一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置的制作方法

本发明涉及减振和车辆悬架，特别涉及一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置。

背景技术：

1、2002年剑桥大学smith提出惯容器(inerter)的概念，并由此构建了“惯容-弹簧-阻尼”的新型隔振理论体系，惯容器有助于解决减振降噪领域的共性问题。流体惯容器的概念最早在2010年提出，流体惯容器是通过液体在螺旋管道中加速流动，产生具有使轴向力正比于两端的相对加速度的动力学特性。流体惯容器不仅拥有足够的载荷承载能力，而且结构简单，稳定性高，被视为最具有潜力的实际量产的惯容器形式，而且流体惯容具有惯质系数大、耐冲击性强等优势，适用于军用车辆悬挂装置的恶劣工况。更重要的是，由于液体在流动过程中产生的多种自带阻尼效应，使其具有能够结合多种阻尼和惯容效应于一体的结构拓展性，如可以利用限流阀和活塞油孔增加不同拓扑结构的阻尼，以调节悬挂的惯容和阻尼特性，从而大幅提升悬挂的综合性能。因此，设计结构合适的流体惯容器成为了当前惯容器领域的研究热点和重点。

2、专利cn201510762454.7提出了一种可变惯质系数的双管路流体惯容器，通过控制阀门的开关来控制管路的通断，从而调节油液的流通方式，实现具有“大”、“中”、“小”三级可调惯质系数的流体惯容器装置，具有控制简单，易于实现等优势。前已述及，流体高速流经管路的过程中会产生多种阻尼效应，但跟该专利一样，现有文献都只考虑了惯性力，并未考虑阻尼力的影响。然而，在工程实践中，油液在不同管径或(和)长度的管路中流动时，阻尼力往往不同，当专利cn201510762454.7所述的控制阀门高速开关时，惯质系数调节的过程中，阻尼力也会产生较大的波动，这种情况下，虽然惯质系数的改变可以提升减振效果，但阻尼力的大幅波动往往又会降低减振效能。因此，在某些工况下，阻尼力的波动会削弱惯质系数调节带来的有益效果，在某些极端工况下，阻尼力的剧烈波动会导致无法快速抑制共振，甚至产生强烈的冲击，造成车辆乘坐舒适性变差，还可能引起操纵稳定性方面的问题，导致整车失稳、转向失灵等极其危险的工况。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置方案。

2、本发明是通过以下技术手段来实现上述技术目的的。

3、一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，基于双出杆液压缸，双出杆液压缸包括液压缸筒(11)和活塞杆(12)，其对外输出力，液压缸筒(11)的左侧端点和活塞杆(12)的右侧端点是惯性力的两个接口，通过高速开关阀(9)实现两条液流管路的切换，通过结构参数设计保证流体高速流经任意液流管路时，产生预期的惯性力和阻尼力，惯性力和阻尼力的调节相互独立，且阻尼力保持恒定，其中，第一条液流管路为一个线性惯容器与一个非线性阻尼器的并联，第二条液流管路为一个线性惯容器和一个非线性阻尼器的并联，并叠加一个小孔节流的非线性阻尼器。

4、进一步的，设有螺旋管(8)，流体经螺旋管(8)从液压缸筒(11)的一侧流至另一侧构成第一条液流管路；设有带阻尼孔(7)的短直管(6)，流体经设有阻尼孔(7)的短直管(6)，从液压缸筒(11)的一侧流至另一侧构成第二条液流管路。

5、进一步的，通过改变螺旋管弯曲半径改变第一条液流管路阻尼力的大小；通过改变阻尼孔半径改变第二条液流管路阻尼力的大小；通过改变螺旋管管路长度、或螺旋管内径、或同时改变螺旋管管路长度和螺旋管内径，进而改变第一条液流管路惯性力的大小；通过改变短直管管道内径、或短直管长度，或同时改变短直管管道内径和短直管长度，进而改变第二条液流管路惯性力的大小。

