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內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸的制作方法

文檔序號:11128975閱讀:915來源:國知局
內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸的制造方法與工藝

本發(fā)明涉及一種油氣懸掛缸,具體地是公開一種內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸。并揭示其新的結(jié)構(gòu)特性與使用功能。



背景技術(shù):

1、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)油氣懸掛缸

油氣懸掛缸集成了空氣彈簧和液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)原理與功能,具有更加良好的力學(xué)特性和應(yīng)用范圍。油氣懸掛缸內(nèi)部充注氮?dú)夂鸵簤河?。氮?dú)庾鳛閺椥越橘|(zhì)和儲能介質(zhì),具有變剛度特性,而且比金屬彈性材料具有更大的儲能比。液壓油作為阻尼介質(zhì),通過懸掛缸內(nèi)部的阻尼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生阻尼力。阻尼結(jié)構(gòu)通常包括單向閥和阻尼孔。采用單向閥和阻尼孔的組合結(jié)構(gòu),可以使懸掛缸在壓縮與拉伸狀態(tài)下產(chǎn)生不同的阻尼系數(shù)。通常,在壓縮的時候單向閥開啟,拉伸的時候單向閥關(guān)閉。

由于將氮?dú)夥庋b在缸體結(jié)構(gòu)內(nèi),因而油氣懸掛缸具有比空氣彈簧更大的工作壓力和容量。同常規(guī)液壓缸結(jié)構(gòu)類似,按運(yùn)動關(guān)系與安裝結(jié)構(gòu),油氣懸掛缸也是由缸筒組件與活塞桿組件構(gòu)成,內(nèi)部容積隔腔包含有桿腔、無桿腔,活塞桿通常是空心結(jié)構(gòu)。其中,無桿腔稱為懸缸內(nèi)腔,由缸筒內(nèi)腔及活塞桿內(nèi)腔構(gòu)成。有桿腔稱為副油腔,是由缸筒組件與活塞桿組件在腰部圍成的環(huán)狀空間。

懸缸內(nèi)腔作為一個腔體使用時,內(nèi)部充注液壓油和氮?dú)?,也稱油氣混合腔或混合油腔。在使用過程中,副油腔的容積空間變化幅度最大,通常用作懸掛缸內(nèi)部阻尼流量的來源。副油腔內(nèi)部充注液壓油,并在其腔體內(nèi)側(cè)的活塞桿側(cè)壁上設(shè)有阻尼通道與懸缸內(nèi)腔接通。

如圖1、圖2所示,是單氣室雙油腔油氣懸掛缸的兩種典型結(jié)構(gòu)型式。圖1是活塞桿上置結(jié)構(gòu),圖2是活塞桿下置結(jié)構(gòu)。只充注液壓油的油腔稱為純油腔,包括可變純油腔和不可變純油腔??勺兗冇颓慌c混和油腔連通形成阻尼通道。懸掛缸壓縮或拉神時,可變純油腔和混和油腔的容積、壓力發(fā)生變化產(chǎn)生阻尼流量。單氣室雙油腔結(jié)構(gòu),副油腔作為可變純油腔與懸掛內(nèi)腔連通。懸掛缸內(nèi)部系統(tǒng)壓力對外提供彈性力的作用面積,稱為壓力作用面積。隨懸掛缸壓縮或拉伸速度而產(chǎn)生阻尼流量的面積,稱為阻尼流量面積。懸掛缸的彈性力,由懸掛缸內(nèi)部系統(tǒng)壓力和壓力作用面積決定。系統(tǒng)的阻尼流量,由阻尼流量面積和懸掛缸壓縮或拉伸速度決定。在單氣室雙油腔結(jié)構(gòu)中,壓力作用面積為活塞桿外圓面積,剛度曲線參見圖14。阻尼流量面積為可變純油腔的截面積,也就是副油腔腔體的環(huán)形面積。阻尼結(jié)構(gòu)與阻尼通道布置在活塞桿側(cè)壁上,為阻尼孔和單向閥的組合結(jié)構(gòu)。阻尼特性曲線為一條關(guān)于速度的 二次曲線。由于單向閥的作用,正反向表現(xiàn)為不同的特性,見圖16-典型的傳統(tǒng)油氣懸掛缸固定阻尼結(jié)構(gòu)的特性曲線。

