CN102352870B

CN102352870B - 车辆可调液力式蓄能器

Info

Publication number: CN102352870B
Application number: CN201110292635.XA
Authority: CN
Inventors: 汪若尘; 陈兵; 陈龙; 唐诗晨
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102352870A

Abstract

本发明涉及一种车辆可调液力式蓄能器，包括大液压缸、小液压缸、质量块和可调机构。大液压缸内的两个腔和小液压缸内的两个腔是对应连通的，质量块与小液压缸活塞杆的端部相连。当外力施加于大液压缸的活塞杆和缸体时，活塞相对于缸体做直线运动，推动油液从大液压缸流向小液压缸，使小液压缸内的活塞两侧形成压差，压差驱动小液压缸活塞运动，最终驱动质量块运动。可调机构中的电磁换向阀分别与大液压缸和小液压缸相连接，当右电磁铁通电时，定量液压泵将油液通过油口E注入大液压缸空心活塞杆内腔，质量块速度变化，蓄能器储能变化；当左电磁铁通电时，定量液压泵将油液通过油口F注入小液压缸空心活塞杆内腔，质量块速度变化，蓄能器储能变化。

Description

车辆可调液力式蓄能器

技术领域

本发明涉及一种液力式蓄能器，特指车辆可调液力式蓄能器。

背景技术

机电一体化已经成为新世纪工程领域的一个重要发展方向。在这种一体化过程中经常需要将机械与电子***网络化后当成一个大***来研究。传统工程应用中，机械与电子***存在两种对应关系，一种是“力-电压”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电感、电阻和电容对应，另一种是“力-电流”对应，即质量、阻尼和弹簧分别与电容、电阻和电感对应。

上述电子网络元件均具有两个独立、自由的端点，即电感、电阻和电容的两个端点均不受特定参考点的限制。然而，质量元件却不是一个真正的两端点元件，这是因为质量的一个端点是它的质心，而另一个却总是与惯性参考系相连，即机械接地。因此，质量元件实际上和一端接地的电容对应。这极大地限制了人们设计机电***时的自由性和灵活度，更糟糕的是，长期以来积累的大量的电子网络理论和研究电子网络的方法不能应用于机械网络的分析与综合。不仅如此，这种不严格的对应还限制了被动机械网络的性能。因此，必须找到一种真正的两端点机械元件来替代质量元件。

中国专利201010510953公开了一种液力惯容器装置（又称液力式蓄能器），像弹簧和阻尼器一样这种装置是一种真正的两端点元件。因此，用这种惯容器替代传统机械***中的质量元件，机械与电子网络就严格对应了起来。机械与电子网络严格对应后，大量的电子网络理论和研究方法便可以应用于机械***，包括汽车悬架***、车辆转向***、火车悬架***、建筑隔振***、直升机隔振***、动力吸振装置等等。该液力惯容器装置包括大液压缸、小液压缸、质量块、高压软管A和高压软管B。大液压缸通过高压软管A和高压软管B与小液压缸相连，其中大液压缸活塞把缸体A分成两个腔，腔A和腔B，活塞杆从缸体的腔一端伸出。小液压缸活塞把缸体B分成两个腔，腔C和腔D，活塞杆从缸体的腔D一端伸出。质量块与伸出小液压缸的活塞杆B的端部相连。连接后，大液压缸的腔A和小液压缸的腔D就连通为一个腔，大液压缸的腔B和小液压缸的腔C就连通为一个腔。当外力沿活塞杆的轴向施加于大液压缸的活塞杆和缸体时，活塞相对于缸体做直线运动，推动油液从大液压缸流向小液压缸，使得小液压缸内的活塞两侧形成压差，压差驱动小液压缸活塞运动，最终驱动质量块运动。事实上，在运动过程中，活塞将相对于液压缸做直线运动，而且大液压缸两端的吊耳就是液力惯容器装置的两个端点。液力惯容器装置的动力学方程为

