一种变间隙磁流变缓冲装置

1.本发明涉及一种磁流变缓冲装置，尤其涉及一种变间隙磁流变缓冲装置。


背景技术：

2.磁流变缓冲器由于阻尼力连续可调、响应快、动态范围宽等特性，近二十年广泛应用在缓冲领域。缓冲的目的是使冲击力均匀的分布在缓冲器的有效行程上，同时减小冲击力的峰值。现有的大多数缓冲器缸筒与活塞头之间阻尼间隙宽度保持相等，冲击过程在很短时间内产生的峰值巨大的冲击力，易对缓冲装置造成损伤，威胁操作人员生命安全，且等间隙磁流变阻尼器对控制系统的要求极高。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种变间隙磁流变缓冲装置，能够有效削减冲击力峰值、减弱冲击力危害，同时降低对控制系统的依赖，提高缓冲装置的安全性和可靠性。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种变间隙磁流变缓冲装置，包括缸筒、活塞杆和活塞头，所述活塞头套在缸筒内，所述活塞头上开设有环形线圈槽，所述线圈槽内绕设有线圈，所述活塞头连接活塞杆，所述活塞杆伸出缸筒左端连接受冲端盖，其特征在于：所述缸筒从靠近受冲端盖的一端到远离受冲端盖的一端依次分为削峰段和控制段，所述削峰段的倾斜角为所述控制段倾斜角为r1为缸筒靠近受冲端盖的一端的内壁半径，r2为削峰段和控制段交界处缸筒内壁半径，r3为缸筒远离受冲端盖的一端的内壁半径，l1为缸筒削峰段长度，l2为缸筒控制段长度，其中r3＜r2，θ2＜0
°
；所述活塞头上相邻线圈槽中的两级线圈产生磁场方向相反。
5.受冲端盖、活塞杆、活塞头和缸筒同轴，如图，活塞头初始位置处于倾斜角为θ1的缸筒部分削峰段内，所述活塞头自左向右运动时，活塞头右端面侵入倾斜角为θ2的控制段内。
6.上述方案中，所述θ1的取值范围：0
°
≤|θ1|＜90
°
；所述θ2的取值范围：0
°
＜|θ2|＜90
°
。
7.该种缓冲装置分为三种类型：类型一，所述削峰段的内径从靠近受冲端盖到远离受冲端盖线性减小，θ1＜0
°
，也就是缸筒的内径线性减小。
8.类型二，所述削峰段的内径不变，θ1＝0
°
。也就是在削峰段，缸筒的内径不变，然后在控制段线性减小。
9.类型三，所述削峰段的内径从靠近受冲端盖到远离受冲端盖线性增大，θ1＞0
°
，然后在控制段内径线性减小。
10.所述类型一和类型三，削峰段倾斜角大于控制段倾斜角，|θ1|＞|θ2|；
11.上述方案中：所述线圈槽通过环氧树脂胶密封。绕线槽填满环氧树脂胶后其直径
与活塞头外径相等。
12.上述方案中：所述活塞头的右端面中部设置有环氧树脂胶制备而成的防过冲平台，所述防过冲平台密封活塞头的中心孔。防过冲平台，一方面起到密封活塞头中心孔的目的(活塞头中心孔中有线路，此为现有常规技术)。另一方面可以起到缓冲作用，防止活塞头与端盖b硬碰硬对冲。
13.上述方案中：所述缸筒的两端分别设置有端盖a和端盖b，所述端盖a外还配备有密封端盖。
14.上述方案中：所述活塞杆外套缓冲弹簧，所述缓冲弹簧位于受冲端盖和密封端盖之间。缓冲弹簧预压在受冲端盖与密封端盖之间。缓冲弹簧的预压力使得活塞头在不受冲击力时保持在初始位置，为缓冲做准备；在冲击结束后，撤销冲击力，缓冲弹簧的弹力使活塞头复原到初始位置。
15.上述方案中：所述缸筒与活塞头阻尼间隙宽度在3-0.5mm之间。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的变间隙磁流变缓冲装置能够降低对控制系统的依赖，减小控制系统的复杂程度，增加系统的稳定性，同时能够有效削减冲击力峰值、减弱冲击力危害，提高缓冲装置的安全性和可靠性。且本发明的变间隙磁流变缓冲装置加工方法简单。
附图说明
17.图1是本发明缓冲器整体结构图。
18.图2是本发明缓冲器缸筒结构图。
19.图3是本发明类型一缸筒与等间隙缸筒示意图。
20.图4是本发明类型二缸筒与等间隙缸筒示意图。
21.图5是本发明类型三缸筒与等间隙缸筒示意图。
22.图6是本发明三种类型缸筒与等间隙缸筒在冲击过程中冲击力与冲击行程关系图。
具体实施方式
23.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
