CN106015436B - 一种阶变永磁流变阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阶变永磁流变阻尼器，属于机械振动工程领域。该阶变永磁流变阻尼器为一种无电源阻尼减振器，通过改变内缸筒导磁性及轴向有效长度控制永磁磁路通断状态，以此调节永磁流变阻尼器随活塞行程变化的输出阻尼力，即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。阶变永磁流变阻尼器的内缸筒段由一段导磁材料缸筒与两段非导磁材料缸筒固结组成，永磁结构活塞为多级电磁磁路。永磁流变液阻尼器具有无能耗、结构设计简单、稳定性高等减振性能。

Description

一种阶变永磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及一种永磁流变振动控制技术，具体为一种阶变永磁流变阻尼器。
背景技术
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***中，如车辆悬架***、飞机起落架***、建筑地震防护***、斜拉索桥保护***、医疗康复***等领域。
由磁流变阻尼器构成的智能振动控制***需配备电源、传感器、控制器等外部设备。电源通常以电流的形式供给磁流变阻尼器活塞上的励磁线圈，使励磁线圈产生磁场，且形成通过活塞与缸筒内壁间阻尼通道的磁路，当活塞运动迫使磁流变液流经该阻尼通道时，可通过改变电源大小调节磁流变液的流变屈服应力，进而通过变化的磁流变液屈服应力控制磁流变阻尼器对应的库伦阻尼力，最终获得预设磁流变阻尼器的阻尼力，进行有效减振。随着磁流变阻尼器的广泛应用，在一些电源无法到达或电源更换不方便的振动应用场合，一定程度上限制了磁流变阻尼器的应用。为此，近年来，出现了一类自供能磁流变阻尼器，其主要采用将外界机械振动能转换为电能的能量采集装置代替电源来满足磁流变阻尼器的电能需求，但该类自供能磁流变阻尼器***由于采集能相对较低，应用环境有限，且***稳定性相对较低。
另外，磁流变阻尼器所需外部设备除电源外，还需传感器、控制器等相关设备，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，同样，传感器和控制器出现会使整个振动控制***变得相对复杂，而且***稳定性相对较低，同时，***设计成本相对较高。
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，且库伦阻尼力阶变变化的永磁流变阻尼器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阶变永磁流变阻尼器包括外缸筒、内缸筒一、内缸筒二、内缸筒三、活塞杆、若干永磁铁、若干导磁块、导向装置、磁流变液、密封环、端盖。内缸筒一、内缸筒二和内缸筒三依次内套装于外缸筒中，且内缸筒一、内缸筒二和内缸筒三内分布有定量磁流变液，外缸筒、内缸筒一和内缸筒三均为非导磁材料，如铝合金、高分子材料等，内缸筒二为导磁材料，如电工纯铁DT4。若干永磁铁和若干导磁块均与活塞杆固定连接，其中，若干永磁铁和若干导磁块在活塞杆上依次间隔分布，构成活塞结构，其中导磁块位于活塞结构的两端面，相邻永磁铁采用同名磁极沿轴线反向而置进行摆放。活塞结构中若干永磁铁分别作为磁源和与其两端面相连的导磁块及阻尼间隙和内缸筒组成多级磁路。该多级永磁磁路的导通性可通过改变内缸筒一、内缸筒二和内缸筒三的轴向有效长度进行调节。通过调节永磁磁路中内缸筒的有效响应长度分布，控制阶变永磁流变阻尼器中多级磁路的有效磁路通断状态，实现阶变库伦阻尼力的输出，获得预设阻尼力，进行有效减振。
活塞结构随活塞杆在缸筒内沿轴线运动，当活塞结构位于内缸筒一阶段时，由于内缸筒一不导磁，使得活塞上的多级磁路均不导通，相应阻尼通道中的磁流变液表现出一般流体的流动性能。随着活塞结构不断进入具有导磁性的内缸筒二，随着活塞行程的增加，多级磁路依次被激活，使得相应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，相应永磁流变阻尼器中的库伦阻尼力阶梯状增加；同理，在随着活塞结构不断进入非导磁的内缸筒三，随着活塞行程的增加，多级磁路依次被断开，相应永磁流变阻尼器中的库伦阻尼力阶梯状减小。
所述内缸筒二的轴向有效长度不小于所有永磁铁和导磁块的轴向有效长度之和，以提高永磁流变阻尼器的工作效率。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本阶变永磁流变阻尼器无需电源供电，通过改变非导磁内缸筒和导磁内缸筒轴向长度调节活塞结构多级磁路通断状态，获得阶变库伦阻尼力，且整个阻尼减振控制***无需传感和控制等模块，结构设计简单，成本低，***应用稳定性相对较高。
附图说明
图1本发明的结构原理图
图中附图标记说明：外缸筒1，内缸筒一2，内缸筒二3，内缸筒三4，活塞杆5，永磁铁6，导磁块7，导向装置8，磁流变液9，密封环10，端盖11
图2永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，本发明为一种阶变永磁流变阻尼器，包括外缸筒1、内缸筒一2、内缸筒二3、内缸筒三4、活塞杆5、若干永磁铁6、若干导磁块7、导向装置8、磁流变液9、密封环10、端盖11。外缸筒1、内缸筒一2和内缸筒三4均为铝合金材料，内缸筒二3为电工纯铁DT4，内缸筒一2、内缸筒二3和内缸筒三4内分布有定量磁流变液9。活塞杆5一端轴径较小，在其上依次装入具有内孔的若干导磁块7和若干永磁铁6，组成活塞结构，各相邻若干永磁铁6采用同名磁极沿轴线反向而置进行摆放，导磁块7位于活塞结构两端，活塞结构中若干永磁铁6作为磁源和与其两端面相连的若干导磁块7及阻尼间隙和内缸筒组成多级磁路。内缸筒一2、内缸筒二3和内缸筒三4的轴向有效长度与活塞结构的有效长度相等。
活塞结构随活塞杆在缸筒内沿轴线运动，当活塞结构位于内缸筒一2阶段时，活塞上的多级磁路均不导通，相应永磁流变阻尼器不受库伦阻尼力作用。随着活塞结构不断进入具有导磁性的内缸筒二3，多级磁路依次被激活，使得相应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，相应永磁流变阻尼器受到的库伦阻尼力表现为阶梯状增加；同理，在随着活塞结构不断进入非导磁的内缸筒三4，多级磁路依次被断开，相应永磁流变阻尼器受到的库伦阻尼力呈阶梯状减小。永磁流变阻尼器库伦阻尼力与活塞行程的输出关系图如图2所示，可知其库伦阻尼力随活塞结构行程的增加呈阶梯状先增加后减小。

