【8KN太阳能电池板耗能型风摆阻尼器方案设计案例3100字】

KN太阳能电池板耗能型风摆阻尼器方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u26098KN太阳能电池板耗能型风摆阻尼器方案设计案例 -1-39011.1引言 -1-791.2阻尼器整体设计方案的选择 -1-299241.3活塞杆上单向补偿流道的结构设计 -4-98481.4阻尼器整体方案的确定 -5-1.1引言首先，太阳能电池板风摆阻尼器的技术路线大致有两种，一种是速度锁定型风摆阻尼器，其主要作用是防止太阳能电池板在强风作用下发生快速摆动的情况，在太阳能电池板的摆动速度超过额定速度后，此类型阻尼器会将太阳能电池板卡死，阻止其进一步的运动。另一种技术路线是耗能型风摆阻尼器，这种阻尼器是利用阻尼小孔的耗能效应，在太阳能电池板发生摆动时，阻尼小孔会产生阻尼力来损耗外界风能，减小外界风力对太阳能电池板的影响，并且在实际应用中可认为产生阻尼力F是速度的1～2次方的线性函数[8]，如外界风载荷越大，太阳能电池板摆动速度越大，产生的阻尼力也越大。比较两种不同的技术路线，耗能型风摆阻尼器在不同外界风载荷的情况下都能减小太阳能电池板的摆动，具有更广的适用范围，故本文采取第二种设计路线。1.2阻尼器整体设计方案的选择一般来说，传统的单出杆形式是液压阻尼器最常采用的结构形式,如图1.1[9]所示，采用这种结构的阻尼器尺寸较小，结构紧凑，会产生一定的阻尼力,但这种结构会导致阻尼器产生的阻尼力是非常不稳定的。当活塞杆受力向内运动时,根据流量公式q=vA，由于活塞两端油液作用面积不同，右腔流量大于左腔，造成右腔中部分油液无法排出，且缸体和油液都是体积不可压缩材料,这样就造成阻尼器内油液压力的急剧上升,从而产生“顶死”现象，活塞杆无法继续运动。反之当活塞杆拉出阻尼器向外运动时,右腔部分油液无法补充,油腔内就有可能出现“真空”。这种结构阻尼器在“顶死”阶段是不能发挥阻尼器作用的,真正能提供阻尼力的阶段是在导杆从初始位置拉出和返回初始位置的过程中，且由于“真空”的作用,大大消减了阻尼器的产生阻尼的能力。分析得出单纯的采用单出杆结构的阻尼器产生的阻尼力是不稳定的，该装置性能并不十分理想,为了改善单出杆阻尼器的特性,可以考虑采用双出杆形式的阻尼器。1—导杆;2—油缸;3—活塞;4—阻尼孔;5—液压油;6—油缸盖图1.1单出杆阻尼器结构图双出杆阻尼器结构如图2.2[9]所示。采用双出杆结构形式的阻尼器在活塞运动时导杆在油腔内的总体积不会发生变化,这样油腔内的压强也不会产生急剧变化,从而避免了前述单出杆阻尼器的产生阻尼力不稳定的缺点，能在整个运动阶段都产生较为稳定的阻尼力。但是由于副缸的存在，在行程相同的情况下，采取双出杆形式的阻尼器的轴向尺寸会比单出杆大上将近一倍，而太阳能电池板对于阻尼器安装尺寸是有一定限制的，直接采取双出杆形式的阻尼器也是不可取的。1—油缸;2—活塞;3—阻尼孔;4—导杆;5—液压油;6—油缸盖;7—副缸图1.2双出杆阻尼器结构图因此，基于对阻尼器性能、以及安装尺寸的需求，综合比较单出杆与双出杆结构的优缺点，决定采取单出杆结构，在此基础上加以改进。为了解决导杆在油腔内的总体积发生变化的问题，设计了一个额外的右端盖，在上面开阻尼孔并加装单向阀，如图1.3。1—活塞；2—右端盖；3—油缸；4—单向阀；5—油口；图1.3通过这种设计，当活塞杆受推力向内运动时，活塞右侧无杆腔内体积变化大于左侧有杆腔，一部分油液通过活塞上的阻尼孔补充左侧有杆腔的体积变化，并产生一部分的阻尼力，还有一部分多余的油液通过右侧端盖上的阻尼孔排出；当活塞受拉力往外运动时，左腔内将多余油液通过活塞上的阻尼孔排进右腔，以补充右腔内一部分的油液，但此时右腔油液未充满，会产生一定的真空，这样一来，右端盖两边存在压强差，单向阀会打开，油口连接的油箱内的油会直接进入活塞右腔，补充油液。