CN110107635B - 用于轨道交通的压电减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通的压电减振器，包括内部具有空腔的工作缸、配合连接在所述工作缸内的压杆组件、位于工作缸内且设置在所述压杆组件下方的弹簧线圈组件以及设置在所述工作缸内的压电机构和馈能机构，所述馈能机构分别与所述压电机构和弹簧线圈组件通信连接；且通过所述压杆组件将所述工作缸的空腔分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室内均填充有油液层；该减振器以压电反馈减振为主，耐油橡胶弹簧和油液减振为辅的复合型减振系统，减振效果好。

Description

用于轨道交通的压电减振器
技术领域
本发明涉及轨道交通列车减振器技术领域，具体涉及一种用于轨道交通的压电减振器。
背景技术
轨道交通列车在运营中会受到轨面不平顺等各种复杂的行驶路况，引起车辆的振动，这种振动是长时间存在的，传统的阻尼减振器是通过阻尼力将机械能转化成热能耗散，而且被动隔振减振器的参数不能实时调节，无法适应复杂路况，减振效果差，操作性能低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于轨道交通的压电减振器，以解决现有减振器减振效果差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：用于轨道交通的压电减振器，包括内部具有空腔的工作缸、配合连接在所述工作缸内的压杆组件、位于工作缸内且设置在所述压杆组件下方的弹簧线圈组件以及设置在所述工作缸内的压电机构和馈能机构，所述馈能机构分别与所述压电机构和弹簧线圈组件通信连接；且通过所述压杆组件将所述工作缸的空腔分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室内均填充有油液层；
所述压杆组件包括配合连接在所述工作缸内的压杆、位于所述压杆下端的活塞、位于所述活塞内的磁体以及设置在所述活塞上的压缩阀和伸张阀，且通过所述压缩阀或伸张阀将所述第一腔室和第二腔室连通。
进一步，所述弹簧线圈组件包括设置在所述工作缸内且位于活塞下方的支撑座、设置在所述支撑座和活塞之间的耐油橡胶弹簧以及缠绕于所述耐油橡胶弹簧上的金属线圈，所述金属线圈与所述馈能机构通信连接，所述支撑座上开设有导油孔。
进一步，所述馈能机构包括位于工作缸内部底端的绝缘盒、分别位于绝缘盒内的AC/DC转换器、超级电容、蓄电池、加速度传感器、控制器以及可变电阻；所述AC/DC转换器的输入端与所述压电机构通信连接，所述AC/DC转换器的第一输出端与所述超级电容的输入端通信连接，所述AC/DC转换器的第二输出端与所述加速度传感器的输入端通信连接，所述加速度传感器的输出端与所述控制器的输入端通信连接，所述控制器的输出端与可变电阻的第一输入端通信连接，所述可变电阻的第二输入端与所述超级电容的第一输出端通信连接，所述超级电容的第二输出端与所述蓄电池的输入端通信连接，且所述可变电阻的输出端与所述金属线圈通信连接。
进一步，压电机构包括多个并列设置在所述绝缘盒与所述支撑座之间的压电片以及设置在相邻所述压电片之间的铜体，所述铜体的两端分别连接在所述工作缸的两内侧壁上，所述压电片与所述AC/DC转换器通信连接。
进一步，所述压电机构包括多个并排设置在所述压杆与所述工作缸之间的压电片以及设置在相邻所述压电片之间的铜体，且所述压杆轴向贯穿所述压电片，所述压电片与所述AC/DC转换器通信连接。
进一步，相邻所述压电片之间并联连接，且所述压电片与所述铜体之间通过导电胶连接。
进一步，所述压电片组成的总厚度与所述铜体组成的总厚度比值为0.6-0.8。
进一步，所述压电片为圆盘状结构或薄片状结构。
进一步，所述工作缸顶端与所述压杆之间设置有橡胶圈，所述工作缸底端与绝缘盒之间设置有橡胶垫，所述压杆顶端设置有吊耳。
