CN110630570A - 一种多自由度液压阻尼系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由度液压阻尼系统，主要包括液压泵等,液压泵与泵出口溢流阀、一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块、充液电磁换向阀连接，充液电磁换向阀与充液减压阀连接，蓄能器与充液减压阀、蓄能器减压阀、蓄能器安全阀连接，蓄能器减压阀与二位二通液控换向阀连接，二位二通液控换向阀与重载梭阀、一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块连接，重载梭阀与一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块、三位四通液控换向阀连接，三位四通液控换向阀与一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块连接。本发明一种阻尼可变、可扩展、可循环使用且负载适应性高的液压阻尼系统，还可根据需要灵活调整液压执行器进入阻尼状态的起始位置。

Description

一种多自由度液压阻尼系统
技术领域
本发明涉及液压系统的领域，具体涉及一种多自由度液压阻尼系统。
背景技术
液压系统功率重量比大，单位重量的液压装置功率输出或功率吸收均大于其他传动系统，且液压工作介质(如石油基液压油、乳化液等)性质稳定，可压缩性小、弹性模量大，非常适合构建各类阻尼系统，其在高速物体拦截、液压电梯、各类缓冲器等领域应用广泛。
液压阻尼系统具有阻尼特性稳定、能量吸收大、重量轻体积小等工作特点。一般的液压阻尼系统，当组成、结构和参数确定后，其阻尼特性就已经固定，不具有可扩展的能力，只能对某个具体的运动自由度形成阻尼效果，且载荷适应范围较窄，导致重载阻尼系统对轻载无阻尼效果，轻载阻尼系统无法工作在重载工况下。如何设计具有可变阻尼特性的阻尼系统，如何实现可扩展的阻尼系统以适应多自由度运动，如何扩大液压阻尼系统的负载适应范围，是工程设计人员面临的普遍技术问题。
目前液压阻尼系统一般采用单个或多个固定阻尼串联或并联的方式形成阻尼回路，这种阻尼回路的阻尼特性固定，载荷适应范围在阻尼结构和参数确定后，也被限定在一定负载范围内。一般情况下，目前的阻尼系统用于限定某个特定自由度的运动，且集成在液压系统回路中，不具有可扩展性，即便采用复制相同阻尼回路的方式进行扩展，各回路间也不具备关联性。现有的液压阻尼系统负载功率谱(负载力和负载速度)较窄，一般都有特定的运用范围，如高速重载阻尼系统仅适用于大功率系统，目前的阻尼系统中未考虑扩大负载功率谱的设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多自由度液压阻尼系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种多自由度液压阻尼系统，主要包括液压泵、泵出口溢流阀、三位四通液控换向阀、重载梭阀、二位二通液控换向阀、充液电磁换向阀、蓄能器安全阀、蓄能器减压阀、充液减压阀、一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块、液压缸、蓄能器、液压马达,液压泵与泵出口溢流阀、一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块、充液电磁换向阀连接，充液电磁换向阀与充液减压阀连接，蓄能器与充液减压阀、蓄能器减压阀、蓄能器安全阀连接，蓄能器减压阀与二位二通液控换向阀连接，二位二通液控换向阀与重载梭阀、一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块连接，重载梭阀与一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块、三位四通液控换向阀连接，三位四通液控换向阀与一维可调阻尼模块、二维可调阻尼模块连接，液压缸与一维可调阻尼模块连接，液压马达与二维可调阻尼模块连接。