如圖3~圖6所示,是四種典型的單氣室三油腔結(jié)構(gòu),壓力作用面積為活塞桿面積,剛度曲線參見圖14。三油腔結(jié)構(gòu)是通過活塞或閥板結(jié)構(gòu)將懸缸內(nèi)腔分隔為缸筒內(nèi)腔和活塞桿內(nèi)腔。單獨(dú)充注液壓油的為主油腔,同時充注液壓油和氮?dú)獾臑榛旌嫌颓??;钊蜷y板上布置有阻尼結(jié)構(gòu),連通缸筒內(nèi)腔和活塞桿內(nèi)腔,形成內(nèi)腔阻尼通道。副油腔通過活塞桿側(cè)壁阻尼結(jié)構(gòu)與懸缸內(nèi)腔導(dǎo)通,形成副油腔阻尼通道。

圖3所示為活塞桿上置結(jié)構(gòu)。缸筒內(nèi)腔(主油腔)、副油腔均為可變純油腔,分別與活塞桿內(nèi)腔(混合油腔)導(dǎo)通,形成兩條并列的阻尼通道?;钊麠U側(cè)壁上的阻尼結(jié)構(gòu)與活塞或閥板上的阻尼結(jié)構(gòu)也通常是單向閥與阻尼孔的組合結(jié)構(gòu)。主油腔通道的阻尼流量面積為缸筒內(nèi)腔面積,副油腔通道的阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。兩通道疊加后,阻尼特性曲線為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

圖4所示為活塞桿下置結(jié)構(gòu)。副油腔為可變純油腔,活塞桿內(nèi)腔(主油腔)為不可變純油腔。副油腔通過活塞桿內(nèi)腔與缸筒內(nèi)腔(混合油腔)導(dǎo)通,合成一條阻尼通道。阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。阻尼特性曲線為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

圖5所示為另一種活塞桿下置結(jié)構(gòu)?;钊麠U內(nèi)腔通過一個浮動活塞分隔油/氣部分,構(gòu)成混合油腔。缸筒內(nèi)腔(主油腔)、副油腔均為可變純油腔,分別與活塞桿內(nèi)腔導(dǎo)通,形成兩條并列的阻尼通道。主油腔通道的阻尼流量面積為缸筒內(nèi)腔面積,副油腔通道的阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。兩通道疊加后,阻尼特性曲線為一條關(guān)于速度的二次曲線,阻尼特性參見圖16。

圖6所示為活塞桿上置壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。缸筒內(nèi)腔(主油腔)、副油腔均為可變純油腔,活塞桿內(nèi)腔為混合油腔。副油腔→主油腔→混合油腔順序?qū)?,形成兩條串聯(lián)的阻尼通道。在副油腔與主油腔之間形成壓力、流量的互補(bǔ)關(guān)系。消除了油氣懸掛缸的系統(tǒng)負(fù)壓現(xiàn)象,并顯著提升系統(tǒng)阻尼系數(shù)的應(yīng)用幅度。主油腔通道的阻尼流量面積為活塞桿外圓面積,副油腔通道的阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。兩通道疊加后,阻尼特性曲線依然為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

如圖7、圖8、圖9所示,為三種典型雙氣室三油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu),均為活塞桿下置。

圖7為雙氣室正向串聯(lián)結(jié)構(gòu),懸掛缸整體的壓力作用面積為活塞桿面積,剛度曲線參見圖14。缸筒內(nèi)腔和活塞桿內(nèi)腔各包含一個混合油腔,之間通過阻尼結(jié)構(gòu)連通。副油腔作為可變純油腔與兩個混合油腔導(dǎo)通,提供系統(tǒng)主要的阻尼流量,阻尼流量面積為副油腔面積。兩個混合油腔之間可產(chǎn)生附加的阻尼流量,大小及流向取決于上下兩個氣室的初始充氣參數(shù)。 副油腔及缸筒內(nèi)腔、活塞桿內(nèi)腔中的兩個混合油腔構(gòu)成一個全通的液壓回路,包含兩個阻尼通道。兩通道疊加后,阻尼特性曲線依然為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

圖8為雙氣室反向?qū)χ媒Y(jié)構(gòu)。懸缸內(nèi)腔被一個封閉結(jié)構(gòu)的活塞隔離為彼此獨(dú)立的缸筒內(nèi)腔和活塞桿內(nèi)腔。缸筒內(nèi)腔和活塞桿內(nèi)腔各包含一個混合油腔。活塞桿內(nèi)腔的壓力,通過一套管路導(dǎo)入副油腔,與缸筒內(nèi)腔形成反壓對置結(jié)構(gòu)。其彈性力輸出,為缸筒內(nèi)腔面積的壓力輸出與副油腔面積的壓力輸出之差,剛度曲線參見圖15。副油腔作為可變純油腔,通過與活塞桿內(nèi)腔的連接管路構(gòu)成一條阻尼通道,形成系統(tǒng)的阻尼流量。系統(tǒng)的阻尼流量面積為副油腔面積,阻尼特性曲線為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

