CN102619921B - 一种惯容器与阻尼并联的减振器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种惯容器跟阻尼并联的可调惯容系数的减振器装置，包括传统阻尼减振器工作缸和液压马达。阻尼减振器工作缸有活塞和活塞杆，活塞将液压缸分为上腔和下腔，常通阀固定在活塞上，阻尼刚的上下壁上开有小孔；液压马达两端通过高压软管和调速阀分别与壁上开孔的减振器上下两腔相连。当来自车身和地面的外力沿减振器轴向方向施于活塞杆时，活塞相对于缸体做直线运动，减振器上下两腔形成压差，随着压差的变化，通过常通阀由下腔流向上腔的油液的流量会发生变化，通过调速阀流向液压马达的流量保持不变，既获得阻尼效果，又实现了惯容器惯容系数可调的特征，结构紧凑，布置灵活。

Description

一种惯容器与阻尼并联的减振器装置

技术领域

本发明涉及一种减振器装置，特指一种惯容器跟阻尼并联的可调惯容系数的减振器装置。

背景技术

机电一体化已经成为新世纪工程领域的一个重要发展方向。在这种一体化过程中经常需要将机械与电子系统网络化后当成一个大系统来研究。传统工程应用中，机械与电子系统存在两种对应关系，一种是“力-电压”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电感、电阻和电容对应，另一种是“力-电流”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电容、电阻和电感对应。

在实际应用过程中，人们发现机械系统中的质量元件，根据牛顿第二运动定律的定义，其加速度必须以惯性坐标系为基础（这就说明质量元件属于单端点元件）。这一特点使得质量元件有别于其他元件均具有两个独立、自由的端点（即两个端点均不受特定参考系的限制），造成了机械网络与电路网络的不完全对等。从而，机电模拟理论在运用上收到极大的限制。

针对该问题，一种名为惯容器的机械装置应运而生。如同机械系统中的弹簧和阻尼器一样，这种装置不需要以惯性坐标系为参考系，是一种真正的两端点元件，它两端的受力正比于相应两端的加速度，其比例常数称为“惯质系数”，单位为千克。中国专利200810123830.8公开了一种齿轮齿条惯容器（又叫齿轮齿条惯性质量蓄能器或齿轮齿条惯性蓄能器），但齿轮在啮合时齿间存在背隙（回程间隙）却是个严重的问题。背隙会导致旋转过程中两相邻齿不能有效地接触，由于背隙的存在，在高速旋转换向时会导致迟滞现象和相位的滞后。更严重的是，齿轮齿条惯容器在大负荷作用下，齿很容易因短时过载或冲击载荷而产生过载折断。中国专利201010510953.4公布了一种液力惯容器装置，但是这种惯容器装置在车辆的应用中需要与阻尼装置并联，以避免惯容器被击穿。在车辆悬架应用方面，惯容器的布置需要克服许多工程实际问题，比如，底盘内可供惯容器布置的空间较小、惯容器和阻尼的工作行程有限、汽车轻量化需求等。而中国专利201010510953.4公布的一种液力惯容器装置中，工作空间大，布置不灵活，惯容系数固定，不能同时满足车辆在各种不同工况下的要求，因此，工程上迫切需要一种既能够承受大载荷，能够解决齿轮齿条惯容器背隙和承载能力有限的问题，又能克服普通惯容器性能参数固定不变的缺点，同时解决结构紧凑布置灵活的减振器装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过调速阀将阻尼工作腔与液压马达相连的装置，既解决了机械式惯容器装置的背隙和承载能力有限的问题又解决了普通惯容器惯容系数固定的问题，同时解决了液力惯容器工作空间大，布置不灵活的问题。

本发明采用的技术方案：在液压缸的活塞上加有常通阀，其上下腔通过调速阀分别与双向变量液压马达相连，使悬架中的减振器跟惯容器两种装置简化成一种装置。本发明包括阻尼工作缸和液压马达；阻尼工作缸内设有活塞，活塞将液压缸分为上腔和下腔；在活塞上设有第一常通阀和第二常通阀，在上腔缸体的上壁和下腔缸体的下壁上分别开有小孔；液压马达为双向变量液压马达，液压马达的一端通过第一软管跟阻尼工作缸上腔上的小孔相连，液压马达的另一端通过第二软管跟阻尼工作缸下腔的孔相连。

