專利名稱：一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種振動(dòng)主動(dòng)控制裝置。
背景技術(shù)：
在振動(dòng)控制工程領(lǐng)域中，振動(dòng)主動(dòng)控制得到了廣泛的研究并在工程中應(yīng)用。目前常用的作動(dòng)器按作動(dòng)原理分為電磁式、電動(dòng)式、磁流變液、電流變液、磁致伸縮、壓電式等。 其中，壓電式作動(dòng)器具有出力大、變形小的特點(diǎn)，為了獲得較大的作動(dòng)位移，壓電作動(dòng)器一般做成壓電堆，并借助杠桿機(jī)構(gòu)放大位移。基于固體與固體的接觸傳力作用設(shè)計(jì)的壓電堆已經(jīng)應(yīng)用與懸臂梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制中，例如楊智春，王巍，谷迎松，李斌等.一種彎曲型壓電堆作動(dòng)器的設(shè)計(jì)及在振動(dòng)控制中的應(yīng)用[J]，(振動(dòng)與沖擊，2009二8 (9) :130-134)； 壓電作動(dòng)器在主動(dòng)控制中的應(yīng)用規(guī)律與效果評(píng)估也得到了較為系統(tǒng)深入的研究，例如胡芳，張志誼，華宏星等.振動(dòng)控制中壓電作動(dòng)器非線性的補(bǔ)償方法研究[J]，(振動(dòng)與沖擊， 2010,29(11) :55-60)；基于壓電效應(yīng)的液力作動(dòng)器的原理和設(shè)計(jì)方案與管路流體壓力脈動(dòng)的抑制問(wèn)題有著密切的關(guān)系。管路流體壓力脈動(dòng)控制的方法有很多種。有人設(shè)計(jì)了流固耦合振動(dòng)的結(jié)構(gòu)共振液壓脈動(dòng)濾波器應(yīng)用于泵源液壓系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲控制并取得了良好效果。例如何志勇，何清華，李自光等泵源液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)抑制方法研究[J]，(起重運(yùn)輸機(jī)械，2010(10) :24-26)；為了解決單點(diǎn)消振時(shí)尋找最佳消振位置比較困難的問(wèn)題，一種分布式流體脈動(dòng)主動(dòng)控制方法也被設(shè)計(jì)并應(yīng)用于飛機(jī)液壓能源管路的壓力脈動(dòng)引發(fā)的流固耦合問(wèn)題的解決中，例如歐陽(yáng)平超，焦宗夏，劉紅梅等分布式液壓流體脈動(dòng)主動(dòng)控制方法[J]，(北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33 (9) :1060-1063)，具體方法是采用多個(gè)主動(dòng)消振閥和壓力傳感器進(jìn)行分布式控制；在管路脈動(dòng)壓力的多種抑制方法中，除了基于伺服閥的控制系統(tǒng)，運(yùn)用壓電材料和壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)施控制有著非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。例如李樹(shù)立，焦宗夏液壓流體脈動(dòng)主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀與展望[J]，(機(jī)床與液壓，2006 (9) =243-246)；費(fèi)仁元，尹善貞.管道有源消聲控制技術(shù)的發(fā)展與動(dòng)向[J]，(北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，四(3) 257-262)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)固液耦合振動(dòng)主動(dòng)控制的基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括主油缸、密封端蓋、輸入活塞、壓電片、輸出活塞；輸入活塞和輸出活塞位于主油缸內(nèi)，兩個(gè)活塞之間連接有中部牽引彈簧；密封端蓋上開(kāi)有防塵氣孔，密封端蓋安裝在主油缸上、用來(lái)封閉整個(gè)工作行程空間；壓電片布置在輸出活塞上表面中央位置，調(diào)控液壓油的脈動(dòng)壓力；輸入活塞上有阻尼孔；輸入活塞和輸出活塞之間充滿液壓油，構(gòu)成阻尼器的能量耗散結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型還可以包括[0007]1、主油缸內(nèi)靠近密封端蓋的部位以及靠近地腳的部位分別設(shè)置上止點(diǎn)凸塊限位器與下止點(diǎn)凸塊限位器。2、還包括主動(dòng)控制器，壓電片的電極從主油缸壁引出，與電壓主動(dòng)控制器連接。