CN111156280B - 一种主动磁场控制的智能液压悬置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能液压悬置。该智能液压悬置通过橡胶主簧、主动控制磁盘运动和惯性通道流体阻尼共同作用，以实现减振功能。橡胶主簧和惯性通道流体用于衰减低频大、中等幅度的振动，主动控制磁盘运动用于衰减高频小幅度的振动。本发明的特点是采用主动磁场控制磁盘膜片的减振方式。由于可以实时估算激励振动的频率和振幅，并产生控制磁场与磁盘膜片相互作用，所以可以对50~500Hz范围内的振动进行选择性的衰减，从而为复杂工况下的系统提供宽频的减振保障。
Description
技术领域
本发明属于机电领域的智能减振装置的设计。具体来说是一种基于主动磁场控制的智能液压悬置。
背景技术
液压悬置的作用是隔离振源（如发动机等）在工作时产生的振动和噪音，进而减小振源对系统内部零部件的影响。尽管相比普通橡胶悬置，液压悬置在工作频率和刚度特性上有所改善，但是仍然存在工作频率较窄，结构调整不灵活和抗冲击载荷能力差的问题。
中国专利号201310745286.1公开了同时满足低频和高频的液压悬置，在低频时，发动机液压悬置内的液体通过流道流动，提供大阻尼；在高频时，靠流道板中的解耦膜带动液体流动；专利号201410588710.0公开了一种半主动控制式液压悬置，通过控制气室与大气的连通与断开，以避免高频下的动态硬化现象。由于上述专利的空气腔均只有打开和封闭两个状态，但是实际的车辆振动频率是在低频和高频之间连续变化的，使得车辆实际行驶时车内振动噪声较大。专利号201410365792.2公开了一种用调节堵塞来控制气室大小的方法，这样可以对解耦膜变形控制更全面，进而更有效地控制悬置刚度，实现更大频段的减振。
为了进一步拓宽减振的工作频率，中国专利号201010273258.0根据发动机的工况，利用了磁流变液的黏度可变特性，通过控制施加的电流的大小改变其黏度，使得发动机的振动在较宽的频带内得到衰减；专利号201310083796.7利用磁流变液的挤压模式来设计的液压悬置，以实现对悬置阻尼的调节。不过这些悬置外形笨重，不符合轻量化的要求；专利号201310629286.5设计了环形解耦盘，并通过主副电磁线圈，控制磁流变液在通透孔和通道内的流动，这种悬置结构相对紧凑；专利号201410490026.9采用磁流变弹性体制作解耦膜，通过改变电磁铁的磁感应强度来控制解耦膜的刚度值，达到车辆减震降噪的目的。这些专利采用磁流变液替代了传统的液压悬置用硅油，并改进了解耦盘的结构，以达到灵活调节减振悬置的工作频率的目的。尽管如此，磁流变液具有颗粒沉降的缺点，从而影响这些悬置的使用寿命。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供结构更加紧凑，减振工作频率更宽的抗冲击液压悬置。
为了实现上述目的，本智能液压悬置包括：上连接螺栓(1)，内置金属块(2)，橡胶主簧(3)，金属上支撑(4)，上惯性通道盘(5)，下惯性通道盘(6)，惯性通道(7)，上液室(8)，励磁线圈(9)，感应线圈(10)，磁盘膜片覆盖层(11)，磁盘膜片(12)，下液室(13)，金属下支撑(14)，橡胶底膜(15)，下连接螺栓(16)，出气孔(17)；上连接螺栓(1)的上端与激励振源连接，其下端内置金属块(2)连接；橡胶主簧(3)硫化在内置金属块(2)和金属上支撑(4)上；上惯性通道盘(5)和下惯性通道盘(6)上加工有惯性通道(7)，并可安装励磁线圈(9)、感应线圈(10)和磁盘膜片(12)；金属下支撑(14)加工有出气孔(17)，与金属上支撑(4)和下连接螺栓(16)连接；磁流变液(9)位于上液室(10)和下液室(15)内；橡胶底膜(15)固定在金属下支撑(14)和下惯性通道(6)之间；下连接螺栓(16)的下端连接隔振部件。
在流体惯性通道阻尼的基础上，本液压悬置采用了主动磁场控制磁盘膜片的减振工作方式；在低频振源激励下，橡胶主簧(3)上下振动消耗振源能量，同时上连接螺栓(1)带动内置金属块(2)振动而压迫上液室(8)内的液体运动；当液体通过上惯性通道盘(5)和下惯性通道盘(6)的惯性通道(7)后，粘滞液体的摩擦作用会将动能转化成热能；在高频振源小激励振幅下，磁盘膜片(12)对小激励振幅做出反应而发生上下振动，磁盘膜片(12)发出的磁力线切割感应线圈(10)产生电信号频率，通过测量电信号的频率和幅值可以估算主动控制磁场的频率和强度；为励磁线圈(9)施加可调整的电流以产生磁场，该磁场与磁盘膜片(12)的自发磁场相互作用以达到减振目的。
本发明的特点是采用主动磁场控制磁盘膜片的减振方式。由于可以实时估算激励振动的频率和振幅，并产生控制磁场与磁盘膜片相互作用，所以可以对50Hz~500Hz范围内的振动进行选择性的衰减，从而为复杂工况下的系统提供宽频的减振保障。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的纵向断面示意图。
图中1.上连接螺栓，2.内置金属块，3.橡胶主簧，4.金属上支撑，5.上惯性通道盘，6.下惯性通道盘，7.惯性通道，8.上液室，9.励磁线圈，10.感应线圈，11.磁盘膜片覆盖层，12.磁盘膜片，13.下液室，14.金属下支撑，15.橡胶底膜，16.下连接螺栓，17.出气孔。
具体实施例1：
上连接螺栓(1)的外径14毫米，材料是碳钢；内置金属块(2)是外径50毫米、高度28的圆柱，材料是碳钢，与上连接螺栓(1)焊接成一体。
橡胶主簧(3)和橡胶底膜(16)的材料是三元乙丙橡胶，邵氏硬度分别为70HA和60HA；采用传统橡胶硫化工艺，将橡胶主簧(3)固结在内置金属块(2)、金属上支撑(4)和上惯性通道盘(5)之间；内置金属块(2)、橡胶主簧(3)、金属上支撑(4)和上惯性通道盘(5)配合形成上液室(8)。
金属上支撑(4)和金属下支撑(14)均为铸铁材料；上液室(8)和下液室(13)充满减振用硅油。
上惯性通道盘(5)和下惯性通道盘(6)是直径110毫米、厚度8毫米的铁镍合金圆盘；在距离圆心42毫米钻直径5毫米的通孔，并以此为半径在圆盘上开出宽度5毫米、深3毫米的圆环凹槽；将上惯性通道盘(5)和下惯性通道盘(6)的圆形凹槽合并形成惯性通道(7)；在距离圆心32毫米出开出宽度11毫米、深6毫米的圆环凹槽，用来放置励磁线圈(9)和感应线圈(10)；励磁线圈(9)为0.5毫米直径的漆包铜线，共计500匝线圈；感应线圈(10)是0.2毫米直径的漆包铜线，共计120匝线圈；在上惯性通道盘(5)和下惯性通道盘(6)中心加工出直径 40毫米的通孔，以及直径48毫米、深6毫米的圆槽，用于放置磁盘膜片覆盖层(11)和磁盘膜片(12)；磁盘膜片覆盖层(11)是厚度1毫米的弹性橡胶保护层；磁盘膜片(12)是直径44毫米、厚度4毫米的钕铁硼强磁铁盘，磁化方向为厚度方向；磁盘膜片(12)也可以是海尔贝克(Halbach)阵列磁盘，磁化方向使得盘外侧磁场增强。
橡胶底膜(15)固定在金属下支撑(14)与下惯性通道盘(6)之间，并与下惯性通道盘(6)配合形成下液室(13)；金属下支撑(14) 底面中部与下连接螺栓(16)相连，底面距离圆心30毫米出开有直径4毫米的出气孔(17)；下连接螺栓(16)的外径14毫米，材料是碳钢。
当施加到上连接螺栓(1)的激励振幅大且频率低时，磁盘膜片(12)与上惯性通道盘(5)或下惯性通道盘(6)接触，不能移动；在上下液室内的硅油流过惯性通道(7)，通过调整惯性通道(7)的长度和宽度可以调节粘性阻尼力，以达到减振目的。
