CN105422716B - 一种集成液压式馈能减震器及其运行方法 - Google Patents

一种集成液压式馈能减震器及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成液压式馈能减震器及其运行方法，油腔自上而下依次分为五个相互间隔的油腔，即I油腔、A油腔、P油腔、B油腔和II油腔；I油腔与II油腔通过A油路连通；阀体包括阀杆和间隔设置在其上的三组阀芯，阀杆穿过该五个相互间隔的油腔；阀杆的两端分别置于阀座的上控制油孔和下控制油孔，该上控制油孔和下控制油孔内分别设置有与阀杆相抵的弹簧；A油腔和上控制油孔分别通过B油路连通工作缸的下腔；B油腔和下控制油孔分别通过D油路连通贮油室下油孔；本减震器结构简单、性能稳定，在替代传统减振器的同时，将原本被减振器所耗散的能量回收利用。

Description

一种集成液压式馈能减震器及其运行方法
技术领域
本发明涉及汽车节能减排技术领域，尤其涉及一种集成液压式馈能减震器及其运行方法。
背景技术
车辆在路面上行驶时，路面的颠簸以及车辆的加减速、转向等操作会导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动，减振器以摩擦的形式将这部分机械能转变为热能耗散掉，从而衰减车辆的振动。但现有技术不仅结构复杂，而且也未将这些能量加以回收利用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、性能稳定的集成液压式馈能减震器及其运行方法。本发明替代传统减振器的同时，将原本被减振器所耗散的能量回收利用。
本发明通过下述技术方案实现：
一种集成液压式馈能减震器，包括依次连接的工作缸2、阀座7和柱塞式液压马达；所述工作缸2以活塞4为界，分为上腔22和下腔20；所述阀座7内包括油腔、阀体以及油腔的油路；在工作缸2与阀座7的外部设有贮油室3，贮油室3通过贮油室上油孔1连通工作缸2的上腔22以及通过贮油室下油孔9连通油腔的油路；
所述油腔自上而下依次分为五个相互间隔的油腔，即I油腔6、A油腔19、P油腔18、B油腔17和II油腔61；所述I油腔6与II油腔61通过A油路70连通；
所述阀体包括阀杆8-1和间隔设置在其上的三组阀芯8，所述阀杆8-1穿过该五个相互间隔的油腔；阀杆8-1的两端分别置于阀座7的上控制油孔21和下控制油孔16，该上控制油孔21和下控制油孔16内分别设置有与阀杆相抵的弹簧；所述A油腔19和上控制油孔21分别通过B油路71连通工作缸2的下腔20；所述B油腔17和下控制油孔16分别通过D油路73连通贮油室下油孔9；
所述P油腔18通过C油路72连通柱塞式液压马达的进油腔11，柱塞式液压马达的回油腔15连通A油路70；
在阀芯8的作用下，当阀杆8-1处于起始位置时，I油腔6、A油腔19、P油腔18和B油腔17互不连通；当阀杆8-1向下运动时，A油腔19和P油腔18互相连通，B油腔17和II油腔61互相连通；当阀杆8-1向上运动时，I油腔6和A油腔19互相连通，P油腔18和B油腔17互相连通。
在所述柱塞式液压马达的进油腔11的进口处与回油腔15的出口处设有一蓄能室10；该蓄能室10内设有一弹簧，弹簧的两端分别设有滚珠；
当柱塞式液压马达的进油腔11进油瞬时压力偏大，蓄能室10起到蓄能缓冲的作用，防止因瞬时油压过大引起的减震器阻尼过大。
所述柱塞式液压马达的转轴上安装有发电机13，当其转轴转动时，驱动发电机13转动并输出电能。
上述集成液压式馈能减震器的运行方法如下：
(1)当活塞杆23处于压缩状态时，处于活塞4下的下腔20变为高压油腔，高压油由油孔5进入B油路71；在阀芯8处于初始位置未上下移动时，阀芯8处于自平衡状态，即A油腔19、P油腔18和B油腔17压力均无法推动阀杆8-1上下移动；但此时上控制油孔21油压大于下控制油孔16油压，阀杆8-1带动阀芯8开始下移；阀芯8下移时，A油腔19和P油腔18互相连通，B油腔17与I油腔6互相连通；压力油自油孔5进入A油腔19，然后再由P油腔18流入柱塞式液压马达进油腔11；此时处于马达回油腔15的压力油先进入II油腔61，进而通过B油腔17和贮油室下油孔9流入贮油室3，并从贮油室上油孔1补充回上腔22；
