CN109882540A - 一种螺旋式变容缓冲器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋式变容缓冲器及其工作方法，该变容缓冲器包括缸体、第一活塞、第一活塞杆、撞头和阀块；第一活塞、第一活塞杆和撞头依次连接，第一活塞位于缸体内并通过第一端盖封装缸体，第一活塞上开设有螺旋线槽，螺旋线槽内设置有磁控形状记忆合金块；撞头与第一端盖之间的第一活塞杆上套装有第一复位弹簧，缸体外周设置有电磁线圈，缸体的底部连接阀块。本发明与普通螺旋线槽结构不同的是，其在活塞上开一系列的螺旋槽，内置磁控形状记忆合金块，能够根据各种工况自适应调整螺旋线槽容量，改变局部阻力，具有较好的可控性。磁控形状记忆合金形变响应速度快，能够快速调节螺旋线槽的通流能力，缓冲器缓冲范围大。

Description

一种螺旋式变容缓冲器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种螺旋式变容缓冲器及其工作方法，属于缓冲器技术领域。

背景技术

现有技术中有采用单油缸结构和内、外缸双油腔结构的缓冲器。如中国专利文献CN104299862A公开的一种内、外缸双油腔结构的缓冲器，该缓冲器在工作过程中，当活塞杆带动活塞向后移动时，液压油经过助分离孔进入活塞盖与活塞之间，活塞盖与活塞顺利分离，活塞上的轴向油孔没有被活塞盖封堵，活塞后侧的液压油经两条线路流向活塞前侧，一条线路是活塞上的轴向油孔，另一条是后径向油孔、环形间隙和前径向油孔，液压油的流通面积大；当活塞杆带动活塞向前移动时，受液压油作用活塞的后端与活塞盖的前端紧贴，活塞上的轴向油孔被活塞盖封堵，活塞前侧的液压油只能够通过前径向油孔、环形间隙和后径向油孔这一条线路流向活塞后侧，液压油的流通面积小，液压油的阻尼力大。

但不论是单缸还是多缸缓冲器，目前的缓冲器结构一旦制造成型，其结构就是固定不变的，在进行缓冲时，针对不同的外在加载，其缓冲过程不平稳，峰值压力高，缓冲过程不可控，适应性较差，无法根据不同的工况情况来自动调节缓冲阻力。

因此，亟需设计一种能够根据不同加载工况进行适应性调节的缓冲器，从而提供更好的缓冲效果，满足更高的缓冲要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种螺旋式变容缓冲器，该变容缓冲器能够根据不同的加载工况情况来调节缓冲阻力，具有更高的缓冲效率和更好的缓冲效果。

本发明还提供上述一种螺旋式变容缓冲器的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种螺旋式变容缓冲器，包括缸体、第一活塞、第一活塞杆、撞头和阀块；

第一活塞、第一活塞杆和撞头依次连接，第一活塞位于缸体内并通过第一端盖封装缸体，第一活塞上开设有螺旋线槽，螺旋线槽内设置有磁控形状记忆合金块；

撞头与第一端盖之间的第一活塞杆上套装有第一复位弹簧，缸体外周设置有电磁线圈，缸体的底部连接阀块；

阀块内设置有压力传感器和控制器，压力传感器检测缸体内腔压力变化并将压力信号传递给控制器，控制器控制电磁线圈的电流大小，通过电磁线圈产生的场强调节磁控形状记忆合金块的伸出或缩回。

本发明通过在第一活塞的螺旋线槽内增加磁控形状记忆合金块，并利用阀块内的控制器控制电磁线圈的场强强度，使磁控形状记忆合金块伸出或缩回，从而改变螺旋线槽的通流能力，实现螺旋线槽变容调节及缓冲过程中通流能力的可控。

优选的，所述电磁线圈缠绕在两片夹板上，夹板为半圆形，两片夹板环抱在缸体上。此设计的好处是，将电磁线圈沿夹板轴向一圈圈缠绕在夹板上，然后将两片夹板抱箍在缸体外周，形成一个圆形，可使电磁线圈产生均匀磁场强度。

