自适应温度容积直动阻尼器
阅读说明：本技术 自适应温度容积直动阻尼器 (Self-adaptive temperature volume direct-acting damper ) 是由 缪得祥 唐旭 王斌 颜若飞 苟辽 于 2021-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种自适应温度容积直动阻尼器,阻尼性能稳定,能够在不同温度下自动调节容积。本发明通过下述技术方案实现：设计圆柱式外筒、内筒和内筒端盖,形成内外两腔,阻尼活塞和自适应活塞分别在内筒和外筒中做直线运动,内腔与外腔中充满高粘度油液。利用具有密封一体化的自适应活塞结构,对阻尼活塞与内筒相对运动造成的阻尼器内部容积改变,对环境温度与结构温度发生剧烈变化导致的油液体积改变,进行腔内容积自调节；同时,内筒端盖中集成阻尼阀和安全阀,阻尼活塞与内筒相对运动时,带动油液通过阻尼阀上的小孔产生阻尼力,相对运动过快时,安全阀打开卸载压力。为阻尼器提供适当的阻尼力,并保证阻尼器在复杂工作环境下性能稳定。(The self-adaptive temperature volume direct-acting damper disclosed by the invention has stable damping performance and can automatically adjust the volume at different temperatures. The invention is realized by the following technical scheme: the cylindrical outer cylinder, the cylindrical inner cylinder and the cylindrical inner cylinder end cover are designed to form an inner cavity and an outer cavity, the damping piston and the adaptive piston respectively do linear motion in the inner cylinder and the outer cylinder, and high-viscosity oil liquid is filled in the inner cavity and the outer cavity. By utilizing a self-adaptive piston structure with sealing integration, the volume of the interior of the damper is changed due to the relative motion of the damping piston and the inner cylinder, and the volume of oil is changed due to the drastic change of the environmental temperature and the structural temperature, so that the volume in the cavity is self-adjusted; meanwhile, a damping valve and a safety valve are integrated in the end cover of the inner cylinder, when the damping piston and the inner cylinder move relatively, the oil is driven