一种基于磁流变弹性体的减振装置的制作方法

本发明涉及一种可广泛应用于机械、管道、平台和土木结构的振动抑制装置，尤其涉及一种基于磁流变弹性体的减振装置。

背景技术：

磁流变材料是一种智能材料，它会因其周围磁场强度的变化而输出对应的阻尼力，通常将控制电流输入线圈，线圈产生对应磁场，磁场使磁流变材料输出对应阻尼力。将磁流变材料填充进减振装置中，以此制成的磁流变减振装置因其变刚度变阻尼的特性，被大量运用在减振环境中。目前使用最为广泛的是磁流变液材料，现有的磁流变液减振装置主要采用工作缸、活塞及活塞杆的结构，工作缸内充满了磁流变液，磁流变液在励磁线圈产生的磁场作用下，通过活塞杆带动活塞在工作缸内的往复运动来产生阻尼力。为了防止由于磁流变液泄漏而导致阻尼器性能下降，需要对工作缸进行良好密封。此外，磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和作为载液的非导磁性液体(如硅油、矿物油等)混合而成的悬浮体，由于磁性颗粒密度较高，而载液密度较低，密度差的存在使得磁性颗粒容易沉降，严重影响阻尼器的性能。综上，现有的磁流变液减振器存在磁流变液密封难和易沉降的问题，限制了磁流变液减振装置的应用。

磁流变弹性体(以下简称mre)作为磁流变材料家族的一个新秀，兼有磁流变材料和弹性体的优点，又克服了磁流变液易沉降、稳定性差等缺点，近年来成为磁流变材料研究的一个热点。但是，目前mre研究的焦点主要集中于mre材料性能、力学模型及性能试验方面，而mre装置研制及其实际应用研究较少。并且在现有研制的mre减振装置中，采用的还是传统磁流变液减振装置的活塞绕线圈形式，线圈和mre材料层没有隔离。当线圈持续工作后，其产生的热量容易引起mre材料层发生质变，进而影响mre的材料特性，达不到预期的减振效果。综上，现有技术的磁流变弹性体减振器存在线圈发热后产生的高温引起mre材料层发生质变的问题。因此，发明一种防高温式磁流变弹性体减振装置很有必要且极具工程应用前景。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁流变弹性体的减振装置，该减振装置采用磁流变弹性体替代磁流变液应用在减振装置中，不仅能够避免磁流变液存在的易沉降、密封难的问题，而且还能够解决现有磁流变弹性体装置中，磁流变弹性体在高温下易发生性能失效的隐患。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于磁流变弹性体的减振装置，包括减振平台、缸筒以及底座；还包括设置在缸筒上部的减振部和设置在缸筒下部的电磁感应部；减振部和电磁感应部具有一定的间距；其中，减振部由多块相互平行设置的夹层钢板和磁流变弹性体组成，相邻夹层钢板之间以及夹层钢板与缸筒内侧壁之间均填充有磁流变弹性体；电磁感应部为缠绕有线圈的铁芯；还包括电流控制器以及设置在减振平台上的加速度传感器，加速度传感器与电流控制器连接，电流控制器一端通过导线与线圈连接，电流控制器另一端通过导线与外部电源连接；其中，减振平台和底座均采用不导磁材料制备而成；夹层钢板和缸筒均采用高磁导率、低剩磁材料制备而成。

其中，所述缸筒下边沿向外延伸形成固定沿，固定沿与底座固定连接。

其中，减振平台与固定沿之间设有多根弹簧。

其中，所述磁流变弹性体为硅橡胶基磁流变弹性体。

其中，所述磁流变弹性体与夹层钢板通过高温高压硫化固定连接，所述磁流变弹性体与缸筒内侧壁也通过高温高压硫化固定连接。

其中，铁芯呈水平放置，磁流变弹性体在夹层钢板与缸筒内侧壁之间进行竖向剪切运动，磁流变弹性体的运动方向与线圈产生的磁场方向相互垂直。

本发明减振装置的工作原理：减振平台上设有检测振动的加速度传感器，加速度传感器与电流控制器连接，电流控制器能够根据外部振动的大小实时输出控制电流，电流控制器输出的控制电流输出到线圈上，当线圈中通入直流电流后，由于电磁感应效应，装置内部将产生磁场，且磁极位于线圈的两端，在该减振装置中产生闭合磁路；减振装置中的磁流变弹性体在夹层钢板与缸筒之间做竖向剪切运动，而线圈产生的磁场在磁流变弹性体处与其运动方向垂直；磁流变弹性体在磁场作用下，其内部磁性颗粒迅速形成链状，材料本身的刚度和阻尼将产生变化，从而达到抑制振动的作用；而当断开电源后，线圈中失去电流，原本存在于线圈周围的磁场也随即消失，由于磁流变弹性体的可逆性，该减振装置的刚度和阻尼迅速恢复到初始状态。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果是：