所述一维可调阻尼模块中，主要包括一维第一电磁换向阀、一维第一单向节流阀、一维第二单向节流阀、一维第三单向节流阀、一维第四单向节流阀、一维第二电磁换向阀、一维第三电磁换向阀、一维背压阀、一维梭阀、一维第四电磁换向阀、一维液控单向阀、一维溢流阀、一维第一补油单向阀、一维第二补油单向阀、一维液控换向阀、一维第一安全阀、一维第二安全阀、一维三位四通换向阀、一维第五电磁换向阀,一维第一电磁换向阀与一维第一单向节流阀、一维第二单向节流阀、一维第一安全阀连接，一维第二电磁换向阀与一维第三单向节流阀、一维第四单向节流阀、一维第二安全阀连接，一维第三电磁换向阀与一维第一单向节流阀、一维第二单向节流阀、一维第三单向节流阀、一维第四单向节流阀、一维背压阀连接，一维梭阀与一维第四电磁换向阀、一维液控单向阀连接，一维溢流阀与一维第四电磁换向阀、一维第一补油单向阀、一维第二补油单向阀、一维液控换向阀连接，一维三位四通换向阀与一维第一电磁换向阀、一维第二电磁换向阀、一维梭阀、一维第一补油单向阀、第一第二补油单向阀、一维第一安全阀、一维第二安全阀连接。
所述一维可调阻尼模块中的一维第一单向节流阀和一维第二单向节流阀并联，一维第三单向节流阀和一维第四单向节流阀并联，通过切换一维第一电磁换向阀、一维第二电磁换向阀和调节单向节流阀开度组合为不同的阻尼状态。
所述二维可调阻尼模块主要包括维第一电磁换向阀、二维第一单向节流阀、二维第二单向节流阀、二维第三单向节流阀、二维第四单向节流阀、二维第二电磁换向阀、二维第三电磁换向阀、二维背压阀、二维梭阀、二维第四电磁换向阀、二维液控单向阀、二维溢流阀、二维第一补油单向阀、二维第二补油单向阀、二维液控换向阀、二维第一安全阀、二维第二安全阀、二维三位四通换向阀、二维第五电磁换向阀，二维可调阻尼模块各部件与一维可调阻尼模块各部件对应并且其构成与一维可调阻尼模块相同。
所述重载梭阀、一维梭阀、二维梭阀组合使用以引出阻尼系统中的最高压力，三位四通液控换向阀的阀芯位置由一维梭阀、二维梭阀引出的最高压力决定，三位四通液控换向阀控制一维液控换向阀和二维液控换向阀的开关以使蓄能器与工作压力较高的阻尼模块连通。
所述一维第四电磁换向阀、二维第四电磁换向阀控制一维可调阻尼模块和二维可调阻尼模块与蓄能器的连通性，当一维第四电磁换向阀、二维第四电磁换向阀均得电时，蓄能器与一维可调阻尼模块和二维可调阻尼模块低压侧连通。
所述一维第五电磁换向阀、二维第五电磁换向阀用于调节液压缸、液压马达的位置。
本发明的有益效果为：本发明提供一种阻尼可变、可扩展、可循环使用且负载适应性高的液压阻尼系统，还可根据需要灵活调整液压执行器进入阻尼状态的起始位置；采用四个可调阀口开度的单向节流阀两两并联和两个电磁换向阀切换的方案，实现了液压阻尼可调的目的，可以根据实际应用需求，在不改变液压回路状态的情况下，实现负载与阻尼的适应性匹配；采用模块化的不同维度的可调阻尼模块，可以实现多维可调阻尼模块的扩展应用，最多可实现全部六个自由度的阻尼模块扩展，各个扩展的阻尼模块可以通过梭阀网络和液控换向阀实现关联，使蓄能器向工作压力最高的阻尼模块补油；采用梭阀网络和阻尼模块内部的第四电磁换向阀实现蓄能器与所有阻尼模块低压侧的连接，防止吸空，提高阻尼模块的负载适应性，从而拓宽阻尼模块的负载功率谱范围，蓄能器可以通过充液阀组与液压泵连接，实现充液，保证阻尼系统可多次循环使用；采用阻尼模块内部的第五电磁换向阀调整液压执行器(液压缸、液压马达等)的起始位置，从而使液压系统可以在任意需要的地方开启阻尼模式，提高液压阻尼系统的使用灵活性；设计新颖独特，国内外未见相同类型的技术方案，公开后易被模仿和掌握。