CN112923002A - 一种复合式抗冲击装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合式抗冲击装置及其应用,包括内筒、第一压力传感器和外筒,内筒连接在外筒的内底面,第一压力传感器置于外筒内并与内筒底部连接;内筒的内腔从下而上依次连接有磁流变阻尼器、螺旋阀芯、浮动活塞和弹簧;外筒的内顶面连接有活塞杆,活塞杆的底端贯穿内筒顶部、弹簧、浮动活塞后与螺旋阀芯连接,螺旋阀芯下方填充有液压油。本发明复合式抗冲击装置,既可以提供特定初撑力同时又能实现动态冲击的主动自适应,从而解决传统液压缓冲器无法提供初撑力、传统的机械压溃件难以提供较大支撑力和无法根据冲击工况进行自适应调节等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合式抗冲击装置及其应用,属于缓冲设备技术领域。
背景技术
抗冲击装置是一种安装在机械设备上缓冲吸能装置,在汽车行业、航天航空、矿山机械等领域应用非常广泛,可以减少设备在受到冲击时所受的冲击力,增加设备的可靠性、安全性和使用寿命。
例如,中国专利文献CN111322345A公开了一种新型抗冲击装置及其工作方法,包括依次连接的第一连接头、上外筒、下外筒和第二连接头,下外筒顶部套入上外筒内与上外筒活动连接;下外筒内设有铝蜂窝和磁流变缓冲器外筒,铝蜂窝设置在下端盖底部,磁流变缓冲器外筒内设有活塞杆,活塞杆顶端伸出上端盖并连接撞头,撞头与上端盖之间的活塞杆上套装有复位弹簧;活塞杆上缠绕有电磁线圈,活塞杆的下部分为阻尼活塞且阻尼活塞上开设有阻尼孔,阻尼活塞的底端设有导向盘,导向盘下方填充有磁流变液。本发明安装于矿车两车厢之间,当后车速度大于前车速度或当前车制动时,防止后车冲击,来进行缓冲,达到有效减速;发生事故时对后续车厢进行缓冲,有效防止事故的二次伤害。
中国专利文献CN208669329U公开了一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统及液压支架,包括立柱,立柱包括依次连接的活柱、中部油缸、底部油缸和抗冲击缓冲器,抗冲击缓冲器上设置有相连接的压力传感器和控制器,控制器还与抗冲击缓冲器内的磁流变线圈电连接;通过压力传感器采集压力信息,由控制器实时调节及通断磁流变线圈的电流,使抗冲击缓冲器辅助缓冲立柱受到的冲击地压。本实用新型抗冲击地压的缓冲系统可以方便地集成到现有液压支架结构上,方便安装与现有液压支架配套使用。改变了传统依靠大流量安全阀泄压的单一方式,采用该缓冲系统后能够有效保护立柱的缓冲泄压过程,同时提升液压支架抗冲击地压时的可靠性,保障液压支架安全有效地工作。
在冲击工况下,液压支架既要有足够大的支撑力也要能实现冲击载荷的有效缓冲。现有的抗冲击装置多为液压缓冲器或者机械压溃件,液压缓冲器包括芯轴式、多孔式和间隙式等,机械压溃件包括铝蜂窝和波纹管等。液压缓冲器可以实现较为平稳的吸收冲击能量,但是其无法有效提供初始支撑力;传统的铝蜂窝或者波纹管压溃件具有易变形吸能容量高的特点,但是由于其材料特性导致无法在有限结构尺寸内提供较大支撑力,当其结构设计完成后其支撑力为一定值无法根据实际工况进行自适应调节。
为此本申请提出一种用于液压支架的智能化复合式抗冲击装置,该抗冲击装置既可以提供特定初撑力同时又能实现动态冲击的主动自适应,从而解决传统液压缓冲器无法提供初撑力、传统的机械压溃件难以提供较大支撑力和无法根据冲击工况进行自适应调节等问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种复合式抗冲击装置,该抗冲击装置既能够提供特定的初撑力,又能够根据冲击工况进行自适应调节。
本发明还提供上述一种复合式抗冲击装置的工作方法。
本发明的技术方案如下:
一种复合式抗冲击装置,包括内筒、第一压力传感器和外筒,内筒连接在外筒的内底面,第一压力传感器置于外筒内并与内筒底部连接;
内筒的内腔从下而上依次连接有磁流变阻尼器、螺旋阀芯、浮动活塞和弹簧;外筒的内顶面连接有活塞杆,活塞杆的底端贯穿内筒顶部、弹簧、浮动活塞后与螺旋阀芯连接,螺旋阀芯下方填充有液压油。
优选的,所述外筒包括由上而下依次连接的顶盖、压溃件和底座,压溃件的上下两端分别插入顶盖、底座开设的沟槽中。
优选的,所述顶盖的内表面设置有顶盖焊接件,活塞杆的上下两端分别与顶盖焊接件、螺旋阀芯螺纹连接。
优选的,所述内筒包括由上而下依次连接的端盖、缸筒和缸体底座,端盖与缸筒通过螺栓连接,缸筒与缸体底座焊接,缸体底座放置在外筒的底座上。
优选的,所述螺旋阀芯表面设置有多圈螺旋槽。
优选的,所述浮动活塞与缸筒内壁之间、活塞杆与端盖之间、活塞杆与浮动活塞之间均设置有密封胶圈。
优选的,所述磁流变阻尼器包括磁流变阻尼器活塞杆、磁流变阻尼器活塞、磁流变阻尼器线圈和磁流变阻尼器缸筒,磁流变阻尼器活塞置于磁流变阻尼器缸筒内,磁流变阻尼器线圈环绕在磁流变阻尼器活塞上,磁流变阻尼器活塞杆伸入磁流变阻尼器缸筒与磁流变阻尼器活塞连接。
优选的,所述缸筒的下半部分设置有传感器接口,第一压力传感器与传感器接口螺纹连接。
优选的,所述复合式抗冲击装置还包括控制系统,顶盖外表面设置有第二压力传感器,第一压力传感器、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈分别与控制系统连接。
优选的,所述压溃件采用镂空结构。
一种复合式抗冲击装置的工作方法,包括以下步骤:
1)将抗冲击装置安装在需要承受冲击缓冲的位置,第一压力传感器、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈与控制系统连接好,此时磁流变阻尼器输出最大阻力,整个抗冲击装置处于最大缓冲阻力输出状态;
2)当抗冲击装置收到外部冲击压力时,第二压力传感器采集到压力信息并传输给控制系统,控制系统调整磁流变阻尼器线圈的电流,使磁流变阻尼器输出阻力为零;此时只有压溃件承受外部冲击压力,压溃件进而被压溃变形;
3)压溃件变形下降的过程中,带动顶盖、活塞杆和螺旋阀芯同步向下位移,螺旋阀芯下部的液压油受挤压从螺旋槽中流过,消耗掉冲击能量。
本发明的技术特点和有益效果:
1、本发明复合式抗冲击装置,既可以提供特定初撑力同时又能实现动态冲击的主动自适应,从而解决传统液压缓冲器无法提供初撑力、传统的机械压溃件难以提供较大支撑力和无法根据冲击工况进行自适应调节等问题。
2、本发明复合式抗冲击装置,整个冲击过程中压溃件、磁流变阻尼器和液压缓冲部分共同起作用,压溃件主要起到支撑、让位和吸能的作用,磁流变阻尼器主要起到控制输出阻力实现以实现发生冲击时抗冲击装置能够快速让位吸能,液压缓冲部分起到削减峰值和吸收能量的作用,压力传感器可以实时监测和记录压力变化,判断冲击过程是否发生以及设备是否需要更换。
附图说明
图1为本发明抗冲击装置的剖面示意图;
图2为本发明中磁流变阻尼器的结构示意图;
图3为本发明抗冲击装置的整体外观图;
图4为本发明中压溃件的结构特征示意图;
图5为本发明中压溃件的整体结构示意图;
图6为本发明抗冲击装置安装在液压支架上的示意图;
图7为本发明抗冲击装置的受力示意图;
图中:1、顶盖,2、端盖,3、缸体凸台,4、活塞杆,5、浮动活塞,6、螺旋阀芯,7、缸筒,8、底座,9、顶盖焊接件,10、压溃件,11、螺栓,12、螺母,13、弹簧,14、第一压力传感器,15、磁流变阻尼器,16、传感器接口,17、缸体底座,151、磁流变阻尼器活塞杆,152、磁流变阻尼器活塞,153、磁流变阻尼器线圈,154、磁流变阻尼器缸筒。
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1-5所示,本实施例提供一种复合式抗冲击装置,包括内筒、第一压力传感器和外筒,内筒连接在外筒的内底面,第一压力传感器置于外筒内并与内筒底部连接;
内筒的内腔从下而上依次连接有磁流变阻尼器15、螺旋阀芯6、浮动活塞5和弹簧13;外筒的内顶面连接有活塞杆4,活塞杆4的底端贯穿内筒顶部、弹簧13、浮动活塞5后与螺旋阀芯6连接,螺旋阀芯6下方填充有液压油。
