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CN111237374A - 一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器 - Google Patents

一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器 Download PDF

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CN111237374A CN202010092352.XA CN202010092352A CN111237374A CN 111237374 A CN111237374 A CN 111237374A CN 202010092352 A CN202010092352 A CN 202010092352A CN 111237374 A CN111237374 A CN 111237374A
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Abstract

本发明公开了一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，涉及土木工程技术领域，它包括由主活塞、主活塞杆、励磁线圈、第一气体补偿腔和MRG腔室组成本发明的主动可调耗能部分；浮动活塞、副活塞、副活塞杆、第二气体补偿腔、STG腔室组成本发明的被动抗冲耗能部分。针对普通磁流变阻尼器在高速荷载产生的冲击下结构瞬时刚度较小的问题，本发明通过副活塞挤压剪切增稠胶STG产生的剪切增稠效应，有效抵抗高速荷载下产生的冲击，同时通过给主活塞上励磁线圈通电实现阻尼力的连续可调。本发可实现双重减震耗能，且较普通单出杆阻尼器出力更大。

Description

一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器
技术领域
本发明主要涉及土木抗震领域，尤其涉及一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器。
背景技术
随着现代土木工程行业的发展，双出杆阻尼器存在行程和安装空间的局限，单出杆阻尼器却能克服这方面的局限。普通单出杆磁流变阻尼器存在在高速荷载产生的冲击下结构瞬时刚度较小的问题，普通单出杆剪切增稠阻尼器存在无法应对荷载变化快慢下的结构振动控制的问题。因此，发明一种集合这两种阻尼器性能的单出杆阻尼器尤为重要。
磁流变胶(MagnetorheologicalGe1，简称MRG)是新一代高分子磁流变材料，MRG是将微米级的磁性颗粒分散到以聚合物凝胶为连续相的母液中而形成的，它不仅比磁流变液(Magnetorheologca1Fluid，简称MRF)有更好的稳定性和抗沉降性，还保留了MRF外磁场作用下具有快速响应和表观粘度显著变化的特点。
剪切增稠胶(Shear Thickening Gel，简称STG)是新一代粘弹性材料，它不仅集成了剪切增稠液(STF)所有的优异性能，还具有封装容易、可塑性强和不易沉降的优点。STG在高剪切速率下的表观黏度发生大幅度增大，由液态转化为类固体，在STG刚度提高的过程中会吸收大量能量，从而能有效抵抗高速荷载产生的冲击。
申请号为201821074759.4的专利公开的“一种新型粘滞阻尼器”通过在活塞上设置有若干不同大小规格的阻尼孔，通过调整控制盘可以提供不同阻尼值，但阻尼器无法应对荷载变化快慢下的结构振动控制的问题。申请号为201710052593.X的专利公开的“一种体积补偿隔离式单出杆磁流变阻尼器”通过体积补偿装置实现其与体积补偿腔的隔离，防止工作腔内磁流变液外渗，但无法解决单出杆磁流变阻尼器在高速荷载产生的冲击下结构瞬时刚度较小的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明涉及一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，通过给主活塞上励磁线圈通电产生的磁流变效应，解决了普通剪切增稠阻尼器无法应对荷载变化快慢下的结构振动控制的问题；通过副活塞相对运动产生的剪切增稠效应，解决了普通磁流变阻尼器在高速荷载产生的冲击下结构瞬时刚度较小的问题。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，包括阻尼缸，所述阻尼缸两端通过左缸盖和右缸盖密封，且阻尼缸内靠近左缸盖处设置有第一气体补偿腔，所述第一气体补偿腔右侧设置有浮动活塞，在所述浮动活塞和右缸盖之间设置有MRG腔室；所述浮动活塞上垂直连接有副活塞杆的一端，副活塞杆的另一端延伸至主活塞杆内，主活塞杆内设置有STG腔室，STG腔室内靠近右缸盖位置处设置有第二气体补偿腔，在所述主动活塞杆上，且靠近浮动活塞位置处设置有主活塞，主活塞内侧壁面上设置有励磁线圈。
进一步的，所述副活塞杆的末端设置有副活塞，副活塞可在STG腔室内往复运动。
进一步的，所述STG腔室和MRG腔室内分别填充有剪切增稠胶STG和磁流变胶MRG。
进一步的，所述主活塞外侧设置有隔磁护套。
进一步的，所述主活塞杆内还设置有导线通道，导线通道内设置有导线。
进一步的，所述主活塞杆一端延伸出右缸盖。