to generate damping force through a small hole in the damping valve, and when the relative movement is too fast, the safety valve opens the unloading pressure. The damper is provided with proper damping force, and the stable performance of the damper under complex working environment is ensured.)
技术领域
本发明涉及一种直升机滑撬用自适应温度容积直动阻尼器。
背景技术
直升机在地面运行时因桨叶摆振与机体振动之间的耦合而产生的自激振动，又称地面共振。当处于地面上运行的直升机受到外力扰动时，造成各桨叶绕摆振轴线的摆振角不同，进而使得旋翼总重心偏离旋转重心，产生不平衡的离心力，激起机体在起落架上振动，而机体的振动又会以支座运动激振的方式反作用于各桨叶的摆振，两种振动耦合，彼此激励，形成扩散振动，振幅增大，机体趋于不稳定，最后造成桨叶折断等严重事故。避免地面共振的主要途径是配置合理的阻尼器，由于直升机具有两处振动源，分别为机体与旋翼和机体与起落架，故两处均可配置阻尼器，前者为旋翼阻尼器，后者为起落架阻尼器。起落架阻尼器不仅可以避免地面共振，还可以实现直升机降落时的缓冲。阻尼器是以提供运动的阻力、耗减运动能量的装置。是一种将外部振动的机械能吸收转化为内部工作介质内能，再通过热传递进行能量耗散装置。使产品获得平缓的机械运动，提升产品的品质及寿命。滑撬阻尼器属于起落架阻尼器的一种，安装于直升机两侧的滑撬起落架与机体之间。滑撬阻尼器在吸收机体振动能量时，内部油液温度急剧升高，在热胀冷缩作用下使腔内油体积增大，通过迫使油液流过阻尼小孔，使液体分子之间相互挤压、摩擦，将外部机械能转化为阻尼器内部油液的热能，最后通过与外界的热交换进行能量的耗散产生阻尼力，从而抑制机体与起落架间的振动，进而抑制直升机的地面共振。目前常用的阻尼器主要有液体阻尼器，气体阻尼器和电磁阻尼器三类，自适应阻尼器是在磁场作用下,利用新型智能材料—MR流体(Magnetorheological fluids)为工作介质的器件。MR流体被限制在静止的磁极之间,在压力差作用下产生流动,MR流体封闭在圆形缸体内,缸体内有可产生磁场的可移动的活塞,活塞与缸体之间有一定的间隙,当活塞与缸体之间有相对运动时,MR流体必须从间隙(可控磁场)中流过。自适应阻尼器采用的是混合模式,即剪切模式+流动模式。在剪切模式下,两极间有相对运动(移动或转动),使MR流体处于剪切状态,通过改变磁场强度来控制两极相对运动阻力的大小。在挤压模式下,两极在与磁场几乎平行的方向上移动,MR流体处于交替拉伸、压缩状态,并发生剪切。MR流体的粘度使之产生很大的运动阻力空气式脉冲阻尼器是个密封的罐体，依靠液体直接压缩罐内的空气起到缓冲的效果。以往的自适应阻尼器结构复杂、体积大、成本高。还要考虑密封、注入MR流体的便捷等问题。在试验过程中发现线圈在通电时产生较高的温度,大约有70℃左右,在工作时的温度可达100℃,在实际应用中还要加冷却装置。同时阻尼器的密封问题、MR流体的补偿问题,也有待进一步考虑。