具体地,外筒包括由上而下依次连接的顶盖1、压溃件10和底座8,压溃件10的上下两端分别插入顶盖1、底座8开设的沟槽中。
顶盖1的内表面设置有顶盖焊接件9,活塞杆4的上下两端分别与顶盖焊接件9、螺旋阀芯6螺纹连接。
内筒包括由上而下依次连接的端盖2、缸筒7和缸体底座17,端盖2与缸筒7通过螺栓连接,缸筒7与缸体底座17焊接,缸体底座17放置在外筒的底座8上。
螺旋阀芯6表面设置有多圈螺旋槽,螺旋槽可供液压油流过,起到缓冲作用。
浮动活塞5与缸筒7内壁之间、活塞杆4与端盖2之间、活塞杆4与浮动活塞5之间均设置有密封胶圈。
磁流变阻尼器15包括磁流变阻尼器活塞杆151、磁流变阻尼器活塞152、磁流变阻尼器线圈153和磁流变阻尼器缸筒154,磁流变阻尼器活塞152置于磁流变阻尼器缸筒154内,磁流变阻尼器线圈153环绕在磁流变阻尼器活塞152上,磁流变阻尼器活塞杆151伸入磁流变阻尼器缸筒154与磁流变阻尼器活塞152连接。
缸筒7的下半部分设置有传感器接口16,第一压力传感器14与传感器接口16螺纹连接。
复合式抗冲击装置还包括控制系统,顶盖1外表面设置有第二压力传感器(图中未示出),第一压力传感器14、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈153分别与控制系统连接。
压溃件10采用镂空结构,如图3所示设有竖直长条形开口,如图4所示设有斜长条形开口,如图5所示设有多层交错横向开口。
本实施例技术方案的工作原理:无冲击时,抗冲击装置的初始支撑力为F。
F=F1+F2 (1)
F=抗冲击装置总阻力
F1=抗冲击装置机械压溃阻力
F2=磁流变阻尼器阻力
如式(1)所示,此时抗冲击装置中的压溃件10就可以起到支撑作用,且通过合理设计其结构参数保证其支撑力达到F1,磁流变阻尼器15通过控制磁流变阻尼器线圈153的电流大小来控制磁流变液剪切屈服强度以达到控制磁流变阻尼器15输出阻尼力,本实施方案磁流变阻尼器15其输出阻力的范围为0~F2,这样整个抗冲击装置阻力可调节范围在F1~(F1+F2)范围内调节,支架正常工作时,控制抗冲击装置总阻力为F1+F2,此时液压缓冲部分不动作,压力监测系统报告正常无冲击,当液压支架受到较大冲击时,压力监测系统迅速报警并且控制磁流变阻尼器15输出阻力降低,抗冲击装置总阻力迅速降至F1,压溃件10由于其支撑力小于立柱的结构强度,所以受到冲击时压溃件10会迅速压溃变形并且带动顶盖1、活塞杆4和螺旋阀芯6同步向下位移,螺旋阀芯6下部的油液受挤压导致油液会以较高的流速从螺旋槽中流过,消耗掉冲击能量,整个冲击过程压溃件10、磁流变阻尼器15和液压缓冲部分共同起作用,压溃件10主要起到支撑、让位和吸能的作用,磁流变阻尼器15主要起到控制输出阻力实现以实现发生冲击时抗冲击装置能够快速让位吸能,液压缓冲部分起到削减峰值和吸收能量的作用,第一压力传感器14可以实时监测和记录压力变化,判断冲击过程是否发生以及设备是否需要更换。
实施例2:
如实施例1所述的一种复合式抗冲击装置的工作方法,以液压支架作为应用对象,具体工作过程包括以下步骤:
1)如图6所示,将抗冲击装置安装在液压支架立柱底端,抗冲击装置的两端分别连接液压支架的立柱和底座,第一压力传感器14、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈153与控制系统连接好,此时磁流变阻尼器15输出最大阻力,整个抗冲击装置处于最大缓冲阻力输出状态;
2)当液压支架受到冲击,通过立柱传输到抗冲击装置上时,第二压力传感器采集到压力信息并传输给控制系统,控制系统调整磁流变阻尼器线圈153的电流,使磁流变阻尼器15输出阻力为零;此时只有压溃件10承受外部冲击压力,压溃件10进而被压溃变形;
3)压溃件10变形下降的过程中,带动顶盖1、活塞杆4和螺旋阀芯6同步向下位移,螺旋阀芯6下部的液压油受挤压导致油液会以较高的流速从螺旋槽中流过,消耗掉冲击能量。