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：液压泵1、泵出口溢流阀2、三位四通液控换向阀3、重载梭阀4、二位二通液控换向阀5、充液电磁换向阀6、蓄能器安全阀7、蓄能器减压阀8、充液减压阀9、一维可调阻尼模块10、一维第一电磁换向阀101、一维第一单向节流阀102、一维第二单向节流阀103、一维第三单向节流阀104、一维第四单向节流阀105、一维第二电磁换向阀106、一维第三电磁换向阀107、一维背压阀108、一维梭阀109、一维第四电磁换向阀1010、一维液控单向阀1011、一维溢流阀1012、一维第一补油单向阀1013、一维第二补油单向阀1014、一维液控换向阀1015、一维第一安全阀1016、一维第二安全阀1017、一维三位四通换向阀1018、二维可调阻尼模块11、二维第一电磁换向阀111、二维第一单向节流阀112、二维第二单向节流阀113、二维第三单向节流阀114、二维第四单向节流阀115、二维第二电磁换向阀116、二维第三电磁换向阀117、二维背压阀118、二维梭阀119、二维第四电磁换向阀1110、二维液控单向阀1111、二维溢流阀1112、二维第一补油单向阀1113、二维第二补油单向阀1114、二维液控换向阀1115、二维第一安全阀1116、二维第二安全阀1117、二维三位四通换向阀1118、液压缸12、蓄能器13、液压马达14。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图所示，这种多自由度液压阻尼系统，主要包括液压泵1、泵出口溢流阀2、三位四通液控换向阀3、重载梭阀4、二位二通液控换向阀5、充液电磁换向阀6、蓄能器安全阀7、蓄能器减压阀8、充液减压阀9、一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11、液压缸12、蓄能器13、液压马达14,液压泵1与泵出口溢流阀2、一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11、充液电磁换向阀6连接，充液电磁换向阀6与充液减压阀9连接，蓄能器13与充液减压阀9、蓄能器减压阀8、蓄能器安全阀7连接，蓄能器减压阀8与二位二通液控换向阀5连接，二位二通液控换向阀5与重载梭阀4、一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11连接，重载梭阀4与一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11、三位四通液控换向阀3连接，三位四通液控换向阀3与一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11连接，液压缸12与一维可调阻尼模块10连接，液压马达14与二维可调阻尼模块11连接。
一维可调阻尼模块10中，主要包括一维第一电磁换向阀101、一维第一单向节流阀102、一维第二单向节流阀103、一维第三单向节流阀104、一维第四单向节流阀105、一维第二电磁换向阀106、一维第三电磁换向阀107、一维背压阀108、一维梭阀109、一维第四电磁换向阀1010、一维液控单向阀1011、一维溢流阀1012、一维第一补油单向阀1013、一维第二补油单向阀1014、一维液控换向阀1015、一维第一安全阀1016、一维第二安全阀1017、一维三位四通换向阀1018、一维第五电磁换向阀,一维第一电磁换向阀101与一维第一单向节流阀102、一维第二单向节流阀103、一维第一安全阀1016连接，一维第二电磁换向阀106与一维第三单向节流阀104、一维第四单向节流阀105、一维第二安全阀1017连接，一维第三电磁换向阀107与一维第一单向节流阀102、一维第二单向节流阀103、一维第三单向节流阀104、一维第四单向节流阀105、一维背压阀108连接，一维梭阀109与一维第四电磁换向阀1010、一维液控单向阀连接1011，一维溢流阀1012与一维第四电磁换向阀1010、一维第一补油单向阀1013、一维第二补油单向阀1014、一维液控换向阀1015连接，一维三位四通换向阀1018与一维第一电磁换向阀101、一维第二电磁换向阀106、一维梭阀109、一维第一补油单向阀1013、第一第二补油单向阀1014、一维第一安全阀1016、一维第二安全阀1017连接。