CN111457046B - 一种加速度控制被动实现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加速度控制被动实现装置，包括缸体、活塞和主螺旋管，所述活塞将缸体的内腔分为上腔和下腔，所述上腔与下腔之间分别连接3个产生不同惯性力的螺旋管，其中任意两个所述螺旋管分别通过动惯阀与上腔或下腔连通，所述动惯阀根据加速度的变化选择性使所述两个螺旋管中的任一螺旋管与上腔或下腔连通。本发明能够实现简单半主动的被动控制，解决了当前加速度控制实现的难点。

Description

一种加速度控制被动实现装置
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种加速度控制被动实现装置。
背景技术
随着我国交通运输业的发展，使得国产乘用车朝着智能化、高速化、轻量化和清洁化方向发展，对车辆节能的要求越来越高。而随着车辆悬架结构的固结，普通被动悬架综合性能的提升日益趋近极限，研究者们将目光逐渐转向半主动控制悬架和主动控制悬架。然而，无论半主动控制悬架还是主动控制悬架，都需要悬架以外的能量输入实现控制，主动悬架更是因为高能耗而发展缓慢。
趋附于智能车的发展，半主动控制悬架逐渐限，不足以为悬架提供足够的能量，仍需依靠外端能量的输入。这无形之中，不仅增加了车辆的成本，也增加了悬架的负担，甚至会对悬架的隔振性能产生负效应。
此外，当前的半主动悬架控制主要用于实现元件参数的调控，有些通过改变元件材料的特性实现半主动控制，有些半主动控制则以电磁阀，甚至是“ON-OFF”开关控制实现参数的多级调控。这些虽然控制算法简单，却仍需配备相应的控制器和执行器，这不仅使得悬架结构变得繁复，生产成本增加，也使得悬架结构因为对电力系统的依赖而降低了悬架系统的稳定性。若能无需依赖外端能量的输入，通过机械元件将依靠电磁阀开关实现半主动控制的控制方法被动实现，这不仅可以提升悬架性能，还能进一步提升悬架稳定性，降低生产成本，节约能源。
得益于对悬架惯性特性的关注，越来越多的动惯性元件被设计出来，也使得悬架的结构设计、控制方法得以进一步发展。与阻尼器不同的是，阻尼器两端点的力与两端点的相对运动速度相关，而动惯性元件两端点的力与则两端点的相对加速度相关，不同于易于辨识方向的运动速度，加速度的方向难以直接通过物体的运动方向辨别，因此有些以“ON-OFF”为控制的方法难以采用被动实现的方法应用于动惯性元件中。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种加速度控制被动实现装置，该装置的实现形式灵活多样，能够实现简单半主动的被动控制，解决了当前加速度控制实现的难点。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种加速度控制被动实现装置，包括缸体、活塞和主螺旋管，所述活塞将缸体的内腔分为上腔和下腔，所述上腔与下腔之间分别连接3个产生不同惯性力的螺旋管，其中任意两个所述螺旋管分别通过动惯阀与上腔或下腔连通，所述动惯阀根据加速度的变化选择性使所述两个螺旋管中的任一螺旋管与上腔或下腔连通。
进一步，所述动惯阀包括质量块和弹簧，所述质量块两端分别与弹簧连接，通过加速度的变化使质量块沿加速度方向移动，用于使所述两个螺旋管中的任一螺旋管与上腔或下腔导通。
进一步，3个所述螺旋管的螺旋圈数、管径、螺旋管距、螺旋半径参数中至少一个参数不同，用于产生不同惯性力。
进一步，所述动惯阀为双向弹性动惯阀，所述双向弹性动惯阀还包括第一通液槽、第二通液槽、弹性密封柱和作动块；所述第一通液槽用于连通上螺旋管与上腔或下腔，所述第二通液槽用于连通下螺旋管与上腔或下腔，所述第一通液槽和第二通液槽内分别设有弹性密封柱，且所述弹性密封柱不受外力挤压时阻断所述第一通液槽或第二通液槽的导通；所述第一通液槽与第二通液槽之间设有密闭的腔体，所述质量块和弹簧均位于腔体内部，且所述腔体内填充液体；所述质量块两端的弹簧分别与连接杆连接，所述连接杆穿出腔体通过作动块与弹性密封柱接触。