圖9為另一種雙氣室反向?qū)χ媒Y(jié)構(gòu),剛度特性與圖8結(jié)構(gòu)類同,參見圖15。與圖8結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于:缸筒內(nèi)腔為可變純油腔,外部增加儲能器作為混合油腔,中間通過管路和阻尼閥連接,構(gòu)成主油腔阻尼通道。主油腔通道阻尼流量面積為缸筒內(nèi)腔面積,副油腔通道阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。兩通道疊加后,阻尼特性曲線依然為一條關(guān)于速度的二次曲線,參見圖16。

圖8、圖9所示,均為活塞桿下置的反壓對置結(jié)構(gòu)。雖然獲得了比較良好的壓力特性(圖15),但這兩種結(jié)構(gòu)必須基于對缸筒內(nèi)腔與活塞桿內(nèi)腔的物理隔離,而且活塞桿內(nèi)腔復(fù)雜的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)占據(jù)了內(nèi)部有效空間。這樣就喪失了缸筒內(nèi)腔與活塞桿內(nèi)腔之間重要的位置、速度、流量及壓差的關(guān)聯(lián),使得懸缸內(nèi)腔中基于對位置、流量及壓力控制關(guān)系的變阻尼結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行布置與應(yīng)用。

圖1~圖9,所列出的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的油氣懸掛缸,內(nèi)部阻尼結(jié)構(gòu)通常是固定的,因而懸掛缸阻尼特性曲線也是固定的。阻尼結(jié)構(gòu)中采用單向閥,也僅僅是使壓縮狀態(tài)與拉伸狀態(tài)的阻尼系數(shù)產(chǎn)生一定的差異。而對于懸掛缸的整個工作過程來講,阻尼系數(shù)是一條固定的曲線。只不過采用單向閥結(jié)構(gòu)后,阻尼曲線不再關(guān)于原點(diǎn)對稱。參見圖16。

而在實(shí)際使用中,車輛的總質(zhì)量是變化的。對于運(yùn)輸車輛,分空載與滿載兩種工況。對于乘用車輛,隨著乘員人數(shù)的變化,車輛的總質(zhì)量也是變化的。

油氣懸掛的變剛度特性,對車輛底盤質(zhì)量的變化提供了很好的適應(yīng)性。但固定的阻尼結(jié)構(gòu)以及固定的阻尼特性曲線,對于車輛底盤質(zhì)量的變化難以提供最佳的阻尼特性。因此,可變阻尼的油氣懸掛自動控制技術(shù)對于車輛底盤力學(xué)特性的提升與改善具有顯著的作用。

2、可變阻尼油氣懸掛缸

圖10、圖11、圖12所示,為目前變阻尼自適應(yīng)控制的幾種結(jié)構(gòu)形式。

圖10為外部通道/位置控制的變阻尼控制結(jié)構(gòu)?;w為單氣室雙油腔結(jié)構(gòu)。其基本結(jié)構(gòu)是:在缸筒外部設(shè)置阻尼通道,布置阻尼結(jié)構(gòu)(阻尼孔、單向閥),連接懸缸內(nèi)腔和副油腔, 并在缸筒與活塞密封件對應(yīng)的滿載位置上開設(shè)控制小孔。工作時,活塞根據(jù)載荷的不同產(chǎn)生不同的壓縮深度來開啟或關(guān)閉外部阻尼通道。空載時,活塞密封件位于控制小孔上方,外部阻尼通道開啟。滿載時,活塞密封件位于控制小孔下方,外部阻尼通道關(guān)閉。系統(tǒng)的阻尼流量面積為副油腔面積。阻尼流量通道連接懸缸內(nèi)腔與副油腔,由內(nèi)部、外部兩條通道組成,內(nèi)部通道為固定阻尼通道,外部通道為可控阻尼通道。系統(tǒng)的阻尼特性是基于行程與速度的二元控制函數(shù)F=f(x,v)。其阻尼特性曲線,參見圖17。變阻尼控制,在于除原有的懸掛缸壓縮與拉伸的速度參數(shù)外,引入第二變量對系統(tǒng)進(jìn)行控制。在結(jié)構(gòu)上使得系統(tǒng)的阻尼結(jié)構(gòu)、阻尼通道、阻尼流量發(fā)生變化。圖10結(jié)構(gòu)引入的是位置變量,通過外部通道進(jìn)行控制。有幾點(diǎn)需要說明:

