CN109578492A - 温度感应变环缝集成式液压阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种温度感应变环缝集成式液压阻尼器，旨在解决液压阻尼器对温度变化敏感的问题，能够在较大的温度区间内保持较为稳定的阻尼器。本发明通过下述技术方案予以实现：结合动配合装配在柱塞孔中的温度补偿阀芯所形成的温度补偿环缝，并连通温度补偿阀芯中部缩颈形成的温度补偿腔，以及柱塞轴端空间上形成的压力补偿腔及其阻尼腔；活塞杆转子叶片交叉阻尼腔中的油液在阻尼环缝油液产生分子间摩擦，当阻尼筒油液温度变化时，温度补偿腔的油液产生的液压力热位移，推动补偿阀芯端向驱动头与温度补偿活塞带动温度补偿阀芯做往复直线运动，不断改变温度补偿环缝的有效长度和高度，对温度变化的工作介质运动粘度进行平衡和补偿。

Description

温度感应变环缝集成式液压阻尼器

技术领域

本发明涉及一种主要用于航空、航天、船舶、车辆、大型工程设备、机器人、物料传输、包装、钢铁、机床、娱乐、医药等行业保护受到冲击或急剧操纵设备安全的液压阻尼器。尤其是一种温度感应变环缝集成式液压阻尼器，更具体地说，本发明涉及一种利用可变环缝，平衡因温度变化导致液体粘度变化，促使系统阻尼性能变化的自动补偿式液压阻尼器和运用技术。

背景技术

在机械工程中，有许多机构在作机械运动时，由于机构自身的低阻尼运动特性，导致机构运动稳定性较差或不稳定，甚至发生共振，使机构破坏。高速旋转机器的振动问题是一个比较突出且难以解决的问题。这类机器的转速高，都在超过临界乃至几阶临界转速以上运行。因此为了保证其安全运行，除了保证仔细的设计和精确的制造安装外，通常还需减小其振动。例如飞机在地面滑行时，通过差动刹车进行转向。为保证刹车效果，前起落架必须能自由偏转，但如此一来，飞机在高速滑行时，如前轮受到地面冲击发生偏转，前起落架就会摆振，并引起飞机机头摆振。由于前起落架自身阻尼极小，如不加控制，摆振很难收敛甚至发散，造成飞机破坏。直升机在飞行过程中，主旋翼桨叶在平衡位置上，可以在旋转平面内前后摆动。此过程中，如桨叶受到气流扰动发生偏转，由于桨叶连接机构自身阻尼极小，扰动消除后，桨叶将会在平衡位置附近持续摆振，影响飞行安全。以上所述问题，都是由于机构自身的阻尼太小(甚至出现负阻尼)，不能有效消耗机构的振动能量，导致机构发生共振。除此之外在大型飞机中，如果驾驶员过于快速操纵驾驶装置，会使飞机的过载太大，加之大飞机体型巨大，机体加载重的总重量大，在进行大过载的机动飞行时，很容易造成结构破坏。要解决以上问题，就需要引入阻尼器用以提供运动的阻力，耗减运动能量，利用阻尼特性来减缓机械振动及消耗动能。从目前掌握的资料，应用比较广泛的阻尼器，主要有电涡流阻尼器、粘弹阻尼器及液压阻尼器。

电涡流阻尼器是利用电磁感应现象，当阻尼器中的动体与静体产生相对运动，产生感生电流，感生电流流过电阻元件时，转化为热能耗散掉，实现阻尼。其主要优点是结构简单，可靠性高，电磁污染除外无污染，调节方便。主要缺点是阻尼力太小，产品体积和重量都太大。

粘弹阻尼器主要是用特种橡胶做耗能材料的阻尼器。将特殊的橡胶材料填充在阻尼器动部件和静止部件之间，当固定部分和静止部分产生相对运动是时，橡胶分子之间发生相互的挤压、搓动等运动，使机械能转化为热能耗散掉，产生阻尼作用。其主要优点是结构简单，可靠性高。缺点是体积较大，阻尼力和弹力之间的匹配关系不易调整。

