专利名称：一种主动式压电液压阻尼器的制作方法
一种主动式压电液压阻尼器技术领域
本发明属于减振技术领域，具体涉及一种主动式压电液压阻尼器，适用于交通工具、机械设备等的振动抑制与消除。
背景技术：
液压阻尼器在交通工具、机械设备等的振动控制领域已有广泛应用。早期的被动式液压阻尼器结构简单、成本低、技术较成熟，但因阻尼不可调，其减振效果及环境的适应性较差，不适于某些要求振动控制效果较好的场合，如汽车发动机及车架悬置、大型精密仪器设备减振等。因此，人们提出了主动式、半主动式可调液压阻尼器，即 利用电机驱动液压泵提供动力、并由电磁换向/溢流/减压阀进行控制的主动式可调阻尼器，如中国发明专利 CN1367328A、CN101392809A等。比之于被动式不可调液压阻尼器，主动式可调液压阻尼器的控制效果好、振动环境的适应能力强，已在汽车主动悬置等方面获得成功应用；但现有的主动式液压阻尼器大都需要较大的泵站进行驱动、并结合多个电磁阀进行联合控制，因此系统体积庞大、连接及控制较复杂、能耗高、可靠性较低等，在应用上存在一定的局限性。鉴于现有主动式液压阻尼器自身结构、控制能力以及依赖外界能量供应等问题，申请人曾提出一种基于压电叠堆换能器与流体耦合作用回收能量并进行阻尼调节的半主动式自供能可调阻尼器，即中国专利201110275849. 6，可在一定程度上解决常规主动式液压阻尼器的某些弊端；但因该阻尼器利用压电叠堆直接驱动阀芯实现阻尼调节，而压电叠堆在电压作用下的伸缩能力极其有限、仅微米级，故阻尼调节能力低，不适于调节范围较大的场合。发明内容
本发明提出一种主动式压电液压阻尼器，以解决现有主动式液压阻尼器以及压电叠堆式自供能可调液压阻尼器所存在的阻尼调节能力低、不适于调节范围较大的场合问题。
本发明采取的技术方案是端盖通过螺钉固定在缸体上，大活塞套接在缸体内腔中并将缸体内腔分隔成上缸腔和下缸腔；平衡弹簧通过大活塞压接在下缸腔内，活塞杆端部的法兰通过螺钉固定在大活塞上；压电叠堆置于活塞杆的内腔中，并依次将小活塞、阀芯及复位弹簧压接在大活塞的阶梯型内腔中；小活塞与活塞杆端部的法兰之间压接有碟形弹簧、且小活塞上台肩顶靠在活塞杆端部的法兰上；小活塞与大活塞及阀芯之间共同构成上阀腔，阀芯与大活塞之间共同构成下阀腔，上阀腔通过管路与蓄能器连通；小活塞依次将阀簧和阀球压接在阀芯的内腔中，阀芯的内腔、阀簧和阀球共同构成单向阀；阀芯的内腔通过阀芯上端的横槽与上阀腔连通、通过阀芯上的纵孔与下阀腔连通、还通过阀芯上的纵孔及横孔与阀芯上的环槽连通；所述环槽与大活塞上的左流道及右流道连通，所述的左流道和右流道还分别与所述的上缸腔和下缸腔连通；所述环槽与所述左流道及右流道共同构成用于阻尼调节的阻尼阀。
工作前阻尼器系统内充满流体，上下缸腔及上下阀腔内流体压力相等，均为蓄能器预置压力Po。阻尼器非工作时，压电叠堆不通电、且不受预紧力作用；大活塞及小活塞在 流体压力及各弹簧的作用下处于平衡状态，阻尼阀处于常开状态、系统阻尼小。
需要调节阻尼时，压电叠堆通电并伸长，推动小活塞向下运动，从而使上阀腔内流 体压力增加为P、并使单向阀维持在关闭状态；当阀芯7上端所受外力Fs=FtJ3Ir2P大于下 端所受外力Fx=Ftlo+Jir2P0时，即上阀腔内流体压力增至P > [Ftlo-Ft8+Jir2P0]/(Jir2)时， 阀芯开始向下运动，使阻尼阀的通流面积减小、阻尼增加，式中Ft8和Ftltl分别为阀簧和复 位弹簧对阀芯的作用力，r为阀芯半径；当压电叠堆在电压作用下的伸长量为L=Vii时， 则阀芯的移动量、即阻尼阀的开度调节量为l=(R/r)2L=(R/r)2Vii，其中V为压电叠堆的驱 动电压，H为与压电叠堆、碟形弹簧、复位弹簧及阀簧的结构尺寸及流体压力有关的系数， R为大活塞的半径；因此，当大活塞直径远大于小活塞直径时，压电叠堆的伸长量将被放大 n=l/L=(R/r)2倍，即阻尼阀的阻尼的调节能力被放大n=(R/r)2倍。