进一步，所述作动块一端与弹性密封柱接触，所述作动块另一端与第一通液槽或第二通液槽的壁面通过密封圈密封。
进一步，所述动惯阀为壁式二通动惯阀，所述壁式二通动惯阀还包括腔体和若干壁面，所述腔体通过若干壁面分割成进液腔、第一出液腔和第二出液腔；所述进液腔与缸体的上腔或下腔连通，所述第一出液腔与上螺旋管连通，所述第二出液腔与下螺旋管连通；所述质量块和弹簧均位于腔体内部，所述质量块位于进液腔与第一出液腔和第二出液腔之间；当所述质量块处于平衡状态时，所述进液腔同时与第一出液腔和第二出液腔连通；通过质量块的移动，使进液腔与第一出液腔阻断或进液腔与第二出液腔阻断。
进一步，还包括磁性防撞块，所述质量块为磁性材料，所述质量块两端的弹簧分别与磁性防撞块连接，所述磁性防撞块安装在腔体壁面；在质量块向加速度方向移动过程中，通过磁性防撞块的磁场使质量块与壁面接触，用于使进液腔与第一出液腔阻断或进液腔与第二出液腔阻断。
进一步，所述动惯阀为盖式双腔动惯阀，所述盖式双腔动惯阀还包括腔体、第一通液槽、第二通液槽和双腔盖，所述腔体分别通过第一通液槽和第二通液槽与缸体的上腔或下腔连通，所述质量块、上弹簧和下弹簧均位于腔体内部，且所述质量块可在腔体内移动；所述质量块的一端通过上连接杆与上弹簧的一端连接，所述上弹簧的另一端与腔体内壁连接，所述质量块的另一端与下弹簧的一端连接，所述下弹簧的另一端通过下连接杆与阻液塞连接；所述腔体出口分别与内螺旋管和外螺旋管的进口端连通，所述内螺旋管位于外螺旋管内部，且所述内螺旋管和外螺旋管的螺旋中心线共线；外螺旋管的进口端上密封安装双腔盖，所述下连接杆上设置有两个限位块，通过下连接杆的移动，使双腔盖可在两限位块之间移动，用于实现外螺旋管与腔体导通和阻断；所述内螺旋管的进口端设有渐扩端，所述阻液塞位于内螺旋管的渐扩端内，通过阻液塞在渐扩端的移动，用于实现内螺旋管与腔体导通和阻断。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的加速度控制被动实现装置，通过机械元件实现了被动加速度控制，能够根据车辆行驶状况，随动切换控制参数，相比于半主动控制更节能环保，避免了复杂的控制器与传感器、执行器布置，装置结构一体化程度高，易于安装，动惯阀元件的元件参数可随振动输入力的大小迅速切换，是一个参数三级可调装置。
2.本发明的加速度控制被动实现装置，实现形式灵活多样，可以根据实际需求选取动惯阀的实现形式，并可根据实际工作环境，设定三级参数的数值，参数设定方式多种多样，包容性强，参数数值的可实现范围较大。
3.本发明所述的加速度控制被动实现装置，避免了主动或者半主动控制器以及相应执行元件的设计与应用，结构简单，且不会因为控制器、传感器、执行器中某一个或多个元件的出错而导致控制失效的问题，稳定可靠，安全性更高。
附图说明
图1为本发明所述的加速度控制被动实现装置示意图。
图2为本发明实施例1双向弹性动惯阀的结构示意图。
图3为本发明实施例2盖式双腔动惯阀的结构示意图。
图4为本发明实施例2的局部放大图。
图5为本发明实施例3壁式二通动惯阀的结构示意图。
图6为本发明实施例3的三种状态图，其中图6a为b31状态，图6b为b32状态，图6c为b33状态。
图中：
