有部分内螺纹，用于与上端盖装配，无螺纹处圆形空腔为压盖放置腔，用于放置上、下绝缘压盖；与压盖放置腔相连的圆柱空腔为套筒放置腔，用于放置套筒与连接台；中间圆柱空腔下端设有四个通气槽呈十字分布，两侧设有气体交换孔呈对称分布，用于气体流通，防止内部产生气压冲击；壳体内部最下端孔为液体流进孔，与其相连的空腔用于放置活塞杆，活塞杆可在此腔体内部在脉动压力的作用下作往复运动。

4、所述的活塞杆下端表面为圆柱形，并设有两个导向环槽和一个格莱圈槽；活塞杆上端圆柱面上开有弹簧放置槽和推导杆，推导杆为细长圆柱形，数量为n个，呈等距环形分布，推导杆上端面为半圆球形。

5、所述的格莱圈、导向环分别与活塞杆装配组，导向环数量为2个；活塞杆顶端的推导杆穿过连接台的推导孔与推杆点接触。

6、所述的连杆、连杆销的数量为n个，连杆连接处与连接台耳座通过连杆销连接；连接台下端面与壳体内部套筒放置腔的下端面贴合。

7、所述的连接台形状为扁圆柱形，下端面中间部位开有弹簧放置槽，轴向开有n个通孔为推导孔，呈等距环形分布；连接台上表面中心处有一凸台，凸台上设有n个与连杆连接的耳座并开有销孔，各个耳座中心线与推导孔轴心共线分布。

8、所述的活塞弹簧两端分别放置在活塞杆上端与连接台下端的弹簧放置槽，使活塞杆可以在脉动冲击下及时复位。

9、所述的套筒为薄壁圆柱形，上下端面分别与连接台以及下绝缘压盖贴合放置，用于压紧连接台使之固定。

10、所述的推杆下端为半圆球形，与连杆相接触，中下部设有一圆形凸台并开弹簧放置槽；为与弹性绝缘触头装配，推杆上表面开一沉孔，沉孔下端设有圆形槽。弹性绝缘触头下端为圆柱形，底部设有圆环凸起，上端为稍大圆柱，上端面倒圆角。推杆与弹性绝缘触头利用型面配合连接，推杆与下绝缘压盖的推杆孔间隙配合，推杆下端与连杆进行点接触，弹性绝缘触头顶端与压电陶瓷片面接触。

11、所述的推杆弹簧两端分别放置在推杆与下绝缘压盖下端的弹簧放置槽，使推杆组件可以在连杆往复冲击下及时复位。

12、所述的绝缘缓冲弹性块为圆柱形状具有绝缘性、高回弹性的软材质，其上表面开有矩形凹槽及中心处开有贯穿孔，用于引出导线。绝缘缓冲弹性块放置在上绝缘压盖的圆柱形通孔中，与压电陶瓷片贴合。

13、所述的上绝缘压盖形状为圆柱形，其轴向开有n个圆柱形通孔，呈等距环形分布，用于放置绝缘缓冲弹性块，且下表面有圆环凸起，为引出负极导线在圆柱形通孔直径外靠环心处开通孔。所述的下绝缘压盖上表面开有n个圆形凹槽，呈等距环形分布，与上绝缘压盖下表面的n个圆形凸起间隙配合，中间放置压电陶瓷片；轴向开有n个与其上表面的圆形凹槽同心的通孔，用于放置推杆；下端面开有n个与通孔同心的弹簧放置槽。

14、所述的压电陶瓷片为薄圆盘形，有陶瓷压电介质的一面与上绝缘压盖下表面的圆环凸起接触，另一面与下绝缘压盖上表面的圆形凹槽接触，通过拧紧上端盖，使三者间压紧固定。压电陶瓷片的正极通过导线穿过绝缘缓冲弹性块与上端盖所设的孔引出，负极通过导线穿过上绝缘压盖与上端盖所设的孔引出。

15、所述的数量为n的结构及零件中n为大于等于2的正整数。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、(1)本发明利用连杆绕连杆销旋转时，距离回转中心越远，位移越大，作用力越小的特点，增强流体脉动对压电陶瓷片的激励，减小压电陶瓷片受力、增强压电陶瓷片的形变效果，既可以延长本发明的压电陶瓷片的使用寿命，对压电陶瓷片产生一次保护，也可使本发明的俘能效率高于其他俘能装置，还使本发明可以在较低的压力脉动的管路环境中俘能。