压电叠堆断电或驱动电压降低时，压电叠堆在其自身弹性力作用下开始收缩，小 活塞及阀芯在流体及各相关弹簧的综合作用下也均向上运动，从而使阻尼阀的开度逐渐增 力口、阻尼逐渐减小；当小活塞的台肩顶靠在活塞杆的法兰上、且阀芯上端面顶靠在小活塞下 表面上时，阻尼器恢复至初始状态，此时阻尼阀的开度最大、阻尼最小。
本发明的特色与优势在于①在压电叠堆与阀芯之间增加一个可自行填充流体的 附加流体腔，通过较大的活塞与较小的阀芯相结合增加阀芯位移量，故阻尼调节及控制范 围大；②阻尼阀及压电叠堆置于活塞及活塞杆内，无需电机、泵、电磁阀等外围设备，故体积 小、结构简单、集成度高、密封性好，且易采用较长压电叠堆实现大范围的阻尼调节；③压电 叠堆非工作时不受流体力作用，故通电后变形量大、机电能量转换效率高；④采用非磁性压 电叠堆驱动与控制阀芯运动，不产生/不受电磁干扰，更适用于强磁场、强辐射环境。因此， 本发明的主动式压电液压阻尼器除了适用于大型的交通工具及机床设备外，也适于航空航 天、智能结构等微小系统和远程控制系统。
图1是本发明一个较佳实施例阻尼器非工作时的结构剖面示意图2是本发明一个较佳实施例本发明一个较佳实施例阻尼器工作时的结构剖面 示意图3是图1的I部放大图4是本发明一个较佳实施例大活塞的结构剖面示意图5是本发明一个较佳实施例阀芯的结构剖面示意图6是图5的左视图。
具体实施方式
端盖3通过螺钉固定在缸体4上，大活塞5套接在缸体4内腔中并将缸体4内腔 分隔成上缸腔Cl I和下缸腔C12 ;平衡弹簧10通过大活塞5压接在下缸腔C12内，活塞杆 I端部的法兰102通过螺钉固定在大活塞5上；压电叠堆2置于活塞杆I的内腔101内，并 依次将小活塞6、阀芯7及复位弹簧11压接在大活塞5的阶梯型内腔C2中；小活塞6与活 塞杆I的法兰102之间压接有碟形弹簧12、且小活塞6的台肩601顶靠在活塞杆I的法兰102上；小活塞6与大活塞5及阀芯7之间共同构成上阀腔C21，阀芯7与大活塞5之间共同构成下阀腔C22，上阀腔C21通过管路与蓄能器13连通；小活塞6依次将阀簧8和阀球9 压接在阀芯7的内腔705中，阀芯7的内腔705、阀簧8和阀球9共同构成单向阀Fl ;阀芯 7的内腔705通过阀芯7上端的横槽704与上阀腔C21连通、通过阀芯7上的纵孔701与下阀腔C22连通、还通过阀芯7上的纵孔701及横孔702与阀芯上的环槽703连通；阀芯7 上的环槽703与大活塞5上的左流道502和右流道501连通，所述左流道502和右流道501 连通还分别与上缸腔Cll和下缸腔C12连通；阀芯7上的环槽703与大活塞5上的左流道 502及右流道501共同构成用于阻尼调节的阻尼阀F2。
工作前将阻尼器内充满流体，流体填充过程中单向阀Fl开启，流体经单向阀F2进入上阀腔C21内；流体填充完毕后，上缸腔C11、下缸腔C12、上阀腔C21及下阀腔C22内的流体压力相等，均为蓄能器12的预置压力P。。
阻尼器非工作时，压电叠堆2不通电；大活塞5上下两侧的流体作用力相等，在振动体M及平衡弹簧10的作用下处于平衡状态；小活塞6在流体压力、复位弹簧11及碟形弹簧12的作用下顶靠在活塞杆I的法兰102上，以避免使压电叠堆2受流体作用而产生预压缩；阀芯7上下两端所受流体作用力相等，在复位弹簧11及阀簧8的作用下顶靠在小活塞 6的下表面，以确保阻尼阀F2处于常开状态，即大活塞5上的左流道502和右流道501与阀芯7上的环槽703完全连通，此时系统的阻尼小；
当振动体M上下振动、且需进行控制时，压电叠堆2通电并伸长，推动小活塞6向下运动，从而使上阀腔C21内流体压力增加、并使单向阀F2维持在关闭状态；上阀腔C21内流体压力增加使得阀芯7上端所受外力Fs=Ft8+ π r2P大于下端所受外力Fx=Ftltl+ π r2P0时， 即上阀腔C21内流体的压力增至P> [Ftlo-Ft8+Jir2P0]/(Jir2)时，阀芯7开始向下运动，下阀腔C22内的流体经阀芯7上的纵孔701、横孔702及环槽703排出并进入大活塞5的左流道502内；阀芯7向下运动致使阻尼阀F2的通流面积减小，从而起到了增加阻尼的作用，上述公式中Ft8和Ftltl分别为阀簧8和复位弹簧10对阀芯的作用力，r为阀芯半径；假如压电叠堆2在电压作用下的伸长量为L=V η，则阀芯7的移动量、即阻尼阀F2的开度调节量为1=(R/r)2L=(R/r)、η，其中V为压电叠堆2的驱动电压，n为与压电叠堆2、碟形弹簧 12、复位弹簧10及阀簧8的结构尺寸及流体压力有关的系数，R为大活塞5的半径；因此， 当大活塞5的直径远大于小活塞6的直径、即RD ! 时，压电叠堆2的伸长量将被放大n=l/ L=(R/r)2倍，即阻尼阀的阻尼的调节能力被放大(R/r)2倍；
当压电叠堆2断电或驱动电压降低时，压电叠堆2在其自身弹性力作用下开始收缩，小活塞6及阀芯7在流体及各相关弹簧的综合作用下也均向上运动，从而使阻尼阀F2 的开度逐渐增加、阻尼逐渐减小；同时，下阀腔C22内流体压力降低，流体从大活塞5上的左流道502经阀芯7上的环槽703、横孔702及纵孔701进入下阀腔C22 ;当小活塞6的台肩 601顶靠在活塞杆I的法兰102上、且阀芯7的上端面顶靠在小活塞6的下表面上时，阻尼器恢复至初始状态，此时阻尼阀F2的开度最大、阻尼最小。
权利要求
1.一种主动式压电液压阻尼器，其特征在于端盖通过螺钉固定在缸体上，大活塞套接在缸体内腔中并将缸体内腔分隔成上缸腔和下缸腔；平衡弹簧通过大活塞压接在下缸腔内，活塞杆端部的法兰通过螺钉固定在大活塞上；压电叠堆置于活塞杆的内腔中，并依次将小活塞、阀芯及复位弹簧压接在大活塞的阶梯型内腔中；小活塞与活塞杆端部的法兰之间压接有碟形弹簧、且小活塞的台肩顶靠在活塞杆端部的法兰上；小活塞与大活塞及阀芯之间共同构成上阀腔，阀芯与大活塞之间共同构成下阀腔，上阀腔通过管路与蓄能器连通；小活塞依次将阀簧和阀球压接在阀芯的内腔中，阀芯的内腔、阀簧和阀球共同构成单向阀；阀芯的内腔通过阀芯上端的横槽与上阀腔连通、通过阀芯上的纵孔与下阀腔连通、还通过阀芯上的纵孔及横孔与阀芯上的环槽连通；所述环槽与大活塞上的左流道及右流道连通，所述左流道及右流道还分别与上缸腔和下缸腔连通；所述环槽与所述左流道及右流道共同构成用于阻尼调节的阻尼阀。
全文摘要
本发明涉及一种主动式压电液压阻尼器，属于减振器。端盖固定在缸体上，大活塞将缸体内腔分隔成上下缸腔；平衡弹簧通过大活塞压在下缸腔内，活塞杆法兰固定在大活塞上；压电叠堆置于活塞杆内并将小活塞、阀芯及复位弹簧压在大活塞内腔中；小活塞与活塞杆法兰间压有碟形弹簧；小活塞依次将阀簧和阀球压接在阀芯内腔中并构成单向阀；阀芯内腔与上下阀腔及阀芯上的环槽连通；环槽与大活塞上的左右流道连通并构成阻尼阀，左右流道还分别与上下缸腔连通。优点在于利用活塞杆内的压电叠堆驱动附加流体腔活塞调节活塞内的阻尼阀，故结构简单、体积小、无泄漏和电磁干扰、阻尼调节范围大。
文档编号F16F13/00GK102979849SQ20121054158
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者阚君武, 于丽, 王淑云, 李洋, 刘殿龙, 曾平 申请人:浙江师范大学