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1、(10)申请公布号 CN 102979849 A (43)申请公布日 2013.03.20 CN 102979849 A *CN102979849A* (21)申请号 201210541583.X (22)申请日 2012.12.13 F16F 13/00(2006.01) (71)申请人 浙江师范大学 地址 321001 浙江省金华市迎宾大道 688 号 (72)发明人 阚君武 于丽 王淑云 李洋 刘殿龙 曾平 (74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 22100 代理人 魏征骥 (54) 发明名称 一种主动式压电液压阻尼器 (57) 摘要 本发明涉及一种主动式压电液压阻尼。
2、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。 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1 页 2 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。
4、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。 权 利 要 求 书 CN 102979849 A 2 1/3 页 3 一种主动式压电液压阻尼器 技术领域 0001 本发明属于减。
5、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 0002 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。。
6、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。
7、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 0003 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。 0004 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 。
8、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。
9、用 于阻尼调节的阻尼阀。 0005 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 说 明 书 CN 102979849 A 3 2/3 页 4 器预置压力P0。 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。 0006 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=Ft8+r2P 大于下 端所受外力 Fx=Ft10+r2P0时， 即上阀腔内流体压。
10、力增至 P Ft10-Ft8+r2P0/(r2) 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 Ft10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=V 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)2V， 其中 V 为压电叠堆的驱 动电压， 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=。
11、(R/r)2倍。 0007 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 加、 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。 0008 本发明的特色与优势在于 ： 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 ； 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，。
12、 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 ； 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 ； 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。 附图说明 0009 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 ； 0010 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 ； 0011。
13、 图 3 是图 1 的 I 部放大图 ； 0012 图 4 是本发明一个较佳实施例大活塞的结构剖面示意图 ； 0013 图 5 是本发明一个较佳实施例阀芯的结构剖面示意图 ； 0014 图 6 是图 5 的左视图。 具体实施方式 0015 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 C11 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 1 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 1 的内腔 101 内， 并 依次将小活塞 6、 阀芯 7 及复位弹簧。
14、 11 压接在大活塞 5 的阶梯型内腔 C2 中 ； 小活塞 6 与活 塞杆 1 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 1 的法兰 说 明 书 CN 102979849 A 4 3/3 页 5 102 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 F1 ； 阀芯 7 的。
15、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 C11 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。 0016 工作前将阻尼器内充满流体， 流体填充过程中单向阀F1开启， 流体经单向阀。
16、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 P0。 0017 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 1 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。
17、， 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 ； 0018 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+r2P 大于下端所受外力 Fx=Ft10+r2P0时， 即上阀腔 C21 内流体的压力增至 P Ft10-Ft8+r2P0/(r2) 时， 阀芯 7 开始向下运动， 下 阀腔 C22 内的流体经阀芯 7 上。
18、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 Ft10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， 则阀芯 7 的移动量、 即阻尼阀 F2 的开度调节量 为 l=(R/r)2L=(R/r)2V， 其中 ： V 为压电叠堆 2 的驱动电压， 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 ； 。
19、因此， 当大活塞 5 的直径远大于小活塞 6 的直径、 即时， 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 ； 0019 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 1 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。 说 明 书 CN 102979849 A 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102979849 A 6 2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102979849 A 7 3/4 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102979849 A 8 4/4 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102979849 A 9 。