6、进一步的，第一条液流管路的阻尼力fc的计算方法如下：

7、

8、其中，

9、

10、z1为一个端点的位移，z2为另一个端点的位移，为两个端点的相对速度；

11、sign为符号函数；

12、

13、ρ为油液密度，

14、lch为螺旋管管路长度，n为螺旋管匝数，h为螺旋管螺距；

15、rc为油缸内径，rr为活塞杆半径，r为螺旋管弯曲半径，rch为螺旋管内径。

16、进一步的，第二条液流管路的阻尼力fc的计算方法如下：

17、

18、其中，

19、

20、

21、rc为油缸内径，rr为活塞杆半径，cd为流量系数，rk为阻尼孔半径；

22、μ为流体的动力粘度，l为短直管长度，rh为短直管管道内径。

23、进一步的，第一条液流管路的惯性力b的计算方法如下：

24、

25、进一步的，第二条液流管路的惯性力b的计算方法如下：

26、

27、进一步的，所述流体为水、无毒无害的低粘度油液或磁流变液；由液压缸筒(11)和活塞杆(12)构成的双出杆液压缸的材质为钢制材料，短直管(6)和螺旋管(8)的材质为橡胶材料，高速开关阀(9)选用高精度阀系结构。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、1、本发明提出了一种单筒式新型流体惯容悬挂装置方案，具体提出了一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置。与传统的流体惯容器相比，本发明采用单筒式流体惯容器结构，具有螺旋管液流管路和短直管液流管路，可通过高速开关阀进行工作液流管路的切换，从而实现流体惯容器惯质系数的调节。

30、2、该阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置具有多种阻尼和惯容效应于一体的结构，用于调节悬挂的惯容和阻尼特性，能够大幅提高悬挂的综合性能，该装置具有足够的载荷承载能力，且惯质系数大，耐冲击性强，适用于越野车辆悬挂装置的恶劣工况，有较高的应用价值。

31、3、本发明方案简洁易懂，原理可靠易行。

32、4、在短直管可以提供较小的惯性力，相较于螺旋管其产生的阻尼力也较小，当油液的流经通路由螺旋管在短直管之间切换时，阻尼力的大小会产生的剧烈的波动。本发明在短直管中增加了节流孔装置，通过调节节流孔的大小，以保证油液在螺旋管和短直管之间切换时，保持阻尼力的近似恒定，降低了阻尼力的波动，大幅提高了悬挂的减振效率。

33、5、本发明通过设置阻尼孔的大小，实现了切换过程的阻尼力恒定，结构简单，工艺性好，成本低廉。

技术特征：

1.一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，基于双出杆液压缸，双出杆液压缸包括液压缸筒(11)和活塞杆(12)，其对外输出力，液压缸筒(11)的左侧端点和活塞杆(12)的右侧端点是惯性力的两个接口，其特征在于，通过高速开关阀(9)实现两条液流管路的切换，通过结构参数设计保证流体高速流经任意液流管路时，产生预期的惯性力和阻尼力，惯性力和阻尼力的调节相互独立，且阻尼力恒定，其中，第一条液流管路为一个线性惯容器与一个非线性阻尼器的并联，第二条液流管路为一个线性惯容器和一个非线性阻尼器的并联，并叠加一个小孔节流的非线性阻尼器。

2.根据权1所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，设有螺旋管(8)，流体经螺旋管(8)从液压缸筒(11)的一侧流至另一侧构成第一条液流管路；设有带阻尼孔(7)的短直管(6)，流体经设有阻尼孔(7)的短直管(6)，从液压缸筒(11)的一侧流至另一侧构成第二条液流管路。

3.根据权2所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，通过改变螺旋管弯曲半径改变第一条液流管路阻尼力的大小；通过改变阻尼孔半径改变第二条液流管路阻尼力的大小；通过改变螺旋管管路长度、或螺旋管内径、或同时改变螺旋管管路长度和螺旋管内径，进而改变第一条液流管路惯性力的大小；通过改变短直管管道内径、或短直管长度，或同时改变短直管管道内径和短直管长度，进而改变第二条液流管路惯性力的大小。

4.根据权3所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，第一条液流管路的阻尼力fc的计算方法如下：

5.根据权4所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，第二条液流管路的阻尼力fc的计算方法如下：

6.根据权5所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，第一条液流管路的惯性力b的计算方法如下：

7.根据权6所述的一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，第二条液流管路的惯性力b的计算方法如下：

8.根据权利要求1-7所述的任意一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，其特征在于，所述流体为水、无毒无害的低粘度油液或磁流变液，高速开关阀(9)选用高精度阀系结构。

技术总结本发明公开了一种阀控恒阻尼可调流体惯容悬挂装置，基于双出杆液压缸，通过高速开关阀实现两种液流管路的切换，通过结构参数设计保证流体高速流经任意液流管路时，产生预期的惯性力和阻尼力，惯性力和阻尼力的调节相互独立，且阻尼力恒定。设有螺旋管，流体经螺旋管从液压缸筒的一侧流至另一侧构成第一条液流管路。设有带阻尼孔的短直管，流体经设有阻尼孔的短直管，从液压缸筒的一侧流至另一侧构成第二条液流管路。本发明适用于军用车辆悬挂装置的恶劣工况，可通过开关控制进行两种工作管路的切换，以调节悬挂的惯容和阻尼特性，从而大幅提升悬挂装置的减振性能，具有良好的应用价值。技术研发人员：杜甫,汪浒江,赵艳辉,董挺,郑凤杰,褚艳涛,徐龙,刘鸿健受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/11