进一步的，所述第一气体补充腔外侧设置有补偿气囊，浮动活塞的外侧包裹有第一密封圈。
进一步的，所述第一气体补充腔、第二气体补偿腔内填充的气体为氮气。
进一步的，所述隔磁护套外侧包裹有第二密封圈。
进一步的，所述右缸盖与阻尼缸配合处还设置有密封挡板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、针对普通磁流变阻尼器在高速冲击下产生的瞬时刚度较小的问题，本发明在主活塞杆内部设置中空圆柱形结构，填充STG形成STG腔室，通过副活塞在STG腔室内运动产生的剪切增稠效应能瞬间提高结构的刚度，有效抵抗高速荷载下产生的冲击。
2、本发明不仅通过MRG主动耗能部分使阻尼器的阻尼力连续可调，弥补普通剪切增稠阻尼器在低剪切速率下无法有效耗散振动能量的问题，还通过STG被动抗冲部分产生的剪切增稠效应有效抵抗高速荷载下产生的冲击，使阻尼器具备双重减震耗能的功能。
3、本发明无须附加额外阻尼器缸筒就可实现主活塞挤压MRG耗能，副活塞也因相对位移挤压STG耗能，较传统单出杆阻尼器出力更大，有效提高了缸筒的空间利用率。
4、通过设置隔磁护套使得励磁线圈通电产生的磁力线更密集地穿过主活塞与阻尼缸之间的阻尼间隙，更加充分发挥磁流变的有益效能，提高阻尼器的减震性能。
5、副活塞杆末端设置副活塞的目的是：当主活塞在MRG腔室内运动时，副活塞与剪切增稠胶STG有更大的接触面积，使副活塞在STG腔室内相对主活塞运动时能产生更大的阻尼力，起到更好的减震耗能效果。
6、第一气体补充腔和第二气体补充腔的设置用于在主活塞和副活塞工作挤压剪切增稠胶STG与磁流变胶MRG的时候，第一气体补偿腔和第二气体补偿腔发生形变，从而起到弹性阻尼的作用。
附图说明
图1为本发明的阻尼器内部结构示意图；
图2为本发明图1中涉及到的副活塞及浮动活塞结构示意图；
图3为本发明图1中涉及到的主活塞杆剖面示意图；
图4为本发明图1的A-A剖面示意图；
图5为本发明的主活塞磁路示意图；
附图标记如下：
1-左缸盖；2-补偿气囊；3-第一密封圈；4-阻尼缸；5-副活塞杆；6-第二密封圈；7-励磁线圈；8-MRG腔室；9-导线通道；10-主活塞杆；11-密封挡板；12-螺栓；13-第二气体补偿腔；14-导线；15-第一气体补偿腔；16-浮动活塞；17-磁流变胶MRG；18-隔磁护套；19-主活塞；20-副活塞；21-STG腔室；22-剪切增稠胶STG；23-右缸盖。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的
一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，包括阻尼缸4，所述阻尼缸4两端通过左缸盖1和右缸盖23密封，且阻尼缸4内靠近左缸盖1处设置有第一气体补偿腔15，所述第一气体补偿腔15右侧设置有浮动活塞16，在所述浮动活塞16和右缸盖23之间设置有MRG腔室8；所述浮动活塞16上垂直连接有副活塞杆5的一端，副活塞杆5的另一端延伸至主活塞杆10内，主活塞杆10内设置有STG腔室21，STG腔室21内靠近右缸盖23位置处设置有第二气体补偿腔13，在所述主动活塞杆10上，且靠近浮动活塞16位置处设置有主活塞19，主活塞19内侧壁面上设置有励磁线圈7。通过给主活塞上励磁线圈通电产生的磁流变效应，解决了普通剪切增稠阻尼器无法应对荷载变化快慢下的结构振动控制的问题；通过副活塞相对运动产生的剪切增稠效应，解决了普通磁流变阻尼器在高速荷载产生的冲击下结构瞬时刚度较小的问题。
其中，所述副活塞杆5的末端设置有副活塞20，副活塞20可在STG腔室21内往复运动。所述STG腔室21和MRG腔室8内分别填充有剪切增稠胶STG22和磁流变胶MRG17。所述主活塞19外侧设置有隔磁护套18。所述主活塞杆10内还设置有导线通道9，导线通道9内设置有导线14。所述主活塞杆10一端延伸出右缸盖23。所述第一气体补充腔15外侧设置有补偿气囊2，浮动活塞16的外侧包裹有第一密封圈3。所述第一气体补充腔15、第二气体补偿腔13内填充的气体为氮气。所述隔磁护套18外侧包裹有第二密封圈6。所述右缸盖23与阻尼缸4配合处还设置有密封挡板11。
结合附图1和4，本发明公开了一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，包括左缸盖1、主活塞19、主活塞杆10、副活塞20、副活塞杆5、阻尼缸4、第一气体补偿腔15、第二气体补偿腔13、补偿气囊2、螺栓12、MRG腔室8、STG腔室21、励磁线圈7、密封挡板14、第一密封圈3、第二密封圈6、浮动活塞16、导线通道9、导线11、隔磁护套18和右缸盖23；主活塞19、主活塞杆10、励磁线圈7、第一气体补偿腔15和MRG腔室8组成本发明的主动可调耗能部分。浮动活塞16、副活塞20、副活塞杆5、第二气体补偿腔13和STG腔室21组成本发明的被动抗冲耗能部分。主活塞19一端置于MRG腔室8内，一端置于缸体外，连接上连接件，副活塞20一端连接浮动活塞16，一端置于STG腔室21内。主活塞杆10为中空圆柱形结构，内置STG形成STG腔室21。MRG腔室8两端分别为浮动活塞16和密封挡板14，浮动活塞16与第一气体补偿腔15相连接。STG腔室21左右两端分别为主活塞19和第二气体补偿腔13。主活塞19与副活塞杆5通过螺纹连接，它们之间设有第二密封圈6，浮动活塞16与阻尼缸4之间设有第一-密封圈3，副活塞20与浮动活塞16通过螺纹连接形成整体。主活塞19上绕有励磁线圈7，导线11通过导线通道9与外界电源相连。