1-上吊耳；2-活塞杆；3-密封圈；4-通孔；5-主螺旋管；6-活塞；7-缸体；8-防撞块；9-下吊耳；10-上弹性密封柱；11-第一通液槽；12-质量块；13-下弹簧；14-下连接杆；15-下密封圈；16-下作动块；17-下弹性密封柱；18-第二通液槽；19-上弹簧；20-上连接杆；21-上密封圈；22-上作动块；23-上连通孔；24-上螺旋管；25-下连通孔；26-下螺旋管；27-动惯阀；28-上限位块；29-双腔盖；30-下限位块；31-外螺旋管；32-阻液塞；33-内螺旋管；34-上磁性防撞块；35-下磁性防撞块；36-入液口；37-上挡液墙；38-下挡液墙；39-左节流口；40-右节流口。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的加速度控制被动实现装置包括缸体7，上吊耳1和下吊耳9，所述上吊耳1通过活塞杆2与活塞6相连，活塞6置于缸体7中，活塞6将缸体7的内腔分为上腔和下腔，活塞杆2与缸体7之间通过密封圈3实现密封，上腔和下腔的均开有通孔4，上腔和下腔的通孔4通过主螺旋管5连接，使得上腔和下腔中的液体能够通过主螺旋管5实现液体流动。缸体7的内壁底部装有防撞块8，防止活塞杆2与缸体7的内壁发生碰撞。所述缸体7的上腔或下腔安装有动惯阀27，上腔或下腔上的动惯阀27通过管道与下腔或上腔相连，使得液体能够流通。所述上腔与下腔之间分别连接3个产生不同惯性力的螺旋管，其中任意两个所述螺旋管分别通过动惯阀27与上腔或下腔连通，所述动惯阀27根据加速度的变化选择性使所述两个螺旋管中的任一螺旋管与上腔或下腔连通。
加速度控制被动实现装置可用在车辆悬架、飞机起落机、螺旋桨等需要隔振的地方，假设该装置的上吊耳1与被隔振物体连接，下吊耳9与振动输入端连接。忽略不计加速度控制被动实现装置中的摩擦、寄生阻尼等非线性因素。当活塞6随活塞杆2上下运动时，活塞6推动液体在螺旋管中运动，形成惯性力，惯性力与加速度控制被动实现装置两端的相对加速度的比值为常数，称为动惯性系数。所述动惯阀27包括质量块12和弹簧，所述质量块12两端分别与弹簧连接，通过加速度的变化使质量块12沿加速度方向移动，用于使所述两个螺旋管中的任一螺旋管与上腔或下腔导通。
动惯性系数可以通过下式计算得到：
Figure BDA0002467088230000041
其中，mh表示螺旋管中的液体质量，h表示螺旋管的螺旋管距，r表示螺旋管的螺旋半径，A1表示活塞6的有效作用面积，A2表示螺旋管的管道横截面积。
图2为本发明所述的动惯阀27的实施例1，所述动惯阀27为双向弹性动惯阀，双向弹性动惯阀包括第一通液槽11、第二通液槽18、上弹性密封柱10、下弹性密封柱17、质量块12、上弹簧19、下弹簧13、上作动块22和下作动块16，所述第一液槽11和第二通液槽18的一端均与缸体7的上腔或下腔相连通，第一通液槽11的另一端通过上连通孔23与上螺旋管24连接，第二通液槽18的另一端通过下连通孔25与下螺旋管26连接。所述主螺旋管5、上螺旋管24和下螺旋管26，它们参数：螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径至少有一个参数不同。第一通液槽11的内上壁上安装有上弹性密封柱10，上弹性密封柱10的大小使得上弹性密封柱10在不受外力挤压时可以阻断液体在第一通液槽11中的流通。第二通液槽18的内下壁上安装有下弹性密封柱17，下弹性密封柱17的大小使得下弹性密封柱17在不受外力挤压时可以阻断液体在第二通液槽18中的流通。动惯阀27还包括一个腔体，腔体位于第一通液槽11和第二通液槽18之间，腔体中填充有液体，腔体不与第一通液槽11和第二通液槽18之间连通。动惯阀27的腔体内安装有质量块12，质量块12不与腔体内壁贴合，质量块12与腔体内壁间隙装配，腔体内液体的流动不受质量块12的影响。所述质量块12上下两端分别与上弹簧19、下弹簧13相连接，上弹簧19与上连接杆20相连接，上连接杆20穿出腔体与上作动块22相连接，上作动块22与腔体外壁之间安装有上密封圈21，防止第一通液槽11中的液体流入腔体中。下弹簧13与下连接杆14相连接，下连接杆14穿出腔体与下作动块16相连接，下作动块16与腔体外壁之间安装有下密封圈15，防止第二通液槽18中的液体流入腔体中。
