一种阻尼自复位式液压驱动单元及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种阻尼自复位式液压驱动单元及其控制方法，该液压驱动单元包括双层液压缸、旋转式电磁卸荷装置和液动力阻尼装置，双层液压缸包括内外缸筒、活塞、活塞杆和内流道连接器，内外缸筒将空间分为液压腔和阻尼腔；旋转式电磁卸荷装置包括多孔套筒连接器、旋转导流片和磁吸绕组，多孔套筒连接器设于内缸筒两端，内部嵌有旋转导流片，以控制内部油道通断；液动力阻尼装置包括线圈绕组、阻尼活塞、阻尼套筒、弹簧和上下端盖，线圈绕组位于内缸筒外壁，阻尼活塞将液压油与磁流变液隔开，利用液动力推动磁流变液循环流动，并产生所需的阻尼力。该液压驱动单元及其控制方法可实现冲击后的自复位，实现连续性抗冲击载荷，有效改善液压系统的欠阻尼特性。液压系统的欠阻尼特性。液压系统的欠阻尼特性。

【技术实现步骤摘要】
一种阻尼自复位式液压驱动单元及其控制方法


[0001]本专利技术涉及液压减振设计领域，具体涉及一种阻尼自复位式液压驱动单元及其控制方法。

技术介绍

[0002]磁流变液为一种新兴的智能控制材料，在磁场作用下的磁性粒子沿磁场方向形成链状排布，当运动方向与磁场方向垂直时，进而产生抗剪切屈服应力利用这一特性制作成磁流变液减振器，以输入电流为控制信号，通过线圈绕组的作用磁场产生不同的阻尼力以适应不同的冲击载荷。
[0003]液压缸系统具有明显的欠阻尼特性，当突变负载冲击或突变油液冲击作用于液压缸活塞杆或活塞时，产生的位移误差波动响应时间较长，特别针对外部突变负载冲击，其将冲击力转化为油液压力反作用于泵源进而导致整个液压系统的压力波动甚至损坏泵源设备。目前研究主要是通过并联或串联可控阻尼的方式改善液压系统的欠阻尼特性：其中并联式结构将液压缸与阻尼器设计在同一侧，此类设计周向体积较大，对工作空间要求较为苛刻；串联式结构是让液压缸与阻尼器共用一条活塞杆，结构较为紧凑，但其轴向设计尺寸要大于两倍行程的这一缺点使其难以应用在液压缸行程较大的工作场合。对于现有的结构设计，无论是并联或者串联，由于磁流变阻尼器存在零场阻尼力，使得液压缸在运动过程中一直与阻尼器存在耦合关系，加大了对液压缸控制算法的复杂程度，严重影响了液压缸的控制精度和响应速度，甚至造成不必要的能量浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种阻尼自复位式液压驱动单元及其控制方法，该液压驱动单元及其控制方法可实现冲击后的自复位，实现连续性抗冲击载荷，有效改善液压系统的欠阻尼特性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种阻尼自复位式液压驱动单元，包括双层液压缸、旋转式电磁卸荷装置和液动力阻尼装置，所述双层液压缸包括内缸筒、外缸筒、活塞、活塞杆和两个内流道连接器，所述内缸筒的外侧设有若干线圈槽，各个线圈槽的两侧均设有隔磁槽，隔磁槽内设有橡胶圈，以防止线圈绕组的磁场在内缸筒上闭合，所述内缸筒的内腔为液压腔，内、外缸筒之间形成的间隙为阻尼腔，活塞将液压腔分为上下两个部分，两个内流道连接器分别与液压腔的上下两个部分连通；所述旋转式电磁卸荷装置包括两个多孔套筒连接器、两个旋转导流片和两个磁吸绕组，所述两个多孔套筒连接器分别嵌套在内缸筒的上下两端，所述旋转导流片嵌设于多孔套筒连接器内的底板上，所述旋转导流片为具有中部通孔的环形结构，所述多孔套筒连接器的底板及旋转导流片的环形部上对应开设有周向分布的圆孔，且圆孔之间的间隔大于圆孔的直径，所述多孔套筒连接器的底板中部嵌设有磁吸绕组，所述旋转导流片的环形部的内圈沿周向嵌有多个片式永磁铁，通过磁吸绕组的正反电压可带动旋转导流片左右转
动，从而实现液压油流向的通断，所述磁吸绕组的固定位置决定其转动角度；所述液动力阻尼装置包括若干个线圈绕组、两个阻尼活塞、两个阻尼套筒、两个弹簧、上端盖和下端盖，所述若干个线圈绕组分别缠绕在内缸筒外壁的相应线圈槽内，通电后使流经阻尼腔的磁流变液产生阻尼力，所述两个阻尼套筒分别嵌套在上端的多孔套筒连接器的上端以及下端的多孔套筒连接器的下端，所述上端盖安装于上端的阻尼活塞上端，所述下端盖安装于下端的阻尼活塞下端，两个弹簧分别安装于阻尼活塞与上端盖或下端盖之间，所述阻尼活塞可在阻尼套筒内轴向移动且将阻尼套筒的内部腔室分为液动力腔和弹簧腔，液压腔内的液压油可通过多孔套筒连接器的导通状态流入液动力腔，液动力腔内的高压油推动阻尼活塞移动，使弹簧腔内的磁流变液通过阻尼腔流向液压驱动单元另一端的弹簧腔，同时推动另一端的阻尼活塞同向运动，此时流经阻尼腔内的磁流变液由磁流变效应产生剪切阻尼力，进而阻碍高压油的冲击力而起到缓冲减振的效果，利用活塞两端之间的压差转换实现压缩及阻尼活塞的自复位功能，上、下端盖上均设有用于导通弹簧腔与阻尼腔的回流槽。
[0006]进一步地，所述多孔套筒连接器内设有圆形滑轨，设有圆孔的旋转导流片可在圆形滑轨内转动，磁吸绕组正向通电，多孔套筒连接器的圆孔与旋转导流片的圆孔对齐，液压油处于导通状态，磁吸绕组反向通电，多孔套筒连接器的圆孔与旋转导流片的圆孔错开，液压油处于断开状态。
[0007]进一步地，所述阻尼活塞推动磁流变液流经阻尼腔的同时压缩弹簧，弹簧蓄能，当液压腔内活塞两端压差减小时，压缩弹簧推动阻尼活塞复位，磁流变液反向流动，阻尼腔在工作时产生所需的阻尼力，在弹簧复位时，关闭线圈绕组电流，此时不产生阻尼力。
[0008]进一步地，所述外缸筒两端的同一侧壁上开设有连接孔，内缸筒上对应开设有导油孔，连接孔与圆孔保证同心，所述内流道连接器穿过连接孔与内缸筒上的导油孔连通，使液压油通过内缸筒上的导油孔流入液压腔。
[0009]进一步地，所述磁吸绕组绕多孔套筒连接器中心周向分布，通过导槽固定在多孔套筒连接器的底板上，其固定位置同时起到限制旋转导流片位置的作用，通电可产生磁场，通过正反电压产生的磁场实现对片式永磁铁的吸附或排斥。
[0010]本专利技术还提供了上述阻尼自复位式液压驱动单元的控制方法，包括以下步骤：步骤1、将线圈绕组、磁吸绕组的接线端按照顺序分别接在控制器上，活塞杆外侧装有位移传感器，液压驱动单元上下两端油口与液压伺服阀通过油管连接，设定下端油液压力大于上端压力时Δ＞0，反之Δ＜0，下端油液压力等于上端压力时Δ=0；步骤2、磁吸绕组反向通电，多孔套筒连接器处于阻断状态，液压油从下油口进入液压腔，从而推动活塞及活塞杆往上运动，当活塞杆顶端受到向下的突变负载冲击时，活塞杆向下运动的同时将所受冲击力通过活塞传递给活塞下端的液压腔，下端油腔压力突增，从而导致活塞上下端油腔内的压差变大，此时两端的多孔套筒连接器通入正电压，液压腔与液动力腔快速导通，则高压使液动力腔内的液压油推动活塞往下运动，从而带动弹簧腔内的磁流变液流经阻尼腔，进而通过端盖回流槽流入对称端弹簧腔，并推动对称端弹簧往下运动，此时线圈绕组通电，通过缓冲控制算法调节线圈绕组的输入电流，以控制阻尼腔产生的阻尼力，进而调节活塞下端油腔压力，减小油液对液压伺服系统的冲击；步骤3、当突变负载消失，磁吸绕组通入反电压，多孔套筒连接器关闭，记录下端的
弹簧处于压缩状态，上端的弹簧处于拉伸状态，采集液压缸两端压差信号，当Δ＜0或Δ=0时，磁吸绕组通入正电压，多孔套筒连接器导通，两端的压缩弹簧推动活塞往上运动，下端通过多孔套筒连接器排出腔内液压油，上端吸入液压腔内的部分液压油，活塞复位后，磁吸绕组反向通电，多孔套筒连接器阻断，进入冲击缓冲等待状态；步骤4、在位移精度控制过程中，当通入较大油压时，活塞受到较大的油液冲击，活塞杆产生位移波动误差，此时多孔套筒连接器导通，液压腔内高压油液流入液动力腔而实现卸荷，同时通过缓冲控制算法产生所需阻尼力而减缓液压冲击，进而改善位移波动误差，最后通过判断两端的压差转换自复位功能。