优选的，所述螺旋线槽为单头串行槽，单头串行槽从第一活塞顶部环绕至第一活塞底部。

优选的，所述螺旋线槽为多头并行槽，多头并行槽均布在第一活塞表面。

优选的，所述磁控形状记忆合金块包括缸筒、第二活塞、第二活塞杆和调节板，第二活塞、第二活塞杆和调节板依次连接，第二活塞位于缸筒内并通过第二端盖封装缸筒，缸筒内设置有磁控记忆合金且位于第二活塞下方，缸筒外周套装有第二复位弹簧。

优选的，所述磁控记忆合金选用Ni-Mn-Ga合金。

优选的，所述调节板和缸筒上设置有钩环，第二复位弹簧的上下两端分别与调节板和缸筒钩连。

优选的，所述调节板为弧形板。此设计的好处是，弧形结构与螺旋线槽的弧度曲线相适应，能够与缸体内壁完全贴合。

优选的，所述缸筒的底部设置有安装板，磁控形状记忆合金块通过安装板胶粘在螺旋线槽内。

一种螺旋式变容缓冲器的工作方法，包括以下步骤：

(1)当撞头受到冲击时，压力传感器检测到压力变化，控制器根据压力信号的大小来调节电磁线圈产生的场强强度；

(2)电磁线圈通过不同的场强强度来调节磁控形状记忆合金块的高度，从而调节螺旋线槽的容量；

(3)第一活塞杆向下运动，缸体下腔油液通过螺旋线槽进入缸体上腔，油液通过螺旋线槽耗能；

(4)当压力传感器传递压力信号变小时，电磁线圈产生的场强强度变大，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆伸出，螺旋线槽通流能力变小；当压力传感器传递压力信号变大时，电磁线圈产生的场强强度变小，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆缩回，螺旋线槽通流能力变大；

(5)缓冲结束时，第一活塞杆在第一复位弹簧的作用下复位，电磁线圈断电，磁控形状记忆合金块在第二复位弹簧的作用下恢复到初始位置，完成本次缓冲。

本发明的有益效果在于：

1)与传统形式的缓冲器耗能方式不同，螺旋式变容缓冲器耗能方式是缓冲介质通过活塞上的螺旋线槽来消耗冲击能量；与普通的的螺旋线槽结构不同的是，螺旋式变容缓冲器在其活塞上开一系列的螺旋槽，内置磁控形状记忆合金块，能够根据各种工况自适应调整螺旋线槽容量，改变局部阻力，具有较好的可控性。

2)本发明可通过改变磁场强度来改变磁控形状记忆合金块的高度达到改变螺旋线槽结构的目的，从而实现螺旋式缓冲器的变容调节，来满足不同工况的缓冲需要，适应范围更广。

3)本发明在螺旋线槽内安装磁控形状记忆合金块，其内部的磁控形状记忆合金形变响应速度快，能够快速调节螺旋线槽的通流能力，采用单头串行或多头并行的螺旋式结构，缓冲器缓冲范围大，可控性好。

附图说明

图1为缓冲器的立体图；

图2a为磁控形状记忆合金块的主视图；

图2b为磁控形状记忆合金块的左视图；

图2c为磁控形状记忆合金块的俯视图；

图2d为磁控形状记忆合金块的立体图；

图3为磁控形状记忆合金块的剖面图；

图4a为缓冲器的结构示意图(不带电磁线圈、阀块)；

图4b为缓冲器的剖面图(不带电磁线圈、阀块)；

图5a为单头螺旋式变容缓冲器活塞示意图；

图5b为多头螺旋式变容缓冲器活塞示意图；

图6为缓冲器活塞(装有磁控形状记忆合金块)结构示意图；

图7为缓冲器控制流程图；

图8为缓冲器的实验原理图；

图9为缓冲器电磁线圈部分实验原理图；

图1至图6中：1-撞头；2-第一活塞杆；3-第一复位弹簧；4-第一端盖；5-带有螺旋线槽的第一活塞(在螺旋线槽表面有装磁控形状记忆合金块槽)；6-缸体；7-电磁线圈；8-夹板(缠绕电磁线圈)；9-阀块(内有压力传感器检测螺旋式缓冲器内腔压力变化)；10-调节板；11-第二活塞杆；12-第二端盖；13-第二复位弹簧；14-第二活塞；15-缸筒(下腔含有磁控形状记忆合金)；16-安装板(将磁控形状记忆合金块安装固定在螺旋线槽上)。

