一种智能阻尼孔

技术领域

本发明涉及一种智能阻尼孔，在液压阻尼系统中工作时能自动调节孔径，尤其油液高温时保证阻尼力不骤降，输出稳定阻尼力。属于液压减振和智能结构领域。

背景技术

阻尼孔普遍应用于液压系统中，小小的阻尼孔在不同的场合发挥的不同的作用：稳定压力、减缓冲击、延迟响应等，在液压减振系统中起到提供压力差提供阻尼的作用。而一般阻尼系统在应用时常常会有这种情况：外界振动频率过高，或者工作时间过长，导致油液温度升高，油液粘度随之下降，从而输出阻尼力会下降，然而此时阻尼孔热胀冷缩使得孔径变大，会增加阻尼力下降的幅度，因此当工作环境导致油液粘度变化时，阻尼力也会突变如骤降，系统的减振效果变差。本发明主要涉及两种智能材料：1. 石墨烯材料，被发现以来对很多领域的应用研究产生了巨大的影响，它具有优良的机械性能、导电性、光热和电热转换性能，以及极高的热稳定性和优秀的导热性能，在室温下，其热传导率可以达到 5000W/m.K。石墨烯材料这些独特的性质使它们可作为能量转换元件，将电能、光和热量等外界刺激转化为机械变形。最重要的是石墨烯具有独特的负热膨胀系数，在相当宽的温度范围内显示出热收缩性能。这一特性是进行结构组装实现此智能阻尼器的关键因素。另外，第一，具有海绵状蓬松结构还原的氧化石墨烯内部波纹状的微腔充满气体，充当微型气囊，使其能够产生比石墨烯更大程度的热收缩，收缩系数可以达到-1.2E-4/℃，更加适合作为阻尼孔的内层。高分子聚合物材料，主要具有以下特性：具有较大的正热膨胀系数，如聚亚酰胺（Polyimide）的热膨胀系数约为1.7~3.0E-5/℃；耐高温，热稳定性高，例如聚酰亚胺是目前热稳定性最高的高分子聚合物，热分解温度可以达到约600℃，可以抵御-269℃的恶劣环境，保持稳定的性能；其他还有优良的机械性能、质量轻、易于加工、成本低廉等优点。在本发明中使用高分子聚合物材料（例如聚亚酰胺PI，2.8E-5/℃）作为智能阻尼孔的外层；选用还原的氧化石墨烯薄膜（线膨胀系数-1.2E-4/℃）作为内层，利用其热缩冷胀的和优秀的热传导性质诱导整体阻尼孔机械变形，实现智能控制。目前这种双层结构更多的用于智能驱动领域，将碳纳米材料和聚合物材料进行组装形成双层结构，其中碳纳米材料作为能量转换元件，聚合物作为结构元件，能够将外界的电能、光能等转化成为机械能输出。但将其作为智能阻尼结构领域还鲜有研究。对智能阻尼孔结构进行有限元仿真后发现，在上述膨胀系数材料基础上，内外层比例大于1时，且孔径与壁厚关系小于3/4时，能够实现孔径随温升变小的功能。且孔径变化与两层材料厚度之和之间的关系为：同样温升孔径变化程度随厚度之和增大而增大；孔径变化与两层厚度比例之间的关系为：同样温升孔径变化程度随内外层厚度之比增大而增大。本发明能实现自耦合智能控制，无需任何外部能源供应，因此适合用于液压阻尼系统的自适应控制领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能阻尼孔，它具有结构简单、性能稳定、应力极小、自耦和控制等特点。智能阻尼孔应用于液压系统中，当油液温度越高，内层材料具有热收缩性能，受热量刺激整个内层产生机械收缩。同时，由于内层材料具有极高的热传导率，两层之间又有良好的界面接触，在保证密封的基础上，热量有效地传递到聚合物材料外层导致其热膨胀，用以避免与外壁之间的应力，结构稳定，在一定尺寸下，智能阻尼孔孔径变小，从而达到系统输出阻尼力保持稳定的目的。本发明解决了在液压减振系统中由于油液高温，油液粘度下降同时普通流通孔材料热胀冷缩导致孔径变大，从而带来的阻尼力下降或突变问题，应用智能材料，结构简单，性能稳定。由于两种材料有相反的热膨胀系数，因此避免了与外壁之间的应力，结构稳定。

