CN103470672A - 泵式馈能主动减振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泵式馈能主动减振系统，包括泵式馈能减振器、单向阀系、液压马达、储能器、发电机、蓄电池以及控制器，其中泵式馈能减振器的活塞上设有单向的活塞阀，单向阀系中的单向阀A和单向阀B分别安装于泵式馈能减振器的出油口与进油口处，液压马达的进油口通过油管A与单向阀A相连，出油口设有单向阀C，单向阀C通过油管B与单向阀B相连，储能器通过油管C与油管B相连通，液压马达的转轴与发电机连接，发电机分别通过电线与控制线与蓄电池和控制器连接，本发明能够对振动能量进行回收，并可进行阻尼主动控制的泵式馈能主动减振系统，其结构简单，可靠性高，可用于车辆、桥梁建筑等多个场所。
Description
技术领域
本发明属于减振技术领域，具体涉及一种能够对振动能量进行回收，并可进行阻尼主动控制的泵式馈能主动减振系统。
背景技术
减振系统广泛应用于车辆悬架系统、铁路轨道、机械设备及桥梁建筑等场所，现有主要减振措施包括摩擦阻尼器、软钢阻尼器、橡胶阻尼器、粘弹性阻尼器等，多数是将振动能量转化为热能耗散掉。
以车辆减振器为例，目前在汽车上广泛使用的仍然是被动液力式减震器,其阻尼系数不可调,不能随外部路面状况而改变,设计时只能保证在某种特定行驶工况下达到良好减振性能,而难以适应不同的道路状况,因而减振性能有限。采用主动减振器可实现在不同的行驶条件下悬架性能最优,显著改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性，但由于主动减振器需要消耗大量的能量来抑制不平路面造成的冲击,因此使用成本较高。
同时，传统悬挂中的减振器以热量的形式将振动能耗散掉，从而衰减车辆的振动。而被耗散的能量是车辆能耗的重要组成部分，只是一直未被重视及利用。当前节能是汽车设计中重点考虑的问题之一,解决主动悬架高能耗问题势在必行,而能量回馈是减低能耗和减少使用成本的一个重要手段。
因此,主动馈能悬架应运而生,其目标就是回收由不平路面激励引起的振动能量,供以主动减振之用。尤其针对商用车、越野车辆等，行驶路况恶劣，悬挂系统振动剧烈，加之车辆质量大，能量回收潜力更大。对于混合动力汽车和电动汽车，由于具有加大容量的蓄电池，也是主动馈能悬架的主要应用对象。
目前的主动馈能悬架主要是电磁式和液电式两种，其中研究较多的电磁式馈能悬架的承载能力较低，主要用于自重较小、道路工况较好的乘用车，能量回收潜力有限；此外，电磁式馈能悬架中的静载问题一直没有得到很好地解决。因此，针对重型商用车、矿用车、军用车、工程车等自重较大且道路工况差的车辆进行馈能悬架研究，更有实际意义。此时，承载能力大、结构可靠性高的液电式馈能悬架更具优势。
中国专利CN101929520A公开了一种液电馈能式减振器，其包括液压缸、液压回路、液压马达、发电机、蓄能器等，液压回路与多个单向阀构成液压整流桥，液压回路采用在活塞外布置外接管路或将液压缸活塞设计成内外腔的形式。可将汽车振动产生的能量用于做功，回收振动能量。但其液压回路复杂，使得系统可靠性降低，并且馈能效率受到限制。
发明内容
本发明提供一种能够对振动能量进行回收，并可进行阻尼主动控制的泵式馈能主动减振系统，其结构简单，可靠性高，可用于车辆、桥梁建筑等多个场所，用于车辆时，可在提高车辆燃油经济性的同时，提高车辆操纵稳定性及乘坐舒适性。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种泵式馈能主动减振系统，包括泵式馈能减振器1、单向阀系2、液压马达4、储能器5、发电机6、蓄电池7以及控制器8，其中泵式馈能减振器1的活塞16上设有单向的活塞阀15，单向阀系2中的单向阀A21和单向阀B22分别安装于泵式馈能减振器1的出油口与进油口处，液压马达4的进油口通过油管A31与单向阀A21相连，出油口设有单向阀C23，单向阀C23通过油管B32与单向阀B22相连，储能器5通过油管C33与油管B32相连通，液压马达4的转轴与发电机6连接，发电机6分别通过电线与控制线与蓄电池7和控制器8连接。