(2)当活塞杆23处于上升状态时，处于活塞4上的上腔22变为高压油腔，进而通过贮油室上油孔1使得整个贮油室3压力升高；然后再由贮油室下油孔9进入D油路73；此时上控制油孔21油压小于下控制油孔16油压，阀芯8开始上移；阀芯8上移时，A油腔19与I油腔6连通，B油腔17和P油腔18连通；此时压力油自贮油室下油孔9进入B油腔17，然后再由P油腔18流入柱塞式液压马达进油腔11，此时处于马达回油腔15的压力油先进入II油腔61，进而通过A油腔19和油孔5将压力油补回至下腔20。
集成液压式馈能减震器将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动，阀芯8的上下移动改变油路方向，使得进油腔11一直为高压油腔，回油腔15一直为低压油腔，进而驱动柱塞式液压马达的马达盘12转动，并带动发电机13发电。从而将振动机械能转化为电能予以回收。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明能充分利用汽车振动产生的能量用于做功。采用纯液压油路系统，利用液压系统的灵活性使本发明在将直线运动转变为转动的过程中避免发电机的反转，不产生惯量损失，增大能量回收效率，并延长发电机寿命。
2、本发明阀芯与活塞半径之比大，作动速度快，灵敏度高。活塞杆很小的位移即可推动柱塞式液压马达，实现能量回收。本发明选用小排量推动柱塞式液压马达，结合油路反应迅速的优点，可快速灵敏地回收能量。
3、本发明高度集成化，油路采用内置，结构安全可靠。内置液压油路(即直接在阀座内开设油路通道)能够克服纯机械式馈能式减振器中由于传动元件的配合间隙导致的悬架高频响应特性较差的缺陷。液压油路本身即具有防冲击过载的作用，瞬时过载较大，减震器阻尼也会瞬时变大，快速消耗振动能量，使振动迅速衰减。
4、流通的压力油和贮油室、工作缸之间形成“夹套式换热器”，改善了传统减震器过热的现象，有效增加了散热面积，保证了油路内部散热均匀。
附图说明
图1是本发明集成液压式馈能减震器的结构示意图。
图2是活塞杆处于压缩状态时的结构示意图。
图3是活塞杆处于上升状态时的结构示意图。
图中：贮油室上油孔1；工作缸2；贮油室3；活塞4；油孔5；I油腔6；II油腔61；阀座7；阀芯8；阀杆8-1；贮油室下油孔9；蓄能室10；进油腔11；马达盘12；旋转发电机13；下吊环14；回油腔15；下控制油孔16；B油腔17；P油腔18；A油腔19；下腔20；上控制油孔21；上腔22；活塞杆23；油封24；上吊环25；A油路70；B油路71；C油路72；D油路73。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至3所示。本发明公开了一种集成液压式馈能减震器，包括依次连接的工作缸2、阀座7和柱塞式液压马达；所述工作缸2以活塞4为界，分为上腔22和下腔20；所述阀座7内包括油腔、阀体以及油腔的油路；在工作缸2与阀座7的外部设有贮油室3，贮油室3通过贮油室上油孔1连通工作缸2的上腔22以及通过贮油室下油孔9连通油腔的油路；
所述油腔自上而下依次分为五个相互间隔的油腔，即I油腔6、A油腔19、P油腔18、B油腔17和II油腔61；所述I油腔6与II油腔61通过A油路70连通；
所述阀体包括阀杆8-1和间隔设置在其上的三组阀芯8，所述阀杆8-1穿过该五个相互间隔的油腔；阀杆8-1的两端分别置于阀座7的上控制油孔21和下控制油孔16，该上控制油孔21和下控制油孔16内分别设置有与阀杆相抵的弹簧；所述A油腔19和上控制油孔21分别通过B油路71连通工作缸2的下腔20；所述B油腔17和下控制油孔16分别通过D油路73连通贮油室下油孔9；
所述P油腔18通过C油路72连通柱塞式液压马达的进油腔11，柱塞式液压马达的回油腔15连通A油路70；
