CN109307038A - 一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，包括外筒，所述外筒一端设置有上端盖，所述外筒另一端设置有下端盖，所述外筒内设置有轴，所述轴贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述轴上设置有若干极板，所述外筒内填充有巨电流变液，所述极板与所述外筒通极性相反的电。本发明通过轴与需要吸振的装置连接，极板通正电，外筒通负电，轴带动极板作上下运动，巨电流变液受剪切作用，巨电流变液在外加电场的作用下，其流变性能发生改变，粘度增加、阻尼系数变大，产生一定的阻尼效果，从而实现吸振，本发明的阻尼力的大小可以通过改变对各层极板输入的电压进行调节，进而实现半主动控制和主动控制。

Description

一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器
技术领域
本发明涉及阻尼器技术领域，特别是涉及一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器。
背景技术
电流变液是由高介电常数的小颗粒分散在低介电常数的溶剂中形成的悬浮液体。这种悬浮液体在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级。这种使流体改变状态的效应叫做电流变效应。
电流变阻尼器是一种应用非常广泛的消能减振控制装置，可用于机械、建筑等领域。其控制机理是通过对阻尼器中的电流变效应，将结构的部分振动能量通过阻尼材料耗散掉，达到缓解外载的冲击、减小结构振动、保护结构安全的目的。
巨电流变液是由可极化介电微粒均匀分散于巨电流变液的基液中形成的一种悬浮液，当对其施加电场时，其粘度、剪切强度等性能瞬时变化，其粘度、强度等大小随电场调节连续可调，可调范围大，甚至达到几个数量级，可由低粘度流体转换为高粘度流体，甚至固体。当外加电场撤去以后，它又可以在毫秒时间内恢复到流体状态，这种介于液体和固体的属性间可控、可逆、连续的转变，可以通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，能替代传统的电一机械转换元器件，在机电一体化的自适应控制机构工业领域有着广泛的应用前景，特别在国防建设、交通工具、液压设备、机械制造业、传感器技术等领域具有更为广阔的应用基础和应用需求，是阻尼减振领域急需发展的关键材料之一。
根据香港科技大学温维佳教授所做的研究工作，目前研制的新型巨电流变液在5KV/mm的电场强度下可以达到130kPa以上的屈服强度，完全可以满足工程需要。但是，这种新型的巨电流变液的粘滞系数仅为普通电流变液的1/10，仅仅为0.1Pa·s，而一般的电流变液的粘滞系数为1Pa·s。因此，同样条件下，普通电流变液提供的粘滞阻尼力远远大于新型巨电流变液提供的粘性阻尼力。
各种建筑或机械结构在服役过程中，振动或冲击载荷会严重影响其安全性及使用寿命。在结构上安装可以耗能减振的阻尼器件是减小其振动或冲击响应、增加其安全性和稳定性的有效手段。传统的被动控制阻尼器(如液压阻尼器)仅能提供不可调节的阻尼力，其振动控制效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，以解决上述现有技术存在的问题，使阻尼力的大小可调节。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，包括外筒，所述外筒一端设置有上端盖，所述外筒另一端设置有下端盖，所述外筒内设置有轴，所述轴贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述轴上设置有若干极板，所述外筒内填充有巨电流变液，所述极板与所述外筒通极性相反的电。
优选的，所述极板与所述轴之间设置有绝缘板，所述轴的下端设置有压块，所述压块用于固定所述极板和所述绝缘板，所述压块、所述轴均采用绝缘材料制成。
优选的，所述轴为中空轴，所述绝缘板上设置有通孔，所述通孔与所述中空轴相连通；还包括导线，所述极板分别连接一所述导线的一端，所述导线的另一端穿过所述通孔、所述中空轴与电源连接。
优选的，所述极板与所述外筒的内壁的间隙为1-3mm。
优选的，所述极板上设置有若干凹坑。
优选的，所述外筒的内部还设置有浮动活塞，所述浮动活塞位于所述压块的下方，所述浮动活塞与所述下端盖之间为补偿腔，所述补偿腔内不填充所述巨电流变液。
优选的，所述浮动活塞与所述外筒之间、所述外筒与所述上端盖之间、所述外筒与所述下端盖之间均设置有O型密封圈。
优选的，所述极板通正电，所述外筒通负电。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过轴与需要吸振的装置连接，极板通正电，外筒通负电，轴带动极板作上下运动，巨电流变液受剪切作用，巨电流变液在外加电场的作用下，其流变性能发生改变，粘度增加、阻尼系数变大，产生一定的阻尼效果，从而实现吸振，本发明的阻尼力的大小可以通过改变对各层极板输入的电压进行调节，进而实现半主动控制和主动控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器的主视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器的俯视图；