进一步，所述工作缸的内部底端侧壁开设有与所述绝缘盒相适配的卡槽，所述绝缘盒的两端嵌装在所述卡槽内。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所提供的用于轨道交通的压电减振器，通过反馈机构的加速度传感器的及时性，进而通过控制器和可变电阻控制反馈信号输出相应的电流使缠绕在耐油橡胶弹簧上的线圈产生磁场，推动活塞复位，主动控制电流的大小进而控制磁场的强弱，能够实时控制调节保证反馈质量，形成了以压电反馈减振为主，耐油橡胶弹簧和油液减振为辅的复合型减振系统，减振效果好。
(2)本发明所提供的用于轨道交通的压电减振器，其构造简单，通过压电机构及馈能机构可以将轨道交通列车行驶时振动产生的机械能转化为电能，用以反馈减振实现半主动控制，不会改变轨道车辆的动力学性能，能够应对复杂多变的线路，且多余的能量储存在蓄电池中为轨道车辆其它电力元件供电，不需要能源供给，维护费用低，性价比十分良好。
(3)本发明所提供的用于轨道交通的压电减振器，将压电片采用并联的方式连接，能量转化率增大。采用了AC/DC转换器，将压电产生的交流电转化为直流电，先充电至超级超级电容，超级超级电容电能回收效率高，不需要设计稳压电路，无论电流的大小都可以储存，使用的可靠性能高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中馈能机构示意图；
图3为本发明中实施例结构示意图；
图4为本发明中工作缸结构示意图；
图1至图4中所示附图标记分别表示为：1-工作缸，2-压杆组件，3-弹簧线圈组件，4-压电机构，5-馈能机构，6-第一腔室，7-第二腔室，20-压杆，21-活塞，22-磁体，23-压缩阀，24-伸张阀，30-支撑座，31-耐油橡胶弹簧，32-金属线圈，33-导油孔，50-绝缘盒，51-AC/DC转换器，52-超级电容，53-蓄电池，54-加速度传感器，55-控制器，56-可变电阻，40-压电片，41-铜体，8-橡胶圈，9-橡胶垫，10-吊耳，11-卡槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，用于轨道交通的压电减振器，包括内部具有空腔的工作缸1、配合连接在工作缸1内的压杆组件2、位于工作缸1内且设置在压杆组件2下方的弹簧线圈组件3以及设置在工作缸1内的压电机构4和馈能机构5，馈能机构5分别与压电机构4和弹簧线圈组件3通信连接；且通过压杆组件2将所述工作缸1的空腔分为第一腔室6和第二腔室7，第一腔室6和第二腔室7内均填充有油液层。
压杆组件2包括配合连接在工作缸1内的压杆20、位于压杆20下端的活塞21、位于活塞21内的磁体22以及设置在活塞21上的压缩阀23和伸张阀24，且通过压缩阀23或伸张阀24将第一腔室6和第二腔室7连通。压缩阀23和伸张阀24采用单向阀，其中压缩阀23开启时，油液由第一腔室6流向第二腔室7；当伸张阀24开启时，油液由第二腔室7流向第一腔室6。压杆20为活塞杆，其与活塞21连接，活塞杆可带动活塞21在工作缸1内上下移动。弹簧线圈组件3包括设置在工作缸1内且位于活塞21下方的支撑座30、设置在支撑座30和活塞21之间的耐油橡胶弹簧31以及缠绕于耐油橡胶弹簧31上的金属线圈32，金属线圈32与馈能机构5通信连接，支撑座30上开设有导油孔33。耐油橡胶弹簧31和油液形成辅助减振结构，耐油橡胶弹簧31为耐油橡胶弹簧。通过活塞21向下运动推动耐油橡胶弹簧31产生压缩形变，同时油液受到挤压，少量油液通过压缩阀23流入第一腔室6暂时储存，另一部分油液则向下运动并挤压压电机构4发生变形，从而产生电压，该电压储存在馈能机构5内，通过馈能机构5的处理，输出相应的电流，并通过反馈电路传给金属线圈32形成回路产生磁场，该磁场与活塞21内置的磁体22磁性相反，从而推动活塞21复位向上运动，同时，油液通过伸张阀24从第一腔室6流回至第二腔室7，耐油橡胶弹簧31也伸张复位，实现整体反馈，减振过程完成，形成以压电机构4减振为主，耐油橡胶弹簧31和油液减振为辅的复合型减振系统，在减振的同时回收电能，并利用其反馈作用提高减振能力，实现半主动控制应对复杂路况，减振效果增强。
