一种通用型复合间隙磁流变阻尼单元及磁流变阀的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁流变液体和液压控制以及磁流变阻尼通道优化设计技术领域，更具 体地涉及一种通用性高、具有复合阻尼间隙，阻尼性能最优化的磁流变液压控制单元，该阻 尼控制单元可用于机械、车辆、建筑、航空航天等领域中的压降和流量控制。
【背景技术】
[0002] 磁流变液是一种新型智能材料。磁流变液在磁场作用下，可以瞬间从流动良好的 牛顿流体转变为Bingham半固体状态，而且这种变化连续、可控、可逆。基于磁流变液的优 良特性，国内外对其应用进行了大量的研宄。这些研宄多集中于磁流变阻尼器和磁流变阀， 而其中的关键部件，就是一种阻尼控制元件，可将其归类为磁流变阻尼控制单元。利用磁流 变液效应设计的磁流变阀，可通过改变励磁线圈的电流来控制加载于磁流变液中的磁场， 以改变流体的流动特性，形成压差，从而改变流量或提供阻尼力。相比传统液压阀，磁流变 阀具有响应速度快，易于控制，具有更宽的压降和阻尼调节范围宽等优点。此外，由于磁流 变液阀中无移动的机械部件，因此结构简单，噪声低，能耗小，耐磨损，工作稳定可靠。磁流 变阀现已被广泛应用。
[0003] 目前磁流变阀的研宄的一个核心课题是提高进出口压差的可调范围。而此范围与 两方面的因素有关。第一，阻尼间隙内的磁感应强度；第二，磁流变液在磁流变阀内部的液 流通道的长度。因此，在磁流变结构设计中，首先要考虑的是磁流变液在磁流变阀阻尼间隙 内的流动方向必须与磁场方向垂直；其次是尽可能增大磁流变液在磁流变阀内部的液流通 道。一般情况下，可从以下两个方面入手来提高磁流变阀进出口压力差的可调范围。一是 提高阻尼间隙内的磁感应强度，常用的方法是减小磁流变阀的阻尼间隙宽度。但这种方法 有其本身的限制条件：当磁流变液久置未用，再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼 间隙，导致磁流变阀失效。另一方面提高阻尼间隙的长度，但这种方法会受安装空间以及阀 本身的结构尺寸等条件限制而很难实现。因此，设计一种性能稳定且结构相对紧凑的磁流 变阀，使磁流变阀的进出口压差更大、压力控制范围更宽，是本行业亟需解决的问题。
[0004] 近年来，磁流变阀的设计和应用得到了一定的发展。如中国专利 200810065763. 9 ( -种非直线液流通道的磁流变阀）与中国专利200810065316. 3 ( -种 螺旋液流通道的磁流变阀）通过在磁流变阀定位盘和导磁盘的对应端面上设置非直线形 液流通道或螺旋液流通道来增加磁流变液流动路径的长度。但却忽略磁场强度和磁感线 分布对磁流变效应的影响，其有效阻尼间隙在励磁线圈的两侧，没有很好的利用磁力线的 分布及走向，实际上无法有效地提高阀进出口压差的可调范围，另外阻尼间隙部分离励 磁线圈较远，会降低磁感应强度造成响应时间变慢，性能不稳定等不良影响。中国专利 200410022657. 4(具有两种液流阻力通道的磁流变液控制阀）同时采用圆环形和圆盘形液 流阻力通道。增加了液流阻力通道的剪切面积，在小的激励电流的作用下液流阻力就开始 变化，对磁流变液流量的控制范围扩大，但是这种阀结构中的圆环形液流通道并没有充分 利用线圈磁场，降低了压差调节范围，圆盘形液流通道与磁感线的重合度较小，增加了液流 通道的被动阻尼，延长了系统响应时间，大大降低了阻尼单元应发挥的效果。
【发明内容】