液压阻尼器是通过活塞和筒体的相对运动，迫使阻尼筒中的液体流过阻尼元件(小孔或缝隙，或二者的结合)，从而产生阻尼，在填充工作介质的阻尼筒两腔产生压力差，从而对负载产生阻尼力，使液压阻尼器可吸收负载振动、冲击，限止负载速度、位移，防止设备共振或剧烈操纵。典型液压阻尼器一般由阻尼筒、单向阻尼阀、安全阀、补偿器、热安全阀、注油阀等组成，阻尼筒一端与机械系统中需要防止摆振部分的相对固定端相连，另一端与相对运动端相连，当机械系统带动阻尼器活塞运动时，活塞推动阻尼筒一腔的油液流动，经过与该腔连通的单向阻尼阀产生阻尼(单向阀关闭)，然后与补偿器中的油液一起，经过另一单向阻尼阀流入阻尼筒另一腔，实现阻尼器的阻尼功能；阻尼器在减摆过程中，阻尼筒中的压力高于安全阀设定的开启压力时，安全阀开启卸压，保证阻尼筒的工作压力不致太高而损坏液压阻尼器；阻尼器在工作过程中，一腔的压力会升高，另一腔的压力会降低，当压力低于零后，将产生真空，阻尼器在反向工作时，在开始段由于真空的存在，没有油液流过阻尼阀而没有阻尼作用，因此，设置补偿器，当阻尼器中的任一腔压力低至规定值时，通过补偿器对其补偿，确保阻尼器不会产生真空；此外，阻尼器在长期工作过程中，由于温度的变化，油液会产生膨胀或收缩，也要靠补偿器吸膨补缩；阻尼器通过注油阀注入工作油液，通过热安全阀防止阻尼器过热油液过度膨胀(超过补偿器的吸膨能力)而损坏；另外，液体粘度在不同温度下相差悬殊，比如在低温情况下，液体粘度较大，液体流动困难，在通过阻尼元件时，压差较大，阻尼力显著增加，阻尼器趋近于刚性结构，易对上级系统造成损坏。在高温情况下，液体粘度较小，极易通过阻尼元件，压差较小，无法产生足够的阻尼力，阻尼性能下降，系统欠阻尼，振动收敛较慢。液压伺服控制系统就其动态特性而言液压控制系统主要不足是阻尼比过小，一般小于0.3，为欠阻尼。

发明内容

本发明的任务是提供一种反应灵敏，定位精确，摩擦阻力小，阻尼力大，动态性能卓越的温度变化自适应的液压阻尼器，以解决液压阻尼器对温度变化敏感的问题，使液压阻尼器可以在较大的温度区间内保持较为稳定的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种温度感应变环缝集成式液压阻尼器，包括:装配在阻尼筒4中，端头通过滚动轴承支撑在油腔中的中空的活塞杆3，轴向固联在活塞杆3中空腔体中的柱塞10，在活塞杆3中空腔体中做往复运动的温度补偿活塞11和一端固定在温度补偿活塞11中空腔体，另一端通过柱塞10内孔做往复运动的温度补偿阀芯1，其特征在于：活塞杆3上制有径向对称的活塞杆转子叶片15，活塞杆转子叶片15与阻尼筒4的筒壁之间，在空间上形成了环绕叶片外圆，沿母线向两侧延展，连通两侧滚动轴承端壁形成的径向圆盘间径向阻尼缝E、F的阻尼环缝A、B，并且活塞杆转子叶片15与阻尼筒定子叶片16相对正交空间形成了交叉阻尼腔III；在空间上形成了环绕叶片外圆的阻尼耦合环缝C、D；结合动配合装配在柱塞孔中的温度补偿阀芯1所形成的温度补偿环缝G，并连通温度补偿阀芯1中部缩颈形成的温度补偿腔I，以及柱塞10轴端空间上形成的压力补偿腔II及其阻尼腔III；活塞杆3转子叶片15相对阻尼筒定子叶片16往复摆动，交叉阻尼腔III中的油液在阻尼环缝A、B、阻尼耦合环缝C、D、径向阻尼缝E、F环缝油液产生分子间摩擦，当阻尼筒外界温度变化或油液温度变化时，温度补偿腔I的油液体积产生膨胀或收缩的液压力热位移，推动温度补偿活塞11活塞后端套装的蓄能弹簧α，产生被压缩或释放出弹性力，温度补偿活塞11中空腔体固定补偿阀芯1端向驱动头，带动温度补偿阀芯1在活塞杆3在中空腔体中做往复直线运动，不断改变温度补偿环缝G的有效长度和高度，对温度变化的工作介质运动粘度进行平衡和补偿。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