①.受空間結(jié)構(gòu)限制,在缸筒外部難以集中布置阻尼結(jié)構(gòu)(單向閥、阻尼孔)以及阻尼通道,另外也難以在缸筒側(cè)壁空載與滿載的過渡范圍內(nèi)分散布置控制小孔,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)變阻尼控制邏輯。因此,只能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)(空/滿載)變阻尼控制,參見圖17。

②.基礎(chǔ)懸缸結(jié)構(gòu)存在的系統(tǒng)負(fù)壓現(xiàn)象,制約了懸掛缸的阻尼效能,也影響了變阻尼控制的實(shí)際效果。

③系統(tǒng)阻尼流量面積較小,而變阻尼控制流量又僅是其中一部分,因此在結(jié)構(gòu)上可實(shí)現(xiàn)的變阻尼控制效果有限。

圖11為壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)下外部通道/位置控制的變阻尼控制結(jié)構(gòu)?;w為單氣室三油腔結(jié)構(gòu),主、副油腔均為可變純油腔。副油腔通道連接主油腔與副油腔,由內(nèi)部、外部兩條通道組成,內(nèi)部通道為固定阻尼通道,外部通道為可控阻尼通道。主油腔通道連接主油腔與混合油腔,為固定阻尼通道。主油腔通道阻尼流量面積為活塞桿圓面積,副油腔通道阻尼流量面積為副油腔面積。副油腔→主油腔→混合油腔串聯(lián)連接,構(gòu)成壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。主油腔與副油腔之間形成壓力、流量的補(bǔ)償與抑制功能。圖11結(jié)構(gòu)消除了圖10結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)負(fù)壓現(xiàn)象,顯著增加了系統(tǒng)的阻尼流量,并可通過調(diào)整主油腔通道與副油腔內(nèi)部通道的壓力與流量,提升副油腔外部可控通道的阻尼流量。由于可控阻尼流量來源于副油腔流量,可供使用的可控阻尼流量依然有限。另外,圖11結(jié)構(gòu)依然存在圖10結(jié)構(gòu)在上述問題①中的外部通道的阻尼結(jié)構(gòu)與控制結(jié)構(gòu)實(shí)際布置與應(yīng)用的問題,難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)變阻尼控制。圖11結(jié)構(gòu)的阻尼特性曲線,參見圖17,仍然為兩點(diǎn)(空/滿載)變阻尼控制。

圖12為內(nèi)部壓力控制的變阻尼控制結(jié)構(gòu)?;w為壓力補(bǔ)償單氣室三油腔結(jié)構(gòu),主、副油腔均為可變純油腔。副油腔→主油腔→混合油腔串聯(lián)導(dǎo)通,形成兩條阻尼通道。副油腔與主油腔之間形成壓力、流量的互補(bǔ)關(guān)系。主油腔通道的阻尼流量面積為活塞桿圓面積,副油腔通道的阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。圖12結(jié)構(gòu)的核心是構(gòu)建了以內(nèi)部壓力為控制輸 入的閥芯組件及可變阻尼結(jié)構(gòu),形成內(nèi)部可變阻尼通道。閥芯組件內(nèi)部包含一個用于系統(tǒng)識別的密閉壓力腔,內(nèi)部以彈簧提供閥芯基準(zhǔn)壓力推動閥芯運(yùn)動。閥芯基準(zhǔn)壓力設(shè)定在懸掛缸空載壓力與滿載壓力之間。閥芯上布置有內(nèi)/外兩組阻尼孔和單向閥,與閥芯座圈配合形成固定阻尼通道和可控阻尼通道,固定阻尼通道長通。閥芯伸出時可控阻尼通道開啟,閥芯縮回時可控阻尼通道關(guān)閉。閥芯組件還包含有阻尼腔、阻尼環(huán),用于控制閥芯自身的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。圖13,為圖12結(jié)構(gòu)閥芯部分結(jié)構(gòu)詳圖。

圖12,壓力/內(nèi)控型結(jié)構(gòu)的幾點(diǎn)說明:

①.在缸體內(nèi)部構(gòu)建可變阻尼結(jié)構(gòu)、可變阻尼通道以及自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu),以懸缸系統(tǒng)內(nèi)部壓力作為變阻尼控制的輸入?yún)?shù),F(xiàn)=f(p,v)。

②.閥芯基準(zhǔn)壓力用于識別系統(tǒng)內(nèi)部的空載壓力與滿載壓力,并與系統(tǒng)壓力疊加推動閥芯保持伸出與縮回兩個特定的位置。因此,是一個典型的雙點(diǎn)變阻尼控制,見圖17。