压电机构4包括多个并列设置在绝缘盒50与支撑座30之间的压电片40以及设置在相邻压电片40之间的铜体41，铜体41的两端分别连接在工作缸1的两内侧壁上，压电片40与AC/DC转换器51通信连接。压电片40利用压电陶瓷制作成圆盘状，该圆盘状受力更加均匀产电效果好，整体采用悬臂式，因为悬臂式结构容易实现，而且低频容易共振，利用压电材料d31的工作模式，受力与极化方向垂直，并且采用并联的连接方式，以铜体41作为支撑层，每两个压电片40之间用导电胶固定有铜体41，铜体41固定在工作缸1缸面上，压电片40靠近缸面固定端与铜体41粘贴在一起。
为了提高馈能机构5性能，如图2所示，本发明中，馈能机构5包括位于工作缸1内部底端的绝缘盒50、分别位于绝缘盒50内的AC/DC转换器51、超级电容52、蓄电池53、加速度传感器54、控制器55以及可变电阻56；AC/DC转换器51的输入端与压电机构4通信连接，AC/DC转换器51的第一输出端与超级电容52的输入端通信连接，AC/DC转换器51的第二输出端与加速度传感器54的输入端通信连接，加速度传感器54的输出端与控制器55的输入端通信连接，控制器55的输出端与可变电阻56的第一输入端通信连接，可变电阻的第二输入端与所述超级电容52的第一输出端通信连接，所述超级电容52的第二输出端与所述蓄电池的输入端通信连接，且所述可变电阻56的输出端与金属线圈32通信连接。控制器为型号为AT89S51单片机，加速度传感器型号1C102，AC/DC转换器型号为BP5039B12。为通过绝缘盒50防止油液进入盒体内部。油液挤压压电机构4产生变形后，产生电压，该电压传送至AC/DC转换器51，通过AC/DC转换器51的转换，将压电机构4产生的交流电转化为直流电，转换在超级电容52内并传递至加速度传感器54，加速度的大小作为信号通过控制器55来控制可变电阻56的电阻大小，超级电容放电流经可变电阻56传递到耐油橡胶弹簧(耐油橡胶弹簧)上的线圈产生磁场，推动活塞复位。且多余的电能储存在蓄电池53中为轨道交通车辆其他电力元件供电，性价比良好，使用性能好。
如图3所示，实施例一：压电机构4包括多个并排设置在压杆20与工作缸1之间的压电片40以及设置在相邻压电片40之间的铜体41，且压杆20轴向贯穿压电片40，压电片40与AC/DC转换器51通信连接。压电片40为薄片状结构，直接固定在压杆20和工作缸1内，每两个压电片40之间用导电胶粘贴有铜体41作为支撑层，同样采用并联的方式，将压电机构4密封安装在活塞21以上工作缸1内，即第一腔室6内。耐油橡胶弹簧31下端直接固定在馈能机构5绝缘盒50上部。利用压电材料d15工作模式，使压电材料发生剪切变形产生电压，这种模式可以多俘获能量，这种实施例的工作条件下，压电片40直接受活塞21杆振动产生剪切变形，并不受油液的冲击，油液和耐油橡胶弹簧31受压力，复位的动力来源主要同样依靠压电反馈产生的磁场，馈能形式相同。
为了在相同振动环境下输出更大电压，本发明中，压电片40组成的总厚度与所述铜体41组成的总厚度比值为0.6-0.8，且压电片40的层数至少为七层，其并联产生的能量与电压片组成的总厚度相关，并多层的转换率高于单层。
为了减缓对馈能机构5的冲击，本发明中，工作缸1底端与绝缘盒50之间设置有橡胶垫9。通过橡胶垫9将馈能机构5与工作缸1隔开，且橡胶垫9具有缓冲作用，从而减缓对馈能机构5的冲击。
为了提高工作缸1与压杆20之间的密封性能，本发明中，工作缸1顶端与压杆20之间设置有橡胶圈8，通过橡胶圈8的密封，避免油液泄漏。
