一种加速度反馈式液压阻尼器的研究

　　在房屋、桥梁、电站、汽车、精密或重型机械等建筑和设备的隔振装置中,液压阻尼器主要起吸收振动和冲击能量,减少振动加速度,限制振动速度和位移的作用。传统的液压阻尼器是在充满油液的液压缸内,借助活塞上的阻尼小孔(或其它阻尼装置)而获得阻尼的。阻尼力的大小与振动速度成近似线性关系(又称为线性阻尼),阻尼力的方向与振动速度方向相反。

　　显然,传统线性阻尼器的阻尼力与振动频率是无关的。即在相同振动速度下不论振动频率如何,阻尼器均提供相同的阻尼力。我们认为更为理想的阻尼器,其阻尼力不但与振动速度有关,而且应该与振动频率有关。

　　对某一正弦位移激振信号来说,在同样的最大激振速度下,激振频率越高,则激振位移越小,而激振加速度则越大,此时希望阻尼器能提供较小的阻尼,以减小被隔振物体的振动响应加速度;反之,如果激振频率越低,则激振位移越大,而激振加速度则越小,此时希望阻尼器提供较大的阻尼,以减小被隔振物体的振动响应动行程。

　　因此,较为理想的阻尼器的阻尼力不但与振动速度有关,而且还应该与振动频率有关。本文介绍一种阻尼力与振动速度和频率均相关的加速度反馈式液压阻尼器。

　　1　加速度反馈式液压阻尼器

　　图1为一种加速度反馈式液压阻尼器。该阻尼器是在传统的液压阻尼器上并联一阻尼器补偿器而成。

　　图1中, A为传统液压阻尼器, B为阻尼补偿器。Az、Cz分别为阻尼器活塞有效面积和阻尼孔液阻; p1、p2分别为阻尼器两腔压力;v、F分别为激振速度和阻尼力; Ck为阻尼补偿器的液阻; Ak为阻尼补偿器活塞的有效面积; kk为阻尼补偿器的弹簧刚度; pa、pb分别为阻尼补偿器两腔压力。

　　针对图1所示加速度反馈式液压阻尼器的物理模型,可以建立如下数学模型:

　　(1)阻尼器力平衡方程

　　显然,该阻尼器是一个速度微分(加速度)反馈网络,阻尼力的大小不仅与速度有关,而且与加速度有关。

　　2　频率特性分析

　　以s=jω代入式(10),可得该阻尼器的频率特性:

　　加速度反馈式液压阻尼器的幅相频率特性(Bode图)如图2所示。

　　显然,该阻尼器的阻尼不再是常数,而是随着振动频率的升高而减小;阻尼力不再与振动速度同相,而是滞后于振动速度(因∠G(jω)<0)。

　　参考文献[1],由式(12)、(13)不难求得最大相位滞后Φm及此时的角频率ωm分别为:

　　从以上诸式可以看出: