CN101750202A

CN101750202A - 一种磁流变减振器冲击试验台架及冲击试验装置

Info

Publication number: CN101750202A
Application number: CN200810204607A
Authority: CN
Inventors: 王炅; 胡红生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-23

Abstract

一种磁流变减振器冲击试验台架及冲击试验装置，其包括：台架，该台架包括二基座及水平设置于二基座上的若干导轨；质量块，滑动设置于导轨上；冲击发生装置，设置导轨一端，与质量块配合；缓冲器，设置导轨另一端，对应质量块；磁流变减振器，与质量块相连；传感器，分别设于质量块，或磁流变减振器上，或台架上；冲击信号处理器，与传感器电性连接；电流控制器，分别与传感器和磁流变减振器电性连接；冲击信号处理器采集、处理来自传感器信号后输出电压信号给电流控制器，电流控制器根据所述电压信号通过调节输出电流以控制磁流变减振器产生的阻尼力大小。本发明可以用于测试冲击载荷作用下的磁流变减振器动态特性，并验证控制方法的有效性。

Description

一种磁流变减振器冲击试验台架及冲击试验装置

技术领域

本发明涉及一种磁流变减振器特性测试试验装置，更具体地涉及一种磁流变减振器冲击试验台架及冲击试验装置。

背景技术

磁流变液是一种输出阻尼可控的智能材料，在外磁场的作用下，磁流变液在毫秒级的时间内可以实现从液态到固态的可逆转换，且转换过程可以通过改变磁场加以控制。相较于电流变液，磁流变液具有剪切屈服强度高、工作电压低、温度适应范围宽等优点。利用磁流变液的优良特性制成的磁流变减振器具有体积小、质量轻、能耗小、输出阻尼力大且可控、响应迅速、可调范围宽等特点，是一种半主动智能装置。国外的科研单位和研究人员已经将磁流变减振器用于汽车悬架、航空航天、桥梁、建筑物等的减振技术上，并已经取得了很好的效果。此外，美国军方已经实验将磁流变减振器用于武器装备的反后坐中，目前此研究正在进行中。

随着结构设计思想和方法的不断改进以及高新技术的应用，工程中所遇到的冲击问题的强度越来越大，在航空、航天、军工、交通运输和工程建筑领域都不同程度的存在着亟待解决的冲击问题，因而冲击减振的研究日益引起人们的关注和重视。磁流变减振器具有阻尼连续可调、动态范围宽、响应速度快、低功耗等特点，成为振动控制中非常有应用前景的智能器件。目前，国内外对于磁流变减振器在随机载荷(如汽车悬架、建筑和桥梁抗震设计)环境中得到了很好的研究和使用，然而冲击载荷作用下的磁流变减振器动力学特性和半主动控制策略研究仍存在空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁流变减振器冲击试验台架及冲击试验装置，可以用于测试冲击载荷作用下的磁流变减振器动态特性，并验证控制方法的有效性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种磁流变减振器冲击试验台架，其包括，二基座，若干导轨，水平设置于二基座上；质量块，滑动设置于导轨上；冲击发生装置，设置导轨一端，与所述质量块配合；缓冲器，设置导轨另一端，对应所述质量块；磁流变减振器，与所述质量块相连。

进一步，所述冲击发生装置包括电子打火装置、火药腔和密爆发生器，所述电子打火装置与所述火药腔相连，所述火药腔与所述密爆发生器相连通，所述密爆发生器通过一管道与所述质量块相连。

又，所述的磁流变减振器为单杆缸筒形磁流变减振器，所述的质量块通过其上设置一轴套与所述的磁流变减振器的缸筒固定连接，所述的磁流变减振器的活塞杆与所述基座固定连接。

本实用新型还提供一种磁流变减振器冲击试验装置，其包括，台架，该台架包括，二基座及水平设置于二基座上的若干导轨；质量块，滑动设置于所述导轨上；冲击发生装置，设置所述导轨一端，与所述质量块配合；缓冲器，设置导轨另一端，对应所述质量块；磁流变减振器，与所述质量块相连；若干传感器，分别设置于所述质量块，或所述磁流变减振器上，或所述台架上；冲击信号处理器，与所述传感器电性连接；电流控制器，分别与所述传感器和磁流变减振器电性连接；所述冲击信号处理器采集、处理来自所述传感器信号后输出电压信号给所述电流控制器，所述电流控制器根据所述电压信号通过调节输出电流以控制所述磁流变减振器产生的阻尼力大小。

又，本发明所述的磁流变减振器为单杆缸筒形磁流变减振器，所述的质量块通过其上设置一轴套与所述的磁流变减振器的缸筒固定连接，所述的磁流变减振器的活塞杆与所述基座固定连接。

