叶片式能量回收减振器

摘要

本发明是一种叶片式能量回收减振器，它采用机-电-液的混合系统，其包括发电机、液压马达、蓄能器、液压止回油路、叶片式减振器总成，这种减振器可将由地面不平引起的悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达旋转，由液压马达带动发电机发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收利用；液压止回油路由液压管路与止回阀系统构成；减振器系统所需的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动势的反作用力提供，并可通过控制发电机负载实现对减振器阻尼力的主动或半主动控制。本发明可替换传统的叶片式减振器应用于履带车辆，特别适用于有较大电负荷的履带车辆，在提高驾驶舒适性的同时回收振动能量。

权利要求

1. 一种叶片式能量回收减振器，其特征是以设有叶片（5）、减振器外壳（6）、隔板（9）、连接臂（10）、连接臂铰接点（11）和叶片轴（13）的传统履带车辆叶片式减振器为基础，外加一套能量回收机构，以改善履带车辆的燃油经济性和驾驶平顺性；所述能量回收机构包括发电机（1）、液压马达（3）、气囊式蓄能器（4）、机械式蓄能器（12）和液压回路系统（20），其中：发电机（1）通过联轴器与液压马达（3）相连；液压回路系统（20）设于减振器中的隔板（9）的内部，其由液压管路与单向阀系统组成；气囊式蓄能器（4）布置在减振器外壳（6）的出油口与液压马达（3）之间；机械式蓄能器（12）布置在减振器外壳（6）的进油口与液压马达（3）之间；所述单向阀系统至少有四个单向阀，其中：第一单向阀（7）的出口端与第二单向阀（8）的出口端相连接，第二单向阀（8）的进口端与第三单向阀（14）的出口端相连接，第三单向阀（14）的进口端与第四单向阀（15）的进口端相连接，第四单向阀（15）的出口端与第一单向阀（7）的进口端相连接；所述第一单向阀（7）和第二单向阀（8）与液压马达（3）的进油口相连接；所述第三单向阀（14）和第四单向阀（15）与液压马达（3）的出油口相连接。

2.根据权利要求1所述的叶片式能量回收减振器，其特征在于所述四个单向阀均采用钢球加定位弹簧结构。

3.根据权利要求1所述的叶片式能量回收减振器，其特征在于所述能量回收机构至少还有用于防止漏液的三个密封装置（16），其中：第一密封装置设于减振器外壳（6）与叶片（5）之间；第二密封装置设于隔板（9）与叶片轴（13）之间；第三密封装置设于叶片轴（13）与隔板（9）之间。

4.根据权利要求3所述的叶片式能量回收减振器，其特征在于所述三个密封装置（16）均为油封装置。

5.根据权利要求1所述的叶片式能量回收减振器，其特征在于所述机械式蓄能器（12）由活塞和弹簧组成且初始压力可调节的机械式蓄能器。

6.根据权利要求1所述的叶片式能量回收减振器，其特征在于所述发电机（1）为稀土永磁无刷发电机；所述液压马达（3）为轴向柱塞式液压马达。

7. 权利要求1至6中任一权利要求所述叶片式能量回收减振器的应用，其特征在于该叶片式能量回收减振器在履带车辆悬架系统中的应用，在履带车辆行驶时，其在路面的颠簸以及包括车辆的加减速、转向操作会导致悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述叶片式能量回收减振器替代传统的叶片式减振器实现对所述悬架系统的主动或半主动控制，并提供阻尼力和回收利用该能量。

8. 根据权利要求7所述叶片式能量回收减振器的应用，其特征是在于该减振器所需的阻尼力主要由发电机（1）工作时产生的反电动势的反作用力提供，通过控制发电机（1）负载实现对所述阻尼力的主动或半主动控制，并将由地面不平引起的悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达（3）旋转，由液压马达（3）带动发电机（1）发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收利用。

