[发明专利]一种自供电压电流体阻尼器

说明书

本发明涉及一种自供电压电流体阻尼器，属减振技术领域。底座上装有缸体，缸体侧壁凸台上装有压电振子一、弹性隔膜、压电振子二和限位环；弹性隔膜两侧装有环形顶块；压电振子一和二都由基板和压电片粘接而成，压电振子一和二端部压在环形顶块上；缸体侧壁上装有接线柱和电路板，接线柱一与压电振子一和二连接、另一端与电路板相连，电路板与阻尼阀相连，阻尼阀与缸体的上下通孔相连；缸体内自上而下依次套有活塞和隔板，活塞和隔板间装有平衡弹簧；活塞、隔板及弹性隔膜将底座与缸体所围成的空腔分隔成上下阻尼腔和上下缓冲腔；上阻尼腔经上通孔、阻尼阀及下通孔与下阻尼腔相连；上缓冲腔经弹性隔膜上的阻尼孔与下缓冲腔相连通。

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种自供电压电流体阻尼器。

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。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。现有的主动式液压阻尼调节技术需要持续的外部能量供应，因此具有体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性低的局限性；为解决这些问题，人们曾提出过多种形式的基于压电能量回收的阻尼器，但这些阻尼器中利用的都是压电振子的双向弯曲变形发电的，易因压电片所受拉应力过大而损毁，故可靠性仍有待提高。

发明内容

本发明提出一种自供电压电流体阻尼器，本发明采用的实施方案是：底座上经螺钉安装有缸体，缸体侧壁内侧凸台上经螺钉和压板自下而上压接有压电振子一、弹性隔膜、压电振子二和限位环；弹性隔膜的两侧经铆钉安装有环形顶块；压电振子一和二都由基板和压电片粘接而成，基板靠近弹性隔膜安装，压电振子一和二的端部都压在环形顶块上；缸体侧壁上安装有接线柱，缸体侧壁的外侧经螺钉和垫圈安装有电路板，接线柱一端经导线组与压电振子一和二连接，另一端经导线组与电路板相连，电路板经导线与阻尼阀相连，阻尼阀经管路与缸体上的上通孔及下通孔相连接；缸体内自上而下依次套有活塞和隔板，活塞和隔板之间安装有平衡弹簧，活塞杆从缸体的上壁伸出，活塞杆上安装有重物；活塞、隔板及弹性隔膜将底座与缸体所围成的空腔分隔成上阻尼腔、下阻尼腔、上缓冲腔和下缓冲腔；上阻尼腔经上通孔、阻尼阀及下通孔与下阻尼腔相连，上阻尼腔和下阻尼腔中充满液体；上缓冲腔经弹性隔膜上的阻尼孔与下缓冲腔相连通，上缓冲腔和下缓冲腔中充满高压惰性气体。

本发明中，压电振子一和二安装前为平直结构、安装后为弯曲结构且压电片承受压应力；非工作时压电片上最大的压应力为其许用压应力的50％，此时所对应的压电振子一和二自由端的变形量为其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m为基板厚度，H为压电振子一和二的总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电片的杨氏模量，k₃₁和分别为压电陶瓷材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子一和二的长度。

非工作状态下，弹性隔膜不发生弯曲变形，弹性隔膜两侧对称安装的压电振子一和二的变形和受力状态分别相同，工作中，活塞上下运动并使上阻尼腔、下阻尼腔、上缓冲腔及下缓冲腔的容积发生相应的变化，再经弹性隔膜及环形顶块迫使压电振子一和二产生往复的单向弯曲变形，从而将机械能转换成电能，此为压电发电过程：