带有常通阀的液压缸具有节流阻尼的特性，阻尼工作缸的上下腔形成压力差的时候，一部分油液通过常通阀，会产生阻尼力，形成阻尼特性，从而具有了减振器的作用。

另一部分油液通过调速阀推动液压马达转动，液压马达具有蓄能特性，通过计算，发现与液压缸通过调速阀相连的液压马达具有惯容器的特性且惯容系数可调，实现了可调惯容系数的惯容器作用。

本发明的有益效果是，将传统的减振器装置和惯容器装置在一个装置中实现了，结构紧凑，布置灵活，通过并联既实现了阻尼的特性，又实现了惯容器的惯容系数可调的特性，可以使车辆的乘坐舒适性及行驶安全性得到一定的改善。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种惯容器跟阻尼并联的减振器装置的示意图。

图中，1. 阻尼工作缸，2.活塞杆，3.上腔，4.下腔，5.第一常通阀，6.第二常通阀，7.活塞，8.双向变量马达，9.第一软管，10.第二软管, 11调速阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在图中，惯容器跟阻尼并联的减振器装置，包括传统阻尼减振器工作缸和液压马达。阻尼减振器工作缸有上腔3，下腔4，活塞7，第一常通阀5，常通阀6；液压马达8两端分别与上下两腔相连。当来自车身和地面的外力F沿减振器轴向方向施于活塞杆2时，活塞7相对于缸体做直线运动，上下两腔形成压差，下腔的油液一部分经过常通阀流向上腔，由于常通阀的节流作用 ，形成了阻尼力f;根据牛顿定律，在液压缸中：

                                                (1)

式中A为活塞的截面积，P₂为下腔的压力，P₁为上腔的压力

通过常通阀的流量为

                                                         (2)

假设管流向液压马达的流量为Q₂：

   

设，

则                                                    （3）

x为活塞的轴向线速度；由于液压马达本身存在泄漏问题，输入量并非完全作用于液压马达上，定义液压马达的容积效率为，值小于1，则作用于马达的有效流量Q_in为：

                                     （4）

而有效作用于液压马达的流量又可以用液压马达转速表示：

                                                        （5）

其中D为流量与角速度比，将（2）（3）带入（4）得：

                                                    （6）

假设，D为常数（不随时间而变化），对（5）对时间作微分，则可得到：

      （7）

根据能量守恒的原理，马达的输入的压力能功率等于马达的输出功率，则：

                                                   （8）

其中为马达的压力差，即为P₂-P₁，T为理想转矩，为马达的机械效率。输出的功率作用于飞轮上，则

                                                        （9）

将（6）（7）代入（9）得

        （10）

联立（1）跟（10）可得；

                                                                                 

由上式可以看出：此阻尼装置的惯容系数

。

在车辆行驶过程中 ，车身相对于地面的速度v的变化，n的值也随着变化，从而惯容系数b也随之改变。综上所述，通过阻尼工作腔与惯容器装置的并联装置，既解决了机械式惯容器装置的背隙和承载能力有限的问题又解决了液力惯容器惯容器参数固定，同时解决了减振器工作空间大，布置不灵活的问题，提高可靠性和节约能源的特点，在工程应用中有广阔的前景。

Claims (1)

1.一种惯容器与阻尼并联的减振器装置，其特征在于，包括阻尼工作缸（1）和液压马达（8）；阻尼工作缸内设有活塞（7），活塞（7）将液压缸分为上腔（3）和下腔（4）；在活塞（7）上设有第一常通阀（5）和第二常通阀（6），在上腔（3）缸体的上壁和下腔（4）缸体的下壁上分别开有小孔；液压马达（8）为双向变量液压马达，液压马达（8）的一端通过第一软管（9）跟阻尼工作缸上腔（3）上的小孔相连，液压马达（8）的另一端通过第二软管（10）跟阻尼工作缸下腔的孔相连；所述第一软管（9）上设有调速阀（11）；所述第二软管（10）上设有调速阀（11）。