基于多级阀式磁流变阻尼器的抗冲击液压执行器

技术领域

本发明涉及阻尼器技术领域的一种基于多级阀式磁流变阻尼器的抗冲击液压执行器。

背景技术

液压足式机器人在刚度较大或者不规则地面行走时，通常会受到来自地面的冲击，容易造成机器人的失稳和零部件的损坏。目前针对这一现象，主要采用柔顺控制对机构进行减振。减振柔顺控制可分为主动柔顺控制、被动柔顺控制两种。被动柔顺控制相对于主动柔顺控制有更快的响应速度，但由于弹簧元件往往会使系统产生低频共振；主动柔顺是基于力控制或位置控制等方法主动规划，控制灵活，但价格昂贵，结构也较复杂，且对传感器作动器的带宽要求较高。

磁流变液(MRF)阻尼器作为一种新型智能可控半主动减振装置，具有响应快、工作性能可靠、结构紧凑且能耗低等优点，已经在机械振动、土木工程等减振场合取得不错的研究成果。常见的磁流变阻尼器大部分为简单的剪切阀式结构，是将线圈缠绕于活塞之中，所产生的闭合磁路穿过活塞与缸筒，磁场方向垂直于活塞与缸筒间间隙的磁流变液流动方向。但是这一类的阻尼器存在着磁场利用率不高，所以在有限的结构空间中，不能产生与液压执行器相匹配的阻尼力动态范围，并且由于线圈在磁流变液里工作，线圈在工作时候产生热量会影响磁流变液的工作性能。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于多级阀式磁流变阻尼器的抗冲击液压执行器。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种基于多级阀式磁流变阻尼器的抗冲击液压执行器，包括多级阀式磁流变阻尼器、液压执行器，所述多级阀式磁流变阻尼器与液压执行器通过同一活塞杆进行串联连接；

所述多级阀式磁流变阻尼器包括阻尼器缸筒、外部管道，阻尼器缸筒前端经端盖封闭，阻尼器缸筒内前部设置有多级阀式阻尼通道，阻尼器缸筒内后部设置有挤压活塞，端盖周侧及阻尼器缸筒后端周侧均设置有连通阻尼器缸筒内部的通孔，外部管道的两端分别与两个通孔相连通，阻尼器缸筒内填充有磁流变液；

所述液压执行器包括液压缸筒，液压缸筒前后端分别连接前缸体、后缸体，阻尼器缸筒与前缸体相连接，液压缸筒内设置有液压活塞，挤压活塞安装在活塞杆前端，挤压活塞后端依次贯穿前缸体、后缸体，液压活塞固定安装在活塞杆上，液压缸筒内填充有液压油；

所述多级阀式阻尼通道包括线圈套筒、缠绕在线圈套筒上的励磁线圈、由后至前依次间隔设的若干个流道挡板，线圈套筒前后端分别抵靠位于首尾的两个流道挡板，其余流道挡板套设在线圈套筒内，相邻的流道挡板上开设有不同的流通孔，流通孔包括沿轴向开设在流道挡板中部的中心流通孔和流道挡板上外周圆周沿轴向均布开设若干的圆弧流通孔，圆弧流通孔与中心流通孔开设在不同的流道挡板上。

进一步的，除首尾的两个流道挡板外，其余的流道挡板之间经间隙挡环隔开，首尾的两个流道挡和线圈套筒通过端盖和阻尼器缸筒内部轴肩来进行轴向定位。

进一步的，位于首尾的两个流道挡的内侧面中部均设置有连通其上流通孔的圆形凹台。

进一步的，各个流道挡板均为圆盘状结构，同一流道挡板上各个圆弧流通孔间隔设置。

进一步的，所述间隙挡环的材质为低导磁率的不锈钢，各个流道挡板材质均为高导磁材料的DT4电工纯铁。

进一步的，所述挤压活塞与阻尼器缸筒滑动密封，液压活塞与液压缸筒滑动密封。

进一步的，所述端盖与阻尼器缸筒之间、阻尼器缸筒与前缸体之间、挤压活塞与阻尼器缸筒之间、挤压活塞与活塞杆之间、活塞杆与前缸体之间、活塞杆与后缸体之间、液压活塞与液压缸筒之间、液压活塞与活塞杆之间均设置有密封圈。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单、紧凑，设计合理，适用于液压足式机器人的驱动关节上，可以有效的缓冲液压机器人在运动过程中来自地面冲击力，增加系统的稳定性，减少振动，利用了有效磁场，使得磁场利用率增大，可以实现与液压执行器等量级的出力。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本发明的示意图；