Figure 201110292635X100002DEST_PATH_IMAGE002

，其中f、a和b分别表示施加在两端点上的力、两端点的相对加速度和惯容系数（又称比例系数），惯容系数可由质量块的质量和活塞A与活塞B的有效面积之比计算出。根据动力学方程，改变质量块的质量和活塞A与活塞B的有效面积之比便可得到具有合适惯容系数的液力惯容器装置。液力惯容器装置克服了机械与电子网络之间不能严格对应的缺点。

尽管已经设计出液力惯容器装置，但液力惯容器装置不能根据实际需要实现蓄能器储能的调节。

因此，工程上迫切需要一种可调液力式蓄能器，能够解决液力式蓄能器不能根据实际需要实现蓄能器储能可调的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述装置的缺点，提供一种可调液力式蓄能器使其据实际需要实现蓄能器储能可调。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：可调液力式蓄能器包括大液压缸、小液压缸、质量块和可调机构。大液压缸内的两个腔和小液压缸内的两个腔是对应连通的，质量块与小液压缸活塞杆的端部相连。当外力沿活塞杆的轴向施加于大液压缸的活塞杆和缸体时，活塞相对于缸体做直线运动，推动油液从大液压缸流向小液压缸，使得小液压缸内的活塞两侧形成压差，压差驱动小液压缸活塞运动，最终驱动质量块运动，从而获得惯容器的特征。可调机构通过电磁换向阀分别与大液压缸和小液压缸相连接，电磁换向阀采用三位四通的形式，当左右电磁铁都不通电时，电磁阀阀芯处于中位，大液压缸和小液压缸空心活塞杆内腔连通，此时未调节质量块储存动能；当右电磁铁通电时，定量液压泵借助于节流阀将油液通过油口E注入大液压缸空心活塞杆内腔，质量块速度变化，蓄能器储能变化；当左电磁铁通电时，定量液压泵借助于节流阀将油液通过油口F注入小液压缸空心活塞杆内腔，质量块速度变化，蓄能器储能变化。

本发明专利具体技术方案为：

本发明包括大液压缸、小液压缸、高压软管A、高压软管B、质量块和可调机构。

大液压缸包括缸体A和放置在缸体A中的活塞A以及与活塞A相连的活塞杆A，活塞A把缸体A分成腔A和腔B，腔A内靠近缸体A端部设有一个油口A，腔B内靠近缸体A端部设有一个油口B，活塞杆A从缸体A的腔A一端伸出，活塞杆A的另一端套在空心活塞杆C外，空心活塞杆C的另一端从活塞A中心穿过，并从缸体A的腔B伸出，缸体A上端设有一个油口E，与可调机构的电磁换向阀工作油腔E相连。

小液压缸包括缸体B和放置在缸体B中的活塞B以及与活塞B相连的活塞杆B，活塞B把缸体B分成腔C和腔D，腔C内靠近缸体B端部设有一个油口C，腔D内靠近缸体B端部设有一个油口D，活塞杆B从缸体B的腔D一端伸出，活塞杆B的另一端套在空心活塞杆D外，空心活塞杆D的另一端从活塞B中心穿过，并从缸体B的腔C伸出，缸体B下端设有一个油口F，与可调机构的电磁换向阀工作油腔F相连。

高压软管A的两端分别与油口A和油口D相连接，高压软管B的两端分别与油口B和油口C相连接，连接后，大液压缸的腔A和小液压缸的腔D就连通为一个腔，大液压缸的腔B和小液压缸的腔C就连通为一个腔，两腔内均充满油液。

腔A和腔D内活塞A与活塞B的有效面积（活塞面积减去活塞杆的横载面积）之比等于腔B和腔C内活塞A与活塞B的面积之比。为了保证本发明有足够大的比例系数，腔A和腔D内活塞A与活塞B的有效面积之比应大于。

质量块与伸出小液压缸的活塞杆B的端部相连。

可调机构包括电磁换向阀和与电磁换向阀相连的节流阀以及与节流阀相连的定量液压泵和溢流阀，还有与定量液压泵和溢流阀相连的油箱，电磁换向阀的工作油腔E与大液压缸的油口E相连，电磁换向阀的工作油腔F与小液压缸的油口F相连，电磁换向阀进油腔P与节流阀的一端相连，节流阀的另一端与定量液压泵和溢流阀相连，定量液压泵的另一端与油箱相连，溢流阀的另一端与油箱相连。