结合附图1、2和3所示，主活塞19位于MRG腔室8内，主活塞19内部侧壁上设置有励磁线圈7，主活塞杆10一端位于阻尼缸4外，另一端与主活塞19通过螺纹连接。副活塞20位于STG腔室21内，副活塞杆5一端与浮动活塞16通过螺纹连接，另一端与副活塞20通过螺纹连接。第一气体补偿腔15位于左缸盖1与浮动活塞16之间，第二气体补偿13腔位于主活塞杆19中空结构内部；当主活塞19在MRG腔室8内运动时，同时会使副活塞20在STG腔室21内产生相对运动，使阻尼器发挥磁流变效应和剪切增稠效应实现阻尼力连续可调和抵抗高速荷载下产生的冲击，主活塞杆10为中空圆柱形结构，内部填充剪切增稠胶STG形成STG腔室，在主活塞杆10内的中空圆柱形结构内设置第二气体补偿腔13，主活塞19与副活塞杆5之间设有密封圈，防止磁流变胶MRG和剪切增稠胶STG的流入与流出，起到密闭的作用，另外，副活塞20与浮动活塞16通过螺纹连接形成整体，这样的连接方式一来方便拆卸更换部件，另外螺纹连接更加牢固。
工作过程：
当阻尼器受到外界荷载作用使主活塞杆10向左移动时，会带动主活塞19挤压MRG腔室8内的MRG17，从而使MRG17推动浮动活塞16向左移动，通过浮动活塞16挤压第一气体补偿腔15提供补偿刚度。主活塞杆10向左运动的同时会使副活塞杆5向右有相对运动，带动副活塞20挤压STG腔室21内的STG22，通过STG22挤压第二气体补偿腔13提供补偿刚度。
工作原理：结合附图1和5，本发明公开的一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器由主动可调耗能部分和被动抗冲耗能部分共同组成。当主活塞19在MRG腔室8内运动时，同时会使副活塞20在STG腔室21内有相对运动。在阻尼缸4和励磁线圈7之间存在MRG工作通道，当主活塞19在MRG腔室8中往复运动时会挤压MRG17在通道中运动，当励磁线圈7通电后，可以改变电流大小来改变MRG工作通道中磁流变胶MRG17的“硬化”-磁流变效应，使阻尼器具备连续可调的耗能能力；在主活塞杆10和副活塞20之间存在STG工作通道，当副活塞20在STG腔室21中往复运动时会挤压STG22在通道中运动，在高速荷载产生的冲击下，STG22因剪切速率提升使其粘度上升发生剪切增稠效应，从而产生较大的阻尼力，使阻尼器具备被动抗冲耗能的能力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，包括阻尼缸(4)，所述阻尼缸(4)两端通过左缸盖(1)和右缸盖(23)密封，且阻尼缸(4)内靠近左缸盖(1)处设置有第一气体补偿腔(15)，所述第一气体补偿腔(15)右侧设置有浮动活塞(16)，在所述浮动活塞(16)和右缸盖(23)之间设置有MRG腔室(8)；所述浮动活塞(16)上垂直连接有副活塞杆(5)的一端，副活塞杆(5)的另一端延伸至主活塞杆(10)内，主活塞杆(10)内设置有STG腔室(21)，STG腔室(21)内靠近右缸盖(23)位置处设置有第二气体补偿腔(13)，在所述主动活塞杆(10)上，且靠近浮动活塞(16)位置处设置有主活塞(19)，主活塞(19)内侧壁面上设置有励磁线圈(7)。
2.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述副活塞杆(5)的末端设置有副活塞(20)，副活塞(20)可在STG腔室(21)内往复运动。
3.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述STG腔室(21)和MRG腔室(8)内分别填充有剪切增稠胶STG(22)和磁流变胶MRG(17)。
4.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述主活塞(19)外侧设置有隔磁护套(18)。
5.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述主活塞杆(10)内还设置有导线通道(9)，导线通道(9)内设置有导线(14)。
6.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述主活塞杆(10)一端延伸出右缸盖(23)。
7.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述第一气体补充腔(15)外侧设置有补偿气囊(2)，浮动活塞(16)的外侧包裹有第一密封圈(3)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述第一气体补充腔(15)、第二气体补偿腔(13)内填充的气体为氮气。
9.根据权利要求4所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述隔磁护套(18)外侧包裹有第二密封圈(6)。
10.根据权利要求1所述的并联式抗冲耗能磁流变阻尼器，其特征在于，所述右缸盖(23)与阻尼缸(4)配合处还设置有密封挡板(11)。
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