图2是多级阀式阻尼通道示意图；

图3是开设有圆弧流通孔的流道挡板的示意图；

图4是位于首尾开设有圆形凹台的流道挡板的示意图。

图中：1-端盖；2-密封螺母；3-线圈套筒；4-励磁线圈；5-间隙挡环B；6-三级流道挡板；7-间隙挡环A；8-一级流道挡板；9-锁紧螺母B；10-密封圈F；11-外部管道；12-密封圈G；13-磁流变液；14-密封圈E；15-液压油；16-前缸体；17-液压活塞；18-密封圈B；19-液压缸缸筒；20-后缸体；21-活塞杆；22-密封圈A；23-耳环A；24-耳环B；25-螺栓B；26-密封圈H；27-七级流道挡板；28-六级流道挡板；29-间隙挡环D；30-五级流道挡板；31-间隙挡环C；32-四级流道挡板；33-二级流道挡板；34-阻尼器缸筒；35-挤压活塞；36-螺栓A；37-密封圈D；38-锁紧螺母A；39-密封圈C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-4所示，一种基于多级阀式磁流变阻尼器的抗冲击液压执行器，包括多级阀式磁流变阻尼器、液压执行器，所述多级阀式磁流变阻尼器与液压执行器通过同一活塞杆21进行串联连接；

所述多级阀式磁流变阻尼器包括阻尼器缸筒34、外部管道11，阻尼器缸筒前端经端盖1封闭，端盖经螺栓B25锁固在阻尼器缸筒上，阻尼器缸筒内前部设置有多级阀式阻尼通道，阻尼器缸筒内后部设置有挤压活塞35，端盖周侧及阻尼器缸筒后端周侧均设置有连通阻尼器缸筒内部的通孔，外部管道的两端分别与两个通孔相连通，通孔为螺纹孔，外部管道的端部经密封螺母2连接通孔，阻尼器缸筒内填充有磁流变液13；

所述液压执行器包括液压缸筒19，液压缸筒前后端分别连接前缸体16、后缸体20，阻尼器缸筒与前缸体经螺栓A36相连接，液压缸筒内设置有液压活塞17，挤压活塞安装在活塞杆前端，挤压活塞后端依次贯穿前缸体、后缸体，液压活塞固定安装在活塞杆上，液压缸筒内填充有液压油15；

所述多级阀式阻尼通道包括线圈套筒3、缠绕在线圈套筒上的励磁线圈4、由后至前依次间隔设的若干个流道挡板，线圈套筒前后端分别抵靠位于首尾的两个流道挡板，其余流道挡板套设在线圈套筒内并与线圈套筒内部表面过渡配合，相邻的流道挡板上开设有不同的流通孔，流通孔包括沿轴向开设在流道挡板中部的中心流通孔和流道挡板上外周圆周沿轴向均布开设若干的圆弧流通孔，圆弧流通孔与中心流通孔开设在不同的流道挡板上，除首尾的两个流道挡板外，其余的流道挡板之间经间隙挡环隔开，间隙挡环与线圈套筒内部表面过渡配合，首尾的两个流道挡和线圈套筒通过端盖和阻尼器缸筒内部轴肩来进行轴向定位，如图4所示，位于首尾的两个流道挡的内侧面中部均设置有连通其上流通孔的圆形凹台，圆形凹台的直径小于线圈套筒的内径，流道级数可根据所设计的结构空间大小依次往上增加；