③.閥芯組件中的阻尼腔、阻尼環(huán),用于控制閥芯自身的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。系統(tǒng)內(nèi)部的壓力波動與壓力沖擊,不會造成閥芯的瞬態(tài)啟動和剛性撞擊。因此,系統(tǒng)是一個穩(wěn)態(tài)控制,

④.主油腔通道的阻尼流量面積為活塞桿圓面積,副油腔通道的阻尼流量面積為副油腔環(huán)形面積。系統(tǒng)提供的阻尼流量比之前的圖10、圖11結(jié)構(gòu)大幅增加,而且其中的主油腔通道流量全部用于系統(tǒng)的可控阻尼流量。因此,圖12結(jié)構(gòu)的變阻尼控制效能明顯優(yōu)于圖10和圖11結(jié)構(gòu)。

⑤.缸體及內(nèi)部閥芯結(jié)構(gòu)簡潔、完整,不需要在缸筒外部布置復(fù)雜的外部通道結(jié)構(gòu)。

⑥.懸缸內(nèi)腔可以提供系統(tǒng)所需阻尼流量以及變阻尼控制流量。因此,副油腔可以空出來作為系統(tǒng)其他功用,比如參與變剛度控制或反壓控制。

3、最后說明事項(xiàng)

①.圖1~圖9列出的九種結(jié)構(gòu),為現(xiàn)有常規(guī)油氣懸掛缸的主要結(jié)構(gòu)形式,主要討論的是氣室、油腔的布置結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的彈性力特性以及阻尼通道與流量等問題,不涉及變剛度、變阻尼控制的結(jié)構(gòu)以及控制方式。不論氣室、油腔如何布置,其阻尼結(jié)構(gòu)和阻尼通道在工作過程中都是固定的、不可調(diào)控的。阻尼流量與壓差僅取決于缸筒組件與活塞桿組件相對速度的大小及方向。其阻尼結(jié)構(gòu)的組成包括阻尼孔、單向閥或彈簧碟片。單向閥的作用僅在于改變曲線的正反向特性,使之不再是關(guān)于原點(diǎn)對稱的曲線。系統(tǒng)的阻尼特性輸出,僅取決于速度變量輸入F=f(v),表現(xiàn)為一條關(guān)于速度的二次曲線。特性曲線參見圖16。

②.圖10、圖11、圖12,為現(xiàn)有公布的變阻尼控制結(jié)構(gòu)方案。

圖10、圖11結(jié)構(gòu),為外部通道、位置控制結(jié)構(gòu)方案,F(xiàn)=f(x,v)。從控制參數(shù)的性質(zhì)看,應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的瞬態(tài)控制。但由于外部通道結(jié)構(gòu)與空間的限制,仍舊是雙點(diǎn)變阻尼 控制,可控變阻尼流量偏小。阻尼特性曲線參見圖17。

圖12結(jié)構(gòu),為內(nèi)部通道、壓力控制結(jié)構(gòu)方案,F(xiàn)=f(p,v)。系統(tǒng)的變阻尼特性為典型的雙點(diǎn)變阻尼控制,見圖17。在系統(tǒng)的控制響應(yīng)上,為一種穩(wěn)態(tài)控制。

③.國外基于板簧、螺旋彈簧等懸架結(jié)構(gòu)的電控液壓阻尼器的變阻尼控制有較多地研究與應(yīng)用,而對以經(jīng)典液壓/機(jī)械方式進(jìn)行變阻尼控制的油氣懸掛缸研究的較少。圖10、圖11、圖12結(jié)構(gòu),也都是近些年提出的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)布局與控制效能有待于進(jìn)一步發(fā)展與提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明提出了一種內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸。具體的是提出了一種內(nèi)建變阻尼結(jié)構(gòu)、變阻尼流量、變阻尼通道、自控制結(jié)構(gòu),引入位置變量在內(nèi)部進(jìn)行阻尼系數(shù)多點(diǎn)、瞬態(tài)自動控制的懸掛缸結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是通過車輛在不同的載荷狀態(tài)下(空/滿載以及中間各種狀態(tài))對懸掛缸壓縮深度的不同,來感知車輛的工作狀態(tài),在懸掛缸內(nèi)部構(gòu)建可自行開啟/控制/關(guān)閉的變阻尼通道,使懸掛缸隨行程位置自動產(chǎn)生不同的阻尼系數(shù),F(xiàn)=f(x,v)。