本发明减振装置将磁流变弹性体与线圈隔离放置，解决了现有技术中由于线圈通电发热后产生的高温引起mre材料层发生质变的问题，具有防高温的优点；另外，本发明通入线圈的电流大小由与线圈连接的电流控制器控制，减振平台上设置有检测振动的加速度传感器，加速度传感器与电流控制器连接，电流控制器能够根据外部振动的大小实时输出控制电流，从而改变外加磁场的大小，进而改变磁流变弹性体的刚度和阻尼，从而达到对平台振动实时智能控制的效果。

附图说明

图1为本发明基于磁流变弹性体的减振装置的结构示意图；

其中，1、减振平台，2、夹层钢板，3、磁流变弹性体，4、缸筒，5、线圈，6、铁芯，7、弹簧，8、螺栓，9、底座，10、固定沿。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明基于磁流变弹性体的减振装置，包括减振平台1、上下开口的缸筒4以及用于承载缸筒4的底座9；本发明减振装置还包括设置在缸筒4内、且位于缸筒4上部的减振部，以及设置在缸筒4内、且位于缸筒4下部的电磁感应部，减振部和电磁感应部两者不接触、不相连，具有一定的间距；其中，减振部由多块相互平行设置的夹层钢板2和磁流变弹性体3组成，相邻夹层钢板2之间以及夹层钢板2与缸筒4内侧壁之间均填充有磁流变弹性体3；电磁感应部为缠绕有线圈5的铁芯6；本发明减振装置还包括电流控制器12以及设置在减振平台1上的加速度传感器11，加速度传感器11与电流控制器12通过电缆连接，加速度传感器11将振动平台1的振动信号实时传递给电流控制器12，电流控制器12一端通过导线与线圈5连接，电流控制器12另一端通过导线与外部电源连接；减振平台1和底座9均采用不导磁材料制备而成，夹层钢板2和缸筒4均采用高磁导率、低剩磁材料制备而成，夹层钢板2和缸筒4与磁流变弹性体3和铁芯6共同形成闭合磁路，在接通直流电源后，在装置内部会产生强磁场，磁场会作用于磁流变弹性体3上；电磁感应部中的铁芯6呈水平放置在缸筒4内，磁流变弹性体3在夹层钢板2与缸筒4内侧壁之间进行竖向剪切运动，磁流变弹性体3的运动方向与线圈5产生的磁场方向相互垂直。

其中，缸筒4下边沿向外延伸形成固定沿10，固定沿10与底座9通过螺栓8固定连接；减振平台1与固定沿10之间设有多根弹簧7，弹簧7提供了该装置的竖向刚度以及增加装置的负载能力，同时防止磁流变弹性体(mre材料层)3竖向位移过大而脱落，起到一定的限位作用；缸筒4与铁芯6作为线圈5的磁轭，在夹层钢板2、磁流变弹性体3和缸筒4以及铁芯6之间形成闭合的磁回路。

磁流变弹性体3为硅橡胶基磁流变弹性体，它是由混合有磁性颗粒的天然橡胶或硅橡胶基体在外加磁场的作用下固化制得，固化后这种材料的刚度和阻尼可随外加磁场的变化而变化。本发明通过改变线圈5内的电流大小来改变装置内的磁感应强度，从而控制磁流变弹性体3的刚度和阻尼，进而调节减振装置性能，达到消能减震的作用。即磁流变弹性体3的特性参数可实时根据被控对象动力反应进行调节，从而改善减振装置的减振效果。

本发明具有多级组合使用的方式，能够根据隔减振对象性能要求来增减夹层钢板2中钢板的数量，同时磁流变弹性体3的数量随之进行配套增减，从而灵活调节该减振装置的性能参数，以满足不同工作平台的减振控制需求。本实施例中夹层钢板2包括三个平行竖向放置的钢板。

本发明的减振装置，给线圈绕组通入直流电流，使得装置内部产生磁场；mre材料层在磁场的作用下，其刚度和阻尼产生变化，从而达到抑制振动的作用。本发明很好地解决了磁流变液减振装置存在的密封难和易沉降的问题，在磁流变弹性体中载液被橡胶类物质所代替，磁性颗粒不会随时间而沉降，不需要绝对密封。本发明利用mre力学性能随着外磁场的变化而快速可逆变化的特性，实现平台智能减振的目的。本发明的基于磁流变弹性体减振装置将线圈与mre材料层隔离，能够有效防止线圈工作发热后mre材料层发生质变，同时装置还具有制作简单、耗能低、无需绝对密封等优点。