阻尼器工作期间，高压腔与低压腔同时且一直存在，低压腔油液能否获得及时补偿对阻尼器性能影响较大。以往空气式阻尼器设计中,通常设计一个缸和旁路通道,增大了结构的体积，其最大的弊端就是里面的空气会逐渐溶解到输送介质中，导致可压缩的空气越来越少，能起到缓冲的作用也随之减小，需定期将阻尼器从设备上拆卸后排空里面的介质，保证内部的空间，所以在使用过程中维护稍显麻烦。现有阻尼器存在以下问题：由于单杆结构的活塞在拉伸和压缩运动和时，导致腔内容积发生变化；环境温度和结构温度变化时，油液体积发生变化；运动速度过快时，低压腔补油不及时。应用在航空航天领域液压阻尼器要求安装尺寸小、重量轻、阻尼力大精度高、环境适应性强、性能稳定、耐候性好。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，为解决现有液压直动阻尼器技术缺乏温度容积自调节和低压腔补油不及时等问题，提供一种结构简单、紧凑,体积小,所产生的阻力更大，阻尼性能稳定，适应剧烈温度变化，使用领域广的液压直动阻尼器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种自适应温度容积直动阻尼器，包括：装配在外筒5中的内筒12，密封在外筒5右端端口的外筒端盖15，螺接密封外筒5左端口的左端盖上带有耳环的筒接头1，可快速与机体连接的关节轴承2，通过外筒端盖15轴承在流体腔中作直线往复运动的活塞连体的活塞杆组件10和尾接杆16，其特征在于：左端盖内侧设有密封在自适应活塞3的中空腔体中的自适应弹簧4，在对应自适应活塞3阻尼腔缩颈的后端流体腔的台阶孔端的内筒12端口上，设有集成了阻尼阀组件7、安全阀组件8和内筒柱塞组件6组成的活塞式阻尼器；活塞杆组件10通过连体活塞上的集成阻尼通流组件9连通内筒12流体腔做直线运动，推动流体在流体腔中进行交替拉伸、压缩循环推送，活塞杆10向内压缩，连体活塞左端流体腔形成为高压腔，右端流体腔形成形成为低压腔，且高压腔变化速度大于低压腔，左右两腔之间在压力差作用下产生不同的容积变化的相对流动，高压腔中的流体在高压作用下向左右两个方向运动。一部分流体通过阻尼通流组件9)进入低压腔，打开阻尼阀组件14进行流体补偿，另外一部分流体通过阻尼阀组件7和安全阀组件8进入阻尼腔，低压腔由流经阻尼通流组件9和阻尼阀组件14进入低压腔的油液进行补偿，活塞杆向外拉伸，将容积变大，自适应活塞3在自适应弹簧4与阻尼腔压力的共同作用下，对内筒柱塞组件6运动进行调节，活塞杆组件10活塞杆收缩拉伸直线运动，流体被迫流经阻尼阀组件7、阻尼通流阀组件9或端盖阻尼阀组件14流体粘滞性在流经阻尼孔抵抗其通流，产生抵抗活塞杆组件10运动的阻尼力，自适应改变流体腔相对容积，控制连体活塞两边相对运动阻力的大小，从而实现自适应阻尼器的阻力控制。
本发明根据腔内油液在常温下的体积和阻尼器工作期间的油液温度进行自适应弹簧的匹配设计，采用左端盖内侧设有密封在自适应活塞3的中空腔体中的自适应弹簧4，在对应自适应活塞3阻尼腔缩颈的后端流体腔的台阶孔端的内筒12端口上，设有集成了阻尼阀组件7、安全阀组件8的内筒下端盖组件6，在内筒12的尾端设有紧贴外筒端盖15，并集成了对称活塞杆组件10杆体的阻尼阀组件14、安全阀组件13的内筒上端盖组件11，活塞杆组件10通过连体活塞上的集成阻尼通流组件9连通内筒12流体腔做直线运动，推动流体在流体腔中进行交替拉伸、压缩循环推送，这种简单、紧凑、且实用性强的结构形式的活塞式阻尼器，将流体封闭在圆形缸体内,缸体内可移动的活塞，活塞与缸体之间通过阻尼通流阀组件9阻尼孔，当活塞与缸体之间有相对运动时，流体必须从阻尼孔中流过。在油液达到最高温度时，能在不明显增加外腔油液压力的基础上进行腔内容积自调节，此时自适应弹簧4受压收缩。此外，当环境温度较低且转化吸收能量后的油液温度也较低时，自适应弹簧4与自适应活塞3可保证外腔油液具有足够的压力打开阻尼阀7或阻尼阀13，同时进行腔内容积调节。避免以往结构复杂、体积大、成本高的缺点。
