压电液压隔振器的能量回收特性分析与测试

　　压电陶瓷具有良好的机电耦合特性，在振动的主、被动控制中已被广为利用［1-2］． 压电被动控制是通过在压电元件电极间串联电感或电阻来耗散振动能［3-4］，其系统简单、成本低、技术较成熟，但控制效果及通用性较差; 主动控制是通过外加电场使陶瓷产生机械抗力来抑制振动［5］驱动器及信号处理器等，不仅系统庞大复杂、成本高，还降低了可靠和稳定性，最关键是在实际中难以保证持续、稳定、充足的能量供应． 为此，人们提出了半主动［6-7］及主被动混合控制［8］等方法，有效地降低了功耗( 远低于主动系统) ，提高了控制效果( 优于被动、接近主动) ． 为摆脱外界能源对压电主动及半主动振动控制的制约，国内外学者又相继提出了自供能的半主动振动控制，即利用压电陶瓷收集环境的振动能量，并将其用于振动控制［9］．

　　除控制方法外，压电器件自身结构及性能也是制约其振动控制能力及效果的关键要素． 因压电陶瓷易碎、叠堆变形小/力大、晶片变形大/力小，目前将压电击强度较大及使用空间受限的场合［10］，如直升机螺旋桨摆动、航空器表面振动、火箭发射隔振、汽车悬挂减振等． 因此，体积小、结构紧凑、强度高、通用性强、控制效果好且适用于宽频带复杂环境的振动控制器依然是很多领域所急需的．

　　为提高环境振动能量的回收能力和振动控制效果，笔者提出了基于压电能量回收的半主动压电液压隔振器［11］，即通过流体与压电体耦合振动转换运动并传递动力，将振动能量转换成电能并用于振动的半主动控制． 笔者以压电晶片换能器构造的压电液压隔振器为例，研究压电流体耦合振动的能量回收( 发电) 特性及其影响因素，为自供能压电液压隔振器的研究提供借鉴．

　　1 压电液压隔振器结构及工作原理

　　现有的压电振动控制及发电装置大都利用单体压电振子直接与振动主体相作用，无法用于振动强度和振幅较大、频率较低的场合( 因压电振子变形量较小、基频较高) ． 为此，本文提出一种基于流体介质转换运动和动力传递的压电液压隔振器，通过多压电振子的子构成的压电液压隔振器，主要由液压缸、平衡弹簧、蓄能器、压电液压换能器( 压电振子 + 流体腔) 、截止阀及连接管路构成． 安装调试时先将截止阀打开，使各流体腔流体压力与蓄能器预置压力相等、压电振子不发生弯曲变形; 待液压缸活塞在弹簧力、振动主体重力及流体压力的作用下处于平衡位置后，将截止阀关闭，此时液压缸活塞与压电振子间将通过流体的耦合作用传递运动和能量． 当液压缸活塞运动或压电振子受电压作用弯曲变形时，液压缸上、下腔的流体压力将交替地增加或减小，由此实现机电能量的相互转换．