结构紧凑、体积小、重量轻、启动力小。本发明采用装配在阻尼筒4中，支撑在油腔中的中空的活塞杆3，轴向固联在活塞杆3中空腔体中的柱塞10，将液体体积变化转化为压力变化的在活塞杆3中空腔体内往复运动的温度补偿活塞11，固联在温度补偿活塞11上，在温度补偿活塞11的带动下在柱塞10内孔做往复运动的温度补偿阀芯1，活塞杆3在阻尼筒4内有限转动产生定值阻尼力，并集成活塞杆3内温度补偿腔I，阻尼筒4内补油腔II中的温度补偿阀芯1、压力补偿阀芯2以及阻尼筒4内手动调节阀芯5，构成带温度感应变环缝集成式液压阻尼器，具备了阻尼力免拆调节，整体结构紧凑、体积小、易于装配、重量轻。

反应灵敏、阻尼力大。本发明采用液体粘滞摩擦力原理，通过阻尼筒与活塞杆间匹配的阻尼环缝隙A，阻尼耦合环缝C、D，径向阻尼缝E、F，并联温度补偿腔与补偿阀芯之间设置的温度补偿环缝G、H，工作油液通过环缝在工作腔III和控制腔I、II之间流动，阀芯可以在环形控制腔内移动，改变环缝的高度和长度，实现阻尼性能调节，大大地提高了张力控制系统的稳定性,有效地改善了系统的动态特性。产品不会产生共振，阻尼效频率及幅值范围大，阻尼力大，动作迅速可靠。解决了对低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制，长期使用存在维护比较困难的问题，阻尼特性稳定，可实现双向阻尼，速度响应灵敏，可以提供具有很小反作用力的软接触减速吸震和随输入能量改变而自我调节的自补偿功能。拥有不低于±35°阻尼幅值，可适应各种频率及幅值工况，特别适合低频低幅值工况环境。适应各种工作环境：高于常温、低于常温、高湿、高盐度、砂尘、霉菌等环境。

可靠性高。本发明活动部位均采用新型组合密封，并采用滚针轴承及端面推力轴承，将滑动摩擦副转化为滚转摩擦副，有效降低了启动力，增加耐磨性，延长了使用寿命(使用寿命高达100万次工作循环)，使用寿命长是聚氨酯阻尼器的20倍以上。橡胶阻尼器的10倍以上，金属弹簧阻尼器的5倍以上，提高了可靠性。

动态性能卓越，本发明采用补偿阀芯1和手动调节阀芯5数学模型与同心环形间隙流相同。温度变化自适应功能利用液体热胀冷缩，将其体积变化转化为调节阀芯1的直线位移，并根据工作介质运动粘度随温度变化的规律在位移范围内匹配不同的环缝高度，在-55℃到+75℃的温度范围内保持稳定的阻尼特性并连续工作，相比于通过温感元件控制小孔启闭数量的节流型补偿元件，在很大程度上降低了因内漏带来的计算误差。手动调节功能利用手动调整阀芯5的位置，快速改变环缝高度，从而实现阻尼性能免拆调节，目前，阻尼性能在名义值的±30％范围内可调。

本发明液压阻尼器常用于抑制大型设备急剧操纵(飞机、舰船控制系统)，还可以适用于工程机械、电厂、化工厂、钢铁厂等的大型设备的抗振动。

附图说明

图1是本发明温度感应变环缝集成式液压阻尼器的外形构造示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的A-A向剖视图。

图4是2的C-C向剖视图。

图5是图2的B-B向剖视图。

图中：1温度补偿阀芯，2压力补偿阀芯，3活塞杆，4阻尼筒，5手动调节阀芯，6左封端盖，7右封端盖，8阻尼器摇臂，9应急剪断销，10柱塞、11温度补偿活塞、12外场补油阀、13螺堵、14螺堵，15活塞杆转子叶片，16阻尼筒定子叶片，17卡圈，A、B阻尼环缝，C、D阻尼耦合环缝，E、F径向阻尼缝，G温度补偿缝隙，H手动调节缝隙，I温度补偿腔，II压力补油腔，III阻尼腔，α温度补偿腔蓄能弹簧，β补油腔蓄能弹簧。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本专利的保护范围。