24.实施例1，如图1、2所示，一种变间隙磁流变缓冲装置，由受冲端盖1、缓冲弹簧2、活塞杆3、密封端盖4、端盖a5、缸筒6、环氧树脂胶7、线圈8、活塞头9、防过冲平台10、端盖11组成。受冲端盖1、活塞杆3、活塞头9和缸筒6同轴设置。活塞头9套在缸筒6内，活塞头9上开设有环形线圈槽，线圈槽内绕设有线圈8，线圈槽可以为多个，在活塞头上，相邻线圈槽中的两级线圈8产生磁场方向相反。在有效阻尼流道(活塞头头与缸筒内壁之间的间隙为阻尼通道)产生磁场相同，环形绕线槽通过环氧树脂胶7密封。绕线槽中绕线圈，线圈上覆盖环氧树脂胶后，绕线处活塞头直径与活塞头外径相同，防止磁流变液体材料受挤压快速流动产生湍流。
25.活塞头9连接活塞杆3，活塞杆3伸出缸筒左端连接受冲端盖1，缸筒6的两端分别设置有端盖a5和端盖b11，端盖a5外还配备有密封端盖4。活塞杆3外套缓冲弹簧2，缓冲弹簧2预压在受冲端盖1与密封端盖4之间。缓冲弹簧2的预压力使得活塞头在不受冲击力时保持
在初始位置，为缓冲做准备；在冲击结束后，撤销冲击力，缓冲弹簧的弹力使活塞头复原到初始位置。
26.缸筒6从靠近受冲端盖1的一端到远离受冲端盖1的一端依次分为削峰段和控制段，图1中缸筒的左部为削峰段，右部为控制段。削峰段的倾斜角为控制段倾斜角为r1为缸筒靠近受冲端盖的一端的内壁半径，r2为削峰段和控制段交界处的缸筒内壁半径，r3为缸筒远离受冲端盖的一端的内壁半径，l1为缸筒削峰段长度，l2为缸筒控制段长度，其中r3＜r2，θ2＜0
°
；活塞头初始位置处于倾斜角为θ1的缸筒部分，活塞头自左向右运动时，活塞头右端面侵入倾斜角为θ2的控制段内。θ1的取值范围：0
°
≤|θ1|＜90
°
；θ2的取值范围：0＜|θ1|＜90
°
。
27.该种缓冲装置分为三种类型：类型一、削峰段的内径从靠近受冲端盖到远离受冲端盖线性减小，θ1＜0
°
，也就是缸筒的内径逐渐减小。类型二、削峰段的内径不变，控制段的内径逐渐减小，θ1＝0
°
。也就是在削峰段缸筒的内径不变，然后在控制段逐渐减小。类型三，削峰段的内径从靠近受冲端盖到远离受冲端盖线性增大，θ1＞0
°
。然后在控制段内径逐渐减小。类型三倾斜角变化处缸筒内径大于类型一倾斜角变化处缸筒内径。也就是类型三的r2大于类型一的r2；同时类型一与类型三满足削峰段倾斜角大于控制段倾斜角，|θ1|＞|θ2|。活塞头9的右端面设置有环氧树脂胶制备而成的防过冲平台10，防过冲平台10密封活塞头的中心孔，中心孔中有穿过的线路，此为现有技术。防过冲平台，一方面起到密封活塞头中心孔的目的(活塞头中心孔中有线路，此为现有常规技术)。另一方面可以起到缓冲作用，防止活塞头与端盖b硬碰硬对冲。缸筒6与活塞头9阻尼间隙宽度在3-0.5mm之间。
28.本发明缸筒内壁削峰段和控制段的倾斜角不等，倾斜角发生变化处为活塞头在冲击力的作用下速度最大处，此时活塞头与缸筒内壁阻尼间隙最大。活塞头给予磁流变液体材料的压力最大时，阻尼间隙宽度最大可以快速耗散冲击力，削减冲击力峰值。通过这种结构，能够有效削减冲击力峰值、减弱冲击力危害，如图6所示，变间隙磁流变阻尼器与等间隙磁流变阻尼器相比，其冲击力峰值偏小。
29.如图3和图4所示类型一与类型二的内壁，所述活塞头自左向右挤压磁流变液体材料，缸筒内放置有磁流变液体材料，此为现有技术，为了补偿活塞杆伸入后压缩的磁流变液体材料的空间，可以在如图1的活塞头的右端也设置右活塞杆，该有活塞杆从右端的端盖11伸出，并配备密封端盖，这就是常见的双出杆。也可以不设置右活塞头，在端盖11处设置补偿腔，此为本领域的常规技术。类型一和类型二活塞头尾(连接活塞杆的一端)与缸筒内壁之间阻尼间隙宽度始终大于活塞头首与缸筒内壁阻尼间隙宽度，尾部阻尼间隙宽度大有利于快速释放冲击能量，有效削减冲击力峰值，首部阻尼间隙宽度小有利于提供大的阻尼力，充分减小缓冲行程。如图5所示类型三的内壁，能够迅速达到缓冲力的峰值，再快速利用大阻尼间隙宽度快速释放磁流变液体材料，减小冲击力峰值。缸筒内壁与活塞头阻尼间隙宽度随活塞头在缸筒内运动不断变化，通过控制系统，使得冲击力均匀地分布在有效行程上，减小冲击力的危害，提高缓冲装置的可靠性与安全性。
30.在通电过程中线圈产生的磁场充满整个缸筒内部，控制段自左向右阻尼间隙宽度线性减小，可以增大缓冲装置的阻尼力，减小线圈中的电流，减小对控制系统的依赖，减小
控制系统的复杂程度，增加系统的稳定性。
31.本实施例中，受冲端盖、活塞杆、活塞头和缸筒同轴。在密封端盖与端盖a的导向作用下，可以保证活塞头在缸筒内部往复运动时，活塞头与缸筒二者的轴线严格重合，满足同一运动时刻活塞头与缸筒阻尼间隙宽度处处相等。
32.本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。