本发明以“活塞式”方法设计，在活塞左右移动的过程中，油缸内的流体从活塞阻尼通流阀组件9阻尼孔流过。通过在活塞杆组件10上集成阻尼通流组件9，一方面与高压腔中另一侧的阻尼组件并联产生阻尼力，另一方面促使高压腔中的液体直接经阻尼通流组件9进入低压腔进行补偿，同时通过自适应弹簧4和自适应活塞3维持外腔油液的压力，该压力大于低压腔侧阻尼阀的开启压，阻尼阀开启，外腔油液进入进行补偿。两种方式同时对低压腔进行油液补偿以保证阻尼器的性能稳定。同时通过自适应弹簧4和自适应活塞3维持外腔油液的压力，该压力大于低压腔侧阻尼阀的开启压，阻尼阀开启，外腔油液进入进行补偿。两种方式同时对低压腔进行油液补偿以保证阻尼器的性能稳定，可控制阻尼器的阻力,改变了以往“回路式”的设计方法,而直接以“活塞式”方法设计。使之结构简单、紧凑,体积小,所产生的阻力更大。它占用的空间比现在使用的阻尼器小,避免现有产品结构复杂、体积大、成本高的缺点。
本发明采用活塞杆组件10通过连体活塞上的集成阻尼通流组件9连通内筒12流体腔做直线运动，推动流体在流体腔中进行交替拉伸、压缩循环推送，这种简单、紧凑、且实用性强的结构形式的活塞式阻尼器，将流体封闭在圆形缸体内,缸体内可移动的活塞，活塞与缸体之间通过阻尼通流阀组件9阻尼孔，当活塞与缸体之间有相对运动时，流体必须从阻尼孔中流过。在油液达到最高温度时，能在不明显增加外腔油液压力的基础上进行腔内容积自调节，此时自适应弹簧4受压收缩。此外，当环境温度较低且转化吸收能量后的油液温度也较低时，自适应弹簧4与自适应活塞3可保证外腔油液具有足够的压力打开阻尼阀7或阻尼阀13，同时进行腔内容积调节。避免以往结构复杂、体积大、成本高的缺点。
本发明利用具有密封一体化的自适应活塞结构，对阻尼活塞与内筒相对运动造成的阻尼器内部容积改变，对环境温度与结构温度发生剧烈变化导致的油液体积改变，进行腔内容积自调节；同时，内筒端盖中集成阻尼阀和安全阀，阻尼活塞与内筒相对运动时，带动油液通过阻尼阀上的小孔产生阻尼力，相对运动过快时，安全阀打开卸载压力。具有结构简单，性能稳定，易于维修，适用领域广等优点。可以使用的领域包括但不局限于航空、航天、轨道交通、乘用车、建筑、桥梁等，为系统提供阻尼力，减小或消除振动和冲击，挺高结构安全性。
本发明利用具有密封一体化的自适应活塞结构，对阻尼活塞与内筒相对运动造成的阻尼器内部容积改变，对环境温度与结构温度发生剧烈变化导致的油液体积改变，进行腔内容积自调节；同时，内筒端盖中集成阻尼阀和安全阀，阻尼活塞与内筒相对运动时，带动油液通过阻尼阀上的小孔产生阻尼力，相对运动过快时，安全阀打开卸载压力。具有结构简单，性能稳定，易于维修，适用领域广等优点。可以使用的领域包括但不局限于航空、航天、轨道交通、乘用车、建筑、桥梁等，为系统提供阻尼力，减小或消除振动和冲击，挺高结构安全性。
附图说明
图1是本发明温度容积自适应阻尼器的主视图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是自适应活塞3的局部放大剖视图；
图4是内筒下端盖组件6的局部放大剖视图；
图5是阻尼通流组件9的局部放大剖视图；
图6是内筒上端盖组件11的局部放大剖视图。
图中：1筒接头，2关节轴承，3自适应活塞，4自适应弹簧，5外筒，6内筒下端盖组件，7下端盖阻尼阀组件，8下端盖安全阀组件，9阻尼通流组件，10活塞杆组件，11内筒上端盖组件，12内筒，13上端盖安全阀组件，14上端盖阻尼阀组件，15外筒端盖，16尾接杆。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
具体实施方式