在阀芯8的作用下，当阀杆8-1处于起始位置时，I油腔6、A油腔19、P油腔18和B油腔17互不连通；当阀杆8-1向下运动时，A油腔19和P油腔18互相连通，B油腔17和II油腔61互相连通；当阀杆8-1向上运动时，I油腔6和A油腔19互相连通，P油腔18和B油腔17互相连通。
在所述柱塞式液压马达的进油腔11的进口处与回油腔15的出口处设有一蓄能室10；该蓄能室10内设有一弹簧，弹簧的两端分别设有滚珠。当柱塞式液压马达的进油腔11进油瞬时压力偏大，蓄能室10起到短时间内蓄能缓冲的作用，防止因瞬时油压过大引起的减震器阻尼过大。
所述柱塞式液压马达的转轴上安装有发电机13，当其转轴转动时，驱动发电机13转动并输出电能。
上述集成液压式馈能减震器的运行方法如下：
(1)当活塞杆23处于压缩状态时，处于活塞4下的下腔20变为高压油腔，高压油由油孔5进入B油路71；在阀芯8处于初始位置未上下移动时，阀芯8处于自平衡状态，即A油腔19、P油腔18和B油腔17压力均无法推动阀杆8-1上下移动；但此时上控制油孔21油压大于下控制油孔16油压，阀杆8-1带动阀芯8开始下移；此时结构示意如图2所示。阀芯8下移时，A油腔19和P油腔18互相连通，B油腔17与I油腔6互相连通；压力油自油孔5进入A油腔19，然后再由P油腔18流入柱塞式液压马达进油腔11；此时处于马达回油腔15的压力油先进入II油腔61，进而通过B油腔17和贮油室下油孔9流入贮油室3，并从贮油室上油孔1补充回油压较小的上腔22；
(2)当活塞杆23处于上升状态时，处于活塞4上的上腔22变为高压油腔，进而通过贮油室上油孔1使得整个贮油室3压力升高；然后再由贮油室下油孔9进入D油路73；此时上控制油孔21油压小于下控制油孔16油压，阀芯8开始迅速上移；此时结构示意如图3所示。阀芯8上移时，A油腔19与I油腔6连通，B油腔17和P油腔18连通；此时压力油自贮油室下油孔9进入B油腔17，然后再由P油腔18流入柱塞式液压马达进油腔11，此时处于马达回油腔15的压力油先进入II油腔61，进而通过A油腔19和油孔5将压力油补回至油压较小的下腔20。
集成液压式馈能减震器将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动，转变成方向不变的液压流驱动柱塞式液压马达，并带动发电机发电13，从而将振动机械能转化为电能予以回收。
一般情况下由路面不平度引起的振动能量将会部分转化为电能，本发明集成液压式馈能减震器所需的用于衰减振动的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动式力(磁场力)提供。
当柱塞式液压马达进油腔11进油瞬时压力偏大，蓄能器10具有短时间内蓄能缓冲的作用，防止因瞬时油压过大引起的减震器阻尼过大，同时也保障了各油路安全。但蓄能器10虽具有短时间储能作用，但其进油路截面小于主油路，所以储能器10所引起的逆流可以忽略不计；
当路面冲击剧烈，活塞杆23移动速度过大，油孔5、贮油室下油孔9、贮油室上油孔1以及各油路变截面所引起的小孔效应均会分担一部分冲击能量，使得减震器瞬时阻尼变大，快速消耗振动能量，使振动迅速衰减。
本发明为保证液压油路结构可靠，油路采用内置。振动能量除一部分转化为电能外，还有一部分损耗在内置的各液压油路中。上腔22和下腔20产生的热量将会通过工作缸2的壁面传递给贮油室3。内置油路因小孔效应产生的热量也会均匀地带回至贮油室3。贮油室3以夹套形式布置，增加了散热面积，保证了油路内部散热均匀。整个液压油路与贮油室3、工作缸2之间形成“夹套式换热器”，提高了换热效率。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成液压式馈能减震器，包括依次连接的工作缸(2)、阀座(7)和柱塞式液压马达；所述工作缸(2)以活塞(4)为界，分为上腔(22)和下腔(20)；所述阀座(7)内包括油腔、阀体以及油腔的油路；在工作缸(2)与阀座(7)的外部设有贮油室(3)，贮油室(3)通过贮油室上油孔(1)连通工作缸(2)的上腔(22)以及通过贮油室下油孔(9)连通油腔的油路；其特征在于：
