本发明涉及减振器技术领域，特别涉及一种基于巨电流变液阻尼器的可变刚度可变阻尼的减振器装置。
背景技术：
各种建筑或机械结构在工作过程中，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减振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。
目前，减振器主要有三种模式：被动控制模式、主动控制模式、半主动控制模式。基于被动控制模式的减振器，其应用最为广泛，结构简单，成本低，但是，此减振器的固有频率不可调，当与激振频率相同或者相差很小时，能达到很好的减振效果；当此减振器的固有频率与激振频率相差较大时，则减振效果很差甚至会是振动恶化。基于主动控制模式的减振器，其减振器是通过传感器来实时采集振动物体信息来直接提供力抵消振动所产生的力，但所需响应快，有外部能源支持，成本比较高。基于半主动模式控制的减振器，其减振器是通过传感器来实时采集振动物体信息以改变自身的固有频率，从而无需消耗很多的能源且能达到很好的减振效果，但是应用具有一定的局限性。
随着人们对许多场合下的减振器要求越来越严格，使得上述三种模式的减振器已经不能满足在特定场合下的减振要求。理论和实验表明：在实际工程中，更需要一种既能改变刚度(增加隔振频带范围)，还能改变阻尼(优化高频部分的减振效果)的减振器，即要求减振器既能够改变刚度特性，又能改变阻尼特性。然而，在现有的减振器中并没有上述特性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种新的减振器结构，即一种多组阵列的基于巨电流变液的可变刚度可变阻尼的减振器装置，此减振器装置利用巨电流变液的巨电流变效应，在通电的条件下，改变弹簧的连接方式，具有可变刚度可变阻尼的功能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种可变刚度可变阻尼的减振器装置，所述减振器装置从上至下依次包括上板、减振器阵列以及下板；所述减振器阵列包括一个或者多个减振器；所述减振器从上至下依次包括弹簧定位件、上阻尼器外筒和下阻尼器外筒，且所述弹簧定位件与所述上阻尼器外筒之间、所述上阻尼器外筒与下阻尼器外筒之间均存在间隙；所述上阻尼器外筒的外周壁上设有第一限位鼓肚；所述下阻尼器外筒的外周壁上设有第二限位鼓肚；在所述弹簧定位件与所述第一限位鼓肚之间的外周壁上缠绕上弹簧；在所述第一限位鼓肚与所述第二限位鼓肚之间的外周壁上缠绕下弹簧；
所述上阻尼器外筒为两端开口的外筒；所述下阻尼器外筒为一端开口的外筒；所述上阻尼器外筒的两端分别嵌入安装第一轴承部和第二轴承部使所述上阻尼器外筒的内腔为密闭空间；所述下阻尼器外筒的开口端嵌入安装第三轴承部使所述下阻尼器外筒的内腔为密闭空间；所述上阻尼器外筒的密闭空间内设有第一活塞结构，所述下阻尼器外筒的密闭空间内设有第二活塞结构，且所述上阻尼器外筒的密闭空间内和所述下阻尼器外筒的密闭空间内均装有巨电流变液；
所述减振器还包括活塞杆；所述活塞杆的一端穿过所述上板并通过螺纹与固定在所述上板上的m8轴支座连接；所述活塞杆的另一端从上至下依次穿过所述弹簧定位件、所述上弹簧、所述第一轴承部、所述第一活塞结构、所述第二轴承部、所述下弹簧、所述第三轴承部以及所述第二活塞结构；
所述活塞杆与外界电源的负极连接；所述上阻尼器外筒和所述下阻尼器外筒均与所述外界电源的正极连接。
可选的，所述活塞杆的外周壁上分别设有第一环形圆台和第二环形圆台；所述第一环形圆台位于所述上阻尼器外筒内，所述第二环形圆台位于所述下阻尼器外筒内；所述第一环形圆台的上端面固定安装所述第一活塞结构；所述第二环形圆台的下端面固定安装所述第二活塞结构。
可选的，所述第一活塞结构和第二活塞结构相同，均包括活塞和活塞螺母；所述活塞嵌套在所述活塞杆上，并通过所述活塞螺母使所述活塞固定。
可选的，所述第一活塞结构中的活塞与所述上阻尼器外筒之间、所述第二活塞结构中的活塞与所述下阻尼器外筒之间均存在2mm间隙。
可选的，所述活塞表面以及所述上阻尼器外筒和所述下阻尼器外筒的内表面均通过物理工艺或者化学工艺进行微孔凹坑化处理。