可选地，所述的泵式馈能减振器1采用单筒结构，类似于单出杆双作用液压缸，包括与车架连接上吊环11，与上吊环11固连的活塞杆12，通过固定螺母17与活塞杆12固连的活塞16，活塞16伸入到缸筒组件14中，将其分为有杆腔13和无杆腔18，缸筒组件14下端固定有下吊环19，下吊环19与车轮组件连接；所述的无杆腔18和有杆腔13分别开有进油口和出油口，并分别与单向阀B22和单向阀A21相连；
可选地，所述的泵式馈能减振器1采用双筒结构，类似于双筒减振器结构，包括上吊环11，与上吊环11固连的活塞杆12，通过固定螺母17与活塞杆12固连的活塞16，包括内缸筒141以及套装在其外部的外缸筒142的缸筒组件14，活塞杆12及活塞16伸入内缸筒141中，活塞16上设有单向的活塞阀15，内缸筒141底部和上部分别设有单向阀E221和单向阀D211，外缸筒142与内缸筒141形成空间的上半段设有气室51，外缸筒底部设有单向阀F231，进一步地，单向阀D211和单向阀F231分别通过油管A31、油管D321与液压马达4的进油口和出油口相连接。
所述的液压马达4和发电机6为可逆结构，可以作为液压泵和电动机使用，也即当液压马达4进油口流入高压油液时，其转轴将旋转，进而带动发电机6发电；当控制器8控制蓄电池7对发电机6进行供电时，发电机6作为电动机带动液压马达4旋转，进而对流经液压马达4的油液产生阻力作用；
所述的缸筒组件14及各油管中充满油液，储能器5中的预压在1-5MPa之间；
可选地，液压马达4可以采用内啮合齿轮马达、外啮合齿轮马达及柱塞马达等。
优选地，液压马达4与发电机6为一体部件，使用同一根旋转轴，并共用壳体。
当车辆经过不平路面或在转弯及制动过程时，将使车轮相对于车架产生往复运动，进而导致活塞杆12及活塞16相对于缸筒组件14上下移动；
当活塞16向上运动时，活塞阀15关闭，单向阀A21开启，有杆腔13中的油液流经单向阀A21及油管A31，进入液压马达4，液压马达4的转轴旋转带动发电机6发电，并储存在蓄电池7中；同时，液压马达4出油口油液通过单向阀C23油管B32及单向阀B22进入无杆腔18，由于活塞杆12的抽出，有杆腔13流出的油液不足以充满无杆腔18，此时，蓄能器5将释放油液以充满无杆腔18；
当活塞16向下运动时，单向阀B22关闭，活塞阀15开启，无杆腔18中的油液通过活塞阀15进入有杆腔13，由于活塞杆12占据一定体积，部分油液将继续推开单向阀A21，进而带动液压马达4旋转，进而发电；由于单向阀B22关闭，液压马达4的出油口油液将进入储能器5；
由此可见，无论活塞16向上还是向下运动，油液均为顺时针流动，使得液压马达4及发电机6的旋转方向保持不变，进而提高了本系统的发电效率和使用寿命。
值得注意的是，本发明中的活塞阀15及各个单向阀的开启压力均非常小，而且各油管直径也足够大，使得沿程阻力降到最低；而减振器所需的阻力作用绝大部分在液压马达4处产生，通过控制器8控制发电机6外接不同的负载，实现发电机6产生不同大小的反电动势，进而使液压马达4对流经的油液产生不同大小的阻力，得到理想的减振器阻尼特性。
本发明的有益效果在于：
（1）通过巧妙的泵式馈能减振器设计，实现油液单向流动，结构简单、可靠性高，且减小了沿程阻力，使得馈能发电效率更高，可用于车辆悬架系统、铁路轨道、机械设备及桥梁建筑等多个场所；
（2）两种泵式馈能减振器设计方案分别可以通过现有单出杆双作用液压缸或双筒减振器进行改造得到，使得整套系统成本降低；
（3）通过主动控制，在振动能量回收、提高燃油经济性的同时，提高车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
附图说明
图1为本发明的一个实施例；
图2为本发明的另一实施例。
图中：
1、泵式馈能减振器；11、上吊环；12、活塞杆；13、有杆腔；14、缸筒组件；
141、内缸筒；142、外缸筒；15、活塞阀；16、活塞；
17、固定螺母；18、无杆腔；19、下吊环；
2、单向阀系；21、单向阀A；22、单向阀B；23、单向阀C；211、单向阀D；
221、单向阀E；231、单向阀F；31、油管A；32、油管B；33、油管C；321、油管D；
4、液压马达；5、储能器；51、气室；6、发电机；7、蓄电池；8、控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细介绍。