采用阻尼孔与单向阀结合使用的方法，是因为考虑到单纯的一个阻尼孔会导致来回运动过程中产生流量差的情况。在来回运动过程中阻尼孔两端的压力差可能会产生差异，则来回运动过程中通过阻尼孔的流量也不同，为此，为了增强阻尼器工作时的稳定性，考虑加装了一个单向阀。进一步分析，发现这个问题同样会出现在活塞的阻尼孔上，根据公式p=4F∆p1=4F在活塞杆受到拉力往外运动时，此时右腔内压力看作是0MPa，阻尼孔两端的压力差∆p2=4F因为在来回两个运动阶段中活塞上阻尼孔两端的压力差不同，则来回运动过程中通过阻尼孔的流量也不同，也会产生不同的阻尼力，为了解决这个问题，必须在活塞向内运动的时候给右腔内的油液新增一条流道，这样可以补充来回运动时通过阻尼孔产生的流量差，平衡来回两个阶段的阻尼力，从而增强整个阻尼器的阻尼性能。为了达到这一目的，这条流道必须是由右腔到左腔的单向流道，且必须能够产生一定的阻尼力，这样一来，就不能只是单纯加装一个单向阀。1.3活塞杆上单向补偿流道的结构设计因为活塞上已经有阻尼孔的存在，故考虑将此结构安装在活塞杆上。首先考虑到此单向流道必须能产生阻尼力，故细长阻尼孔在此结构中是必不可少的。常见阻尼长孔是一个细长圆孔，该细长孔需要精确的计算，且加工难度很大，很难保证所需要的加工精度。因此，结合单向阀的结构，本设计采用环状三角阻尼长孔，直接在绕着弹簧套外表面开环形槽，采用三角形截面，相比于细长圆孔而言，加工简单且误差小，对精度要求不是很高，简单省事易操作，能很好的满足设计要求。所设计的单向流道如图1.4。1—活塞杆；2—阀套；3—O型圈；4—弹簧套；5—弹簧图1.4单向流道当活塞向里压缩时右腔压力大，此时油液经过阀套顶开弹簧套，油液进入弹簧套上的三角阻尼孔产生阻尼力，同时由于压力差弹簧套右端被紧紧压在活塞杆内部，油液经由弹簧套左端的小孔进入活塞杆内部流道。反之，当活塞向左边运动时，由于左腔压力高，弹簧套右端被紧紧压在阀套上，油液通过弹簧套上的三角阻尼孔后，无法经由阀套进入右腔。这样，这个结构就能形成单向流道的作用，补充流量差，使来回运动时阻尼器产生的阻尼对称。另外，由于阀套与活塞杆之间有配合要求，在两者之间安装了O型圈来密封。1.4阻尼器整体方案的确定图1.5阻尼器整体结构最终阻尼器整体结构如图1.5，主要零部件有1—活塞杆、2—左端盖、3—左耳环4—防尘圈、5—密封圈、6—导向套、7—O型圈、9—导向套、10—密封圈、11—活塞、12—O型圈、13—阀套、14—弹簧套、15—弹簧、16—O型圈、17—主缸右端盖、18—内六角螺堵、19—弹簧底座、20阀套与21弹簧共同组成单向阀、22—辅缸右端盖、23—主缸筒、24—辅缸筒，在原先的设想中，是并没有打算设计辅助油箱的，但是为了补充油液，如果采用外接油箱的方式，则会给阻尼器的安装带来一些困难，而且拖接油箱给阻尼器的使用带来了很大的不方便，利用这种辅助油箱的方式，虽然增大了阻尼器的整体尺寸，且会导致副主油箱中空气被压缩的问题，但是便于阻尼器在实际使用过程中的安装，综合考虑下来，为了便于阻尼器的在实际中的使用，还是采取了辅助油箱的设计。整个阻尼器的工作原理如下：当阻尼器受拉力作用活塞向外运动时，此时左腔内的油液通过活塞上的阻尼孔进入右腔，并形成阻尼力损耗外界能量，减缓阻尼器运动，同时，由于左右两腔内存在的面积差，右腔内有一定的真空，右腔与辅助油箱会形成压力差，右端盖上的单向阀会打开，将右腔补满油