CN105927695B - 一种机电一体化脉动控制器 - Google Patents
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Abstract
一种机电一体化脉动控制器，主要包括工作缸、下端盖、分液隔膜、液压油腔、上端盖、充气阀、密封圈、限位套、活塞杆、伺服控制器、浮动活塞、补偿气室、磁流变液、铁芯、电磁线圈、垫片、活塞外套筒、阻尼通道和导线。本发明内部结构简单，能够根据需求得到精确的阻尼力，从而减少脉动，达到半主动控制的效果。能够吸收飞机液压管路中的高频脉动和变频脉动。减振效果更加明显。简单方便，结构紧凑，具有很强的实用性。用户可以根据需求加载控制程序。能够快速高效地吸收液压冲击和脉动。具有很强的适用性，可以安装在飞机液压管路上，用于减少液压管路中的压力和流量脉动与冲击。
Description
技术领域
本发明属于机电一体化振动控制技术领域，特别涉及一种脉动控制器。
背景技术
现代的飞机液压***大多数采用变量柱塞泵，该泵的一个固有特性就是脉动式的流量输出，由此会产生的压力脉动。产生振动的根源，主要是液压泵的旋转运动和往复吸排油过程，以及管路中的谐振。***的振动分为机械振动和流体振动两种基本类型。目前飞机液压管路的减振器大多用于减少机械振动，而管路产生的压力脉动得不到较好的控制，不仅影响液压***的工作性能及寿命，还危害乘员的生命安全，影响飞行任务的正常完成。
目前飞机液压管路大多采用被动式脉动控制器，由于这种控制器只能适应某一特定的运行状况，阻尼力不能随各种情况进行实时调节，对突发情况适应性不强。而主动控制装置能在较宽的频域内更有效地运作，但其内部稳定性差，易溢出，耗能大。
磁流变脉动控制器是一种阻尼可控器件，是通过调节电磁线圈中的电流获得不同强度的磁场，使阻尼通道中磁流变液的流动特性发生变化，从而改变控制器的阻尼力。磁流变脉动控制器具有调节范围宽、功耗低、响应速度快、结构简单等特点，可以应用于航空航天等领域。磁流变脉动控制器通常采用半主动式控制方式，控制效果好，易于实现，在减振控制领域具有一定的优越性。
普通的磁流变脉动控制器将工作缸与活塞之间的间隙作为阻尼通道，在控制器往复运动过程中，容易引起活塞杆和工作缸筒不在同一轴线的现象，活塞杆相对缸体倾斜，活塞杆密封圈受单边压力变形大，容易磨损而导致漏液。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、重量轻、减振效果明显、实用性强的机电一体化脉动控制器。
本发明主要包括工作缸、下端盖、分液隔膜、液压油腔、上端盖、充气阀、密封圈、限位套、活塞杆、伺服控制器、浮动活塞、补偿气室、磁流变液、铁芯、电磁线圈、垫片、活塞外套筒、阻尼通道和导线。
其中，工作缸为上下均开口的中空圆筒，在工作缸的下端设有下端盖，在下端盖的中部设有通孔，用于连接液压管路。在工作缸内、下端盖的上部固定连接分液隔膜，分液隔膜和下端盖之间为液压油腔。在工作缸的上端固定连接上端盖，在上端盖上设有螺纹孔，充气阀的下部套接密封圈，与上端盖通过螺纹孔螺纹连接。在上端盖的下部固定连接限位套。在上端盖的中部设有通孔，活塞杆插接在上端盖的中部通孔内，活塞杆的上端与伺服控制器相连。活塞杆的下端延伸至工作缸内，并穿过浮动活塞。浮动活塞置于工作缸内，并可沿工作缸的内壁轴向移动。浮动活塞与上端盖之间为补偿气室，浮动活塞的下部与活塞外套筒的上部之间为磁流变液。活塞杆的下端与铁芯固定连接，在铁芯的外侧绕接电磁线圈。在铁芯的上部和下部均设有垫片，垫片为圆形平板，在垫片的外壁上设有三个支耳，支耳内嵌在活塞外套筒的边沿处，活塞外套筒与电磁线圈之间为阻尼通道。活塞外套筒置于铁芯、垫片和电磁线圈的外部。电磁线圈穿过活塞杆的内部，电磁线圈与导线的一端相连，导线置于活塞杆的内部，并向上延伸，导线的另一端与伺服控制器相连。
伺服控制器以DSP为核心CPU，内置自适应模糊PID控制程序。
本发明在使用时，将飞机液压管路连接到其上的下端盖中部的通孔上，然后将控制器固定。控制器工作时，受到压力脉动冲击，液压油腔压力增大对分液隔膜产生冲击，磁流变液在压力差的作用下流经阻尼通道产生阻尼力。同时压力差得不到及时抵消，活塞向上运动，在压缩行程中推动浮动活塞向上运动，补偿气室受压体积减小，压缩气体吸收能量，抵消振动冲击。当活塞运动到一定程度，使补偿气室内的压强增大到可以使浮动活塞反向运动时，开始突伸行程，在这个阶段中较高压强的压缩气体迫使磁流变液反向流动，再次在流经阻尼通道时产生阻尼力，进一步抵消能量。在不加磁场时缸筒内的磁流变液为牛顿流体，其运动特性与一般油液相同，而在增加磁场之后，磁流变液变为类似于固体的物质，通过控制电磁线圈中电流的大小可以改变阻尼通道中的磁场，进而改变通过阻尼通道的磁流变液的动力粘度和屈服强度，从而控制不同时刻所需要的阻尼力，这样通过实时控制就可以达到很好的减振效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本脉动控制器内部结构简单，通过活塞的移动，使磁流变液在环形阻尼通道中流动，通过DSP控制电磁线圈中电流的大小来控制通过环形间隙中的磁流变液的粘度和屈服应力，实现阻尼力的连续变化，并且能够根据需求得到精确的阻尼力，从而减少脉动，达到半主动控制的效果。