再有，所述传感器包括加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述质量块上。

所述传感器还包括冲击力传感器和压力传感器，所述冲击力传感器安装于所述磁流变减振器的活塞杆上，所述压力传感器安装于所述磁流变减振器的缸筒上。

所述传感器还包括速度和位移传感器，所述速度和位移传感器安装于支架上。

本发明的有益效果：

本发明设计一种磁流变减振器冲击试验台架，可以为上述问题的研究提供通用试验平台。在试验平台下可分析计算磁流变减振器的动力学特性，进行控制策略仿真和相应的试验论证，功能齐全，能较好地揭示振动控制的性能，为冲击环境下的磁流变减振器半主动控制系统设计和试验验证以及其它武器系统振动控制研发提供有效的技术分析手段与试验保障。

本发明设计一密爆发生器，利用密爆发生器通过火药爆炸所产生的冲击力作为冲击源，冲击载荷作用力大小可通过填入火药腔的火药大小与质量多少来控制，冲击力在一定范围连续可控，可实现的冲击力幅值范围达到最大10000N。

设计的磁流变减振器冲击试验台架导轨具有很高的平行度，滑动于导轨的质量块可根据试验工况不同，按需要自行调节质量大小。

将磁流变减振器用于冲击环境下的复杂机电装备减振抗冲设计，目前尚未见具体技术方案的报道。冲击载荷激励下的磁流变减振器控制是一门多学科交叉的复杂性课题，理论模型、冲击减振系统的动力学特性和半主动控制策略的设计和实现等专题仍存在许多有待继续研究的问题。

本发明利用设计的长行程磁流变冲击减振器阻尼力的可控性，实现了火炮后坐力或后坐行程的减小，改善对火炮平稳性的控制，提高火炮击射精度和毁伤率，减轻火炮重量，提高快速机动性能的。

磁流变减振器采用长行程单杆磁流变减振器，采用多阶线圈产生磁场，有效MRF为600ml，功耗为18w，可输出最大阻尼力为6000N。本发明的磁流变减振器冲击试验装置布置了冲击力信号传感器、减振器加速度信号、位移信号及速度信号传感器、减振器腔内压力信号传感器，基于检测的各物理量信号，可研究在冲击载荷作用下的磁流变减振器动态特性，并验证控制方法的有效性。

另外，冲击试验台架中包括有缓冲装置，可有效保护磁流变阻尼器在恶劣工况下的过载问题。双态控制策略、比例控制策略、PID控制策略和模糊控制策略试验验证本发明在冲击载荷作用下有很好的可控性，磁流变减振器行程可以缩短50％，实验系统的响应时间大约60ms；

本发明基于结构动力学和控制理论交叉的独特视角，建立一种磁流变减振器冲击试验装置，可以为上述问题的研究提供通用试验平台。在试验平台下可分析计算磁流变减振器的动力学特性，进行控制策略仿真和相应的试验论证，功能齐全，能较好地揭示振动控制的性能，为冲击环境下的磁流变减振器半主动控制系统设计和试验验证以及其它武器系统振动控制研发提供有效的技术分析手段与试验保障。

附图说明

图1为本发明磁流变减振器冲击试验台架的结构示意图；

图2为本发明磁流变减振器冲击试验装置的结构框图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明的磁流变减振器冲击试验装置，其包括，台架1、质量块2、冲击发生装置3、缓冲器4、磁流变减振器5、加速度传感器6、冲击力传感器7、压力传感器8、速度和位移传感器9；冲击信号处理器10，

台架1，其包括二基座101及水平设置于二基座101上的若干导轨102；质量块2，滑动设置于所述导轨102上；

冲击发生装置3，设置所述导轨一端，包括电子打火装置31、火药腔和密爆发生器，所述电子打火装置与所述火药腔相连，所述火药腔与所述密爆发生器相连通，所述密爆发生器通过一管道与所述质量块相连；

缓冲器4，设置导轨102另一端，对应所述质量块2；

磁流变减振器5，其为单杆缸筒形磁流变减振器，采用多阶线圈产生磁场，通过改变线圈输入电流的大小可以改变磁流变减振器5所产生的阻尼力的大小；质量块3通过其上设置的轴套12与磁流变减振器5的缸筒固定连接，磁流变减振器5的活塞杆与台架1基座101固定连接；

传感器，包括加速度传感器6、冲击力传感器7、压力传感器8、速度和位移传感器9；加速度传感器6安装在质量块2上，用于测量磁流变减振器5运动部分的加速度；冲击力传感器7安装于磁流变减振器5的活塞杆上，用于监测磁流变减振器5传递到台架1基座101上的力；压力传感器8安装于磁流变减振器5的缸筒上，用于测量磁流变减振器5工作腔压力的变化；速度和位移传感器9安装于基座101上，用于测量磁流变减振器5运动部分的速度和位移；