其中：1-轴，2-螺栓，3-上端盖，4-外筒，5-下端盖，6-O型密封圈，7-绝缘板，8-压块，9-浮动活塞，10-极板，11-上腔，12-下腔，13-补偿腔，14-通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，以解决上述现有技术存在的问题，使阻尼力的大小可调节。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示：本实施例提供了一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板10的阻尼器，包括外筒4，外筒4一端设置有上端盖3，外筒4另一端设置有下端盖5，外筒4与上端盖3、下端盖5均通过螺栓2进行连接，外筒4内设置有轴1，轴1贯穿上端盖3且能够相对上端盖3滑动，轴1上设置有若干绝缘板7，本实施例中，绝缘板7为四个，绝缘板7外侧设置有极板10，极板10为环形，各极板10之间形成电极间隙，极板10上通过物理或化学方法进行表面微孔凹坑处理，凹坑的形状可以为半球形、三棱锥形或四棱锥形。极板10与外筒4的内壁的间隙为1-3mm，优选为2mm。轴1的下端设置有压块8，压块8用于固定极板10和绝缘板7，压块8、轴1和上端盖3均采用绝缘材料制成，外筒4的内部还设置有浮动活塞9，浮动活塞9位于压块8的下方，浮动活塞9与外筒4之间、外筒4与上端盖3之间、外筒4与下端盖5之间均设置有O型密封圈6。上端盖3与绝缘板7之间为上腔11，压块8与浮动活塞9之间为下腔12，浮动活塞9与下端盖5之间为补偿腔13，巨电流变液填充在上腔11、下腔12内以及上腔11和下腔12之间，补偿腔13在轴1上下运动时进行压力补偿。
本实施例中，轴1为中空轴，绝缘板7上设置有通孔14，通孔14与中空轴相连通，每个极板10分别与每根导线的一端连接，导线的另一端穿过通孔14、中空轴与电源连接。
本实施例的阻尼器是根据巨电流变液的阻尼效应来实现阻尼作用的。本实施例通过轴1与需要吸振的装置连接，极板10通正电，外筒4通负电，轴1带动极板10作上下运动，巨电流变液受剪切作用，巨电流变液在外加电场的作用下，其流变性能发生改变，粘度增加、阻尼系数变大，产生一定的阻尼效果，从而实现吸振，通过改变对各层极板10输入的电压调节阻尼力的大小。
本实施例的极板10为环形面，在外筒4的大小确定时，极板10采用环形，阻尼器的结构紧凑、极板10的相对面积大、阻尼效果好；并且每一层极板10上外加电压都可以改变，进而实现阻尼的半主动控制，这样阻尼器所产生阻尼力的可调范围更大，优于采用单层极板的阻尼器，阻尼器行程范围大，可用于位移较大的减振环境下；极板10表面的凹坑化处理，在有限的空间内增加了阻尼通道的面积，显著降低巨电流变液与极板10表面间的滑移。巨电流变液随电压改变的响应很快，能够快速吸振。本实施例具有构造简单、响应速度快、质量轻、体积小、阻尼力大等优点。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：包括外筒，所述外筒一端设置有上端盖，所述外筒另一端设置有下端盖，所述外筒内设置有轴，所述轴贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述轴上设置有若干极板，所述外筒内填充有巨电流变液，所述极板与所述外筒通极性相反的电。
2.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述极板与所述轴之间设置有绝缘板，所述轴的下端设置有压块，所述压块用于固定所述极板和所述绝缘板，所述压块、所述轴均采用绝缘材料制成。
3.根据权利要求2所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述轴为中空轴，所述绝缘板上设置有通孔，所述通孔与所述中空轴相连通；还包括导线，所述极板分别连接一所述导线的一端，所述导线的另一端穿过所述通孔、所述中空轴与电源连接。
4.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述极板与所述外筒的内壁的间隙为1-3mm。
5.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述极板上设置有若干凹坑。
6.根据权利要求2所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述外筒的内部还设置有浮动活塞，所述浮动活塞位于所述压块的下方，所述浮动活塞与所述下端盖之间为补偿腔，所述补偿腔内不填充所述巨电流变液。
7.根据权利要求6所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述浮动活塞与所述外筒之间、所述外筒与所述上端盖之间、所述外筒与所述下端盖之间均设置有O型密封圈。
8.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切阀式的多层极板的阻尼器，其特征在于：所述极板通正电，所述外筒通负电。
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