2、活塞结构采用碳纤维材料，减轻了重量，能够吸收飞机液压管路中的高频脉动和变频脉动。
3、由于采用浮动活塞结构和分液隔膜结构，减振效果更加明显。通过充气阀连接上端盖，直接给补偿气室充气，不需要外加蓄能器，简单方便，使脉动控制器结构紧凑，具有很强的实用性。
4、由线圈引出的导线直接连接伺服控制器，伺服控制器以DSP为核心CPU，自带控制算法，外设接口，用户可以根据需求加载控制程序。伺服控制器外接压力传感器构成外环控制***，从而能够快速高效地吸收液压冲击和脉动。
5、本脉动控制器具有很强的适用性，可以安装在飞机液压管路上，用于减少液压管路中的压力和流量脉动与冲击。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2本发明的活塞垫片结构示意图。
附图中，1-伺服控制器、2-导线、3-活塞杆、4-充气阀、5-密封圈、6-上端盖、7-限位套、8-补偿气室、9-浮动活塞、10-磁流变液、11-工作缸、12-活塞外套筒、13-阻尼通道、14-电磁线圈、15-铁芯、16-垫片、17-分液隔膜、18-液压油腔、19-下端盖。
具体实施方式
在图1和图2所示的本发明的示意简图中，工作缸11为上下均开口的中空圆筒，在工作缸的下端设有下端盖19，在下端盖的中部设有通孔，用于连接液压管路。在工作缸内、下端盖的上部固定连接分液隔膜17，分液隔膜和下端盖之间为液压油腔18。在工作缸的上端固定连接上端盖6，在上端盖上设有螺纹孔，充气阀4的下部套接密封圈5，与上端盖通过螺纹孔螺纹连接。在上端盖的下部固定连接限位套7。在上端盖的中部设有通孔，活塞杆3插接在上端盖的中部通孔内，活塞杆的上端与伺服控制器1相连。活塞杆的下端延伸至工作缸内，并穿过浮动活塞9。浮动活塞置于工作缸内，并可沿工作缸的内壁轴向移动。浮动活塞与上端盖之间为补偿气室8，浮动活塞的下部与活塞外套筒的上部之间为磁流变液10。活塞杆的下端与铁芯15固定连接，在铁芯的外侧绕接电磁线圈14。在铁芯的上部和下部均设有垫片16，垫片为圆形平板，在垫片的外壁上设有三个支耳，支耳内嵌在活塞外套筒12的边沿处，活塞外套筒与电磁线圈之间为阻尼通道13。活塞外套筒置于铁芯、垫片和电磁线圈的外部。电磁线圈穿过活塞杆的内部，电磁线圈与导线2的一端相连，导线置于活塞杆的内部，并向上延伸，导线的另一端与伺服控制器相连。
Claims (2)
1.一种机电一体化脉动控制器，主要包括工作缸、下端盖、分液隔膜、液压油腔、上端盖、充气阀、密封圈、限位套、活塞杆、伺服控制器、浮动活塞、补偿气室、磁流变液、铁芯、电磁线圈、垫片、活塞外套筒、阻尼通道和导线，其特征在于：工作缸为上下均开口的中空圆筒，在工作缸的下端设有下端盖，在下端盖的中部设有通孔，用于连接液压管路，在工作缸内、下端盖的上部固定连接分液隔膜，分液隔膜和下端盖之间为液压油腔，在工作缸的上端固定连接上端盖，在上端盖上设有螺纹孔，充气阀的下部套接密封圈，与上端盖通过螺纹孔螺纹连接，在上端盖的下部固定连接限位套，在上端盖的中部设有通孔，活塞杆插接在上端盖的中部通孔内，活塞杆的上端与伺服控制器相连，活塞杆的下端延伸至工作缸内，并穿过浮动活塞，浮动活塞置于工作缸内，并可沿工作缸的内壁轴向移动，浮动活塞与上端盖之间为补偿气室，浮动活塞的下部与活塞外套筒的上部之间为磁流变液，活塞杆的下端与铁芯固定连接，在铁芯的外侧绕接电磁线圈，在铁芯的上部和下部均设有垫片，垫片为圆形平板，在垫片的外壁上设有三个支耳，支耳内嵌在活塞外套筒的边沿处，活塞外套筒与电磁线圈之间为阻尼通道，活塞外套筒置于铁芯、垫片和电磁线圈的外部，电磁线圈穿过活塞杆的内部，电磁线圈与导线的一端相连，导线置于活塞杆的内部，并向上延伸，导线的另一端与伺服控制器相连。
2.根据权利要求1所述的一种机电一体化脉动控制器，其特征在于：伺服控制器以DSP为核心CPU，内置自适应模糊PID控制程序。
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