一种液压能量收集装置

本发明涉及一种液压能量收集装置，属于液压能收集。

背景技术：

1、在工程机械中，泵的吸入口和排出口都可以产生液压流量脉动，由平均流量值和叠加的流量波纹合成产生的周期性波流成为压力脉动。压力脉动和伴随平均压力产生的诱导噪声是流体系统运行的不良后果，它可以沿着流体管道传播很长的一段距离，从而将噪声从泵或电机传递到液压系统的各个部分，几乎在所有的加压流体系统中都会产生。从液压系统的压力脉动中产生电能且用在低功耗传感器或者实现无电池传输运行，同时降低压力脉动是很有价值的。

2、压力脉动是一种确定性脉动源，与其他来源相比，液压系统中的压力脉动具有显著的高能量强度源，同时压力脉动具有利于能量收集的周期性时域特性。将压力脉动转化电能，通过这种方式，从中收集的能量可用于通过液压系统的压力脉动为传感器节点供电，可以减少更换电池的维护要求以及传统电池的化学废物。现在的液压能量收集器有进行压电采集能量的材料，这包括以多层形式使用的软锆钛酸铅(pzt-5h和pzt-5a)，这些材料具有很高的压电系数，在一定条件下能产生2mw的功率。

3、目前，现有的收集器由基于波束的锆钛酸铅(pzt)换能器和双层膜型声学超材料组成，用于收集低频声能。采用类似的谐振频率匹配方法设计了pzt换能器，以实现最大的压力放大。此外，现有技术中还有采用声学谐振器放大给定频率下的压力脉动，并提高压电材料的能量收集性能，当主导压力脉动频率与期间的谐振频率一致时，功率能增加7db。然而，现有的许多液压能量收集器通过隔膜界面连接在液压管道上，压力脉动通过流体-机械耦合施加应力在压电堆叠材料上产生电能，但现有的液压能量收集系统往往效率不高，因为它们无法充分转换所有的液压能量为电能，特别是在流体流速变化不大或脉动频率较低时，转换效率更低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种液压能量收集装置，该装置结构紧凑，增加了液压能量收集效率，提高液压能量的转换效率。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种液压能量收集装置，包括压电材料、主体以及固定在主体顶部的顶盖，所述主体内部通过隔板分隔成上部空腔和下部空腔，所述上部空腔为台阶孔，下部空腔为圆孔，在上部空腔的台阶处安装有垫板，在垫板上放置有压力传导板，在压力传导板上安装有压块，在压块的中央开设有安装孔，在安装孔内设置有与压力传导板接触的压电材料；在垫板的中央开设有压力传导孔，在隔板上开设有平衡孔，所述的垫板与隔板之间形成赫姆霍兹空腔。

3、进一步，所述赫姆霍兹空腔的体积大于圆孔的体积。

4、进一步，所述平衡孔与压力传导孔错开布置，且平衡孔的直径小于压力传导孔的直径。

5、进一步，所述顶盖通过螺钉固定连接在主体顶部，且顶盖与压块的顶部压紧接触。

6、进一步，所述压电材料的上端伸入顶盖并与导线连接，所述导线穿出顶盖后与阻性负载连接。

7、进一步，所述垫板与压力传导板之间以及垫板与台阶孔的侧壁之间均安装有密封圈。

8、由于采用了上述技术方案，本发明的优点为：

9、①本发明在液压能量收集装置内设置了赫姆霍兹空腔结构，在收集能量的同时被动衰减管道内的压力脉动，减小噪声；

10、②采用隔板与压力传导板构成的双薄板结构，在收集液压能量时形成共振，增加腔内的压力振幅，使压电材料产生更高的电能，在有限的体积限制下，增加液压能量收集效率；

11、③本发明的液压能量收集装置结构紧凑，制造成本较低，便于安装和维护。

技术特征：

1.一种液压能量收集装置，包括压电材料(1)、主体(8)以及固定在主体(8)顶部的顶盖(9)，其特征在于：所述主体(8)内部通过隔板(14)分隔成上部空腔和下部空腔，所述上部空腔为台阶孔，下部空腔为圆孔(11)，在上部空腔的台阶处安装有垫板(4)，在垫板(4)上放置有压力传导板(7)，在压力传导板(7)上安装有压块(10)，在压块(10)的中央开设有安装孔，在安装孔内设置有与压力传导板(7)接触的压电材料(1)；在垫板(4)的中央开设有压力传导孔(13)，在隔板(14)上开设有平衡孔(12)，所述的垫板(4)与隔板(14)之间形成赫姆霍兹空腔(6)。

2.根据权利要求1所述的一种液压能量收集装置，其特征在于：所述赫姆霍兹空腔(6)的体积大于圆孔(11)的体积。

3.根据权利要求1所述的一种液压能量收集装置，其特征在于：所述平衡孔(12)与压力传导孔(13)错开布置，且平衡孔(12)的直径小于压力传导孔(13)的直径。

4.根据权利要求1所述的一种液压能量收集装置，其特征在于：所述顶盖(9)通过螺钉(2)固定连接在主体(8)顶部，且顶盖(9)与压块(10)的顶部压紧接触。

5.根据权利要求1所述的一种液压能量收集装置，其特征在于：所述压电材料(1)的上端伸入顶盖(9)并与导线(3)连接，所述导线(3)穿出顶盖(9)后与阻性负载连接。

6.根据权利要求1所述的一种液压能量收集装置，其特征在于：所述垫板(4)与压力传导板(7)之间以及垫板(4)与台阶孔的侧壁之间均安装有密封圈(5)。

技术总结本发明公开了一种液压能量收集装置，包括压电材料、主体以及固定在主体顶部的顶盖，所述主体内部通过隔板分隔成上部空腔和下部空腔，所述上部空腔为台阶孔，下部空腔为圆孔，在上部空腔的台阶处安装有垫板，在垫板上放置有压力传导板，在压力传导板上安装有压块，在压块的中央开设有安装孔，在安装孔内设置有与压力传导板接触的压电材料。本发明在液压能量收集装置内设置了赫姆霍兹空腔，赫姆霍兹空腔可以在收集能量的同时，被动衰减管道内的压力脉动，减小噪声；同时，本发明采用隔板与压力传导板构成的双薄板结构，在收集液压能量时形成共振，增加腔内的压力振幅，使压电材料产生更高的电能，增加液压能量收集效率。技术研发人员：罗瑜,王伟,罗艳蕾,高海军,张江平受保护的技术使用者：贵州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25