一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器及其控制方法与流程

本发明属于磁流变阻尼器技术领域，特别涉及一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器及其控制方法。

背景技术：

磁流变液（mrf）作为一种功能材料，其具有可逆性和可控性，同时其热稳定性好、工作温度范围广、响应速度快等特点能充分满足工程应用的要求，因此，磁流变液被广泛应用于新型机械器件的研究中，如离合器、制动器、减振器、抛光装置等，在车辆工程、机械工程、土木工程及航空航天等领域都具有很好的应用前景。

磁流变阻尼减振技术是一种新型智能减振技术，其工作原理通过改变磁场的强弱可以控制输出阻尼力的大小，具有阻尼力连续可调、能耗小、响应速度快（毫秒级内）、性能稳定等优点，磁流变阻尼器是利用磁流变液在外磁场作用下发生流变效应而研发出的具有各种用途半主动控制装置。磁流变半主动减振技术既能达到被动减振的效果，还可以解决常规被动减振存在的减振特性单一的问题，可以应对宽频或复杂环境下的不同工况。根据磁流变液的受力状态和流动特点，可以把磁流变阻尼器常用结构类型分为阀式、剪切式、挤压式。阀式：其原理是，磁流变液在压力作用下通过固定的磁极，磁流变液流动的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线圈的电流控制磁场的变化，使得磁流变液的流动性能发生变化，从而使磁流变阻尼器的阻尼力发生变化。剪切式：其原理是，一个磁极固定，另一个磁极作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场，同样磁场方向垂直于磁流变液流动，适合于磁极运动的使用场合。挤压式：其原理是磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压，可应用于低速、小位移、大阻尼力的磁流变阻尼器和减振设备等。

目前传统的磁流变阻尼器不足之处：第一，目前主要使用的工作模式是剪切模式，流动模式，剪切阀式，挤压模式。剪切模式磁流变减振器磁路设计简单，但产生的阻尼力小；流动模式磁流变阻尼器产生的阻尼力大，但磁路设计复杂，因而常见的磁流变减振器为这两种模式的复合形式，即剪切阀式磁流变减振器，它产生的阻尼力相对较大，磁路设计也相对简单但该类减振器产生的阻尼力有限，不能满足重负荷减振需求，而挤压式磁流变减振器虽然能产生大阻尼力的特性但是它的工作位移太小，所以这一工作模式只能在一个非常小的振动区域内才能有效工作，而且只能在低速场合使用，因此它的使用环境有很大的局限性。第二，目前大多数的剪切模式磁流变阻尼器和剪切阀式磁流变阻尼器励磁线圈都是设在活塞上，但是当活塞上装有线圈时，活塞上被装有线圈的这一段长度将变成无效长度，因此影响了活塞的有效长度，从而影响了磁流变阻尼器阻尼力的大小。第三，目前设计的磁流变阻尼器都是利用单线圈工作，当需要很大的阻尼力的时候必须把线圈槽设计得很大，但是当线圈槽很大时，会影响磁场在阻尼器通道的均匀分布，从而影响阻尼器运动的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器及其控制方法，不仅结构简单、紧凑，而且能够输出较大的阻尼力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器，包括缸筒、活塞以及左、右端盖，所述左、右端盖与缸筒的左右两端密封连接，所述活塞设于缸筒内，把缸筒内腔分为左、右两个腔室并留有连通两个腔室的节流通道，所述活塞上穿设有活塞杆，所述活塞杆左右两端分别穿出左、右端盖，所述活塞杆与左、右端盖的接触面上分别设有密封圈，所述活塞左右两侧向内分别设有用于产生磁场的励磁线圈，所述左、右两个腔室内充满磁流变液，所述活塞杆带动活塞在缸筒内来回运动，带动磁流变液经节流通道在两个腔室间流通，在活塞与缸筒之间形成剪切模式；所述缸筒左右两外侧分别设有用于产生磁场的绕组线圈，当活塞运动到距左端盖或右端盖一定距离时，在活塞与左端盖或右端盖之间形成挤压模式；所述活塞上的两组励磁线圈以及缸筒上的两组绕组线圈分别与可控电流源电性连接。

进一步地，所述励磁线圈外侧设有阻磁环，所述阻磁环外侧设有导磁环。

进一步地，所述缸筒靠近左、右端盖的左右两外侧分别开设有凹槽，所述凹槽上设有内套筒，所述内套筒外侧设置所述绕组线圈，所述绕组线圈外侧设有外套筒。

进一步地，所述左、右端盖的端面分别位于相应的绕组线圈的中间位置，以使绕组线圈在端面前的挤压区域产生平行且均匀的磁场。

进一步地，所述左端盖左侧连接底座，所述底座、左端盖和缸筒经螺纹连接件固定连接，所述右端盖和缸筒也经螺纹连接件固定连接。

进一步地，所述活塞杆与左、右端盖的接触面分别采用毡圈动密封。

进一步地，所述缸筒内腔为圆筒形结构，所述活塞外周部为截面直径小于缸筒内腔的圆筒形结构，以在缸筒内壁与活塞外壁之间形成圆环形节流通道，以连通左、右两个腔室的磁流变液，所述活塞左右端面分别与左、右端盖之间形成圆盘形挤压通道。