[0011]进一步地，在步骤1中，所述线圈绕组数量大于两个，绕线方向相同，且轴向布置，为了增加阻尼腔间隙的磁场强度，相邻线圈绕组接线端的正负极接线方式相反。
[0012]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻尼自复位式液压驱动单元，其特征在于，包括双层液压缸、旋转式电磁卸荷装置和液动力阻尼装置，所述双层液压缸包括内缸筒、外缸筒、活塞、活塞杆和两个内流道连接器，所述内缸筒的外侧设有若干线圈槽，各个线圈槽的两侧均设有隔磁槽，隔磁槽内设有橡胶圈，以防止线圈绕组的磁场在内缸筒上闭合，所述内缸筒的内腔为液压腔，内、外缸筒之间形成的间隙为阻尼腔，活塞将液压腔分为上下两个部分，两个内流道连接器分别与液压腔的上下两个部分连通；所述旋转式电磁卸荷装置包括两个多孔套筒连接器、两个旋转导流片和两个磁吸绕组，所述两个多孔套筒连接器分别嵌套在内缸筒的上下两端，所述旋转导流片嵌设于多孔套筒连接器内的底板上，所述旋转导流片为具有中部通孔的环形结构，所述多孔套筒连接器的底板及旋转导流片的环形部上对应开设有周向分布的圆孔，且圆孔之间的间隔大于圆孔的直径，所述多孔套筒连接器的底板中部嵌设有磁吸绕组，所述旋转导流片的环形部的内圈沿周向嵌有多个片式永磁铁，通过磁吸绕组的正反电压可带动旋转导流片左右转动，从而实现液压油流向的通断，所述磁吸绕组的固定位置决定其转动角度；所述液动力阻尼装置包括若干个线圈绕组、两个阻尼活塞、两个阻尼套筒、两个弹簧、上端盖和下端盖，所述若干个线圈绕组分别缠绕在内缸筒外壁的相应线圈槽内，通电后使流经阻尼腔的磁流变液产生阻尼力，所述两个阻尼套筒分别嵌套在上端的多孔套筒连接器的上端以及下端的多孔套筒连接器的下端，所述上端盖安装于上端的阻尼活塞上端，所述下端盖安装于下端的阻尼活塞下端，两个弹簧分别安装于阻尼活塞与上端盖或下端盖之间，所述阻尼活塞在阻尼套筒内轴向移动且将阻尼套筒的内部腔室分为液动力腔和弹簧腔，液压腔内的液压油可通过多孔套筒连接器的导通状态流入液动力腔，液动力腔内的高压油推动阻尼活塞移动，使弹簧腔内的磁流变液通过阻尼腔流向液压驱动单元另一端的弹簧腔，同时推动另一端的阻尼活塞同向运动，此时流经阻尼腔内的磁流变液由磁流变效应产生剪切阻尼力，进而阻碍高压油的冲击力而起到缓冲减振的效果，利用活塞两端之间的压差转换实现压缩及阻尼活塞的自复位功能，上、下端盖上均设有用于导通弹簧腔与阻尼腔的回流槽。2.根据权利要求1所述的一种阻尼自复位式液压驱动单元，其特征在于，所述多孔套筒连接器内设有圆形滑轨，设有圆孔的旋转导流片可在圆形滑轨内转动，磁吸绕组正向通电，多孔套筒连接器的圆孔与旋转导流片的圆孔对齐，液压油处于导通状态，磁吸绕组反向通电，多孔套筒连接器的圆孔与旋转导流片的圆孔错开，液压油处于断开状态。3.根据权利要求1所述的一种阻尼自复位式液压驱动单元，其特征在于，所述阻尼活塞推动磁流变液流经阻尼腔的同时压缩弹簧，弹簧蓄能，当液压腔内活塞两端压差减小时，压缩弹簧推动阻尼活塞复位，磁流变液反向流动，阻尼腔在工作时产生所需的阻尼力，在弹簧复位时，关闭线圈绕组电流，此时不产生阻尼力。4.根据权利要求1所述的一种阻尼自复位式液压驱动单元，其特征在于，所述外缸筒两端的同一侧壁上开设有连接孔，内缸筒上对应开设有导油孔，连接孔与圆孔保证同心，所述内流道连接器穿过连接孔与内缸筒上的导油孔连通，使液压油通过内缸筒上的导油孔流入液压腔。5.根据权利要求1所述的一种阻尼自复位式液压驱动单元，其特征在于，所述磁吸绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淑梅，付云峰，马佰周，黄惠，李雨铮，杜恒，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：