所有部件全部安装在一个阀块上成为一维可调阻尼模块10。一维可调阻尼模块10对外只有管路接口，能够方便的实现无限制扩展应用，如二维可调阻尼模块11。一维可调阻尼模块10中的一维第一单向节流阀102和一维第二单向节流阀并联103，一维第三单向节流阀104和一维第四单向节流阀105并联，通过切换一维第一电磁换向阀101、一维第二电磁换向阀106和调节单向节流阀开度组合为不同的阻尼状态，实现阻尼特性可变。
二维可调阻尼模块11主要包括维第一电磁换向阀111、二维第一单向节流阀112、二维第二单向节流阀113、二维第三单向节流阀114、二维第四单向节流阀115、二维第二电磁换向阀116、二维第三电磁换向阀117、二维背压阀118、二维梭阀119、二维第四电磁换向阀1110、二维液控单向阀1111、二维溢流阀1112、二维第一补油单向阀1113、二维第二补油单向阀1114、二维液控换向阀1115、二维第一安全阀1116、二维第二安全阀1117、二维三位四通换向阀1118、二维第五电磁换向阀，二维可调阻尼模块11各部件与一维可调阻尼模块10各部件对应并且其构成与一维可调阻尼模块10相同。
重载梭阀4、一维梭阀109、二维梭阀119组合使用以引出阻尼系统中的最高压力，三位四通液控换向阀3的阀芯位置由一维梭阀109、二维梭阀119引出的最高压力决定，三位四通液控换向阀3控制一维液控换向阀1015和二维液控换向阀1115的开关以使蓄能器13与工作压力较高的阻尼模块连通，蓄能器13的补油可以提高阻尼模块的防吸空能力，从而提高阻尼模块的负载功率谱适应性。
一维第四电磁换向阀1010、二维第四电磁换向阀1110控制一维可调阻尼模块10和二维可调阻尼模块11与蓄能器13的连通性，当一维第四电磁换向阀1010、二维第四电磁换向阀1110均得电时，蓄能器13与一维可调阻尼模块10和二维可调阻尼模块11低压侧连通，提高阻尼模块的防吸空能力。一维第五电磁换向阀、二维第五电磁换向阀用于调节液压缸12、液压马达14的位置，使液压缸12、液压马达14可以从所需要的位置进入阻尼回路状态。液压泵1出口并联泵出口溢流阀2，用于调节液压泵1出口压力。液压泵1通过一维三位四通换向阀1018、二维三位四通换向阀1118，驱动液压缸12、液压马达14调整位置，实现液压执行器任意位置进入阻尼模式的设计。在液压缸12、液压马达14调整位置时，一维可调阻尼模块10中一维第一电磁换向阀101、一维第二电磁换向阀106、一维第三电磁换向阀107、一维第四电磁换向阀1010均处于失电状态。
采用液压泵1向蓄能器13进行充液，充液电磁换向阀6用于控制向蓄能器充液的液路通断，充液减压阀9用于控制蓄能器的充液压，根据蓄能器13的压力变化，可以采取不同的充液策略，蓄能器13能够反复充液的设计，可保证液压阻尼系统的循环使用。蓄能器安全阀7用于保障蓄能器13处于安全工作压力，蓄能器减压阀8用于控制蓄能器13对外补油压力，使补油压力可调节。
采用三位四通液控换向阀3、重载梭阀4、二位二通液控换向阀5、一维梭阀109、二维梭阀119、一维液控单向阀1011、二维液控单向阀1111、一维液控换向阀1015、二维液控换向阀1115实现蓄能器13向工作压力较高的阻尼回路补油的功能，增强液压阻尼系统的防吸空能力，提高液压阻尼系统的功率谱。具体实现过程如下：一维可调阻尼模块10、二维可调阻尼模块11进入阻尼工作状态后，由一维梭阀109、二维梭阀119、重载梭阀4反馈最高工作压力至二位二通液控换向阀5的控制腔，二位二通液控换向阀5导通。三位四通液控换向阀3的两侧控制腔分别引入一维梭阀109和二维梭阀119的出口压力，压力较高者决定三位四通液控换向阀3的导通状态。三位四通液控换向阀3导通后，决定一维液控单向阀1011或二维液控单向阀1111的导通状态，进而确定一维液控换向阀1015或二维液控换向阀1115的导通状态，最终确定蓄能器13的补油方向。二维阻尼可调模块11亦然。