说明书

叶片式能量回收减振器

技术领域

[0001] 本发明涉及减振器，特别是涉及一种用于履带车辆悬架系统的叶片式能量回收减振器，并具有将部分振动能量回收的功能，还可以实现对悬架系统的主动或半主动控制。

背景技术

[0002] 车辆在路面上行驶时，路面的颠簸以及车辆的加减速、转向等操作会导致簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动，减振器以摩擦的形式将这部分机械能转变为热能耗散掉，从而衰减车辆的振动。如果能够将这些能量加以回收利用，则可以降低车辆能耗，从而实现节约能源的目的。本发明正是基于这样一种思想，即用具有能量回收功能的减振器替代传统的减振器，将原本被减振器所耗散的能量回收，实现一条新的节能途径。

[0003] 现有的通过发电机回收振动能量的馈能式减振器的形式多样，但都存在一定缺陷。

[0004] 如中国专利ZL00232651.5描述的是将直线电机利用到减振器中，将直线运动机械能直接转换成电能或将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，能抵消道路冲击的同时回收部分能量。其缺点是直线电机较旋转电机的漏磁通大，阻尼力小，不能适用于重型车辆；其功率因素及效率等电气性能较低，能量回收效率一般；直线电机减振器的支撑结构复杂且易失效，结构可靠性一般；直线电机的价格昂贵，支撑结构复杂，制造成本高。

[0005] 中国专利ZL02203432.3描述的是在传统悬架系统中加了一套曲柄连杆机构，将车轮的上下振动转变成电机的旋转运动。中国专利ZL200620090847.4描述的是用电机和齿轮齿条机构取代减振器，用连杆机构将电动/发电机固定在簧载质量上，齿条直接连接在非簧载质量上，齿轮与电动/发电机转子相连。齿轮与齿条啮合后，电动/发电机及齿轮齿条机构整体构成馈能悬架的馈能元件。这两项技术均为汽车产生一个往复振动，该装置只拾取约一半的能量，因为有一半的时间用于装置的部件复位，能量回收效率低；而且上述两项技术的装置体积和质量都比较大，安装时有难度。

[0006] 中国专利公开号1626370A描述的是采用滚珠丝杠机构，将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成电机转子的转动。电机与滚珠丝杠机构组成馈能元件，将回收的能量输送给充电电路及电池。车辆行驶过程中，馈能减振器随路面不平作伸张和压缩运动，滚珠螺母沿轴向作上下平动，带动滚珠螺杆和电机转子作正反转动，电机根据控制指令工作于电动或制动状态，从而主动缓冲和衰减由路面不平引起的、并由车轮传导至车身的冲击和振动，并回收能量。齿轮齿条式或滚珠丝杆式等用机械装置将直线运动转变为转动的能量回收系统，缺点是受传动系内部间隙的影响，系统对高频信号的频响函数不为零。如滚珠丝杆式在低频范围内且地面激励幅度大时，其能量回收效率和悬架特性较好；而当系统频率较高时，其悬架特性还不如被动悬架，也无法回收能量，导致系统整体效率较低。

[0007] 以上将直线运动转变为转动的技术中，电机与传动系统都是固态连接，这导致电机会随着系统振动不断改变旋转方向和反复电机转速由0->加速->减速->电机转速0的循环，产生大量“惯量损失”。这不仅会极大的缩短发电机寿命，也会使得发电机在整个振动过程中只有很少的时间或完全没有时间进行发电，造成整个馈能系统效率低下，以至于不能适用于实际应用。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于履带车辆的高效的、便于安装、便于维护、能适应恶劣路况的叶片式能量回收减振器。

[0009] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

[0010] 本发明提供的叶片式能量回收减振器，是以传统履带车辆叶片式减振器为基础，外加一套能量回收机构，以改善履带车辆的燃油经济性和驾驶平顺性。所述能量回收机构包括发电机、液压马达、气囊式蓄能器、机械式蓄能器和液压回路系统，其中：发电机通过联轴器与液压马达相连；液压回路系统设于减振器中的隔板的内部，其由液压管路与单向阀系统组成；气囊式蓄能器布置在减振器外壳的出油口与液压马达之间；机械式蓄能器布置在减振器外壳的出油口与液压马达之间。