本发明还提供了一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器的控制方法，当外界激励强度低于设定值时，只给励磁线圈通电，当外界激励强度高于设定值时，给励磁线圈和绕组线圈同时通电。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：将剪切模式和挤压模式阻尼器相结合，阻尼器的输出力由剪切模式和挤压模式两部分组成，通过这种混合模式输出足够大的阻尼力和较高的动力可调系数，克服了剪切模式出力小和挤压模式工作位移小的缺点，并且结构更为紧凑。此外，通过在活塞的励磁线圈上装设导磁环和阻磁环，引导磁场走向，能够增加活塞的有效长度，从而增加阻尼的输出力，适用于各种重载减振场合。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中，1-底座；2-螺纹紧固件；3-左端盖；4-外套筒；5-内套筒；6-导磁环；7-阻磁环；8-绕组线圈；9-内套筒；10-螺纹紧固件；11-右端盖；12-密封圈；13-密封圈；14-外套筒；15-磁流变液；16-励磁线圈；17-励磁线圈；18-活塞；19-绕组线圈；20-缸筒；21-密封圈；22-密封圈；23-活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器的结构示意图。如图1所示，该阻尼器包括缸筒20、活塞18以及左端盖3、右端盖11。左端盖3、右端盖11与缸筒20的左右两端密封连接，活塞8设于缸筒20内，把缸筒20内腔分为左、右两个腔室并留有连通两个腔室的节流通道。活塞18上穿设有活塞杆23，活塞杆23左右两端分别穿出左端盖3、右端盖11，活塞杆18与左端盖3、右端盖11的接触面上分别设有密封圈22、21、13、12。活塞左右两侧向内分别设有用于产生磁场的励磁线圈17、16，左、右两个腔室内充满磁流变液15，活塞杆23带动活塞18在缸筒20内来回运动，带动磁流变液15经节流通道在两个腔室间流通，在活塞18与缸筒20之间形成剪切模式。缸筒20靠近左端盖3、右端盖11的左右两外侧分别开设有凹槽，凹槽上设有与缸筒过盈配合的内套筒5、9，内套筒5、9外侧分别设有用于产生磁场的绕组线圈19、8，绕组线圈外侧分别设有与缸筒过渡配合的外套筒4、14。当活塞18运动到接近左端盖3或右端盖11时，在活塞18与左端盖3或右端盖11之间形成挤压模式。活塞18上的两组励磁线圈17、16以及缸筒20上的两组绕组线圈19、8分别与可控电流源电性连接。通过控制线圈中电流的大小，产生不同强度的磁场，以调节磁流变效应的强弱，从而控制输出阻尼力的大小。

在本实施例中，励磁线圈17、16外侧均设有阻磁环7，阻磁环7外侧设有导磁环6，其作用主要是：避免活塞18装有线圈的部分成为无效长度，充分地利用活塞18的总长度。

为了满足产生挤压模式的条件，设计左端盖3、右端盖11的厚度，使左端盖3、右端盖11的端面分别位于相应的绕组线圈19、8的中间位置，以使绕组线圈19、8在端面前的挤压区域产生平行且均匀的磁场，从而形成挤压模式。

在本实施例中，左端盖3左侧连接底座1，底座1、左端盖3和缸筒20经螺纹连接件2固定连接，右端盖11和缸筒20也经螺纹连接件10固定连接。活塞杆23与左端盖3、右端盖11的接触面分别采用毡圈动密封。

在本实施例中，缸筒20内腔为圆筒形结构，活塞18外周部为截面直径小于缸筒20内腔的圆筒形结构，以在缸筒20内壁与活塞18外壁之间形成圆环形节流通道，以连通左、右两个腔室的磁流变液15，在活塞18与缸筒20之间形成剪切模式。活塞18左右端面分别与左端盖3、右端盖11之间形成圆盘形挤压通道，在活塞18接近左端盖3、右端盖11时形成挤压模式。

本发明还提供了上述全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器的控制方法，外部负载收到激励振动时，活塞18在缸筒20内往复运动，同时通过一振动传感器检测外部负载振动情况，产生反馈信号到一控制器，当外界激励强度不是很高（低于设定值）时，只给活塞18上的两组励磁线圈通电，当外界激励变强（高于设定值）时，给活塞18上的两组励磁线圈和缸筒20上的两组绕组线圈同时通入电流。具体步骤在于：当活塞运动到距离左端盖3或右端盖113mm时，开启阻尼器两端绕组线圈的开关，给绕组线圈通入电流，从而产生平行于运动方向的磁场，在左右两端形成挤压模式，从而增大磁流变阻尼器的输出力矩。

本发明提供的全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器的运动过程如下：活塞杆23连同活塞18在缸筒20内运动时，会带动固定在其上的阻磁环7和导磁环6一起运动，当活塞18在缸筒20内左右运动时，会带动磁流变液15在缸筒左右两个腔室内通过圆环形节流通道连通，其包含流动模式和剪切模式，流动模式指磁流变液15在缸筒20挤压下会流过圆环形节流通道，剪切模式是指活塞18和缸筒20发生了相对运动，控制活塞18上的两组励磁线圈17、16的电流大小来改变节流通道中磁流变液15中磁场的大小，进而来控制阻尼器的输出力。活塞18上两组励磁线圈17和16装有阻磁环7和导磁环6，它们主要是来引导磁场的走向来充分利用活塞18的长度，从而增大阻尼输出力。在缸筒20内左右两侧的绕组线圈19和8用内套筒5和9和外套筒4和14来固定，当活塞18在缸筒20内左右运动时，当活塞到达缸筒20端部，即到达左端盖3或右端盖11时，通过给绕组线圈19和绕组线圈8通电将会产生平行于活塞18运动方向的磁场，这种运动模式属于挤压模式，通过改变绕组线圈中电流的大小来控制挤压区域的磁场强度，来提高挤压阻尼力的大小。因此，本发明既克服了剪切模式输出力不够大，也克服了挤压模式工作位移小的缺点，适用于各种重载减振场合。

综上所述，本发明提出一种全通道剪切挤压混合模式磁流变阻尼器及其控制方法，不但阻尼输出力大，还有一个大的工作位移，结构紧凑，体积小，能适应各种要求的重载减振场合。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。