采用一维第一电磁换向阀101、一维第一单向节流阀102、一维第二单向节流阀103、一维第三单向节流阀104、一维第四单向节流阀105、一维第二电磁换向阀106、一维第三电磁换向阀107、一维背压阀108构成阻尼特性可变的阻尼回路。当一维第一电磁换向阀101、一维第二电磁换向阀106均不得电且一维第三电磁换向阀107得电时，一维第一单向节流阀102或一维第三单向节流阀104形成回路阻尼。当一维第一电磁换向阀101、一维第二电磁换向阀106均得电且一维第三电磁换向阀107得电时，一维第一单向节流阀102与一维第二单向节流阀103形成并联阻尼，或一维第三单向节流阀104与一维第四单向节流阀105形成并联阻尼。二维阻尼可调模块11亦然。
采用一维第三电磁换向阀107用于控制一维阻尼可调模块10是否进入阻尼状态，采用一维背压阀108用于控制阻尼回路的最低工作压力，二维阻尼可调模块11亦然；采用一维第四电磁换向阀1010用于控制蓄能器13是否与一维阻尼可调模块10的低压侧连通(得电时连通)，当一维第四电磁换向阀1010得电时，由一维溢流阀1012控制一维梭阀109向阻尼回路低压侧补油的压力，二维阻尼可调模块11亦然；采用一维第一补油单向阀1013、一维第二补油单向阀1014向阻尼回路低压侧补油；采用一维第一安全阀1016、一维第二安全阀1017限值阻尼回路的最高工作压力在安全范围内；液压缸12可以是双出杆双作用油缸，也可以是单出杆双作用油缸，还可以是柱塞油缸。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种多自由度液压阻尼系统，其特征在于：主要包括液压泵(1)、泵出口溢流阀(2)、三位四通液控换向阀(3)、重载梭阀(4)、二位二通液控换向阀(5)、充液电磁换向阀(6)、蓄能器安全阀(7)、蓄能器减压阀(8)、充液减压阀(9)、一维可调阻尼模块(10)、二维可调阻尼模块(11)、液压缸(12)、蓄能器(13)、液压马达(14),液压泵(1)与泵出口溢流阀(2)、一维可调阻尼模块(10)、二维可调阻尼模块(11)、充液电磁换向阀(6)连接，充液电磁换向阀(6)与充液减压阀(9)连接，蓄能器(13)与充液减压阀(9)、蓄能器减压阀(8)、蓄能器安全阀(7)连接，蓄能器减压阀(8)与二位二通液控换向阀(5)连接，二位二通液控换向阀(5)与重载梭阀(4)、一维可调阻尼模块(10)、二维可调阻尼模块(11)连接，重载梭阀(4)与一维可调阻尼模块(10)、二维可调阻尼模块(11)、三位四通液控换向阀(3)连接，三位四通液控换向阀(3)与一维可调阻尼模块(10)、二维可调阻尼模块(11)连接，液压缸(12)与一维可调阻尼模块(10)连接，液压马达(14)与二维可调阻尼模块(11)连接。
2.根据权利要求1所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述一维可调阻尼模块(10)中，主要包括一维第一电磁换向阀(101)、一维第一单向节流阀(102)、一维第二单向节流阀(103)、一维第三单向节流阀(104)、一维第四单向节流阀(105)、一维第二电磁换向阀(106)、一维第三电磁换向阀(107)、一维背压阀(108)、一维梭阀(109)、一维第四电磁换向阀(1010)、一维液控单向阀(1011)、一维溢流阀(1012)、一维第一补油单向阀(1013)、一维第二补油单向阀(1014)、一维液控换向阀(1015)、一维第