本發(fā)明采用如下結(jié)構(gòu)方案來實(shí)現(xiàn)上述特性和功能:一種內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸,包括缸筒、密封座圈、活塞桿、活塞、閥板、閥柱。閥柱安裝在缸筒底部,閥板安裝在活塞桿內(nèi)部。閥柱穿過閥板中央大孔,相互間形成配合、密封關(guān)系,工作時可相對運(yùn)動,并將懸缸內(nèi)腔分隔成上油腔(活塞桿內(nèi)腔)和下油腔(缸筒內(nèi)腔)。上油腔充注液壓油和氮?dú)?,為混合油腔。下油?主油腔)充注液壓油,為可變純油腔。閥板上設(shè)有阻尼孔和單向閥,形成上油腔和下油腔之間的定阻尼通道。閥柱上端設(shè)有阻尼孔和單向閥,腰部側(cè)壁上設(shè)有一組控制小孔,在閥柱內(nèi)部連通形成上油腔和下油腔之間的變阻尼通道??刂菩】装凑找欢ǖ目刂七壿嫹植荚陂y柱側(cè)壁與閥板對應(yīng)的空載與滿載位置之間??蛰d狀態(tài)下,閥板處在閥柱腰部控制小孔的上方,閥柱內(nèi)部的變阻尼通道越過閥板導(dǎo)通上油腔和下油腔,此時變阻尼通道處于開啟狀態(tài);滿載狀態(tài)下,閥板處在閥柱腰部控制小孔的下方,閥柱內(nèi)部的變阻尼通道被封閉于上油腔中,此時變阻尼通道處于關(guān)閉狀態(tài);在空載與滿載之間的過渡狀態(tài),閥柱側(cè)壁控制小孔被部分封閉,變阻尼通道導(dǎo)通部分流量與此狀態(tài)匹配。閥柱側(cè)壁的控制小孔可以按照不同的控制策略進(jìn)行結(jié)構(gòu)、位置與數(shù)量的布置。這樣,通過閥板與閥柱配合,在不同位置上對控制小孔的覆蓋程度,就實(shí)現(xiàn)了對懸掛缸空/滿載以及中間過程狀態(tài)下的變阻尼控制。圖20為本方案空載狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖,圖21為本方案滿載狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖22為本方案空載與滿載狀態(tài)結(jié)構(gòu)對比圖,參數(shù)L為空載位置與滿載位置間的過渡行程。圖18,為本例核心結(jié)構(gòu)——閥板、閥柱部分的放大結(jié)構(gòu)。

另外,缸筒、密封座圈與活塞桿、活塞在懸掛缸側(cè)壁間圍成環(huán)狀副油腔,內(nèi)部充滿液壓 油。副油腔中,在活塞桿側(cè)壁上設(shè)有阻尼孔和單向閥與下油腔相通,形成副油腔和下油腔之間的副阻尼通道。下油腔、副油腔均為可變純油腔。副油腔→下油腔→上油腔串聯(lián)導(dǎo)通,構(gòu)成兩條阻尼通道,在副油腔與下油腔之間形成流量、壓力的補(bǔ)償與抑制關(guān)系。

整個系統(tǒng)的阻尼系數(shù),由定阻尼通道(閥板)、變阻尼通道(閥柱)和副阻尼通道(副油腔)的阻尼壓差疊加而成。定阻尼通道和變阻尼通道的阻尼流量面積為活塞桿外圓面積與閥柱外圓面積之差。副阻尼通道的阻尼流量面積為副油腔面積。定阻尼通道和副阻尼通道可隨流量的變化對變阻尼通道的變阻尼控制幅度進(jìn)行壓力、流量的補(bǔ)償與調(diào)節(jié)。

這樣,通過閥板與閥柱各自的結(jié)構(gòu)以及相互之間位置的配合,建立了新型的變阻尼結(jié)構(gòu)、變阻尼通道,形成變阻尼控制流量,引入位置控制變量,建立了控制結(jié)構(gòu),提供了多種邏輯控制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了對懸掛缸空/滿載以及中間過程狀態(tài)下的多點(diǎn)、漸進(jìn)性變阻尼控制。

本發(fā)明的核心是:

①.在懸缸內(nèi)腔構(gòu)建出新型的閥柱、閥板組合結(jié)構(gòu),感知、檢測缸筒組件與活塞桿組件的位置關(guān)系,引入控制變量;

②.閥柱、閥板組成相對運(yùn)動而又配合的位置關(guān)系,封閉上/下油腔,建立系統(tǒng)的阻尼控制流量;

③閥柱內(nèi)部構(gòu)建阻尼結(jié)構(gòu)(阻尼孔、單向閥),建立變阻尼通道;閥板上設(shè)置阻尼結(jié)構(gòu)(阻尼孔、單向閥),建立定阻尼通道;

