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CN106015437A - 一种阶变电磁流变阻尼器 - Google Patents

一种阶变电磁流变阻尼器 Download PDF

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CN106015437A
CN106015437A CN201610518095.5A CN201610518095A CN106015437A CN 106015437 A CN106015437 A CN 106015437A CN 201610518095 A CN201610518095 A CN 201610518095A CN 106015437 A CN106015437 A CN 106015437A
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李德才
张天奇
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Abstract

本发明涉及一种阶变电磁流变阻尼器，属于机械振动工程领域。该阶变电磁流变阻尼器通过改变磁路响应长度的分布控制其有效磁路通断状态，实现库伦阻尼力的阶变输出，获得预设阻尼力，进行有效减振。所采用的活塞具有多级电磁磁路，磁路的内缸筒段由导磁材料缸筒与非导磁材料缸筒连接组成。本阶变电磁流变阻尼器具有设计简单、应用针对性强、稳定性高等减振性能。

Description

一种阶变电磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及一种磁流变振动控制技术，具体为一种阶变电磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变液是由非胶体的细小颗粒分散融于绝缘载液中形成的随外加磁场变化而可控制其流变行为的稳定悬浮液，其在外加磁场作用下能够瞬间从自由流动的液体转变为半固体甚至固体，呈现出强烈的可控流变特性。磁流变阻尼器是利用磁流变液的流变特性而开发的一种最具发展前景的半主动控制装置，其兼具被动控制的可靠性和主动控制的适应性，且相比主动控制能耗又低，具有动态范围宽、响应速度快、能耗低、机械结构简单、环境鲁棒性强、易与微机控制结合等突出优点。磁流变阻尼器已被广泛地应用于振动控制系统中，如车辆悬架系统、飞机起落架系统、建筑地震防护系统、斜拉索桥保护系统、医疗康复系统等领域。
由磁流变阻尼器构成的智能振动控制系统除了磁流变阻尼器外，还需配备电源、传感器、控制器等外部设备。需要电源来调节磁流变阻尼器中磁流变液的流变阻尼特性，传感器测试结构响应，控制器计算控制命令。实际工程应用中，传感器和控制器的存在会使整个振动控制系统变得相对复杂，而且系统稳定性相对较低，另外，系统成本相对较高。
磁流变阻尼器正朝着更智能、更可靠和更稳定的方向发展，为了满足工程实际应用环境的需求，近年来，集成一些独立功能模块于磁流变阻尼器的设计思想渐渐被人们所关注。即采用将外界机械振动能转换为电能的能量采集装置来满足磁流变阻尼器的电能需求，形成自供能磁流变阻尼器系统，该系统利用能量采集装置采集外界振动能，并将采集到的电能直接供给磁流变阻尼器，实现阻尼自动调节。但该类自供能磁流变阻尼器系统存在一些不足，通常表现为：(1)采集的电能有限；(2)高速下，总阻尼力大，相应伴随着大粘性阻尼力和大库仑阻尼力同时出现，低速下，阻尼力较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种性能稳定，阻尼力阶变变化的电磁流变阻尼器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种阶变电磁流变阻尼器，包括非导磁外缸筒、非导磁内缸筒、导磁内缸筒、活塞、活塞杆、励磁线圈、导向装置、磁流变液、密封环、端盖和电源。非导磁内缸筒和导磁内缸筒依次套装于非导磁外缸筒内，且非导磁内缸筒和导磁内缸筒固定连接；活塞杆与活塞固定连接，励磁线圈有序缠绕在活塞上，且相邻励磁线圈绕制方法满足其所生成的等效同名磁场方向相反，励磁线圈引线通过活塞杆的内孔引出，并与电源相连接。
所采用的活塞分布有多级励磁线圈，在通电情况下，每级励磁线圈所产生的磁场沿着活塞头、环状阻尼通道间隙和内缸筒壁形成闭合的磁路。活塞在非导磁内缸筒段，由于磁路中内缸筒不导磁，相应该级励磁线圈对应的磁路不导通，使得该段阻尼通道中磁流变液无法激活，表现出一般流体的特性；活塞在导磁内缸筒段，由于磁路中内缸筒的导磁性，相应该级励磁线圈对应的磁路导通，使得该段阻尼通道中磁流变液表现出一定的流变特性。为此，针对应用需求，通过改变非导磁内缸筒和导磁内缸筒轴向长度的方法来调节磁路响应长度的分布，以此控制阶变电磁流变阻尼器有效磁路通断状态，调节相应阻尼通道中磁流变液的流变特性，实现磁流变阻尼器库伦阻尼力的阶变输出，获得预设阻尼力，进行有效减振。
所述导磁内缸筒的轴向有效长度不小于活塞的轴向有效长度。
所述非导磁内缸筒采用轻质非导磁材料，如铝合金，高分子聚合物，导磁内缸筒采用具有高磁导率的导磁材料，如电工纯铁。非导磁内缸筒和导磁内缸筒内充有一定量的磁流变液。
所述电源提供的电流值可以离线调节，且在每次磁流变阻尼器工作前确定为一恒值。
所述活塞杆和活塞在导向装置的作用下，沿缸筒轴线进行线性运动。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本阶变电磁流变阻尼器采用电源供电，供电量根据应用需要可离线调节，且通过改变非导磁内缸筒和导磁内缸筒轴向有效长度调节磁路响应长度的分布，获得预设的理想阶变库伦阻尼力。本阶变电磁流变阻尼器无需传感和控制等模块，结构设计简单，成本低，且系统应用稳定性相对较高，特别适用于大型冲击振动结构的减振需求。
附图说明
图1本发明的结构原理图
图中非导磁外缸筒1、非导磁内缸筒2、导磁内缸筒3、活塞4、活塞杆5、励磁线圈6、导向装置7、磁流变液8、密封环9、端盖10，电流源11
图2电磁流变阻尼器库伦阻尼力与活塞行程的输出关系图。
具体实施方式
图1为本发明的结构原理图，本发明为一种阶变电磁流变阻尼器，包括非导磁外缸筒1、非导磁内缸筒2、导磁内缸筒3、活塞4、活塞杆5、励磁线圈6、导向装置7、磁流变液8、密封环9、端盖10、电源11。
非导磁内缸筒2和导磁内缸筒3作为内缸筒被固定于非导磁外缸筒1内，其中，非导磁外缸筒1和非导磁内缸筒2选用铝合金材料、导磁内缸筒3选用电工纯铁DT4。活塞4选用电工纯铁DT4，且与活塞杆5固定连接，七组励磁线圈6有序缠绕在相应活塞4上，励磁线圈6引线通过活塞杆5的内孔引出，并与电源11相连接，非导磁内缸筒2和导磁内缸筒3内分布有磁流变液8。
活塞4的轴向线性运动将迫使磁流变液8流经活塞4与非导磁内缸筒2和导磁内缸筒3间的阻尼通道。活塞4与非导磁内缸筒2和导磁内缸筒3间的相对位置将决定磁流变阻尼器的输出库伦阻尼力。采用电源11给磁流变阻尼器提供一恒定电流，当活塞4的位置位于缸筒内端盖一端，且通电励磁线圈6均分布于非导磁内缸筒2一段，在此状态下，由于非导磁内缸筒2不导磁，使得每级励磁线圈6所产生的磁场沿着活塞头、环状阻尼通道间隙分布而无法形成一个闭合的磁路，相应阻尼通道中磁流变液8的流变性较弱，而使磁流变阻尼器无法产生相应的库伦阻尼力；随着活塞沿缸筒轴线下行，当活塞的行程满足一级励磁线圈所产生的磁场沿着活塞头、环状阻尼通道间隙和导磁内缸筒3形成闭合的磁路时，阻尼通道中的磁流变液在磁场作用下表现出一定的屈服应力，磁流变阻尼器产生相应的库伦阻尼力。随着活塞4下行行程增大，多级励磁线圈6所产生的磁场相继沿着活塞头、环状阻尼通道间隙和导磁内缸筒3形成闭合的磁路，使得磁流变阻尼器依次累加产生相应的库伦阻尼力，其中，磁流变阻尼器的库伦阻尼力与活塞4下行行程的关系如图2所示，由图2可知，本磁流变阻尼器随着活塞4下行行程的增加，其库伦阻尼力呈阶梯状增加。
根据本磁流变阻尼器的库伦阻尼力分布，可知该磁流变阻尼器相对较适合冲击减振方面的应用。