当动惯阀27为图2所示的双向弹性动惯阀时，加速度控制被动实现装置在工作环境中随着振动输入端的加速度大小和方向的不同对应三种状态。该装置在装配时，为避免质量块12在运动时出现偏心产012、上弹簧19、下弹簧13、上连接杆20、下连接杆14同轴装配；上弹簧19、下弹簧13在装配时应对上作动块22和下作动块16施加一定的预紧力，使上作动块22和下作动块16能够贴合腔体外壁，并使得质量块12处于平衡状态。
假设上弹簧19的弹簧刚度为kp，下弹簧13的弹簧刚度为kd，上弹簧19的预紧拉伸位移为xp，下弹簧13的预紧拉伸位移为xd，质量块12的质量为m，重力加速度为g，图2所示的双向弹性动惯阀应满足以下关系：
mg+kd·xd＝kp·xp。
设定加速度的正向方向为向上方向，向下方向为负向。
在稳定工作状态，振动输入端输入的振动为均速时，上吊耳1和下吊耳9均不受力，缸体7处于平衡不受力状态，此时质量块12也处于平衡不受力状态，上弹性密封柱10、下弹性密封柱17均不受外力挤压，处于阻断第一通液槽11和第二通液槽18中液体流体的状态。此时惯性力由螺旋管5产生，记为b1。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向上加速度时，缸体7两端受到一个向上的合力Fp，产生向上加速度ap。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向下运动，压缩下弹簧13，下弹簧13通过下连接杆14推动下作动块16向下运动，挤压下弹性密封柱17使其产生形变，由于第二通液槽18中下连接杆14的加入，下弹性密封柱17对第二通液槽18中液体的阻断作用失效，液体在第二通液槽18和下螺旋管26中流动。此时惯性力由螺旋管5和下螺旋管26产生，记为b12。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向下加速度时，缸体7两端受到一个向下的合力Fd，产生向下加速度ad。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向上运动，压缩上弹簧19，上弹簧19通过上连接杆20推动上作动块22向上运动，挤压上弹性密封柱10使其产生形变，由于第一通液槽11中上连接杆20的加入，上弹性密封柱10对第一通液槽11中液体的阻断作用失效，液体在第一通液槽11和上螺旋管24中流动。此时惯性力由螺旋管5和上螺旋管24产生，记为b13。
由于螺旋管5、上螺旋管24和下螺旋管26的螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径均未确定，所以三种状态下的动惯性系数b1、b12、b13的大小无法确定，在实际使用过程中，可根据实际情况通过调节上弹簧19、下弹簧13、上弹性密封柱10和下弹性密封柱17的弹簧刚度，以及上弹簧19和下弹簧13的预紧力，设定动惯性系数b1、b12、b13三种状态切换时振动输入端输入信号的加速度阈值，并通过设定螺旋管的螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径，以及液体密度等参数使得三种状态下的动惯性系数b2、b1、b3的大小符合控制要求。
当动惯阀27为图2所示的双向弹性动惯阀时，加速度控制被动实现装置的控制规则如下：
Figure BDA0002467088230000061
其中b表示动惯性导向控制装置的动惯性系数，a表示振动输入端输入信号的加速度。