参阅图1、图2。在以下描述的示意性优选实施例中，一种自适应温度容积直动阻尼器，包括：装配在外筒5中的内筒12，密封在外筒5右端端口的外筒端盖15，螺接密封外筒5左端口的左端盖上带有耳环的筒接头1，可快速与机体连接的关节轴承2，通过外筒端盖15轴承在流体腔中作直线往复运动的活塞连体的活塞杆组件10和尾接杆16，其特征在于：左端盖内侧设有密封在自适应活塞3的中空腔体中的自适应弹簧4，在对应自适应活塞3阻尼腔缩颈的后端流体腔的台阶孔端的内筒12端口上，设有集成了阻尼阀组件7、安全阀组件8和内筒柱塞组件6组成的活塞式阻尼器；活塞杆组件10通过连体活塞上的集成阻尼通流组件9连通内筒12流体腔做直线运动，推动流体在流体腔中进行交替拉伸、压缩循环推送，活塞杆10向内压缩，连体活塞左端流体腔形成为高压腔，右端流体腔形成形成为低压腔，且高压腔变化速度大于低压腔，左右两腔之间在压力差作用下产生不同的容积变化的相对流动，高压腔中的流体在高压作用下向左右两个方向运动。一部分流体通过阻尼通流组件9)进入低压腔，打开阻尼阀组件14进行流体补偿，另外一部分流体通过阻尼阀组件7和安全阀组件8进入阻尼腔，低压腔由流经阻尼通流组件9和阻尼阀组件14进入低压腔的油液进行补偿，活塞杆向外拉伸，将容积变大，自适应活塞3在自适应弹簧4与阻尼腔压力的共同作用下，对内筒柱塞组件6运动进行调节，活塞杆组件10活塞杆收缩拉伸直线运动，流体被迫流经阻尼阀组件7、阻尼通流阀组件9或端盖阻尼阀组件14流体粘滞性在流经阻尼孔抵抗其通流，产生抵抗活塞杆组件10运动的阻尼力，自适应改变流体腔相对容积，控制连体活塞两边相对运动阻力的大小，从而实现自适应阻尼器的阻力控制。
在内筒12的尾端设有紧贴外筒端盖15，并集成了对称活塞杆组件10杆体的阻尼阀组件14、安全阀组件13的内筒上端盖组件11，活塞杆组件10通过连体活塞上的集成阻尼通流组件9连通内筒12流体腔做直线运动，推动流体在流体腔中进行交替拉伸、压缩循环推送。
在活塞左右移动的过程中，活塞与缸体之间流体通过阻尼通流阀组件9阻尼孔中流过，油在油液达到最高温度时，自适应弹簧4受压收缩，活塞杆组件10活塞与缸体之间有相对运动，在不明显增加外腔油液压力的基础上进行腔内容积自调节，自适应弹簧4与自适应活塞3具有足够的压力打开阻尼阀7或阻尼阀13，同时进行腔内容积调节，吸收能量，将油液温度转化为较低，降低环境温度。
参阅图3。左端盖内侧设有密封在自适应活塞3的中空腔体中的自适应弹簧4，自适应活塞3与内筒下端盖组件6间为流体腔，并通过外筒5的通孔连通大气，油液与空气通过两道组合密封进行隔离。
自适应活塞3的位置由自适应弹簧4的压力与外腔油液压力取得平衡时的位置确定，一方面保证了阻尼器内部容积的自调节，另一方面保证了足够的流体腔油液压力打开低压腔阻尼阀，并进行油液补偿。当温度低至-50℃且活塞杆组件10处于拉伸极限位置时，自适应活塞3的位置接近内筒下端盖组件6，此时流体腔油液压力大于阻尼阀组件14的开启压力，当温度高至70℃且活塞杆处于压缩极限位置时，自适应活塞3的位置接近筒接头1，此时流体腔油液压力约为0.15MPa。
自适应活塞3根据腔内油液在常温下的体积和阻尼器工作期间的油液温度进行自适应弹簧的匹配，将流体封闭在圆形缸体内。
活塞杆组件10通过其上集成的阻尼通流组件9，一方面与高压腔中另一侧的阻尼组件并联产生阻尼力，另一方面促使高压腔中的液体直接经阻尼通流组件9进入低压腔进行补偿，同时通过自适应弹簧4和自适应活塞3维持外腔油液压力大于低压腔侧阻尼阀的开启压的压力，阻尼阀开启，外腔油液进入进行补偿。
参阅图4。内筒下端盖组件6通过密封圈密封在内筒12下端口部位，嵌入端口端面上柱体，镶嵌在所述柱体上轴向阻尼阀组件7和安全阀组件8，阻尼阀组件7壳体上设有液压油入口、液压油出口；阻尼阀阀芯可移动地设在容纳腔内，容纳腔内设有用于容纳预紧弹簧的阶梯式开口，阻尼阀芯与所述壳体之间形成与所述液压油入口相通的流通口；在高温时，热膨胀物受热膨胀，带动所述阻尼阀芯朝向第一方向移动，流通口的面积减小；在低温时，热膨胀物收缩，阻尼阀芯朝向第二方向移动，流通口的面积增大，其中，第二方向与所述第一方向相反，经过该阻尼阀阀芯后的流速会降低，即靠小孔来控制流量，在不同的压力情况下流速会不同，阀后静压也变低。