可选的，所述第一轴承部、所述第二轴承部、所述第三轴承部均为结构相同的轴承部，且所述第一轴承部、所述第二轴承部均通过螺栓与所述上阻尼器外筒固定连接，所述第三轴承部通过螺栓与所述下阻尼器外筒固定连接。
可选的，所述轴承部均包括轴承端盖、轴承座以及位于所述轴承端盖与所述轴承座之间的轴承；所述第一轴承部的轴承座与所述上阻尼器外筒、所述第二轴承部的轴承座配合形成所述上阻尼器外筒的密闭空间；所述第三轴承部的轴承座与所述下阻尼器外筒配合形成所述下阻尼器外筒的密闭空间；所述轴承嵌套在所述活塞杆上。
可选的，所述轴承端盖为凸型结构，所述轴承座为凹型结构，且所述轴承端盖与所述轴承座配合形成矩形结构；所述凸型结构的凸端高度小于所述凹型结构的凹端深度，且所述凹端深度与所述凸端高度之差为所述轴承的高度。
可选的，所述轴承部还包括轴承密封圈和阻尼器密封圈；所述轴承密封圈设置在所述凹型结构的凹面上；所述阻尼器密封圈设置在阻尼器外筒与所述轴承座之间；所述轴承对所述活塞杆起导向作用，并减少所述活塞杆与所述轴承端盖、所述轴承密封圈、所述轴承座之间的摩擦。
可选的，所述弹簧定位件和所述m8轴支座均通过螺栓与所述上板固定连接；所述下阻尼器外筒通过螺栓与所述下板固定连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种可变刚度可变阻尼的减振器装置，该减振器装置从上至下依次包括上板、减振器阵列以及下板；所述减振器阵列包括一个或者多个减振器；所述减振器从上至下依次包括弹簧定位件、上阻尼器外筒和下阻尼器外筒，且所述弹簧定位件与所述上阻尼器外筒之间、所述上阻尼器外筒与下阻尼器外筒之间均存在间隙；所述上阻尼器外筒的外周壁上设有第一限位鼓肚；所述下阻尼器外筒的外周壁上设有第二限位鼓肚；在所述弹簧定位件与所述第一限位鼓肚之间的外周壁上缠绕上弹簧；在所述第一限位鼓肚与所述第二限位鼓肚之间的外周壁上缠绕下弹簧；所述上阻尼器外筒为两端开口的外筒；所述下阻尼器外筒为一端开口的外筒；所述上阻尼器外筒的两端分别嵌入安装第一轴承部和第二轴承部使所述上阻尼器外筒的内腔为密闭空间；所述下阻尼器外筒的开口端嵌入安装第三轴承部使所述下阻尼器外筒的内腔为密闭空间；所述上阻尼器外筒的密闭空间内设有第一活塞结构，所述下阻尼器外筒的密闭空间内设有第二活塞结构，且所述上阻尼器外筒的密闭空间内和所述下阻尼器外筒的密闭空间内均装有巨电流变液；所述减振器还包括活塞杆；所述活塞杆的一端穿过所述上板并通过螺纹与固定在所述上板上的m8轴支座连接；所述活塞杆的另一端从上至下依次穿过所述弹簧定位件、所述上弹簧、所述第一轴承部、所述第一活塞结构、所述第二轴承部、所述下弹簧、所述第三轴承部以及所述第二活塞结构；所述活塞杆与外界电源的负极连接；所述上阻尼器外筒和所述下阻尼器外筒均与所述外界电源的正极连接。本发明提供的减振器装置利用巨电流变液的巨电流变效应，在通电的条件下，改变弹簧的连接方式，使其具有可变刚度可变阻尼的功能。
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为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的剖面示意图；
图2为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的俯视图；
图3为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的组装示意图；
图4为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的组装剖面示意图；
图5为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的正视图；
图6为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的剖面示意图；
图7为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的俯视图。