图3为本发明所述的动惯阀27的实施例2，所述动惯阀27为盖式双腔动惯阀，所述盖式双腔动惯阀包括第一通液槽11和腔体，第一通液槽11的一端与缸体7的上腔或下腔相连通，第一通液槽11另一端与腔体相连通。腔体内安装有质量块12，质量块12不与腔体内壁密封贴合，液体可在腔体内自由流动。质量块12的一端通过上连接杆20与上弹簧19的一端相连接，上弹簧19的另一端与腔体内壁固定连接，质量块12的另一端与下弹簧13的一端固定连接，下弹簧13的另一端通过下连接杆14与阻液塞32固定连接。所述腔体出口分别与内螺旋管33和外螺旋管31的进口端连通，所述内螺旋管33位于外螺旋管31内部，且所述内螺旋管33和外螺旋管31的螺旋中心线共线；如图4所示，阻液塞32置于内螺旋管33中，所述内螺旋管33进口端为渐扩式瓶型结构，进液口端的一段管道直径小于其他部分的管道直径，当阻液塞32在直径较小段管道中运动，内螺旋管33中的液体处于阻断状态，当阻液塞32不在该段直径较小段管道中运动时，内螺旋管33中液体处于流通状态。
内螺旋管33外部同轴套有外螺旋管31，内螺旋管33与外螺旋管31的进液口处盖有双腔盖29，所述双腔盖29的横截面可为工字形的盘状盖，所述双腔盖29的横截面也可为倒梯形结构。所述双腔盖29的外围部分为实体，中间部分为镂空结构，可以实现盖住外螺旋管31阻断液体在外螺旋管31中的流动的同时，不妨碍液体在内螺旋管33中的流动。双腔盖29与下连接杆14同轴活动连接，下连接杆14上设置有上限位块28和下限位块30，双腔盖29可在上限位块28和下限位块30之间自由移动。双腔盖29是具有质量且密度比缸体7中填充的液体密度大，在上限位块28和下限位块30不阻碍双腔盖29运动时，双腔盖29可以依靠自身重量回落，盖住外螺旋管31，阻断液体在外螺旋管31中的流动。
当动惯阀27为图3所示的盖式双腔动惯阀时，加速度控制被动实现装置在工作环境中随着振动输入端的加速度大小和方向的不同对应三种状态。该装置在装配时，为避免质量块12在运动时出现偏心产生侧向力，应将质量块12、上弹簧19、下弹簧13、上连接杆20、下连接杆14同轴装配；上弹簧19、下弹簧13在装配时应有一定的预紧力，使得质量块12处于平衡状态。同时，在装配时，双腔盖29应处于上限位块28和下限位块30之间的某个位置，不应紧贴上限位块28或下限位块30安装，外螺旋管31与内螺旋管33都处于液体流通阻断状态。
在稳定工作状态，振动输入端输入的振动为均速时，上吊耳1和下吊耳9均不受力，缸体7处于平衡不受力状态，此时质量块12也处于平衡不受力状态，双腔盖29阻断外螺旋管31内的液体流动，阻液塞32阻断内螺旋管33内的液体流动。此时惯性力由螺旋管5产生，记为b1。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向上加速度时，缸体7两端受到一个向上的合力Fp，产生向上加速度ap。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向下运动，拉伸上弹簧19，压缩下弹簧13，下弹簧13通过下连接杆14将力释放给阻液塞32，推动阻液塞32向下运动。当阻液塞32运动到非直径较小段管道中时，内螺旋管33中液体处于流通状态。双腔盖29仍盖住外螺旋管31，外螺旋管31内液体仍处于阻断状态。此时惯性力由螺旋管5和内螺旋管33产生，记为b22。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向下加速度时，缸体7两端受到一个向下的合力Fd，产生向下加速度ad。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向上运动，通过上连接杆20压缩上弹簧19，拉伸下弹簧13，下弹簧13拉动下连接杆14向上运动，当下连接杆14运动到一定位置时，下限位块30带动双腔盖29一起向上运动，此时，双腔盖29离开外螺旋管31的进液口，外螺旋管31中的液体此时处于流通状态，阻液塞32仍在内螺旋管33中直径较小段管道中运动，内螺旋管33中的液体处于阻断状态。此时，此时惯性力由螺旋管5和外螺旋管31产生，记为b23。