图8中：1-油箱；2-吸油过滤；3-齿轮泵；4-电机；5-安全阀；6-换向阀；7-变节流阀；8-压力传感器；9-被测物；10-压力传感器；11-流量传感器；12-调压阀；13-回油过滤。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种螺旋式变容缓冲器，该变容缓冲器包括缸体6、第一活塞5、第一活塞杆2、撞头1和阀块9；

其中第一活塞5、第一活塞杆2和撞头1依次连接，第一活塞5位于缸体6内并通过第一端盖4封装缸体6，第一活塞5上开设有螺旋线槽，螺旋线槽内装有磁控形状记忆合金块；第一活塞5将缸体6内腔分割成上腔A和下腔B；

撞头1与第一端盖4之间的第一活塞杆2上套装有第一复位弹簧3，缸体6外周设置有电磁线圈7，缸体6的底部连接有阀块9；

阀块9内设置有压力传感器和控制器，控制器与压力传感器、电磁线圈连接，压力传感器用于检测缸体内腔压力变化并将压力信号传输给控制器，控制器控制电源向电磁线圈供电，同时压力传感器获取的压力信号有变化时，控制器可实时调整电源向电磁线圈供电电流的大小，从而调节电磁线圈磁场强度的大小。

具体而言，电磁线圈7通过两片夹板8环绕在缸体6上，夹板8为半圆形，两片夹板8正好组成一个圆形。将电磁线圈7沿夹板轴向一圈圈缠绕在夹板8上，然后将两片夹板8抱箍在缸体6外周，这样电磁线圈7均匀分布在缸体6上，通电后可使电磁线圈7产生均匀磁场强度。

本实施例中，螺旋线槽为单头串行槽，如图5a所示，即单头串行槽从第一活塞顶部环绕至第一活塞底部。磁控形状记忆合金块由上而下分布在槽内，槽内开设有安装磁控形状记忆合金块的键槽。磁控形状记忆合金块包括缸筒15、第二活塞14、第二活塞杆11和调节板10，第二活塞14、第二活塞杆11和调节板10依次连接，第二活塞14位于缸筒15内并通过第二端盖12封装，缸筒15内底部设有磁控记忆合金且位于第二活塞14下方，缸筒15外周套装有第二复位弹簧13，磁控形状记忆合金块的缸筒15为倒T型，可支撑第二复位弹簧13。缸筒15的底部连接一安装板16，磁控形状记忆合金块通过安装板16胶粘在螺旋线槽内的键槽内。磁控形状记忆合金块的内外结构，如图2a、图2b、图2c、图2d、图3所示。

调节板10为弧形板，其弧度曲线能与缸体内壁实现完美贴合，调节板10和缸筒15上设有钩环，第二复位弹簧13的上下两端分别与调节板10和缸筒15钩连。

实施例2：

一种螺旋式变容缓冲器，结构如实施例1所述，其不同之处在于：螺旋线槽为多头并行槽，多头并行槽均布在第一活塞5表面。磁控形状记忆合金块环绕一周分布在各个线槽内。

实施例3：

一种螺旋式变容缓冲器的工作方法，包括以下步骤：

(1)当撞头1受到冲击时，第一活塞杆2下移，与此同时压力传感器检测到压力变化，并将压力信号传输给控制器，控制器根据压力信号的大小控制电源调节向电磁线圈7供电电流的大小，从而达到调节电磁线圈7产生的场强强度；

(2)电磁线圈7通过不同的场强强度来调节磁控形状记忆合金块，从而调节螺旋线槽的容量；即当压力传感器传递压力信号变小时，电磁线圈7产生的场强强度变大，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆11伸出，螺旋线槽通流能力变小；当压力传感器传递压力信号变大时，电磁线圈7产生的场强强度变小，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆11缩回，螺旋线槽通流能力变大；

(3)第一活塞杆2持续向下运动的过程中，缸体下腔B油液通过螺旋线槽进入缸体上腔A，油液通过螺旋线槽耗能；

(4)缓冲结束时，第一活塞杆2在第一复位弹簧3的作用下复位，电磁线圈7断电，磁控形状记忆合金块在第二复位弹簧13的作用下恢复到初始位置，完成本次缓冲。

实施例4：

针对实施例1提供的螺旋式变容缓冲器进行两方面的实验研究，一部分为螺旋式变容缓冲器压力损失实验，一部分为螺旋式变容缓冲器磁场强度实验。

如图8所示，对螺旋式变容缓冲器进行压力损失实验。通过图8实验装置测螺旋式变容缓冲器不同工况下磁控形状记忆合金的变化程度。通过给被测件9通入不同流量、压强的油液，来调节磁场强度，改变磁控形状记忆合金块高度，测得最佳磁场强度，通过实验来确定磁场强度的变化。

