[发明专利]基于振动能量回收的自供电阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于振动控制技术领域应用的减振器，具体涉及一种基于振动能量回收的自供电阻尼器。

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，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调节技术也存在一些不足，如：①需要较大的泵站进行驱动、多个电磁阀进行联合控制，②需要传感器进行振动状态的检测，③需要持续的外部能量供应。因此，现有的主动式可调液压阻尼器的系统体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性较低，在应用上存在一定的局限性。

鉴于现有压电及液压主动振动控制技术自身结构、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自供能可调阻尼器，即中国专利201110275849.6。为使该类压电液压阻尼器具有较好的能量回收和阻尼调节效果，整个系统必须施加足够的背压，以便提高系统内流体刚度及其响应特性。在这种工作模式下，压电叠堆在非工作时就已承受了较大的流体作用力，从而降低其工作时的发电能力及控制能力；此外，该类阻尼器因压电叠堆与液压缸串联配置，总的纵向尺度过大，不适于液压缸行程较大且纵向安装尺寸受限的应用场合。

发明内容

本发明提供一种基于振动能量回收的自供电阻尼器，以解决现有的主动式可调液压阻尼器的系统体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性较低，在应用上存在一定的局限性的问题。

本发明采取的技术方案是：上壳体和下壳体通过螺钉连接并构成一组压缩缸和一个阻尼缸；两个端盖分别通过螺钉固定在上壳体及下壳体上，并依次将压电叠堆型俘能器和顶块压接在上壳俘能腔及下壳俘能腔内；双杆活塞置于压缩缸腔内并将其分隔成上压缩腔和下压缩腔，双杆活塞的上活塞杆和下活塞杆分别压在置于上壳俘能腔和下壳俘能腔内的顶块上，上活塞杆与上壳俘能腔底孔之间、以及下活塞杆与下壳俘能腔顶孔之间均设有密封圈；单杆活塞置于阻尼缸腔内并将其分隔成上阻尼腔和下阻尼腔；上阻尼腔通过管路与蓄能器连通、还通过下壳体内壁上的通孔一与上壳流体腔及上压缩腔连通；下阻尼腔通过下壳体上的通孔二与下压缩腔连通；单杆活塞下表面压接有弹簧、上表面通过螺钉与活塞杆端部法兰连接；活塞杆内腔中装有压电叠堆型驱动器，所述驱动器依次将阀芯和蝶形弹簧压接在单杆活塞内；上阻尼腔和下阻尼腔通过单杆活塞上的左阀孔和右阀孔、以及阀芯上的环槽相连通；所述左阀孔、右阀孔、及环槽共同构成阻尼阀孔；置于上壳俘能腔及下壳俘能腔内的俘能器、以及置于活塞杆内腔中的驱动器分别通过导线组一、导线组二及导线组三与电控单元连接。

本发明的一种实施方式是，上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量均为1-20个；当所述上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量为两个以上时，置于各上壳俘能腔和各下壳俘能腔内的俘能器分别采用并联方式连接，再分别与电控单元相连。

在非工作状态下，单杆活塞在弹簧、振动体及流体压力作用下处于平衡状态，相互连通的上压缩腔、下压缩腔、上阻尼腔及下阻尼腔内流体压力相等，均为蓄能器的预置压力，双杆活塞因上下表面所受流体作用力相等而处于平衡状态，又因双头活塞的上下活塞杆通过密封圈密封，此时俘能器不受外力作用、无电压生成；同时，驱动器无电压输入，阀芯处于自然状态、阻尼阀孔开度最大，即单杆活塞上的左阀孔和右阀孔与阀芯上的环槽之间的通流间隙最大、阻尼最小。进入稳态工作后，单杆活塞随振动体上下振动而运动，使系统内流体的压力分布状态以及双杆活塞的受力状态发生变化，从而使置于上壳俘能腔及下壳俘能腔内的俘能器伸长或缩短，并将流体的压力能转换成电能，此为发电过程；所生成电能经电控单元转换处理后输出给驱动器，驱动器通过伸长或缩短带动阀芯上下运动，从而改变阻尼阀孔的通流面积，此为阻尼调节过程。