图1为本发明的一个实施例，可见一种泵式馈能主动减振系统，包括泵式馈能减振器1、单向阀系2、液压马达4、储能器5、发电机6、蓄电池7以及控制器8，其中泵式馈能减振器1的活塞16上设有单向的活塞阀15，单向阀系2中的单向阀A21和单向阀B22分别安装于泵式馈能减振器1的出油口与进油口处，液压马达4的进油口通过油管A31与单向阀A21相连，出油口设有单向阀C23，单向阀C23通过油管B32与单向阀B22相连，储能器5通过油管C33与油管B32相连通，液压马达4的转轴与发电机6连接，发电机6分别通过电线与控制线与蓄电池7和控制器8连接。
所述的泵式馈能减振器1采用单筒结构，类似于单出杆双作用液压缸，包括与车架连接上吊环11，与上吊环11固连的活塞杆12，通过固定螺母17与活塞杆12固连的活塞16，活塞16伸入到缸筒组件14中，将其分为有杆腔13和无杆腔18，缸筒组件14下端固定有下吊环19，下吊环19与车轮组件连接；所述的无杆腔18和有杆腔13分别开有进油口和出油口，并分别与单向阀B22和单向阀A21相连；
可选地，如图2所示，所述的泵式馈能减振器1采用双筒结构，类似于双筒减振器结构，包括上吊环11，与上吊环11固连的活塞杆12，通过固定螺母17与活塞杆12固连的活塞16，包括内缸筒141以及套装在其外部的外缸筒142的缸筒组件14，活塞杆12及活塞16伸入内缸筒141中，活塞16上设有单向的活塞阀15，内缸筒141底部和上部分别设有单向阀E221和单向阀D211，外缸筒142与内缸筒141形成空间的上半段设有气室51，外缸筒底部设有单向阀F231，进一步地，单向阀D211和单向阀F231分别通过油管A31、油管D321与液压马达4的进油口和出油口相连接。
所述的液压马达4和发电机6为可逆结构，可以作为液压泵和电动机使用，也即当液压马达4进油口流入高压油液时，其转轴将旋转，进而带动发电机6发电；当控制器8控制蓄电池7对发电机6进行供电时，发电机6作为电动机带动液压马达4旋转，进而对流经液压马达4的油液产生阻力作用；
所述的缸筒组件14及各油管中充满油液，储能器5中的预压在1-5MPa之间；
可选地，液压马达4可以采用内啮合齿轮马达、外啮合齿轮马达及柱塞马达等。
优选地，液压马达4与发电机6为一体部件，使用同一根旋转轴，并共用壳体。
当车辆经过不平路面或在转弯及制动过程时，将使车轮相对于车架产生往复运动，进而导致活塞杆12及活塞16相对于缸筒组件14上下移动；
当活塞16向上运动时，活塞阀15关闭，单向阀A21开启，有杆腔13中的油液流经单向阀A21及油管A31，进入液压马达4，液压马达4的转轴旋转带动发电机6发电，并储存在蓄电池7中；同时，液压马达4出油口油液通过单向阀C23油管B32及单向阀B22进入无杆腔18，由于活塞杆12的抽出，有杆腔13流出的油液不足以充满无杆腔18，此时，蓄能器5将释放油液以充满无杆腔18；
当活塞16向下运动时，单向阀B22关闭，活塞阀15开启，无杆腔18中的油液通过活塞阀15进入有杆腔13，由于活塞杆12占据一定体积，部分油液将继续推开单向阀A21，进而带动液压马达4旋转，进而发电；由于单向阀B22关闭，液压马达4的出油口油液将进入储能器5；
由此可见，无论活塞16向上还是向下运动，油液均为顺时针流动，使得液压马达4及发电机6的旋转方向保持不变，进而提高了本系统的发电效率和使用寿命。
值得注意的是，本发明中的活塞阀15及各个单向阀的开启压力均非常小，例如可小于0.05MPa，而且各油管直径也足够大，可大于10mm，使得沿程阻力降到最低；而减振器所需的阻力作用绝大部分在液压马达4处产生，通过控制器8控制发电机6外接不同的负载，实现发电机6产生不同大小的反电动势，进而使液压马达4对流经的油液产生不同大小的阻力，得到理想的减振器阻尼特性。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种泵式馈能主动减振系统，包括泵式馈能减振器(1)、单向阀系(2)、液压马达(4)、储能器(5)、发电机(6)、蓄电池(7)以及控制器(8)，其特征在于：