三种状态下的动惯性系数b1、b22、b23的大小无法确定，在实际使用过程中，可根据实际情况通过调节上弹簧19和下弹簧13的弹簧刚度，上弹簧19和下弹簧13的预紧力，双腔盖29与上限位块28、下限位块30之间的位置关系，内螺旋管33中直径较小段管道长度，以及阻液塞32在内螺旋管33中直径较小段管道中的初始位置，设定动惯性系数b1、b22、b23三种状态切换时振动输入端输入信号的加速度阈值，并通过设定螺旋管的螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径，以及液体密度等参数使得三种状态下的动惯性系数b22、b1、b32的大小符合控制要求。
当动惯阀27为图3所示的盖式双腔动惯阀时，加速度控制被动实现装置的控制规则如下：
Figure BDA0002467088230000081
图5为本发明所述的动惯阀27的实施例3，动惯阀27为壁式二通动惯阀。壁式二通动惯阀包括入液口36、腔体、上螺旋管24和下螺旋管26，所述腔体通过上挡液墙37和下挡液墙38分割成进液腔、第一出液腔和第二出液腔；所述进液腔通过入液口36与缸体7的上腔或下腔连通，所述第一出液腔通过上连通孔23与上螺旋管24连通，所述第二出液腔通过下连通孔25与下螺旋管26连通；腔体与上螺旋管24、下螺旋管26中的液体能够相互流通。上挡液墙37和下挡液墙38之间形成了左节流口39和右节流口40，所述质量块12位于腔体内部，且所述质量块12位于进液腔与第一出液腔和第二出液腔之间，质量块12不与腔体内壁密封贴合，液体可在腔体内自由流动，所述质量块12的形状为十字形，如图5所示，质量块12位于左节流口39和右节流口40之间；质量块12垂向结构的一端通过上弹簧19与上磁性防撞块34相连接，质量块12垂向结构的另一端通过下弹簧13与下磁性防撞块35相连接，所述质量块12的上下两端都安装有一定磁性的磁块，当质量块12偏离平衡位置时，会被距离质量块12上下两端磁块较近的上磁性防撞块34或下磁性防撞块35吸住。所述质量块12横向结构的两端分别置于左节流口39和右节流口40之间，质量块12横向结构不会直接阻断内腔中液体的流动。
当动惯阀27为图5所示的壁式二通动惯阀时，加速度控制被动实现装置在工作环境中随着振动输入端的加速度大小和方向的不同对应三种状态。该装置在装配时，为避免质量块12在运动时出现偏心产生侧向力，应将质量块12、上弹簧19、上磁性防撞块34和下磁性防撞块35同轴装配；上弹簧19、下弹簧13在装配时应有一定的预紧力，使得质量块12处于平衡状态。假设在装配时，质量块12平衡在左节流阀39和右节流阀40的中间位置，既不搁置于下挡液墙38，也不搁置于上挡液墙37，如图6a所示。假设上磁性防撞块34对质量块12的上吸力为Fp,下磁性防撞块35对质量块12的下吸力为Fd，Fp和Fd均为非接触性的磁吸力，其大小会随着距离的增加而急剧减小，在质量块的平衡位置处，磁性防撞块与质量块相距较远，上吸力Fp与下吸力Fd远小于质量块12的重量，而在质量块向磁性防撞块靠近时，磁性力会快速增大，帮助质量块到达限位位置处，使得装置响应快，且不易受外界扰动信号的影响。假设此时上吸力Fp与下吸力Fd均为非强磁吸力，上吸力Fp与下吸力Fd均小于质量块12的重量，则图6所示的壁式二通动惯阀应满足以下关系：
mg+Fd＝kd·xd+Fp+kp·xp。