[0011] 所述单向阀系统可以至少有四个单向阀，其中：第一单向阀的出口端与第二单向阀的出口端相连接，第二单向阀的进口端与第三单向阀的出口端相连接，第三单向阀的进口端与第四单向阀的进口端相连接，第四单向阀的出口端与第一单向阀的进口端相连接。

[0012] 所述第一单向阀和第二单向阀可以与液压马达的进油口相连接；所述第三单向阀和第四单向阀可以与液压马达的出油口相连接。

[0013] 所述四个单向阀均可以采用钢球加定位弹簧结构。

[0014] 所述能量回收机构至少还有用于防止漏液的三个密封装置，其中：第一密封装置设于减振器外壳与叶片之间；第二密封装置设于隔板与叶片轴之间；第三密封装置设于叶片轴与隔板之间。

[0015] 所述三个密封装置均为油封装置。

[0016] 所述机械式蓄能器可以由活塞和弹簧组成，且初始压力可调节的机械式蓄能器。

[0017] 所述发电机可以为稀土永磁无刷发电机。

[0018] 所述液压马达可以为轴向柱塞式液压马达。

[0019] 本发明提供的上述叶片式能量回收减振器，其在履带车辆悬架系统中的应用。在履带车辆行驶时，其在路面的颠簸以及包括车辆的加减速、转向操作会导致悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间产生相对振动的能量，由所述叶片式能量回收减振器替代传统的叶片式减振器实现对所述悬架系统的主动或半主动控制，并提供阻尼力和回收利用该能量。

[0020] 该叶片式能量回收减振器所需的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动势的反作用力提供，通过控制发电机负载实现对所述阻尼力的主动或半主动控制，并将由地面不平引起的悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达旋转，由液压马达带动发电机发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收利用。

[0021] 本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

[0022] 其一. 能充分回收利用履带车辆振动产生的能量。

[0023] 采用机-电-液的混合系统，利用液压系统的灵活性和电磁系统的高效性，将车辆在行驶过程中由于振动产生的能量予以回收，工作过程中发电机可持续发电，不会产生反转现象，能量回收效率较高。

[0024] 其二.结构简单，零部件较少，可在不改变原有叶片式减振器安装空间的条件下进行改装，实现节能减排。

[0025] 其三.可通过控制发电机负载实现对减振器阻尼力的主动或半主动控制，提高驾驶舒适性。

附图说明

[0026] 图1是本发明的基本原理图。

[0027] 图2是本发明的结构示意图。

[0028] 图中：1.发电机； 2.联轴器； 3.液压马达； 4.气囊式蓄能器； 5.叶片； 6.减振器外壳；7.第一单向阀； 8.第二单向阀； 9.隔板； 10.连接臂； 11.连接臂铰接点；12.机械式蓄能器；13.叶片轴；14.第三单向阀； 15.第四单向阀； 16.油封； 17.导油盘； 18.液压马达柱塞；19.液压马达斜盘； 20.液压回路系统； 21.进油口； 22.出油口。

具体实施方式

[0029] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。

[0030] 本发明提供的叶片式能量回收减振器，以传统履带车辆叶片式减振器为基础，外加一套能量回收机构，可在不改变原车辆结构的前提下，增加能量反馈功能和阻尼力控制功能，以改善履带车辆的燃油经济性和驾驶平顺性。