附图说明

图1是根据本发明提出的智能阻尼孔的主视剖面图。图1中各部件及编号为：

1. SRGO层 2.PI层

图2是对本发明的工作原理和过程进行说明的一种应用场景例——双筒减振器的主视剖面图。图2中各部件及编号为：

1.防尘罩 2.流通孔 3.智能阻尼孔 4.工作缸筒 5.活塞 6.流通阀 7.伸张阀 8.压缩阀 9.补偿阀

具体实施方式

本发明的目的是这样实现的：本发明的结构如图1所示。它由两层智能材料组成，内层为具有海绵状蓬松结构还原的氧化石墨烯层，即SRGO层（图1中的（1）），外层为聚合物聚酰亚胺层，即PI层（图1中的（2）），两层材料通过化学粘接在一起，严格密封防止油液从两层之间泄露。将本发明固定于阀孔或壁孔结构作为流通油液的阻尼孔，给出一个应用场景例子：例如图2所示的简易的双筒减振器的流通孔（图2中的（2）），在其孔壁化学连接固定智能阻尼孔。内层SRGO层（图1中的（1））受热收缩，孔径变小，外层PI层（图1中的（2））受环境与石墨烯发热影响而膨胀，减少对连接智能阻尼孔的孔壁的应力影响，起到稳定结构的作用。智能阻尼孔内外层厚度比大于1，孔内径与壁厚之比小于3/4，在此尺寸下减振器工作时，随流通孔（图2中的（2））流过的油液升温，智能阻尼孔孔径变小，能够有效的防止升温而粘度降低导致的阻尼下降。

智能阻尼孔的两层材料的工作原理如下：将SRGO层（图1中的（1））和PI层（图1中的（2））进行组装形成双层的环状结构，固定于阀孔或壁孔结构作为流通油液的阻尼孔，例如图2所示的简易的双筒减振器的流通孔（图2中的（2））和补偿阀（图2中的（9））等，在其孔壁化学连接固定智能阻尼孔。其中SRGO层（图1中的（1））作为由于其特殊的热收缩性能，即表现为受油液热量刺激，自身收缩孔径变小；且石墨烯材料具有极高的热传导率，可以将热量有效传递到外层。PI层（图1中的（2））通过良好的界面接触吸收SRGO层（图1中的（1））产生的热量而热膨胀变形，消除整体结构对减振器筒壁的应力。且内外层之间为紧密粘接，密封良好，防止油液破坏双层结构、泄露等。聚合物产生的热膨胀变形程度小于石墨烯产生的热收缩变形程度，为保证整体结构变形趋势与内层一致，因此要求SRGO层（图1中的（1））厚度与PI层（图1中的（2））厚度之比大于1。

智能阻尼孔的工作原理如下：当外界振动频率越高或者工作时间过长等因素，导致油液温度高而粘度下降，此时SRGO层（图1中的（1））在油液产生的热量作用下使整个内层收缩。同时，由于内层材料的热传导率高和良好的界面接触，热量有效地传递到PI层（图1中的（2））导致其热膨胀，用以避免与外壁之间的应力，结构稳定，在一定尺寸下，智能阻尼孔孔径就随之变小；反之，当外界振动频率低，油液粘度未明显下降，智能阻尼孔的孔径随之调节，收缩作用不明显，也就没有明显的阻尼力输出的波动。此智能阻尼孔将工作环境温度作为刺激源，因此说智能阻尼孔能够解决振动频率或长时间工作导致的油液粘度下降、阻尼力骤降突变的问题，从而达到系统输出阻尼力保持稳定的目的。