安全阀组件8属于自动阀类，启闭件受外力作用下处于常闭状态，控制压力不超过规定值，当介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止内介质压力超过规定数值的特殊阀门。内筒下端盖组件6将内部空间隔离为流体腔与阻尼腔，流体腔在自适应活塞的作用下可对阻尼器内部容积进行调节。阻尼腔是活塞杆组件10的工作腔，阻尼腔在活塞杆组件10的运动下又分为高压腔与低压腔，在运动速度较低时，高压腔与低压腔一方面通过阻尼通流组件9连通，另一方面通过高压腔阻尼阀组件连通低压腔，运动速度较快时，高压腔安全阀组件打开卸压并参与通流。具体工作形式如下：当活塞杆组件10向内运动，挤压活塞与内筒下端盖组件6间的油液形成高压腔，同时活塞杆组件10与内筒上端盖组件11间的油液受到拉伸形成低压腔，阻尼通流组件9中的阻尼小孔孔径大于阻尼阀组件7中的阻尼小孔孔径，大部分高压腔的油液经阻尼通流组件9流入阻尼小孔低压腔中，小部分经阻尼阀组件7流入阻尼腔，低压腔中不足的油液由流体腔经打开的阻尼阀组件(14)继续进行补偿，此过程中的油液流经阻尼小孔因液体的粘度形成阻尼力，而当运动速度过快导致高压腔油液流出不及，使得高压腔的压力继续升高。
为保障结构安全性以及阻尼力的大小控制，设置安全阀组件8，压力升高至能打开安全阀的压力时，安全阀打开促进油液的流出，并大大降低阻尼力的增大趋势；反之，当活塞向外运动时，高压腔与低压腔位置交换，高压腔中的大部分油液经阻尼通流组件9流入低压腔中，小部分经阻尼阀组件(14)流入流体腔，低压腔中不足的油液由流体腔经打开的阻尼阀组件(7)继续进行补偿，形成阻尼力，而当运动速度过快导致高压腔油液流出不及时，使得高压腔的压力继续升高，为保障结构安全性以及阻尼力的大小控制，设置安全阀组件13，该压力升高至能打开安全阀的压力时，安全阀打开促进油液的流出并大大降低阻尼力的增大趋势。
参阅图5、图6。装配在活塞杆组件10上的阻尼通流组件9中的阻尼小孔孔径大于阻尼阀组件7与阻尼阀组件14中的阻尼小孔，使得大部分高压腔的油液经阻尼通流组件9流入低压腔中，从而保证了低压腔补油的及时性，避免了低压腔空腔的出现。
内筒上端盖组件11通过密封圈密封在内筒12上端口部位，嵌入端口端面上柱体，镶嵌在所述柱体上轴向阻尼阀组件14和安全阀组件13，阻尼阀组件14壳体上设有液压油入口、液压油出口；阻尼阀阀芯可移动地设在容纳腔内，容纳腔内设有用于容纳预紧弹簧的阶梯式开口，阻尼阀芯与所述壳体之间形成与所述液压油入口相通的流通口；在高温时，热膨胀物受热膨胀，带动所述阻尼阀芯朝向第一方向移动，流通口的面积减小；在低温时，热膨胀物收缩，阻尼阀芯朝向第二方向移动，流通口的面积增大，其中，第二方向与所述第一方向相反，经过该阻尼阀阀芯后的流速靠小孔来控制流量，在不同的压力情况下流速会不同，阀后静压也变低；内筒上端盖组件11将内部空间隔离为流体腔与阻尼腔，流体腔在自适应活塞的作用下可对阻尼器内部容积进行调节。
安全阀组件13属于自动阀类，启闭件受外力作用下处于常闭状态，控制压力不超过规定值，当介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止内介质压力超过规定数值的特殊阀门。
内筒上端盖组件11将内部空间隔离为流体腔与阻尼腔，流体腔在自适应活塞的作用下可对阻尼器内部容积进行调节。阻尼腔是活塞杆组件10的工作腔，阻尼腔在活塞杆组件10的运动下又分为高压腔与低压腔，在运动速度较低时，高压腔与低压腔一方面通过阻尼通流组件9连通，另一方面通过高压腔阻尼阀组件连通低压腔，运动速度较快时，高压腔安全阀组件打开卸压并参与通流。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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