[发明专利]一种基于Stewart机构和智能材料的工程机械减振座椅

说明书

本发明涉及一种基于Stewart机构和智能材料的工程机械减振座椅，包括减振平台，所述的减振平台包括上平台、下平台以及多个减振器，各个减振器的两端分别与上平台和下平台铰接并作为支链，从而形成基于Stewart机构的多维减振平台；各个减振器，包括减振器上导杆、缸筒和置于其内的传力弹簧，缸筒内放置有变刚度机构；在上平台和下平台上分别布置有用于采集上下两平台振动加速度信号的振动传感器，加速度传感器信号用于控制加载在两个线圈绕组的电流大小。

技术领域

本发明涉及工程机械多维减振座椅以及智能材料领域，尤其涉及一种多维减振座椅。

背景技术

工程机械车辆经常工作在恶劣工况环境中，由于地面输入的振动激励较大，而车辆悬架性能较差，严重影响了车辆乘坐舒适性。来自地面的高频振动激励可由轮胎和悬架系统快速衰减掉，而对人体影响较大的低频振动激励则经过车辆地板、座椅传递到驾驶员或乘客身上。车辆驾驶员长时间处于低频振动环境中，会引起驾驶疲劳、反应迟钝进而引发交通、操作事故，剧烈的低频振动严重影响和损害驾驶员的身体健康，尤其是对驾驶员腰椎、脊柱和内脏都会造成较大损伤，也会导致乘员身体组织损伤以及晕车等现象。座椅是非道路车辆的重要隔振装置，其主要功能是支承驾驶员的身体，减缓路面不平传给人体的冲击并衰减由此而引起的振动，为驾驶员提供舒适、安全的乘坐环境和便于驾驶操纵的良好工作条件。

中国专利CN 101695908 B发明了一种并联多自由度汽车减振座椅，具有x、y轴转动、z轴移动三个方向的减振功能，并联机构由四条单开支链、一条主链并联组成，单开支链是由球副、移动副、球副依次组成的，主链由中间为移动副、虎克铰组成。中国专利CN106627287 A发明了一种磁流变六自由度并联减振座椅平台，六自由度并联减振结构为三支链空间并联结构，每条支链由球副、转动副、转动副、移动副依次组成，用单筒双杆磁流变阻尼器代替每条支链上的移动副，并且在转动副处设置单筒单杆磁流变阻尼器，增强该座椅的自适应特性。

传统的被动式座椅由于其振动参数如刚度、阻尼系数均为固定值，不同体重的驾驶员或乘客会导致其固有频率不同，并且无法适应各种冲击路面。被动式车辆减振座椅难以满足日益提高的舒适度要求，而且考虑实际工作中座椅受到的激励是多维振动，所设计的减振座椅应具备多维减振能力。最佳解决方案便是设计减振性能良好的半主动控制多维座椅悬置系统，因此使用多个减振器组成并联机构对座椅进行多维减振是一种非常可行的方法。

Stewart机构作为一种经典并联机构，具有刚度大、承载能力强、操作空间要求小的特点，并且控制精度高，可用于各种主动控制机构。20世纪五六十年代，最初的Stewart机构用于轮胎质量检测机构以及飞行员飞行训练模拟器机构，后广泛应用于并联手术机器人、卫星中精密仪器隔振控制、整星隔振及太空望远镜姿态陀螺反作用力隔振等。国内外各研究机构对Stewart机构开展了深入研究，其中美国加州理工学院和我国哈尔滨工业大学走在了航天领域研究应用前列。Stewart机构结构简单，可满足六自由度多维减振要求，其可靠度高，在工程减振降噪领域具有广泛的应用前景。

组成Stewart机构的六个减振器从减振方式上分为被动式减振器、半主动减振器、主动式减振器三种。被动式减振器由弹簧和阻尼器组成，其性能参数刚度和阻尼系数一旦确定无法改变，减振性能在某一承载质量与某一激励频率下效果最佳，结构简单，制造成本低，可靠性高；主动式减振器是在被动式减振器的基础上附加可控制力发生器，通过控制力发生器的作用力大小实现减振控制，其主动减振效果良好，但需要外界提供控制力的能源装置，制造成本高，能耗大，并用于减振控制的且力发生器一旦失效，减振效果会急剧下降；半主动控制减振器的特点是，刚度或阻尼系数可调节，其减振性能优于被动式减振器，耗能量低于主动控制减振器，综合性能较高。