3、輸出活塞的下方安裝輸出活塞傳感器，用來(lái)拾取誤差信號(hào)，將誤差信號(hào)引出油缸與主動(dòng)控制器相連。4、輸出活塞下部設(shè)置底部支撐彈簧，底部支撐彈簧下方與一安裝定位盤固連。運(yùn)用壓電材料控制管路脈動(dòng)壓力的方法分為兩種實(shí)現(xiàn)方式一種是本發(fā)明人曾將壓電材料布置于待控管路段的外壁，壓電材料接收控制信號(hào)之后變形產(chǎn)生的控制力直接作用于管壁，再由管壁的微小變形對(duì)液體施加與液體脈動(dòng)頻率相等、相位相反的控制力(率志君.充液管道壓力脈動(dòng)有源控制實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力與能源工程學(xué)院，2006)；為了提高作動(dòng)力的效率，本實(shí)用新型提出了另外一種方式，將壓電材料布置于管路內(nèi)部的流場(chǎng)中，流固耦合，控制力和激勵(lì)力均直接在流固兩態(tài)的物質(zhì)之間傳遞。本實(shí)用新型提出的形式與前一種形式相比，壓電作動(dòng)器的形變輸出力由于接觸面積的增大而增加，提高了控制效率。本實(shí)用新型將被隔振設(shè)備的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為液體的脈動(dòng)壓力，采用壓電陶瓷環(huán)片控制液體的脈動(dòng)壓力，使得被隔設(shè)備向基礎(chǔ)傳遞的振動(dòng)最小。與基于壓電作動(dòng)器的管路脈動(dòng)主動(dòng)控制裝置相比，多設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出活塞，將液體力再次轉(zhuǎn)化為固體力，其目標(biāo)是控制輸出活塞所受的脈動(dòng)液壓力，此外控制方法也不同。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的隔振器是通過(guò)油缸內(nèi)的液壓油受活塞壓縮流經(jīng)節(jié)流孔產(chǎn)生的摩擦阻尼效應(yīng)來(lái)輸出阻尼力，這樣可以降低系統(tǒng)在共振頻率附近的振動(dòng)幅值。通過(guò)在輸出活塞的上壁面布置壓電片產(chǎn)生變形進(jìn)而產(chǎn)生軸向主動(dòng)脈動(dòng)力，由于隔振器中的流體運(yùn)動(dòng)具有延遲性，使得主動(dòng)脈動(dòng)壓力在油缸中傳播至輸入活塞下表面后，部分流體流過(guò)阻尼孔， 另一部分推動(dòng)輸入活塞產(chǎn)生振動(dòng)，而作用在輸出活塞的脈動(dòng)力會(huì)使輸出活塞產(chǎn)生振動(dòng)，與被隔設(shè)備傳遞到該活塞的振動(dòng)相抵消，使輸出活塞的位移為零，達(dá)到了隔振的目的。為了使壓電片產(chǎn)生預(yù)期的脈動(dòng)力(即與傳遞到輸出活塞的振動(dòng)幅值頻率相等而相位相反)，系統(tǒng)配置有主動(dòng)控制器，系統(tǒng)控制的目標(biāo)函數(shù)是輸出活塞的振動(dòng)最小，可以由加速度傳感器來(lái)測(cè)量。與傳統(tǒng)的壓電堆相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在取消了杠桿機(jī)構(gòu)，固體和液體直接耦合傳遞控制力和輸入力。與管流脈動(dòng)主動(dòng)控制裝置相比，本實(shí)用新型具有鮮明的特點(diǎn)，體現(xiàn)在多設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出活塞，將液體力再次轉(zhuǎn)化為固體力，控制目標(biāo)和控制算法均不同。

附圖是本實(shí)用新型的基本構(gòu)成原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)的描述作動(dòng)器封裝在一體式的油缸內(nèi)。其中主油缸2起到支撐被隔振機(jī)器、連接機(jī)器與臺(tái)架、容納液壓油和活塞構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)部分并且提供工作行程空間的作用。由于運(yùn)動(dòng)部件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候受到主油缸內(nèi)空氣的阻礙，所以主油缸上端面開(kāi)有防塵氣孔14將內(nèi)部空間與大氣連通，以確保封閉油缸內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件能夠順暢運(yùn)動(dòng)。主油缸內(nèi)靠近密封端蓋的部位以及靠近地腳9的部位分別設(shè)置上止點(diǎn)凸塊限位器3、上止點(diǎn)凸塊限位器6，凸塊結(jié)構(gòu)充當(dāng)限位器限制運(yùn)動(dòng)部分的行程范圍。