所述的泵式馈能减振器(1)的活塞(16)上设有单向的活塞阀(15)，单向阀系(2)中的单向阀A(21)和单向阀B(22)分别安装于泵式馈能减振器(1)的出油口与进油口处，液压马达(4)的进油口通过油管A(31)与单向阀A(21)相连，出油口设有单向阀C(23)，单向阀C(23)通过油管B(32)与单向阀B(22)相连，储能器(5)通过油管C(33)与油管B(32)相连通；
所述的液压马达(4)的转轴与发电机(6)连接，发电机(6)分别通过电线与控制线与蓄电池(7)和控制器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的泵式馈能减振器(1)采用单筒结构，类似于单出杆双作用液压缸，包括与车架连接的上吊环(11)，与上吊环(11)固连的活塞杆(12)，通过固定螺母(17)与活塞杆(12)固连的活塞(16)，活塞(16)伸入到缸筒组件(14)中，将其分为有杆腔(13)和无杆腔(18)，缸筒组件(14)下端固定有下吊环(19)，下吊环(19)与车轮组件连接；所述的无杆腔(18)和有杆腔(13)分别开有进油口和出油口，并分别与单向阀B(22)和单向阀A(21)相连。
3.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的泵式馈能减振器(1)采用双筒结构，类似于双筒减振器结构，包括上吊环(11)，与上吊环(11)固连的活塞杆(12)，通过固定螺母(17)与活塞杆(12)固连的活塞(16)，包括内缸筒(141)以及套装在其外部的外缸筒(142)的缸筒组件(14)，活塞杆(12)及活塞(16)伸入内缸筒(141)中，活塞(16)上设有单向的活塞阀(15)，内缸筒(141)底部和上部分别设有单向阀E(221)和单向阀D(211)，外缸筒(142)与内缸筒(141)形成空间的上半段设有气室(51)，外缸筒底部设有单向阀F(231)，进一步地，单向阀D(211)和单向阀F(231)分别通过油管A(31)、油管D(321)与液压马达(4)的进油口和出油口相连接。
4.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的液压马达(4)和发电机(6)为可逆结构，即液压马达(4)或用作液压泵，发电机(6)或用作电动机。
5.根据权利要求2所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的缸筒组件(14)及各油管中充满油液，储能器(5)中的预压在1-5MPa之间。
6.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的液压马达(4)采用内啮合齿轮马达、外啮合齿轮马达或柱塞马达。
7.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的液压马达(4)与发电机(6)为一体部件，使用同一根旋转轴，并共用壳体。
8.根据权利要求2所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的活塞(16)向上运动时，活塞阀(15)关闭，单向阀A(21)开启，有杆腔(13)中的油液流经单向阀A(21)及油管A(31)，进入液压马达(4)，液压马达(4)的转轴旋转带动发电机(6)发电，并储存在蓄电池(7)中；同时，液压马达(4)出油口油液通过单向阀C(23)油管B(32)及单向阀B(22)进入无杆腔(18)，同时蓄能器(5)释放油液以充满无杆腔(18)；
当活塞(16)向下运动时，单向阀B(22)关闭，活塞阀(15)开启，无杆腔(18)中的油液通过活塞阀(15)进入有杆腔(13)，部分油液继续推开单向阀A(21)，带动液压马达(4)旋转发电；单向阀B(22)关闭，液压马达(4)的出油口油液将进入储能器(5)。
9.根据权利要求1所述的一种泵式馈能主动减振系统，其特征在于：
所述的活塞阀(15)及各个单向阀的开启压力均非常小，而且各油管直径也足够大，通过控制器(8)控制发电机(6)外接不同的负载，发电机(6)产生不同大小的反电动势，使液压马达(4)对流经的油液产生不同大小的阻力。
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