在稳定工作状态，振动输入端输入的振动为均速时，上吊耳1和下吊耳9均不受力，缸体7处于平衡不受力状态，此时质量块12也处于平衡不受力状态，螺旋管5、上螺旋管24和下螺旋管26中的液体均为流通状态，此时惯性力由螺旋管5、上螺旋管24和下螺旋管26共同产生，记为b31。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向上加速度时，缸体7两端受到一个向上的合力Fp，产生向上加速度ap。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向下运动，压缩下弹簧13，因为下吸力Fd的存在，质量块12加快向下运动，使得质量块12横向结构的两端同时搁置于下挡液墙38上，如图6b所示，此时质量块12横向结构与下挡液墙38将腔体分割为上下两个腔体，此时质量块12横向结构下表面与下挡液墙38将下腔体封闭，液体无法在下腔体与下螺旋管26之间流通。但此时质量块12横向结构上表面与上挡液墙37形成的上腔体为开放状态，上腔体与上螺旋管24之间的液体仍可流通。此时惯性力由螺旋管5、上螺旋管24共同产生，记为b32。
在稳定工作状态，振动输入端输入信号产生向下加速度时，缸体7两端受到一个向下的合力Fd，产生向下加速度ad。此时质量块12由于惯性作用，相对于缸体7向上运动，压缩上弹簧19，因为上吸力Fp的存在，质量块12加快向上运动，使得质量块12横向结构的两端同时搁置于上挡液墙37上，如图6c所示，此时质量块12横向结构上表面与上挡液墙37将上腔体封闭，液体无法在上腔体与上螺旋管24之间流通。但此时质量块12横向结构下表面与下挡液墙38形成的下腔体为开放状态，下腔体与下螺旋管26之间的液体仍可流通。此时惯性力由螺旋管5、下螺旋管26共同产生，记为b33。
由于螺旋管5、上螺旋管24和下螺旋管26的螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径均未确定，所以三种状态下的动惯性系数b31、b32、b33的大小无法确定，在实际使用过程中，可根据实际情况通过调节上弹簧19和下弹簧13的弹簧刚度，上吸力Fp与下吸力Fd的大小，设定动惯性系数b31、b32、b33三种状态切换时振动输入端输入信号的加速度阈值，并通过设定螺旋管的螺旋圈数、槽径大小、螺旋管距、螺旋半径，以及液体密度等参数使得三种状态下的动惯性系数b31、b32、b33的大小符合控制要求。
当动惯阀27为图5所示的壁式二通动惯阀时，加速度控制被动实现装置的控制规则如下：
Figure BDA0002467088230000101
在以上三种实现形式中，质量块12都应为对称元件，从而确保质量块12在运动时始终是垂向运动，避免出现偏离中心线的运动。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种加速度控制被动实现装置，其特征在于，包括缸体(7)、活塞(6)和主螺旋管(5)，所述活塞(6)将缸体(7)的内腔分为上腔和下腔，所述上腔与下腔之间分别连接3个产生不同惯性力的螺旋管(5、24、26、31、33)，其中任意两个所述螺旋管(5、24、26、31、33)分别通过动惯阀(27)与上腔或下腔连通，所述动惯阀(27)根据加速度的变化选择性使所述两个螺旋管(5、24、26、31、33)中的任一螺旋管与上腔或下腔连通；
所述动惯阀(27)包括质量块(12)和弹簧(13、19)，所述质量块(12)两端分别与弹簧(13、19)连接，通过加速度的变化使质量块(12)沿加速度方向移动，用于使所述两个螺旋管(5、24、26、31、33)中的任一螺旋管与上腔或下腔导通。
2.根据权利要求1所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，3个所述螺旋管(5、24、26、31、33)的螺旋圈数、管径、螺旋管距、螺旋半径参数中至少一个参数不同，用于产生不同惯性力。