輸入活塞1是由頂桿連接的活塞結(jié)構(gòu)。主油缸內(nèi)的一端為活塞，起到密封運(yùn)動(dòng)部件、傳遞液壓推力的作用。輸入活塞上布置若干阻尼孔13，起到節(jié)流和緩沖的作用，用來(lái)提供阻尼特性。頂桿用來(lái)傳遞力的作用。主油缸外的一端為安裝端，與機(jī)器機(jī)腳固連。輸出活塞11位于主油缸下部，其中央位置固定安裝橡膠壓電片12，將壓電片的電極從缸壁引出，與電壓主動(dòng)控制器5連接。電極引出點(diǎn)可以采用微型孔膠塞確保油缸的密封性。輸出活塞11的下方安裝輸出活塞傳感器10用來(lái)拾取誤差信號(hào)。將誤差通道引出油缸與主動(dòng)控制器5相連。輸入活塞1和輸出活塞11之間注入液壓油或硅油，與活塞一并構(gòu)成作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)部分。兩個(gè)活塞均設(shè)有數(shù)道活塞環(huán)用于密封液壓油。由于輸入活塞阻尼孔結(jié)構(gòu)的存在，液壓油的表面將高于輸入活塞所在面，這一設(shè)計(jì)是為了提供一定的阻尼特性。兩個(gè)活塞之間靠剛度較大的中部牽引彈簧4保持相對(duì)空間并傳遞控制力與輸入力。設(shè)置底部支撐彈簧7對(duì)輸出活塞11進(jìn)行支撐和彈性限位。限位彈簧7下方與一安裝定位盤8固連，作動(dòng)器控制后的力通過(guò)限位彈簧和定位盤傳遞至作動(dòng)器下方的臺(tái)架或者基石出。
權(quán)利要求1.一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，包括主油缸、密封端蓋、輸入活塞、壓電片、輸出活塞；其特征是輸入活塞和輸出活塞位于主油缸內(nèi)，兩個(gè)活塞之間連接有中部牽引彈簧；密封端蓋上開(kāi)有防塵氣孔，密封端蓋安裝在主油缸上、用來(lái)封閉整個(gè)工作行程空間；壓電片布置在輸出活塞上表面中央位置，調(diào)控液壓油的脈動(dòng)壓力；輸入活塞上有阻尼孔；輸入活塞和輸出活塞之間充滿液壓油，構(gòu)成阻尼器的能量耗散結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是主油缸內(nèi)靠近密封端蓋的部位以及靠近地腳的部位分別設(shè)置上止點(diǎn)凸塊限位器與下止點(diǎn)凸塊限位ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是還包括主動(dòng)控制器，壓電片的電極從主油缸壁引出，與電壓主動(dòng)控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是輸出活塞的下方安裝輸出活塞傳感器，用來(lái)拾取誤差信號(hào)，將誤差信號(hào)引出主油缸與主動(dòng)控制器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是輸出活塞下部設(shè)置底部支撐彈簧，底部支撐彈簧下方與一安裝定位盤固連。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是輸出活塞下部設(shè)置底部支撐彈簧，底部支撐彈簧下方與一安裝定位盤固連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器，其特征是輸出活塞下部設(shè)置底部支撐彈簧，底部支撐彈簧下方與一安裝定位盤固連。
專利摘要本實(shí)用新型提供的是一種基于壓電作動(dòng)的液力主動(dòng)隔振器。包括主油缸、密封端蓋、輸入活塞、壓電片、輸出活塞；輸入活塞和輸出活塞位于主油缸內(nèi)，兩個(gè)活塞之間連接有中部牽引彈簧；密封端蓋上開(kāi)有防塵氣孔，密封端蓋安裝在主油缸上、用來(lái)封閉整個(gè)工作行程空間；壓電片布置在輸出活塞上表面中央位置，調(diào)控液壓油的脈動(dòng)壓力；輸入活塞上有阻尼孔；輸入活塞和輸出活塞之間充滿液壓油，構(gòu)成阻尼器的能量耗散結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的壓電堆相比，本實(shí)用新型取消了杠桿機(jī)構(gòu)，固體和液體直接耦合傳遞控制力和輸入力。與管流脈動(dòng)主動(dòng)控制裝置相比，本實(shí)用新型多設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出活塞，將液體力再次轉(zhuǎn)化為固體力，控制目標(biāo)和控制算法均不同。
文檔編號(hào)F16F15/027GK201973165SQ20112005980
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者盧熙群, 周盼, 張博, 李玩幽, 杜敬濤, 率志君, 翁俊, 肖友洪, 陳春來(lái) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)