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做出创造性劳动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。
由传统弹簧系统组成的减振器因受到弹簧自身性质的约束，无法做到改变自身的阻尼和刚度来适应特定场合的需要，这就使得很多场合下放弃使用弹簧系统为主体的减振系统。因此，本发明的目的是提供一种新的减振器结构，即一种多组阵列的基于巨电流变液的可变刚度可变阻尼的减振器装置，此减振器装置利用巨电流变液的巨电流变效应，在通电的条件下，改变弹簧的连接方式，具有可变刚度可变阻尼的功能。
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。
电流变体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。
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。
目前新型巨电流变液在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0.1pas，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。
图1为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的剖面示意图；图2为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的俯视图；图3为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的组装示意图；图4为本发明实施例减振器个数为1的减振器装置的组装剖面示意图。
参见图1-图4所示，本发明实施例提供的一种可变刚度可变阻尼的减振器装置从上至下依次包括上板1、减振器阵列以及下板2；所述减振器阵列包括一个或者多个减振器；在本实施例中减振器阵列包括一个减振器。
所述减振器从上至下依次包括弹簧定位件3、上阻尼器外筒4和下阻尼器外筒5，且所述弹簧定位件3与所述上阻尼器外筒4之间、所述上阻尼器外筒4与下阻尼器外筒之间5均存在间隙；所述上阻尼器外筒4的外周壁上设有第一限位鼓肚；所述下阻尼器外筒5的外周壁上设有第二限位鼓肚；在所述弹簧定位件3与所述第一限位鼓肚之间的外周壁上缠绕上弹簧6；在所述第一限位鼓肚与所述第二限位鼓肚之间的外周壁上缠绕下弹簧7。
所述上阻尼器外筒4为两端开口的外筒；所述下阻尼器外筒5为一端开口的外筒；所述上阻尼器外筒4的两端分别嵌入安装第一轴承部和第二轴承部使所述上阻尼器外筒4的内腔为密闭空间；所述下阻尼器外筒5的开口端嵌入安装第三轴承部使所述下阻尼器外筒5的内腔为密闭空间；所述上阻尼器外筒4的密闭空间内设有第一活塞结构，所述下阻尼器外筒5的密闭空间内设有第二活塞结构，且所述上阻尼器外筒4的密闭空间内和所述下阻尼器外筒5的密闭空间内均装有巨电流变液。
所述减振器还包括活塞杆8；所述活塞杆8的一端穿过所述上板1并通过螺纹与固定在所述上板上的m8轴支座9连接，进而使活塞杆8和上板1固结在一起；所述活塞杆8的另一端从上至下依次穿过所述弹簧定位件3、所述上弹簧6、所述第一轴承部、所述第一活塞结构、所述第二轴承部、所述下弹簧7、所述第三轴承部以及所述第二活塞结构。
所述活塞杆8与外界电源的负极连接；所述上阻尼器外筒4和所述下阻尼器外筒5均与所述外界电源的正极连接。所以活塞10与上阻尼器外筒4、下阻尼器外筒5之间就能形成一个电场。通电条件下，活塞10运动，两极板之间能够有相对运动，进而使巨电流变液进行剪切，流动。当电压改变时，巨电流变液的表观粘度会发生改变，进而产生阻尼力。
所述活塞杆8的外周壁上分别设有第一环形圆台和第二环形圆台；所述第一环形圆台位于所述上阻尼器外筒4内，所述第二环形圆台位于所述下阻尼器外筒5内；所述第一环形圆台的上端面固定安装所述第一活塞结构；所述第二环形圆台的下端面固定安装所述第二活塞结构。