具体实施方式

参阅图2-图5。在以下描述的实施方式中，一种温度感应变环缝集成式液压阻尼器，包括:装配在阻尼筒4中，端头通过滚动轴承支撑在油腔中的中空的活塞杆3，轴向固联在活塞杆3中空腔体中的柱塞10，在活塞杆3中空腔体中做往复运动的温度补偿活塞11和一端固定在温度补偿活塞11中空腔体，另一端通过柱塞10内孔做往复运动的温度补偿阀芯1，其特征在于：活塞杆3上制有径向对称的活塞杆转子叶片15，活塞杆转子叶片15与阻尼筒4的筒壁之间，在空间上形成了环绕叶片外圆，沿母线向两侧延展，连通两侧滚动轴承端壁形成的径向圆盘间径向阻尼缝E、F的阻尼环缝A、B，并且活塞杆转子叶片15与阻尼筒定子叶片16相对正交空间形成了交叉阻尼腔III；在空间上形成了环绕叶片外圆的阻尼耦合环缝C、D；结合动配合装配在柱塞孔中的温度补偿阀芯1所形成的温度补偿环缝G，并连通温度补偿阀芯1中部缩颈形成的温度补偿腔I，以及柱塞10轴端空间上形成的压力补偿腔II及其阻尼腔III；活塞杆3转子叶片15相对阻尼筒定子叶片16往复摆动，交叉阻尼腔III中的油液在阻尼环缝A、B、阻尼耦合环缝C、D、径向阻尼缝E、F环缝油液产生分子间摩擦，当阻尼筒外界温度变化或油液温度变化时，温度补偿腔I的油液体积产生膨胀或收缩的液压力热位移，推动温度补偿活塞11活塞后端套装的蓄能弹簧α，产生被压缩或释放出弹性力，温度补偿活塞11中空腔体固定补偿阀芯1端向驱动头，带动温度补偿阀芯1在活塞杆3在中空腔体中做往复直线运动，不断改变温度补偿环缝G的有效长度和高度，对温度变化的工作介质运动粘度进行平衡和补偿。

手动调节阀芯5通过阻尼筒4筒体端面上的内螺纹孔的装配在附加油路孔内，构成手动调节环缝H的地面调节阀芯5，通过螺纹接头旋入和旋出，不断改变手动调节环缝H的高度，实现阻尼系数手动调节。

当阻尼腔III的压力低于补油腔II的压力时，补油腔II中的油液顶开下方阻尼通道联通的低压腔中装配的压力补偿阀芯2，推动套装在压力补偿阀芯2上的蓄能弹簧β被压缩，直至补油腔II、阻尼腔III两腔压力平衡，蓄能弹簧β被释放，压力补偿阀芯2复位，实现压力补偿。

参阅图4。阻尼筒4上的定子叶片16径向对称空活塞杆3光轴外圆，并在活塞杆3光轴外圆之间形成阻尼耦合环缝C、D。转子叶片15径向对称固联在活塞杆3上，在轴向上与所述的定子叶片16形成互不干涉的一对旋转叶片，该旋转叶片呈扇形状并环绕阻尼筒4的筒壁旋转形成阻尼环缝A、B。

参阅图5。左侧密封端盖6密封在阻尼筒4后端，其内侧装配有滚动轴承和装配在滚动轴承中的柱塞筒体，柱塞筒体相连活塞杆3固定在中空活塞中，活塞周向上分布有限位蓄能弹簧β的堵孔及其装配的螺堵14，以及装配压力补偿阀芯2的低压腔，低压腔通过柱塞筒体的径向通道连通补油腔II。柱塞尾端台阶轴通过柱塞筒体尾部台阶孔，由装配在前段台阶轴上的密封圈柱塞筒体中，与上述温度补偿活塞11端面台阶孔形成补油腔II。制有台阶孔和缩颈圆柱体的温度补偿阀芯1，通过柱塞10中空通道伸出所述柱塞10的端面，伸入所述温度补偿活塞11端面台阶孔连接装配的卡圈，由前后两端密封在活塞杆3中空腔体中的外场补油阀12，它的中空筒体内装配的温度补偿活塞11，其缩颈台阶轴上装配有温度补偿腔蓄能弹簧α。活塞杆3伸出阻尼筒4密封的右封端盖7连接旋转臂，旋转臂通过螺栓连接的阻尼器摇臂8，阻尼器摇臂8通过叉耳螺栓连接应急剪断销9。