附图说明

图1为液力式蓄能器示意图。

图2为可调机构示意图。

图中， 1-大液压缸 2-缸体A 3-油口A 4-活塞杆A 5-活塞杆C 6-腔A 7-活塞A 8-腔B 9-油液 10-油口B 11-高压软管B 12-质量块 13-小液压缸 14-高压软管A 15-油口D 16-缸体B 17-活塞杆B 18-活塞杆D 19-腔D 20-活塞B 21-腔C 22-油口C

23-可调机构 24-油箱 25-溢流阀 26-电磁换向阀 27-节流阀 28-定量液压泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明包括大液压缸1、小液压缸13、高压软管A14、高压软管B11、质量块12和可调机构23。

大液压缸1包括缸体A2和放置在缸体A2中的活塞A7以及与活塞A7相连的活塞杆A4，活塞A7把缸体A2分成腔A6和腔B8，腔A6内靠近缸体A2端部设有一个油口A3，腔B8内靠近缸体A2端部设有一个油口B10，活塞杆A4从缸体A2的腔A6一端伸出，活塞杆A4的另一端套在空心活塞杆C5外，空心活塞杆C5的另一端从活塞A7中心穿过，并从缸体A2的腔B8伸出，缸体A2上端设有一个油口E，与可调机构23的电磁换向阀26工作油腔E相连。

小液压缸13包括缸体B16和放置在缸体B16中的活塞B20以及与活塞B20相连的活塞杆B17，活塞B20把缸体B16分成腔C21和腔D19，腔C21内靠近缸体B16端部设有一个油口C22，腔D19内靠近缸体B16端部设有一个油口D15，活塞杆B17从缸体B16的腔D19一端伸出，活塞杆B17的另一端套在空心活塞杆D18外，空心活塞杆D18的另一端从活塞B20中心穿过，并从缸体B16的腔C21伸出，缸体B16下端设有一个油口F，与可调机构23的电磁换向阀26工作油腔F相连。

高压软管A14的两端分别与油口A3和油口D15相连接，高压软管B11的两端分别与油口B10和油口C22相连接，连接后，大液压缸1的腔A6和小液压缸13的腔D19就连通为一个腔，大液压缸1的腔B8和小液压缸13的腔C21就连通为一个腔，两腔内均充满油液9。

腔A6和腔D19内活塞A7与活塞B20的有效面积（活塞面积减去活塞杆的横载面积）之比等于腔B8和腔C21内活塞A7与活塞B20的面积之比。为了保证本发明有足够大的比例系数，腔A6和腔D19内活塞A7与活塞B20的有效面积之比应大于3。

质量块12与伸出小液压缸13的活塞杆B17的端部相连。

可调机构23包括电磁换向阀26和与电磁换向阀26相连的节流阀27以及与节流阀27相连的定量液压泵28和溢流阀25，还有与定量液压泵28和溢流阀25相连的油箱24，电磁换向阀26的工作油腔E与大液压缸1的油口E相连，电磁换向阀26的工作油腔F与小液压缸13的油口F相连，电磁换向阀26进油腔P与节流阀27的一端相连，节流阀27的另一端与定量液压泵28和溢流阀25相连，定量液压泵28的另一端与油箱24相连，溢流阀25的另一端与油箱24相连。