Claims (4)

1.一种阶变电磁流变阻尼器，包括非导磁外缸筒(1)、非导磁内缸筒(2)、导磁内缸筒(3)、活塞(4)、活塞杆(5)、励磁线圈(6)、导向装置(7)、磁流变液(8)、密封环(9)、端盖(10)、电源(11)；
上述各组件之间的连接：
非导磁外缸筒(1)内套装有非导磁内缸筒(2)和导磁内缸筒(3)，非导磁内缸筒(2)和导磁内缸筒(3)内有磁流变液；活塞杆(5)与活塞(4)固定连接，励磁线圈(6)有序缠绕在活塞(4)上，励磁线圈(6)引线通过活塞杆(5)的内孔引出，并与电源(11)相连接；其特征在于：
所采用的活塞(4)为多级电磁磁路，通过改变非导磁内缸筒(2)和导磁内缸筒(3)轴向有效长度调节磁路响应级数的分布，以此控制阶变电磁流变阻尼器有效磁路通断状态，实现库伦阻尼力的阶变输出，获得预设阻尼力，进行有效减振。
2.根据权利要求1所述的一种阶变电磁流变阻尼器，其特征在于所述非导磁内缸筒(2)和导磁内缸筒(3)平滑固定连接，非导磁内缸筒(2)采用轻质非导磁材料，导磁内缸筒(3)采用高磁导率的导磁材料。
3.根据权利要求1所述的一种阶变电磁流变阻尼器，其特征在于所述电源(11)所提供的电流值可以离线调节，且在每次磁流变阻尼器工作前确定为一恒值。
4.根据权利要求1所述的一种阶变电磁流变阻尼器，其特征在于所述导磁内缸筒(3)的轴向有效长度不小于活塞(4)的轴向有效长度。
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