③.在閥柱空/滿載位置之間的側(cè)壁上設(shè)置控制小孔,構(gòu)建變阻尼控制結(jié)構(gòu),由閥板、閥柱配合實(shí)施,建立控制目標(biāo);

④.閥柱側(cè)壁上的控制小孔按照一定的控制邏輯布置,由閥板按不同位置進(jìn)行漸進(jìn)式覆蓋控制,實(shí)現(xiàn)空/滿載以及中間各狀態(tài)下的瞬態(tài)變阻尼控制。

⑤.閥板定阻尼通道,與閥柱變阻尼通道配合,進(jìn)行流量、壓力的補(bǔ)充與修正,實(shí)現(xiàn)各種工況下最佳阻尼系數(shù)的輸出;

需要說明的是:

①.閥柱與閥板上的阻尼結(jié)構(gòu)與阻尼通道,均實(shí)現(xiàn)集中布置,結(jié)構(gòu)簡潔、完整;

②.閥柱的側(cè)壁結(jié)構(gòu),有利于分散布置控制小孔,實(shí)現(xiàn)不同的控制策略。變阻尼控制精度,取決于阻尼變量的離散化密度,即閥柱側(cè)壁控制小孔的離散化程度;

③.本結(jié)構(gòu)發(fā)明首次實(shí)現(xiàn):內(nèi)控型、位置控制、多點(diǎn)式、漸進(jìn)式、瞬態(tài)型變阻尼控制,F(xiàn)=f(x,v)。變阻尼特性為一系列的曲線族,參見圖19。曲線域起始線由閥板定阻尼通道的阻尼結(jié)構(gòu)確定,曲線域范圍由閥柱變阻尼通道的阻尼結(jié)構(gòu)確定;

④.本例在結(jié)構(gòu)上,副油腔→下油腔→上油腔串聯(lián)導(dǎo)通,構(gòu)成壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。消除了油氣 懸掛缸的系統(tǒng)負(fù)壓現(xiàn)象,并顯著提升系統(tǒng)阻尼系數(shù)的應(yīng)用幅度。

⑤.系統(tǒng)的變阻尼控制流量面積為活塞桿外圓面積與閥柱截面積之差。略小于圖12的壓力/內(nèi)控型結(jié)構(gòu),但顯著高于圖10、圖11的位置/外控型結(jié)構(gòu)。

⑥.與圖12壓力/內(nèi)控型結(jié)構(gòu)相比,本例的位置/內(nèi)控型結(jié)構(gòu)的控制變量為位置變量,而且首次實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、瞬態(tài)、漸進(jìn)式的變阻尼控制,結(jié)構(gòu)上更容易實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)的可靠性也更高。

⑦.本專利結(jié)構(gòu)需要懸缸內(nèi)腔具有完整的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以及缸筒內(nèi)腔與活塞桿內(nèi)腔之間在位置、速度、壓力、流量等參數(shù)上的完整關(guān)聯(lián)?;谀壳暗碾p氣室反壓對峙結(jié)構(gòu),如圖8、圖9所示,還無法應(yīng)用本例變阻尼控制。對于能夠應(yīng)用本例變阻尼控制的反壓對置雙氣室懸掛缸結(jié)構(gòu),另案討論。

附圖說明

圖1-活塞桿上置單氣室雙油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2-活塞桿下置單氣室雙油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3-活塞桿上置單氣室三油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4-活塞桿下置單氣室三油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖5-活塞桿下置單氣室三油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖6-活塞桿上置單氣室三油腔壓力補(bǔ)償式油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖7-活塞桿下置雙氣室正向串聯(lián)三油腔油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)示意圖;

圖8-活塞桿下置雙氣室反向?qū)χ萌颓挥蜌鈶覓旄捉Y(jié)構(gòu)示意圖;

圖9-活塞桿下置雙氣室反向?qū)χ萌颓挥蜌鈶覓旄捉Y(jié)構(gòu)示意圖;

圖10-位置/外控型變阻尼油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)圖;

圖11-位置/外控型壓力補(bǔ)償式變阻尼油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)圖;

圖12-壓力/內(nèi)控型壓力補(bǔ)償式變阻尼油氣懸掛缸結(jié)構(gòu)圖;

圖13-壓力/內(nèi)控型壓力補(bǔ)償式變阻尼油氣懸掛缸核心部分結(jié)構(gòu)圖;

圖14-常規(guī)油氣懸掛缸剛度特性曲線;

圖15-雙氣室反壓對置結(jié)構(gòu)油氣懸掛缸剛度特性曲線;

圖16-常規(guī)油氣懸掛缸阻尼特性曲線;