当施加到上连接螺栓(1)的激励振幅小且频率高时，由于惯性通道(7)中的硅油存在惯性，不能对激励做出反应而发生流动；此时磁盘膜片(12)对小激励振幅做出反应而发生上下振动；伴随磁盘膜片(12)的上下运动，磁力线切割感应线圈(10)；通过感应线圈(10)的电信号频率和幅值，可以实时估算主动磁场的频率与强度；为励磁线圈(9)施加可调整的电流以产生交变磁场，该磁场与磁盘膜片(12)相互作用以达到减振目的。
Claims (4)
1.一种主动磁场控制的智能液压悬置，其特征在于，所述智能液压悬置包括：上连接螺栓、内置金属块、橡胶主簧、金属上支撑、上惯性通道盘、下惯性通道盘、惯性通道、上液室、励磁线圈、感应线圈、磁盘膜片覆盖层、磁盘膜片、下液室、金属下支撑、橡胶底膜、下连接螺栓和出气孔；上连接螺栓的上端与激励振源连接，其下端内置金属块连接；橡胶主簧硫化在内置金属块和金属上支撑上；上惯性通道盘和下惯性通道盘上加工有惯性通道，惯性通道内安装有励磁线圈、感应线圈和磁盘膜片；金属下支撑上加工有出气孔，金属下支撑分别与金属上支撑和下连接螺栓连接；磁流变液位于上液室和下液室内；橡胶底膜固定在金属下支撑和下惯性通道之间；下连接螺栓的下端连接隔振部件；
采用主动磁场控制的磁盘膜片的减振方式，在低频振源激励下，橡胶主簧上下振动消耗振源能量，同时上连接螺栓带动内置金属块振动而压迫上液室内的磁流变液运动；当磁流变液通过上惯性通道盘和下惯性通道盘的惯性通道后，粘滞磁流变液的摩擦作用会将动能转化成热能；在高频振源小激励振幅下，磁盘膜片对小激励振幅做出反应而发生上下振动，磁盘膜片发出的磁力线切割感应线圈产生电信号频率，通过测量电信号的频率和幅值估算主动控制磁场的频率和强度；为励磁线圈施加可调整的电流以产生磁场，该磁场与磁盘膜片的自发磁场相互作用以达到减振目的；
所述智能液压悬置通过橡胶主簧、控制磁盘运动和惯性通道流体阻尼共同作用，以实现减振功能；由于所述智能液压悬置实时估算激励振动的频率和振幅，并产生控制磁场与磁盘膜片相互作用，所以对频率为50Hz～500Hz范围内的振动进行选择性的衰减，从而为复杂工况下的系统提供宽频的减振保障。
2.根据权利要求1所述的主动磁场控制的智能液压悬置，其特征在于，主动磁场控制的磁盘膜片是外层包裹弹性保护层的永磁体磁盘；弹性保护层保护磁盘膜片，避免膜片受到振动损伤；磁盘膜片是磁化方向为厚度方向的强磁铁盘或者海尔贝克阵列磁盘，磁化方向使得盘外侧磁场增强；磁盘外径的典型值范围为30毫米～70毫米、厚度范围为2毫米～8毫米。
3.根据权利要求1所述的主动磁场控制的智能液压悬置，其特征在于，磁盘膜片安装在上惯性通道盘和下惯性通道盘装配体的中央圆槽内；上惯性通道盘和下惯性通道盘是铁磁材料制作而成；上惯性通道盘和下惯性通道盘上加工有的圆形凹槽以作为惯性通道；同时上惯性通道盘和下惯性通道盘分别加工有圆形凹槽以安装励磁线圈和感应线圈，该凹槽深度典型值范围为3毫米～9毫米，宽度范围为5毫米～15毫米；减振力要求越大，则凹槽深度或宽度尺寸越大，具体尺寸依据减振力的大小来确定。
4.根据权利要求3所述的主动磁场控制的智能液压悬置，其特征在于，感应线圈和励磁线圈混合绕制或者分别绕制在上惯性通道盘和下惯性通道盘的凹槽内；感应线圈用于测量磁盘膜片运动时产生的电信号频率和幅值，电信号的参数用于估算主动控制磁场的频率和强度；为励磁线圈施加可调整的电流产生指定频率和相位的交变磁场，该交变磁场与磁盘膜片的自发磁场相互作用，以达到降低激励力的传递和减振的目的。
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