本发明采用环状缝隙A、B、C、D、E、F作为主要阻尼元件，结构紧凑、体积小。采用全油液结构，转子叶片15稍有动作，就会迫使阻尼腔III的油液流经A、B、C、D、E、F、G、H环缝，产品阻尼，动态响应时间短。前后两端密封在活塞杆3中空腔体中的外场补油阀12，方便外场填注工作介质。补偿活塞11伸出或缩进螺堵13的高差，提供了对阻尼筒液面的简单指示，方便对储介质体积的检查。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明中，只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书实施例的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种温度感应变环缝集成式液压阻尼器，包括:装配在阻尼筒(4)中，端头通过滚动轴承支撑在油腔中的中空的活塞杆(3)，轴向固联在活塞杆(3)中空腔体中的柱塞(10)，在活塞杆(3)中空腔体中做往复运动的温度补偿活塞(11)和一端固定在温度补偿活塞(11)中空腔体，另一端通过柱塞(10)内孔做往复运动的温度补偿阀芯(1)，其特征在于：活塞杆(3)上制有径向对称的活塞杆转子叶片(15)，活塞杆转子叶片(15)与阻尼筒(4)的筒壁之间，在空间上形成了环绕叶片外圆，沿母线向两侧延展，连通两侧滚动轴承端壁形成的径向圆盘间径向阻尼缝E、F的阻尼环缝A、B，并且活塞杆转子叶片(15)与阻尼筒定子叶片(16)相对正交空间形成了交叉阻尼腔III；在空间上形成了环绕叶片外圆的阻尼耦合环缝C、D；结合动配合装配在柱塞孔中的温度补偿阀芯(1)所形成的温度补偿环缝G，并连通温度补偿阀芯(1)中部缩颈形成的温度补偿腔I，以及柱塞(10)轴端空间上形成的压力补偿腔II及其阻尼腔III；活塞杆(3)转子叶片(15)相对阻尼筒定子叶片(16)往复摆动，交叉阻尼腔III中的油液在阻尼环缝A、B、阻尼耦合环缝C、D、径向阻尼缝E、F环缝油液产生分子间摩擦，当阻尼筒外界温度变化或油液温度变化时，温度补偿腔I的油液体积产生膨胀或收缩的液压力热位移，推动温度补偿活塞(11)活塞后端套装的蓄能弹簧α，产生被压缩或释放出弹性力，温度补偿活塞(11)中空腔体固定补偿阀芯(1)端向驱动头，带动温度补偿阀芯(1)在活塞杆(3)在中空腔体中做往复直线运动，不断改变温度补偿环缝G的有效长度和高度，对温度变化的工作介质运动粘度进行平衡和补偿。

2.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，当阻尼腔III的压力低于补油腔II的压力时，补油腔II中的油液顶开下方阻尼通道联通的低压腔中装配的压力补偿阀芯(2)，推动套装在压力补偿阀芯(2)上的蓄能弹簧β被压缩，直至补油腔II、阻尼腔III两腔压力平衡，蓄能弹簧β被释放，压力补偿阀芯(2)复位，实现压力补偿。

3.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，阻尼筒(4)上的定子叶片(16)径向对称中空活塞杆(3)光轴外圆，并在活塞杆(3)光轴外圆之间形成阻尼耦合环缝C、D。

4.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，转子叶片(15)径向对称固联在活塞杆(3)上，在轴向上与所述的定子叶片(16)形成互不干涉的一对旋转叶片，该旋转叶片呈扇形状并环绕阻尼筒(4)的筒壁旋转形成阻尼环缝A、B。

5.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，手动调节阀芯(5)通过阻尼筒(4)筒体端面上的内螺纹孔的装配在附加油路孔内，构成手动调节环缝H的地面调节阀芯(5)，通过螺纹接头旋入和旋出，不断改变手动调节环缝H的高度，实现阻尼系数手动调节。

6.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，左侧密封端盖(6)密封在阻尼筒(4)后端，其内侧装配有滚动轴承和装配在滚动轴承中的柱塞筒体，柱塞筒体相连活塞杆(3)固定在中空活塞中。

7.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，活塞周向上分布有限位蓄能弹簧β的堵孔及其装配的螺堵(14)，以及装配压力补偿阀芯(2)的低压腔，低压腔通过柱塞筒体的径向通道连通补油腔II。

8.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，柱塞尾端台阶轴通过柱塞筒体尾部台阶孔，由装配在前段台阶轴上的密封圈柱塞筒体中，与上述温度补偿活塞(11)端面台阶孔形成补油腔II。

9.如权利要求1所述的温度感应变环缝集成式液压阻尼器，其特征在于，制有台阶孔和缩颈圆柱体的温度补偿阀芯(1)，通过柱塞(10)中空通道伸出所述柱塞(10)的端面，伸入所述温度补偿活塞(11)端面台阶孔连接装配的卡圈，由前后两端密封在活塞杆(3)中空腔体中的外场补油阀(12)，它的中空筒体内装配的温度补偿活塞(11)，其缩颈台阶轴上装配有温度补偿腔蓄能弹簧α；活塞杆(3)伸出阻尼筒(4)密封的右封端盖(7)连接旋转臂，旋转臂通过螺栓连接的阻尼器摇臂(8)，阻尼器摇臂(8)通过叉耳螺栓连接应急剪断销(9)。