Claims (5)

1.一种阶变永磁流变阻尼器，包括外缸筒(1)、内缸筒一(2)、内缸筒二(3)、内缸筒三(4)、活塞杆(5)、若干永磁铁(6)、若干导磁块(7)、导向装置(8)、磁流变液(9)、密封环(10)、端盖(11)；
上述各组件之间的连接：
内缸筒一(2)、内缸筒二(3)和内缸筒三(4)依次套装于外缸筒(1)内，若干永磁铁(6)和若干导磁块(7)均与活塞杆(5)固定连接，内缸筒一(2)、内缸筒二(3)和内缸筒三(4)内有一定量磁流变液(9)；其特征在于：
若干导磁块(7)和若干永磁铁(6)在活塞杆(5)上依次间隔分布，组成活塞结构，可形成多级永磁磁路，通过改变内缸筒一(2)、内缸筒二(3)和内缸筒三(4)的轴向有效长度，调节永磁磁路响应长度的分布，进而控制阶变永磁流变阻尼器多级有效磁路的通断状态，实现阶变库伦阻尼力的输出，获得预设阻尼力。
2.根据权利要求1所述的一种阶变永磁流变阻尼器，其特征在于所述外缸筒(1)、内缸筒一(2)和内缸筒三(4)均为非导磁材料，内缸筒二(3)为导磁材料。
3.根据权利要求1所述的一种阶变永磁流变阻尼器，其特征在于所述若干导磁块(7)和若干永磁铁(6)在活塞杆(5)上依次间隔分布，组成活塞结构，该活塞结构的两端均为导磁块(7)。
4.根据权利要求1所述的一种阶变永磁流变阻尼器，其特征在于所述若干永磁铁(6)和若干导磁块(7)在活塞杆(5)上依次间隔分布，其中相邻永磁铁(6)采用同名磁极沿轴线反向而置进行排列。
5.根据权利要求1所述的一种阶变永磁流变阻尼器，其特征在于所述内缸筒二(3)的轴向有效长度不小于所有永磁铁(6)和所有导磁块(7)的有效长度之和。
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