如图9所示为螺旋式变容缓冲器电磁线圈部分实验原理图，通过改变变阻器的电阻值来改变电磁线圈的电流大小，从而改变磁场强度的大小，调节磁控形状记忆合金块的变化程度，从而得到最佳的磁场强度。

整个实验研究过程原理如下：图8中，由电机4带动齿轮泵3吸油，通过过滤器2，安全阀5在系统中起安全保护作用，通过换向阀6控制油液方向，当换向阀6处于中位时，油液经过回油过滤器13流会油箱1；当换向阀6处于左位时，油液通过变节流阀7、压力传感器8，通过新型螺旋式变容缓冲器进行耗能，然后流经压力传感器10、流量传感器11、调压阀12，流回油箱1。压力传感器8与10分别检测新型螺旋式变容缓冲器活塞前后压力，流量传感器11用来检测系统流量。

Claims (10)

1.一种螺旋式变容缓冲器，其特征在于，包括缸体、第一活塞、第一活塞杆、撞头和阀块；

第一活塞、第一活塞杆和撞头依次连接，第一活塞位于缸体内并通过第一端盖封装缸体，第一活塞上开设有螺旋线槽，螺旋线槽内设置有磁控形状记忆合金块；

撞头与第一端盖之间的第一活塞杆上套装有第一复位弹簧，缸体外周设置有电磁线圈，缸体的底部连接阀块；

阀块内设置有压力传感器和控制器，压力传感器检测缸体内腔压力变化并将压力信号传递给控制器，控制器控制电磁线圈的电流大小，通过电磁线圈产生的场强调节磁控形状记忆合金块的伸出或缩回。

2.如权利要求1所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述电磁线圈缠绕在两片夹板上，夹板为半圆形，两片夹板环抱在缸体上。

3.如权利要求1所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述螺旋线槽为单头串行槽，单头串行槽从第一活塞顶部环绕至第一活塞底部。

4.如权利要求1所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述螺旋线槽为多头并行槽，多头并行槽均布在第一活塞表面。

5.如权利要求1所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述磁控形状记忆合金块包括缸筒、第二活塞、第二活塞杆和调节板，第二活塞、第二活塞杆和调节板依次连接，第二活塞位于缸筒内并通过第二端盖封装缸筒，缸筒内设置有磁控记忆合金且位于第二活塞下方，缸筒外周套装有第二复位弹簧。

6.如权利要求5所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述磁控记忆合金选用Ni-Mn-Ga合金。

7.如权利要求5所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述调节板和缸筒上设置有钩环，第二复位弹簧的上下两端分别与调节板和缸筒钩连。

8.如权利要求5所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述调节板为弧形板。

9.如权利要求5所述的螺旋式变容缓冲器，其特征在于，所述缸筒的底部设置有安装板，磁控形状记忆合金块通过安装板胶粘在螺旋线槽内。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的螺旋式变容缓冲器的工作方法，包括以下步骤：

(1)当撞头受到冲击时，压力传感器检测到压力变化，控制器根据压力信号的大小来调节电磁线圈产生的场强强度；

(2)电磁线圈通过不同的场强强度来调节磁控形状记忆合金块的高度，从而调节螺旋线槽的容量；

(3)第一活塞杆向下运动，缸体下腔油液通过螺旋线槽进入缸体上腔，油液通过螺旋线槽耗能；

(4)当压力传感器传递压力信号变小时，电磁线圈产生的场强强度变大，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆伸出，螺旋线槽通流能力变小；当压力传感器传递压力信号变大时，电磁线圈产生的场强强度变小，使得螺旋线槽上的磁控形状记忆合金块内第二活塞杆缩回，螺旋线槽通流能力变大；

(5)缓冲结束时，第一活塞杆在第一复位弹簧的作用下复位，电磁线圈断电，磁控形状记忆合金块在第二复位弹簧的作用下恢复到初始位置，完成本次缓冲。