[0005] 本发明专利提供了一种具有复合阻尼间隙的磁流变流体控制的基本单元以及参 数最优化设计方法，依据所提供的参数最优化方法设计的复合间隙磁流变液阻尼单元可广 泛应用在磁流变控制阀与磁流变阻尼减震器等领域，实现对磁流变液的压降和流量的高响 应、轻噪声、稳定可靠的控制。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种通用型复合间隙磁流变阻尼 单元，所述阻尼单元包括绕线套筒、阀芯、线圈、连接销、非导磁垫片、上导磁圆环、下导磁圆 环、上导磁圆盘、下导磁圆盘、缸体；阀芯、绕线套筒、线圈、缸体由内向外依次同轴安装；绕 线套筒同轴安装在阀芯外部，上导磁圆盘、下导磁圆盘分别通过连接销安装在阀芯的两端， 上导磁圆盘与阀芯之间、下导磁圆盘与阀芯之间均垫有非导磁垫片，形成圆盘形液流通道； 上导磁圆环同轴安装在上导磁圆盘外部、下导磁圆环同轴安装在下导磁圆盘外部，上导磁 圆环与上导磁圆盘之间、下导磁圆环与下导磁圆盘之间分别形成圆环形液流通道；线圈绕 在绕线套筒上；上导磁圆盘末端和下导磁圆盘末端均设置有螺纹；所述阀芯中心设置有圆 筒形液流通道，圆环形液流通道、圆盘形液流通道、圆筒形液流通道依次连通，形成完整的 圆环-圆盘-圆筒形复合阻尼间隙；缸体的一侧开有引线孔，线圈的导线从所述引线孔引 出；缸体内部设置阶梯孔，阶梯孔与上导磁圆环形成台阶配合；圆环形液流通道的宽度1 与缸体外表面半径R之比的范围为0. 02~0. 15 ;圆盘形液流通道的宽度t与缸体外表面 半径R之比的范围为0. 02~0. 15 ;阀芯厚度Rc与缸体外表面半径R之比的范围为0. 25~ 0. 7 ;导磁圆盘厚度La与上导磁圆环上表面与下导磁圆环下表面之间的距离L之比的范围 为0. 1~0. 4 ;缸体厚度th与缸体外表面半径R之比的范围为0. 1~0. 4。
[0007] 进一步地，所述上导磁圆盘、下导磁圆盘在圆环形液流通道入口处均设有倒角。
[0008] 进一步地，所述绕线套筒，连接销、非导磁垫片采用非导磁材料，上导磁圆环、下导 磁圆环、上导磁圆盘、下导磁圆盘、缸体均采用具有高导磁率、高饱和磁感应强度特性的导 磁材料。
[0009] 进一步地，该应用为：将所述阻尼单元应用于液压阀和液压阻尼减震器。
[0010] 一种应用通用型复合间隙磁流变阻尼单元的磁流变阀，所述磁流变阀包括上述阻 尼单元、上连接环、下连接环、上端盖、下端盖、缸体密封圈、导磁圆环密封圈、端盖密封圈；
[0011] 上端盖、下端盖安装在缸体的两端，上端盖与缸体、下端盖与缸体之间设置有端盖 密封圈，上连接环和下连接环分别安装在所述阻尼单元的两端；上导磁圆盘与上连接环、下 导磁圆盘与下连接环均通过螺纹连接，上连接环与上导磁圆环之间、下连接环与下导磁圆 环之间均设置有导磁圆环密封圈；缸体与上连接环和下连接环过渡配合，缸体与上连接环 之间、缸体与下连接环之间均配有缸体密封圈；
[0012] 上连接环、下连接环上设置均匀分布的至少1个导流孔，导流孔与圆环形液流通 道相通；上端盖、下端盖中心均设置有通孔，通孔内壁设置有内螺纹，液压管道与通孔通过 螺纹连接，上连接环、下连接环、上端盖、下端盖均为非导磁材料。
[0013] 本发明与技术背景相比，具有的有益效果有：
[0014] 1.本发明采用参数最优化后的圆环-圆盘-圆筒形复合液流通道。在现有技术的 基础上，通过数学建模、有限元仿真分析及优化函数优化，确定了合适的无量纲设计参数， 使磁流变液控制阀或阻尼减震器对磁流变液的压降或流量的控制范围更宽。
[0015] 2.本发明在现有技术的基础上增加了导磁圆环，一方面使得阻尼单元结构形式 更加紧凑，减少了被动阻尼流道部分，使系统响应时间更短，有利于提高阻尼单元的调节性 能，另一方面根据具体需求可便捷地通过改变导磁圆盘和导磁圆环的尺寸以改变液流通道 的位置和尺寸，从而达到最优效果。
[0016] 3.本发明的缸体采用阶梯孔结构，保证了定位方便精密，起轴向定位作用，便于装 配。
[0017] 4.本发明可广泛应用于液压阀和液压阻尼减震器中，提高了磁流变液阻尼单元的 通用性。通过磁