3.根据权利要求1所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，所述动惯阀(27)为双向弹性动惯阀，所述双向弹性动惯阀还包括第一通液槽(11)、第二通液槽(18)、弹性密封柱(10、17)和作动块(16、22)；所述第一通液槽(11)用于连通上螺旋管(24)与上腔或下腔，所述第二通液槽(18)用于连通下螺旋管(26)与上腔或下腔，所述第一通液槽(11)和第二通液槽(18)内分别设有弹性密封柱(10、17)，且所述弹性密封柱(10、17)不受外力挤压时阻断所述第一通液槽(11)或第二通液槽(18)的导通；所述第一通液槽(11)与第二通液槽(18)之间设有密闭的腔体，所述质量块(12)和弹簧(13、19)均位于腔体内部，且所述腔体内填充液体；所述质量块(12)两端的弹簧(13、19)分别与连接杆(14、20)连接，所述连接杆(14、20)穿出腔体通过作动块(16、22)与弹性密封柱(10、17)接触。
4.根据权利要求3所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，所述作动块(16、22)一端与弹性密封柱(10、17)接触，所述作动块(16、22)另一端与第一通液槽(11)或第二通液槽(18)的壁面通过密封圈(15、21)密封。
5.根据权利要求1所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，所述动惯阀(27)为壁式二通动惯阀，所述壁式二通动惯阀还包括腔体和若干壁面，所述腔体通过若干壁面分割成进液腔、第一出液腔和第二出液腔；所述进液腔与缸体(7)的上腔或下腔连通，所述第一出液腔与上螺旋管(24)连通，所述第二出液腔与下螺旋管(26)连通；所述质量块(12)和弹簧(13、19)均位于腔体内部，所述质量块(12)位于进液腔与第一出液腔和第二出液腔之间；当所述质量块(12)处于平衡状态时，所述进液腔同时与第一出液腔和第二出液腔连通；通过质量块(12)的移动，使进液腔与第一出液腔阻断或进液腔与第二出液腔阻断。
6.根据权利要求5所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，还包括磁性防撞块(34、35)，所述质量块(12)为磁性材料，所述质量块(12)两端的弹簧(13、19)分别与磁性防撞块(34、35)连接，所述磁性防撞块(34、35)安装在腔体壁面；在质量块(12)向加速度方向移动过程中，通过磁性防撞块(34、35)的磁场使质量块(12)与壁面接触，用于使进液腔与第一出液腔阻断或进液腔与第二出液腔阻断。
7.根据权利要求1所述的加速度控制被动实现装置，其特征在于，所述动惯阀(27)为盖式双腔动惯阀，所述盖式双腔动惯阀还包括腔体、第一通液槽(11)、第二通液槽(18)和双腔盖(29)，所述腔体分别通过第一通液槽(11)和第二通液槽(18)与缸体(7)的上腔或下腔连通，所述质量块(12)、上弹簧(19)和下弹簧(13)均位于腔体内部，且所述质量块(12)可在腔体内移动；所述质量块(12)的一端通过上连接杆(20)与上弹簧(19)的一端连接，所述上弹簧(19)的另一端与腔体内壁连接，所述质量块(12)的另一端与下弹簧(13)的一端连接，所述下弹簧(13)的另一端通过下连接杆(14)与阻液塞(32)连接；所述腔体出口分别与内螺旋管(33)和外螺旋管(31)的进口端连通，所述内螺旋管(33)位于外螺旋管(31)内部，且所述内螺旋管(33)和外螺旋管(31)的螺旋中心线共线；外螺旋管(31)的进口端上密封安装双腔盖(29)，所述下连接杆(14)上设置有两个限位块，通过下连接杆(14)的移动，使双腔盖(29)可在两限位块之间移动，用于实现外螺旋管(31)与腔体导通和阻断；所述内螺旋管(33)的进口端设有渐扩端，所述阻液塞(32)位于内螺旋管(33)的渐扩端内，通过阻液塞(32)在渐扩端的移动，用于实现内螺旋管(33)与腔体导通和阻断。
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