圖17-雙點(diǎn)控制油氣懸掛缸變阻尼特性曲線;

圖18本專利-內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸核心部分結(jié)構(gòu)圖;

圖19本專利-內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸多點(diǎn)控制變阻尼特性曲線;

圖20本專利-內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸空載結(jié)構(gòu)圖;

圖21本專利-內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸滿載結(jié)構(gòu)圖;

圖22本專利-內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸空/滿載對比結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明,內(nèi)控型變阻尼油氣懸掛缸,包括活塞桿10、活塞11、閥板12、缸筒13、密封座圈14、閥柱15、上油腔21、下油腔22、副油腔23、定阻尼通道31、變阻尼通道32、副阻尼通道33、液壓油41、氮?dú)?2。

所述閥板12安裝在活塞桿10內(nèi)部;所述閥柱15安裝在缸筒13底部;所述閥柱15穿過閥板12中間大孔,與閥板12形成配合、密封并可相對運(yùn)動的關(guān)系。

所述閥柱15與閥板12配合,將懸缸內(nèi)腔分隔為上油腔21(活塞桿內(nèi)腔)及下油腔22(缸筒內(nèi)腔);所述上油腔21中充注液壓油41和氮?dú)?2,為混合油腔;所述下油腔22中充注液壓油41,為可變純油腔。

所述活塞桿10、活塞11、缸筒13、密封座圈14在懸掛缸腰部側(cè)壁間圍成副油腔23,內(nèi)部充注液壓油41,為可變純油腔。

所述活塞桿10在位于活塞11和閥板12之間的側(cè)壁上布置有單向閥和阻尼孔,構(gòu)成副阻尼通道33,連接副油腔23和下油腔22。

所述閥板12上布置有單向閥和阻尼孔,構(gòu)成定阻尼通道31,連接上油腔21和下油腔22。

所述閥柱15上端設(shè)有阻尼孔和單向閥,腰部側(cè)壁上設(shè)有一組控制小孔,在閥柱內(nèi)部連通形成上油腔21和下油腔22之間的變阻尼通道32,控制小孔按照一定的控制邏輯分布在閥柱15側(cè)壁與閥板12配合的空載與滿載位置之間。

所述副油腔23、下油腔22、上油腔21,通過副阻尼通道33、定阻尼通道31及變阻尼通道32順序串聯(lián)導(dǎo)通,在副油腔23與下油腔22之間構(gòu)成壓力、流量的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)關(guān)系;所述定阻尼通道31及變阻尼通道32為并聯(lián)關(guān)系。

所述副阻尼通道33的阻尼流量面積為副油腔23的環(huán)形面積。

所述定阻尼通道31及變阻尼通道32的阻尼流量面積為活塞桿10與閥柱15的外圓面積之差。

空載狀態(tài)下,所述閥板12處在閥柱15腰部控制小孔的上方,閥柱15內(nèi)部的變阻尼通道32越過閥板12導(dǎo)通上油腔21和下油腔22,此時變阻尼通道32處于開啟狀態(tài)。

滿載狀態(tài)下,所述閥板12處在閥柱15腰部控制小孔的下方,閥柱15內(nèi)部的變阻尼通道32被封閉于上油腔21中,此時變阻尼通道32處于關(guān)閉狀態(tài)。

在空載與滿載之間的過渡狀態(tài),所述閥柱15腰部控制小孔被閥板12漸進(jìn)性地封閉在上油腔21的內(nèi)部,變阻尼通道32導(dǎo)通部分流量。

所述閥柱15腰部側(cè)壁上的控制小孔可以按照不同的控制策略,在空載與滿載位置之間 進(jìn)行結(jié)構(gòu)、位置與數(shù)量的布置,分別與閥柱15頂部的阻尼孔和單向閥連接。變阻尼控制精度,取決于阻尼變量的離散化密度,即閥柱15側(cè)壁控制小孔的離散化程度。

這樣,通過閥板12與閥柱15各自的結(jié)構(gòu)以及相互之間位置的配合,建立了新型的變阻尼結(jié)構(gòu)、變阻尼通道,形成變阻尼控制流量,引入位置控制變量,建立了控制結(jié)構(gòu),提供了多種邏輯控制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了對懸掛缸空/滿載以及中間過程狀態(tài)下的多點(diǎn)、漸進(jìn)性變阻尼控制。

圖20為本方案空載狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖,圖21為本方案滿載狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖22為本方案空載與滿載狀態(tài)結(jié)構(gòu)對比圖,參數(shù)L為空載位置與滿載位置間的過渡行程。圖18,為本方案核心部分閥板、閥柱的放大結(jié)構(gòu)。

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