在本发明实施例中所述第一活塞结构和第二活塞结构相同，均包括活塞10和活塞螺母11；所述活塞10嵌套在所述活塞杆8上，并通过所述活塞螺母11使所述活塞10固定。第一活塞结构中的活塞10与所述上阻尼器外筒4之间、所述第二活塞结构中的活塞10与所述下阻尼器外筒5之间均存在2mm间隙，它们之间可以相对移动。所述活塞10表面以及所述上阻尼器外筒4和所述下阻尼器外筒5的内表面均通过物理工艺或者化学工艺进行微孔凹坑化处理，有限的空间内增加了阻尼通道的面积，并显著降低巨电流变液与极板表面间的滑移，具有构造简单响应速度快、质量轻、体积小、出力大等优点。
所述第一轴承部、所述第二轴承部、所述第三轴承部均为结构相同的轴承部，且所述第一轴承部、所述第二轴承部均通过螺栓与所述上阻尼器外筒4固定连接，所述第三轴承部通过螺栓与所述下阻尼器外筒5固定连接。
所述轴承部均包括轴承端盖12、轴承座13以及位于所述轴承端盖与所述轴承座之间的轴承14；所述第一轴承部的轴承座13与所述上阻尼器外筒4、所述第二轴承部的轴承座13配合形成所述上阻尼器外筒4的密闭空间；所述第三轴承部的轴承座13与所述下阻尼器外筒5配合形成所述下阻尼器外筒5的密闭空间；所述轴承14嵌套在所述活塞杆8上。
所述轴承端盖12为凸型结构，所述轴承座13为凹型结构，且所述轴承端盖12与所述轴承座13配合形成矩形结构；所述凸型结构的凸端高度小于所述凹型结构的凹端深度，且所述凹端深度与所述凸端高度之差为所述轴承14的高度。所述轴承14嵌入在所述轴承座13的凹面内。
所述轴承部还包括轴承密封圈15和阻尼器密封圈16；所述轴承密封圈15设置在所述凹型结构的凹面上。所述阻尼器密封圈16设置在阻尼器外筒与所述轴承座13之间。
轴承端盖12、轴承座13与上阻尼器外筒4或下阻尼器外筒5通过螺栓连接。轴承座13与上阻尼器外筒4、下阻尼器外筒5相互配合，并使用阻尼器密封圈16密封。轴承14与活塞杆8配合，通过轴承座13和轴承端盖12定位和固定，并通过轴承密封圈15密封。所述轴承14对所述活塞杆8起导向作用，并减少所述活塞杆8与所述轴承端盖12、所述轴承密封圈15、所述轴承座13之间的摩擦。
所述弹簧定位件3和所述m8轴支座9均通过螺栓与所述上板1固定连接；所述下阻尼器外筒5通过螺栓与所述下板2固定连接。
在本发明实施例中弹簧定位件3、轴承端盖12、轴承座13的材料是pom，其他组件的材料均是45钢。
本发明提供的减振器装置的工作原理是根据巨电流变液与金属橡胶的阻尼效应来实现减振的。上板1可以通过螺栓等零部件与需要减振的装置相连。上阻尼器外筒4、下阻尼器外筒5中装有巨电流变液，活塞杆8主要是做上下运动。在活塞10和上阻尼器外筒4、下阻尼器外筒5之间的液体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。通过改变上阻尼器外筒4的外加电压，巨电流变液的流变特性发生改变。当电压较小时，两极板之间形成的电场较小。巨电流变液的流变特性变化不大，阻尼力较小，上、下两弹簧可以看作是串联，刚度较小。当电压增大时，两极板之间形成的电场较大。巨电流变液的流变特性变化较大，上阻尼器的阻尼力较大，上弹簧6变形较小，刚度较大。当电压增大到一定程度时，两极板之间形成的电场很大。巨电流变液的流变特性变化很大，上阻尼器的阻尼力很大，上弹簧6几乎没有变形。此时，该减振器装置的刚度等于下弹簧7的刚度。该减振器装置的可变阻尼特性可以通过改变下阻尼器上施加的电压来改变。因此，该减振器装置的刚度可变由上阻尼器上施加的电压控制，该减振器装置的阻尼可变由下阻尼器上施加的电压控制。
图5为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的正视图；图6为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的剖面示意图；图7为本发明实施例减振器个数为4的减振器装置的俯视图，参见图5-图7，本实施例中减振器阵列中包括四个减振器，也可以由其他数目的减振器组成。减振器的数目由外加负载决定。
本发明实施例提供的减振器装置采用环形面的形式形成电极间隙，采用巨电流变液作为阻尼器的填充液体，通过改变外加电压来实现减振器的刚度、阻尼可变。
本文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。