所述油腔自上而下依次分为五个相互间隔的油腔，即I油腔(6)、A油腔(19)、P油腔(18)、B油腔(17)和II油腔(61)；所述I油腔(6)与II油腔(61)通过A油路(70)连通；
所述阀体包括阀杆(8-1)和间隔设置在其上的三组阀芯(8)，所述阀杆(8-1)穿过该五个相互间隔的油腔；阀杆(8-1)的两端分别置于阀座(7)的上控制油孔(21)和下控制油孔(16)，该上控制油孔(21)和下控制油孔(16)内分别设置有与阀杆相抵的弹簧；所述A油腔(19)和上控制油孔(21)分别通过B油路(71)连通工作缸(2)的下腔(20)；所述B油腔(17)和下控制油孔(16)分别通过D油路(73)连通贮油室下油孔(9)；
所述P油腔(18)通过C油路(72)连通柱塞式液压马达的进油腔(11)，柱塞式液压马达的回油腔(15)连通A油路(70)；
在阀芯(8)的作用下，当阀杆(8-1)处于起始位置时，I油腔(6)、A油腔(19)、P油腔(18)和B油腔(17)互不连通；当阀杆(8-1)向下运动时，A油腔(19)和P油腔(18)互相连通，B油腔(17)和II油腔(61)互相连通；当阀杆(8-1)向上运动时，I油腔(6)和A油腔(19)互相连通，P油腔(18)和B油腔(17)互相连通。
2.根据权利要求1所述的集成液压式馈能减震器，其特征在于：在所述柱塞式液压马达的进油腔(11)的进口处与回油腔(15)的出口处设有一蓄能室(10)；
该蓄能室(10)内设有一弹簧，弹簧的两端分别设有滚珠；
当柱塞式液压马达的进油腔(11)进油瞬时压力偏大，蓄能室(10)起到蓄能缓冲的作用，防止因瞬时油压过大引起的减震器阻尼过大。
3.根据权利要求1所述的集成液压式馈能减震器，其特征在于：所述柱塞式液压马达的转轴上安装有发电机(13)，当其转轴转动时，驱动发电机(13)转动并输出电能。
4.权利要求1至3中任一项所述集成液压式馈能减震器的运行方法，其特征在于：
(1)当活塞杆(23)处于压缩状态时，处于活塞(4)下的下腔(20)变为高压油腔，高压油由油孔(5)进入B油路(71)；在阀芯(8)处于初始位置未上下移动时，阀芯(8)处于自平衡状态，即A油腔(19)、P油腔(18)和B油腔(17)压力均无法推动阀杆(8-1)上下移动；但此时上控制油孔(21)油压大于下控制油孔(16)油压，阀杆(8-1)带动阀芯(8)开始下移；阀芯(8)下移时，A油腔(19)和P油腔(18)互相连通，B油腔(17)与I油腔(6)互相连通；压力油自油孔(5)进入A油腔(19)，然后再由P油腔(18)流入柱塞式液压马达进油腔(11)；此时处于马达回油腔(15)的压力油先进入II油腔(61)，进而通过B油腔(17)和贮油室下油孔(9)流入贮油室(3)，并从贮油室上油孔(1)补充回上腔(22)；
(2)当活塞杆(23)处于上升状态时，处于活塞(4)上的上腔(22)变为高压油腔，进而通过贮油室上油孔(1)使得整个贮油室(3)压力升高；然后再由贮油室下油孔(9)进入D油路(73)；此时上控制油孔(21)油压小于下控制油孔(16)油压，阀芯(8)开始上移；阀芯(8)上移时，A油腔(19)与I油腔(6)连通，B油腔(17)和P油腔(18)连通；此时压力油自贮油室下油孔(9)进入B油腔(17)，然后再由P油腔(18)流入柱塞式液压马达进油腔(11)，此时处于马达回油腔(15)的压力油先进入II油腔(61)，进而通过A油腔(19)和油孔(5)将压力油补回至下腔(20)。
5.权利要求4所述集成液压式馈能减震器的运行方法，其特征在于：集成液压式馈能减震器将由地面不平引起的簧载质量与非簧载质量的相对直线运动，转变成方向不变的液压流驱动柱塞式液压马达，并带动发电机(13)发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收。
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