[0031] 所述能量回收机构如图1和图2所示，包括发电机1、液压马达3、液压回路系统20、气囊式蓄能器4、机械式蓄能器12。这种特殊的履带车辆减振器可将由地面不平引起的悬挂系统簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成方向不变的液压流驱动液压马达3旋转，由液压马达3带动发电机1发电，从而将振动机械能转化为电能予以回收利用。液压回路系统20由液压管路与单向阀系统构成，它们设于减振器外壳6中的隔板9内部；单向阀系统通过液压管路连接至液压马达3。本减振器所需的阻尼力主要由发电机1工作时产生的反电动势的反作用力提供，并可通过控制发电机1负载实现对所述阻尼力的主动或半主动控制。气囊式蓄能器4布置在减振器外壳6的出油口与液压马达3之间，机械式蓄能器12布置在减振器外壳6的出油口与液压马达3之间。

[0032] 所述发电机1可以采用稀土永磁无刷发电机。

[0033] 所述液压马达3为一轴向柱塞式液压马达，其通过联轴器2与发电机1相连。该液压马达设有导油盘17、液压马达柱塞18和液压马达斜盘19。

[0034] 所述减振器外壳6设有与导油盘17匹配的进油口21和出油口22，减振器外壳6和导油盘17通过螺栓和密封圈方式密封连接。

[0035] 所述单向阀系统至少含有四个单向阀，均采用钢球加定位弹簧结构。其中：第一单向阀7的出口端与第二单向阀8的出口端相连接，并连接至所述液压马达3的一端；第二单向阀8的进口端与第三单向阀14的出口端相连接。第三单向阀14的进口端与第四单向阀15的进口端相连接，并连接至所述液压马达3的另一端。第四单向阀15的出口端与第一单向阀7的进口端相连接。

[0036] 所述叶片式减振器由叶片5、减振器外壳6、隔板9和与叶片5相连的叶片轴13组成。为了防止漏液，在叶片5与减振器外壳6之间设有一个密封装置，在叶片轴13与隔板9之间设有两个密封装置。所述密封装置均为油封16。叶片轴13的一端与连接臂10的一端相连，该连接臂的另一端通过连接臂铰接点11与车身相连。

[0037] 所述蓄能器由两个蓄能器构成，其中：第一蓄能器为气囊式蓄能器4，置于减振器外壳6的出油口端21与液压马达3进油口之间。第二蓄能器为机械式蓄能器12，由活塞和弹簧组成且初始压力可调节，置于减振器外壳6的进油口端22与液压马达3出油口之间。这两个蓄能器均可集成在减振器外壳6上。

[0038] 所述传统履带车辆叶片式减振器，其结构是：设有叶片5、减振器外壳6、隔板9、连接臂10.、连接臂铰接点11和叶片轴13等。

[0039] 本发明的工作过程是：车辆行驶过程中振动时，连接臂10带动叶片5做往复旋转运动，当叶片5做如图1箭头所示逆时针转动时，图1中的靠近第二单向阀8和第三单向阀14的两个较大的扇形腔为高压腔，而靠近第一单向阀7和第四单向阀15的两个较小的扇形腔为低压腔，各腔通过相互连接的液压管路达到压力平衡。在液压油压力的作用下，第二单向阀8和第四单向阀15开启，而第一单向阀7和第三单向阀14关闭，液压油经过第二单向阀8和第一级蓄能器即气囊式蓄能器4整流滤波后驱动液压马达3转动，液压马达3带动发电机1发电，发电机1工作时产生的反作用力使液压马达3相对液压油产生阻尼作用，液压油通过液压马达3后经第二级蓄能器即机械式蓄能器12增压，然后通过第四单向阀15返回两个低压腔；而当连接臂10带动叶片5顺时针转动时，两个较小的扇形腔为高压腔，而两个较大的扇形腔为低压腔，此时第一单向阀7和第三单向阀14开启，而第二单向阀8和第四单向阀15关闭，形成液压止回油路，液压油由第一单向阀7流出，由第三单向阀14返回，其工作方式与叶片5逆时针旋转时类似。在轴向柱塞式液压马达底部，有进油和排油窗口，与液压止回油路的两个出入油口连接，因此，无论旋转叶片5是顺时针还是逆时针转动时，经过液压马达3的液流方向都不会发生改变。