一安全阀(1016)、一维第二安全阀(1017)、一维三位四通换向阀(1018)、一维第五电磁换向阀,一维第一电磁换向阀(101)与一维第一单向节流阀(102)、一维第二单向节流阀(103)、一维第一安全阀(1016)连接，一维第二电磁换向阀(106)与一维第三单向节流阀(104)、一维第四单向节流阀(105)、一维第二安全阀(1017)连接，一维第三电磁换向阀(107)与一维第一单向节流阀(102)、一维第二单向节流阀(103)、一维第三单向节流阀(104)、一维第四单向节流阀(105)、一维背压阀(108)连接，一维梭阀(109)与一维第四电磁换向阀(1010)、一维液控单向阀连接(1011)，一维溢流阀(1012)与一维第四电磁换向阀(1010)、一维第一补油单向阀(1013)、一维第二补油单向阀(1014)、一维液控换向阀(1015)连接，一维三位四通换向阀(1018)与一维第一电磁换向阀(101)、一维第二电磁换向阀(106)、一维梭阀(109)、一维第一补油单向阀(1013)、第一第二补油单向阀(1014)、一维第一安全阀(1016)、一维第二安全阀(1017)连接。
3.根据权利要求1或2所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述一维可调阻尼模块(10)中的一维第一单向节流阀(102)和一维第二单向节流阀并联(103)，一维第三单向节流阀(104)和一维第四单向节流阀(105)并联，通过切换一维第一电磁换向阀(101)、一维第二电磁换向阀(106)和调节单向节流阀开度组合为不同的阻尼状态。
4.根据权利要求1所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述二维可调阻尼模块(11)主要包括维第一电磁换向阀(111)、二维第一单向节流阀(112)、二维第二单向节流阀(113)、二维第三单向节流阀(114)、二维第四单向节流阀(115)、二维第二电磁换向阀(116)、二维第三电磁换向阀(117)、二维背压阀(118)、二维梭阀(119)、二维第四电磁换向阀(1110)、二维液控单向阀(1111)、二维溢流阀(1112)、二维第一补油单向阀(1113)、二维第二补油单向阀(1114)、二维液控换向阀(1115)、二维第一安全阀(1116)、二维第二安全阀(1117)、二维三位四通换向阀(1118)、二维第五电磁换向阀，二维可调阻尼模块(11)各部件与一维可调阻尼模块(10)各部件对应并且其构成与一维可调阻尼模块(10)相同。
5.根据权利要求2所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述重载梭阀(4)、一维梭阀(109)、二维梭阀(119)组合使用以引出阻尼系统中的最高压力，三位四通液控换向阀(3)的阀芯位置由一维梭阀(109)、二维梭阀(119)引出的最高压力决定，三位四通液控换向阀(3)控制一维液控换向阀(1015)和二维液控换向阀(1115)的开关以使蓄能器(13)与工作压力较高的阻尼模块连通。
6.根据权利要求2所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述一维第四电磁换向阀(1010)、二维第四电磁换向阀(1110)控制一维可调阻尼模块(10)和二维可调阻尼模块(11)与蓄能器(13)的连通性，当一维第四电磁换向阀(1010)、二维第四电磁换向阀(1110)均得电时，蓄能器(13)与一维可调阻尼模块(10)和二维可调阻尼模块(11)低压侧连通。
7.根据权利要求2或4所述的多自由度液压阻尼系统，其特征在于：所述一维第五电磁换向阀、二维第五电磁换向阀用于调节液压缸(12)、液压马达(14)的位置。
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