为了便于压杆20的使用操作，本发明中，压杆20顶端设置有吊耳10。
为了提高绝缘盒50安装的可靠性，如图4所示，本发明中，工作缸1的内部底端侧壁开设有与所述绝缘盒50相适配的卡槽11，绝缘盒50的两端嵌装在卡槽11内。通过卡槽11对绝缘盒50进行限位，使得绝缘盒50固定可靠稳定，避免在工作过程中发生位移而影响使用性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于轨道交通的压电减振器，其特征在于，包括内部具有空腔的工作缸（1）、配合连接在所述工作缸（1）内的压杆组件（2）、设置在工作缸（1）内且位于所述压杆组件（2）下方的弹簧线圈组件（3）以及设置在所述工作缸（1）内的压电机构（4）和馈能机构（5），所述馈能机构（5）分别与所述压电机构（4）和弹簧线圈组件（3）通信连接；且通过所述压杆组件（2）将所述工作缸（1）的空腔分为第一腔室（6）和第二腔室（7），所述第一腔室（6）和第二腔室（7）内均填充有油液层；
所述压杆组件（2）包括配合连接在所述工作缸（1）内的压杆（20）、位于所述压杆（20）下端的活塞（21）、位于所述活塞（21）内的磁体（22）以及设置在所述活塞（21）上的压缩阀（23）和伸张阀（24），且通过所述压缩阀（23）或伸张阀（24）将所述第一腔室（6）和第二腔室（7）连通；
所述弹簧线圈组件（3）包括设置在所述工作缸（1）内且位于活塞（21）下方的支撑座（30）、设置在所述支撑座（30）和活塞（21）之间的耐油橡胶弹簧（31）以及缠绕于所述耐油橡胶弹簧（31）上的金属线圈（32），所述金属线圈（32）与所述馈能机构（5）通信连接，所述支撑座（30）上开设有导油孔（33）；
所述馈能机构（5）包括位于工作缸（1）内部底端的绝缘盒（50）、分别位于绝缘盒（50）内的AC/DC转换器（51）、超级电容（52）、蓄电池（53）、加速度传感器（54）、控制器（55）以及可变电阻（56）；所述AC/DC转换器（51）的输入端与所述压电机构（4）通信连接，所述AC/DC转换器（51）的第一输出端与所述超级电容（52）的输入端通信连接，所述AC/DC转换器（51）的第二输出端与所述加速度传感器（54）的输入端通信连接，所述加速度传感器（54）的输出端与所述控制器（55）的输入端通信连接，所述控制器（55）的输出端与可变电阻（56）的第一输入端通信连接，所述可变电阻（56）的第二输入端与所述超级电容（52）的第一输出端通信连接，所述超级电容（52）的第二输出端与所述蓄电池（53）的输入端通信连接，且所述可变电阻（56）的输出端与所述金属线圈（32）通信连接；
压电机构（4）包括多个并列设置在所述绝缘盒（50）与所述支撑座（30）之间的压电片（40）以及设置在相邻所述压电片（40）之间的铜体（41），所述铜体（41）的两端分别连接在所述工作缸（1）的两内侧壁上，所述压电片（40）与所述AC/DC转换器（51）通信连接；
所述压电片（40）的厚度与所述铜体（41）厚度比值为0.6-0.8，所述压电片（40）为圆盘状结构或薄片状结构。
2.根据权利要求1所述的用于轨道交通的压电减振器，其特征在于，相邻所述压电片（40）之间并联连接，且所述压电片（40）与所述铜体（41）之间通过导电胶连接。
3.根据权利要求1所述的用于轨道交通的压电减振器，其特征在于，所述工作缸（1）顶端与所述压杆（20）之间设置有橡胶圈（8），所述工作缸（1）底端与绝缘盒（50）之间设置有橡胶垫（9），所述压杆（20）顶端设置有吊耳（10）。
4.根据权利要求3所述的用于轨道交通的压电减振器，其特征在于，所述工作缸（1）的内部底端侧壁开设有与所述绝缘盒（50）相适配的卡槽（11），所述绝缘盒（50）的两端嵌装在所述卡槽（11）内。
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