挤压活塞前后运动时，可推动磁流变液在阻尼器缸体内流动，在液压系统欠阻尼的情况下，多级阀式磁流变阻尼器可以提供与液压缸相匹配的等量级或以上的出力，增加液压系统的稳定性，并且在液压执行器受到外部冲击时，多级阀式磁流变阻尼器可有效的减少液压执行器所受到的冲击振动；

当活塞杆受力，挤压活塞向前运动时，磁流变液从从挤压活塞与多级阀式阻尼通道之间经多级阀式阻尼通道后由外部管道从阻尼器缸体前端流向阻尼器缸体后端，当挤压活塞向后运动时，磁流变液的流动顺序反之；

励磁线圈通电时产生磁场，多级阀式阻尼通道内的磁流变液在有磁场的情况下发生磁流变效应，磁感应强度越大，磁流变液粘度越大，当挤压活塞挤压磁流变流动时，磁流变液在多级阀式阻尼通道内的流动方向与磁场方向垂直，发生磁流变效应产生阻尼力，其阻尼力大小可根据液压系统需要匹配的阻尼系数通过励磁线圈的电流大小来进行调节。

优选的，如图2-3所示，所述流道挡板包括由后至前依次间隔设的一级流道挡板8、二级流道挡板33、间隙挡环A7、三级流道挡板6、间隙挡环B5、四级流道挡板、间隙挡环C31、五级流道挡板30、间隙挡环D29、六级流道挡板28、七级流道挡板27，二级流道挡板、三级流道挡板、四级流道挡板、五级流道挡板、六级流道挡板套设在线圈套筒内，线圈套筒前后端分别抵靠七级流道挡板、一级流道挡板；所述二级流道挡板、四级流道挡板、六级流道挡板中部沿轴向开设有中心流通孔，所述一级流道挡板、三级流道挡板、五级流道挡板、七级流道挡板外周圆周沿轴向均布开设若干的圆弧流通孔，一级流道挡板、七级流道挡板内侧面中部均设置有连通其上圆弧流通孔的圆形凹台。

在本实施例中，活塞杆后端设置有耳环A23，端盖上设有耳环B24.

在本实施例中，活塞杆上设置有用于安装挤压活塞、液压活塞的轴件，挤压活塞、液压活塞封闭通过锁紧螺母B9、锁紧螺母A39锁固在活塞杆上。

在本实施例中，各个流道挡板均为圆盘状结构，同一流道挡板上各个圆弧流通孔间隔设置。

在本实施例中，所述间隙挡环的材质为低导磁率的不锈钢，各个流道挡板材质均为高导磁材料的DT4电工纯铁。

在本实施例中，所述挤压活塞与阻尼器缸筒滑动密封，液压活塞与液压缸筒滑动密封。

在本实施例中，所述端盖与阻尼器缸筒之间设置有封圈H26、阻尼器缸筒与前缸体之间设置有密封圈E14、挤压活塞与阻尼器缸筒之间设置有密封圈F10、挤压活塞与活塞杆之间设置有密封圈G12、活塞杆与前缸体之间设置有密封圈D37、活塞杆与后缸体之间设置-密封圈A22、液压活塞与液压缸筒之间设置有密封圈B18、液压活塞与活塞杆之间设置有密封圈C39。

本设计可应用于各种场合的半主动振动控制中，尤其是可以应用在液压执行器的减振、抗冲击方面，当液压系统在欠阻尼的情况下，所设计的多级阀式磁流变阻尼器可以提供与液压缸相匹配的等量级或以上的出力，增加液压系统的稳定性，并且在液压执行器受到外部冲击时，可有效的减少所受到的冲击振动。

本设计合理的利用了有效磁场，使得磁场利用率增大，可以实现与液压执行器等量级的出力，而传统的剪切阀式磁流变阻尼器在有限体积内出力远低于相结合的液压执行器的出力，无法真正匹配应用，且本发明结构可以串联更多级阀式阻尼通道，具有更大的阻尼力动态范围，适应性更强。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸的固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。