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

如图1所示，当等大反向的外力f ，沿轴向施加于活塞杆A4和缸体A2时，活塞杆A4推动大液压缸1内的活塞A7相对于缸体A2做直线运动，腔B8的油液通过高压软管B11从腔B8流向腔C21，腔B8和腔C21内油液的压力增加形成高压区，同时腔D19的油液通过液压软管A14从腔D19流向腔A6，腔D19和腔A6内油液的压力减小形成低压区，于是活塞B20两侧形成了压差，压差驱动活塞B20连同活塞杆B17一起向腔D19的一边运动，最终驱动质量块12运动。结果是，外力通过大液压缸1和小液压缸13推动质量块12运动，从而获得了蓄能器的特征，事实上，液力式蓄能器就是通过两个液压缸把质量块12的惯性封装了起来。如果外力以相反的方向施加于活塞杆A4和缸体A2时，活塞B20以相反的方向运动，即这是一个相反的过程。可调机构23中的电磁换向阀26分别与大液压缸1和小液压缸13相连接，电磁换向阀26采用三位四通的形式，当左右电磁铁都不通电时，电磁阀阀芯处于中位，大液压缸1和小液压缸13空心活塞杆内腔连通，此时未调节质量块12的储存动能；当右电磁铁通电时，定量液压泵28借助于节流阀27将油液通过油口E注入大液压缸1空心活塞杆C5内腔，质量块12速度变化，蓄能器储能变化；当左电磁铁通电时，定量液压泵28借助于节流阀27将油液通过油口F注入小液压缸空心活塞杆D18内腔，质量块12速度变化，蓄能器储能变化。

下面结合附图对本发明的特点做进一步说明。

像弹簧、阻尼器以及电容、电阻和电感一样，蓄能器也是一种理想元件，因此把实际装置抽象成蓄能器时，必须忽略掉一些次要的因素，比如较小的滑动摩擦，还有像理想液压阻尼器那样，要忽略活塞、活塞杆、活塞筒以及油液的质量，对于本发明同样要做忽略次要因素的理想化处理。

对储能元件，输入元件的功率与元件吸收的功率相等，据此可得液力式蓄能器比例系数为

Figure 201110292635X100002DEST_PATH_IMAGE004

……………………(1)

其中，活塞杆B17、活塞B20及质量块12的总质量为m，活塞A7和活塞B20有效面积分别为S _R和S _r。

根据式（1），可以通过调整质量块12的质量和活塞A7与活塞B20的有效面积之比来设计出一个具有所需比例系数的液力式蓄能器。由式（1）可知，即使质量12块给定一个较小的质量，也可以获得较大的比例系数。

施加于大液压缸两端的，大小相等方向相反的力f 与跨越元件两端的相对加速度成正比：

Figure 201110292635X100002DEST_PATH_IMAGE006

……………………(2)

那么蓄能器中贮存的能量为：

……………………(3)

其中，

，

Figure 201110292635X100002DEST_PATH_IMAGE012

为元件两端的速度，b为蓄能器比例系数。

如图2所示，可调机构23中的电磁换向阀26分别与大液压缸1和小液压缸13相连接，定量液压泵28借助于节流阀27调节进入空心活塞杆（C或D）内腔的流量，当空心活塞杆（C或D）内腔供油量超过其需要时，多余油液从溢流阀25流回油箱24，同时又保持***（液压泵的出口）压力恒定。

节流阀27用来调节质量块12的运动速度，通过节流阀27的流量公式为：

……………………(4)

其中，k为由节流口的断面形状及大小和油液性质决定的系数；n为由节流口形状决定的指数，一般在0.5~1的范围内，近似于薄壁孔时，接近于0.5，近似于细长孔时，接近于1；A为节流口的通流面积。

电磁换向阀26采用三位四通的形式，“Y”型中位机能。当左右电磁铁都不通电时，电磁阀阀芯处于中位，空心活塞杆内腔连通，此时未调节质量块12的储存动能。

当右电磁铁通电时，定量液压泵28借助于节流阀27油液通过油口E注入大液压缸空心活塞杆C5内腔，质量块12速度变化，蓄能器储能变化。变化的速度为：

……………………(5)

其中，Q为通过节流阀的流量，A_R为大液压缸空心活塞杆C5内腔的有效面积。

当左电磁铁通电时，定量液压泵28借助于节流阀27将油液通过油口F注入小液压缸空心活塞杆D18内腔，质量块12速度变化，蓄能器储能变化。变化的速度为：

……………………(6)