18、(2)本发明采用多片压电陶瓷片进行等距环形分布，提升装置的发电量。

19、(3)本发明在上绝缘压盖的绝缘缓冲弹性块放置腔内放置绝缘缓冲弹性块对压电陶瓷片进行保护，以达到对压电陶瓷片的二次保护，延长压电陶瓷片的使用寿命。

20、(4)本发明在多处使用弹簧，通过调节弹簧的弹簧系数、压缩量等调节最佳俘能效果，同时对管路中流体介质的脉动压力起到一定的衰减效果。

21、(5)本发明各个引线孔之间相互连通，可以合理选择各个压电陶瓷的串、并、单独输出，既实现了最大功率输出，又使得本装置输出线路具有较高的灵活性。

技术特征：

1.一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：包括壳体、活塞杆、活塞弹簧、格莱圈、导向环、连接台、连杆、连杆销、推杆、套筒、推杆弹簧、弹性绝缘触头、上绝缘压盖、下绝缘压盖、上端盖、压电陶瓷片、绝缘缓冲弹性块、导线；壳体下端设有外螺纹，用于与外管路连接，壳体外部中间为圆柱形并有两侧对称的切口，用于夹紧固定，壳体内部为同心阶梯圆通孔，由下至上逐渐增大，壳体最上端设有内螺纹，用于与上端盖装配，壳体上端无螺纹处的圆形空腔为压盖放置腔，用于放置上、下绝缘压盖；与压盖放置腔相连的圆柱空腔设有套筒放置腔，用于放置套筒与工作台；壳体中间圆孔下端设有四个方形通气槽，两侧设有气体交换孔呈对称分布，用于气体流通，防止内部产生气压冲击；壳体内部最下端设有液体流进孔，与其相连的容腔用于储存液体以放置活塞杆，活塞杆可在此腔体内部脉动压力的作用下作往复运动；格莱圈、导向环分别与活塞杆装配，导向环数量为2个；活塞杆顶端的推导杆穿过连接台的推导孔与推杆点接触；连杆与连杆销的数量为n个，连杆连接处与连接台耳座通过连杆销连接；活塞弹簧两端分别放置在活塞杆上端与连接台下端的弹簧放置槽，使活塞组件可以在脉动压力下及时复位；连接台下端面与壳体内部套筒放置腔的下端面接触贴合；套筒上下端面分别和连接台与下绝缘压盖贴合，压紧连接台使之固定；推杆与弹性绝缘触头利用型面连接相配合，与下绝缘压盖的推杆孔间隙配合，推杆下端与连杆进行点接触，弹性绝缘触头顶端与压电陶瓷片面接触；推杆弹簧两端分别放置在推杆与下绝缘压盖下端的弹簧放置槽，使推杆可以在连杆往复冲击下及时复位；压电陶瓷片有陶瓷压电介质的一面与上绝缘压盖下表面的圆环凸起贴合，另一面与下绝缘压盖上表面的圆形凹槽贴合，通过拧紧上端盖，使三者间压紧固定；绝缘缓冲弹性块放置在上绝缘压盖的绝缘缓冲弹性块放置腔中，与压电陶瓷片贴合；压电陶瓷片的正极通过导线穿过绝缘缓冲弹性块与上端盖所设的引线孔引出，负极通过导线穿过上绝缘压盖与上端盖所设的引线孔引出。

2.根据权利要求1所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述活塞杆下端表面为圆柱形，并设有两个导向带槽和一个格莱圈槽；活塞杆上端圆柱面上开有弹簧放置槽和推导杆，推导杆为细长圆柱形，数量为n个，呈等距环形分布，推导杆上端面为半圆球形。

3.根据权利要求1所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述的连接台形状为扁圆柱形，下端面中间部位开有弹簧放置槽，轴向开有n个通孔为推导孔，呈等距环形分布，连接台上表面设有一凸台，凸台上设有n个与连杆连接的耳座并开有销孔，各个耳座中心线与推导孔轴心共线分布。

4.根据权利要求1所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述推杆下端为半圆球形，与连杆相接触，中下部设有一圆形凸台并开弹簧放置槽，为与弹性绝缘触头装配，推杆上表面开一沉孔，沉孔下端设有圆形槽；所述弹性绝缘触头下端为圆柱形，底部设有圆环凸起，上端为稍大圆柱，其上端面倒圆角。

5.根据权利要求1所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述的绝缘缓冲弹性块为圆柱形状具有绝缘性、高回弹性的软材质，其上表面开有矩形凹槽及中心处开有贯穿孔，用于引出导线。

6.根据权利要求1所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述的上绝缘压盖形状为圆柱形，其轴向开有n个圆柱形通孔，呈等距环形分布，用于放置绝缘缓冲弹性块，且下表面有圆环凸起，为引出负极导线在圆柱形通孔直径外靠环心处开通孔；下绝缘压盖上表面开有n个圆形凹槽，呈等距环形分布，与上绝缘压盖下表面的n个圆形凸起间隙配合，中间放置压电陶瓷片；轴向开有n个与其上表面的圆形凹槽同心的通孔，用于放置推杆；下端面开有n个与通孔同心的弹簧放置槽。

7.根据权利要求1或2或3或6所述的一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，其特征在于：所述的数量为n的结构及零件中n为大于等于2的正整数。

技术总结
本发明公开了一种液压管路用激励增强多片式压电俘能装置，涉及水流流致振动俘能领域，发明结构包括壳体、活塞杆、活塞弹簧、格莱圈、导向环、连接台、连杆、连杆销、推杆、套筒、推杆弹簧、弹性绝缘触头、上绝缘压盖、下绝缘压盖、上端盖、压电陶瓷片、绝缘缓冲弹性块、导线。本装置将液压管路中作用于活塞杆的脉动激励，通过连杆将脉动激励进行放大再作用于压电陶瓷片，使俘能效率得到显著提升；将N个压电陶瓷片按呈等距环形分布，以提升本装置的发电量，其中N为大于等于2的正整数；使用绝缘缓冲弹性块使压电陶瓷片的形变不受影响的同时提升压电陶瓷片的耐损性。本装置不仅可以在高压脉动环境下工作，还具有可靠性高、寿命长、效率高等优点，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：史伟杰,仙同瑞,徐逸飞
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13