整个冲击过程压溃件、磁流变阻尼器和液压缓冲部分共同起作用,压溃件主要起到支撑、让位和吸能的作用,磁流变阻尼器主要起到控制输出阻力实现以实现发生冲击时抗冲击装置能够快速让位吸能,液压缓冲部分起到削减峰值和吸收能量的作用,压力传感器可以实时监测和记录压力压力变化,判断冲击过程是否发生以及设备是否需要更换。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合式抗冲击装置,其特征在于,包括内筒、第一压力传感器和外筒,内筒连接在外筒的内底面,第一压力传感器置于外筒内并与内筒底部连接;
内筒的内腔从下而上依次连接有磁流变阻尼器、螺旋阀芯、浮动活塞和弹簧;外筒的内顶面连接有活塞杆,活塞杆的底端贯穿内筒顶部、弹簧、浮动活塞后与螺旋阀芯连接,螺旋阀芯下方填充有液压油。
2.如权利要求1所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述外筒包括由上而下依次连接的顶盖、压溃件和底座,压溃件的上下两端分别插入顶盖、底座开设的沟槽中。
3.如权利要求2所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述顶盖的内表面设置有顶盖焊接件,活塞杆的上下两端分别与顶盖焊接件、螺旋阀芯螺纹连接。
4.如权利要求2所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述内筒包括由上而下依次连接的端盖、缸筒和缸体底座,端盖与缸筒通过螺栓连接,缸筒与缸体底座焊接,缸体底座放置在外筒的底座上。
5.如权利要求1所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述螺旋阀芯表面设置有多圈螺旋槽。
6.如权利要求4所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述浮动活塞与缸筒内壁之间、活塞杆与端盖之间、活塞杆与浮动活塞之间均设置有密封胶圈。
7.如权利要求2所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述磁流变阻尼器包括磁流变阻尼器活塞杆、磁流变阻尼器活塞、磁流变阻尼器线圈和磁流变阻尼器缸筒,磁流变阻尼器活塞置于磁流变阻尼器缸筒内,磁流变阻尼器线圈环绕在磁流变阻尼器活塞上,磁流变阻尼器活塞杆伸入磁流变阻尼器缸筒与磁流变阻尼器活塞连接。
8.如权利要求4所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述缸筒的下半部分设置有传感器接口,第一压力传感器与传感器接口螺纹连接。
9.如权利要求7所述的复合式抗冲击装置,其特征在于,所述复合式抗冲击装置还包括控制系统,顶盖外表面设置有第二压力传感器,第一压力传感器、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈分别与控制系统连接。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的复合式抗冲击装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将抗冲击装置安装在需要承受冲击缓冲的位置,第一压力传感器、第二压力传感器、磁流变阻尼器线圈与控制系统连接好,此时磁流变阻尼器输出最大阻力,整个抗冲击装置处于最大缓冲阻力输出状态;
2)当抗冲击装置收到外部冲击压力时,第二压力传感器采集到压力信息并传输给控制系统,控制系统调整磁流变阻尼器线圈的电流,使磁流变阻尼器输出阻力为零;此时只有压溃件承受外部冲击压力,压溃件进而被压溃变形;
3)压溃件变形下降的过程中,带动顶盖、活塞杆和螺旋阀芯同步向下位移,螺旋阀芯下部的液压油受挤压从螺旋槽中流过,消耗掉冲击能量。
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