其中，Q为通过节流阀的流量，A_r为小液压缸空心活塞杆D18内腔的有效面积。

由式（2）～（6）可知，蓄能器储存能量的变化为：

……………………(7)。

Claims

1.一种可调液力式蓄能器，其特征在于，包括大液压缸（1）、小液压缸（13）、高压软管A（14）、高压软管B（11）、质量块（12）和可调机构（23）；

大液压缸（1）包括缸体A（2）和放置在缸体A（2）中的活塞A（7）以及与活塞A（7）相连的活塞杆A（4），活塞A（7）把缸体A（2）分成腔A（6）和腔B（8），腔A（6）内靠近缸体A（2）端部设有一个油口A（3），腔B（8）内靠近缸体A（2）端部设有一个油口B（10），活塞杆A（4）从缸体A（2）的腔A（6）一端伸出，活塞杆A（4）的另一端套在空心活塞杆C（5）外，空心活塞杆C（5）的另一端从活塞A（7）中心穿过，并从缸体A（2）的腔B（8）伸出，缸体A（2）上端设有一个油口E，油口E一端与空心活塞杆C（5）的内腔相连，另一端与可调机构（23）的电磁换向阀（26）工作油腔E相连；

小液压缸（13）包括缸体B（16）和放置在缸体B（16）中的活塞B（20）以及与活塞B（20）相连的活塞杆B（17），活塞B（20）把缸体B（16）分成腔C（21）和腔D（19），腔C（21）内靠近缸体B（16）端部设有一个油口C（22），腔D（19）内靠近缸体B（16）端部设有一个油口D（15），活塞杆B（17）从缸体B（16）的腔D（19）一端伸出，活塞杆B（17）的另一端套在空心活塞杆D（18）外，空心活塞杆D（18）的另一端从活塞B（20）中心穿过，并从缸体B（16）的腔C（21）伸出，缸体B（16）下端设有一个油口F，油口F一端与空心活塞杆D（18）的内腔相连，另一端与可调机构（23）的电磁换向阀（26）工作油腔F相连；

高压软管A（14）的两端分别与油口A（3）和油口D（15）相连接，高压软管B（11）的两端分别与油口B（10）和油口C（22）相连接，连接后，大液压缸（1）的腔A（6）和小液压缸（13）的腔D（19）就连通为一个腔，大液压缸（1）的腔B（8）和小液压缸（13）的腔C（21）就连通为一个腔，两腔内均充满油液（9）；

质量块（12）与伸出小液压缸（13）的活塞杆B（17）的端部相连；

可调机构（23）包括电磁换向阀（26）和与电磁换向阀（26）相连的节流阀（27）以及与节流阀（27）相连的定量液压泵（28）和溢流阀（25），还有与定量液压泵（28）和溢流阀（25）相连的油箱（24），电磁换向阀（26）的工作油腔E与大液压缸（1）的油口E相连，电磁换向阀（26）的工作油腔F与小液压缸（13）的油口F相连，电磁换向阀（26）进油腔P与节流阀（27）的一端相连，节流阀（27）的另一端与定量液压泵（28）和溢流阀（25）相连，定量液压泵（28）的另一端与油箱（24）相连，溢流阀（25）的另一端与油箱（24）相连。

2.根据权利要求1所述的可调液力式蓄能器，其特征在于，所述腔A（6）和腔D（19）内活塞A（7）与活塞B（20）的有效面积之比大于3。

3.根据权利要求1所述的可调液力式蓄能器，其特征在于，所述电磁换向阀（26）采用三位四通的形式，中间为进油腔P，与其相邻的是工作油腔E和工作油腔F，两端还有互相连通的回油腔T；当两端电磁铁都断电时，阀芯处于中间位置，工作油腔E和工作油腔F连通；当右端电磁铁通电时，其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动，进油腔P和工作油腔E相通，工作油腔F和回油腔T相通；当左端电磁铁通电时，其衔铁将通过推杆推动阀芯向右移动，使进油腔P和工作油腔F连通，工作油腔E和回油腔T连通。