冲击信号处理器10，与所述传感器电性连接；

电流控制器11，分别与所述加速度传感器6、冲击力传感器7、压力传感器8、速度和位移传感器9和磁流变减振器5电性连接；所述冲击信号处理器10采集、处理来自所述传感器信号后输出电压信号给所述电流控制器11，所述电流控制器11根据所述电压信号通过调节输出电流以控制所述磁流变减振器5产生的阻尼力大小。

试验过程如下：

将火药装入火药腔，利用冲击发生装置3的电子打火装置引爆火药腔内的火药，火药爆炸的能量可产生冲击载荷，由于密爆发生器的腔体通过一管道与质量块2相连，火药爆炸产生的冲击气流通过该管道推动质量块2沿导轨102向后运动，同时，质量块2将带动通过两个轴套12固定的磁流变减振器5一同沿导轨运动。

期间，通过改变火药颗粒大小与填入质量，可实现冲击载荷力的控制。当质量块2移动到导轨102末端时，如果冲击产生的运动还没有结束，缓冲器4将阻止质量块2和磁流变减振器5向后运动，直至停止。

冲击过程中的冲击力信号、加速度信号、磁流变减振器腔内压力信号、位移信号和速度信号都可以通过传感器得到。位移、速度传感器安装在支架上保持不动，加速度传感器安装于质量块上实现随动，磁流变减振器腔内的压力传感器安装于减振器缸筒上实现随动，冲击力传感器安装于活塞杆的固定端。试验过程中，冲击信号处理器不断采集传感器信号，通过各种运算以分析冲击载荷作用下的减振器动态特性，并经过一定的控制算法得出输出的电压信号，输出给电流控制器，电流控制器根据所述电压信号通过调节输出电流以控制磁流变减振器产生的阻尼力大小。

综上所述，本发明利用密爆发生器作为冲击源，研究了磁流变减振器在冲击载荷作用下的动态特性，对磁流变减振器的腔内压力和位移在冲击载荷下的特性作分析和研究，并验证了冲击载荷控制方法的有效性。

Claims

1.一种磁流变减振器冲击试验台架，其特征在于，包括，

二基座，

若干导轨，水平设置于二基座上；

质量块，滑动设置于导轨上；

冲击发生装置，设置导轨一端，与所述质量块配合；

缓冲器，设置导轨另一端，对应所述质量块；

磁流变减振器，与所述质量块相连。

2.如权利要求1所述的磁流变减振器冲击试验台架，其特征在于，所述冲击发生装置包括电子打火装置、火药腔和密爆发生器，所述电子打火装置与所述火药腔相连，所述火药腔与所述密爆发生器相连通，所述密爆发生器通过一管道与所述质量块相连。

3.如权利要求1或2所述的磁流变减振器冲击试验台架，其特征在于，所述的磁流变减振器为单杆缸筒形磁流变减振器，所述的质量块通过其上设置一轴套与所述的磁流变减振器的缸筒固定连接，所述的磁流变减振器的活塞杆与所述基座固定连接。

4.一种磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，

台架，其包括，二基座及水平设置于二基座上的若干导轨；

质量块，滑动设置于所述导轨上；

冲击发生装置，设置所述导轨一端，与所述质量块配合；

缓冲器，设置导轨另一端，对应所述质量块；

磁流变减振器，与所述质量块相连；

若干传感器，分别设置于所述质量块，或所述磁流变减振器上，或所述台架上；

冲击信号处理器，与所述传感器电性连接；

电流控制器，分别与所述传感器和磁流变减振器电性连接；所述冲击信号处理器采集、处理来自所述传感器信号后输出电压信号给所述电流控制器，所述电流控制器根据所述电压信号通过调节输出电流以控制所述磁流变减振器产生的阻尼力大小。

5.如权利要求4所述的磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，所述冲击发生装置包括电子打火装置、火药腔和密爆发生器，所述电子打火装置与所述火药腔相连，所述火药腔与所述密爆发生器相连通，所述密爆发生器通过一管道与所述质量块相连。

6.如权利要求4所述的磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，所述的磁流变减振器为单杆缸筒形磁流变减振器，所述的质量块通过其上设置一轴套与所述的磁流变减振器的缸筒固定连接，所述的磁流变减振器的活塞杆与所述基座固定连接。

7.如权利要求4所述的磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述质量块上。

8.如权利要求4所述的磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，所述传感器还包括冲击力传感器和压力传感器，所述冲击力传感器安装于所述磁流变减振器的活塞杆上，所述压力传感器安装于所述磁流变减振器的缸筒上。

9.如权利要求4所述的磁流变减振器冲击试验装置，其特征在于，所述传感器还包括速度和位移传感器，所述速度和位移传感器安装于支架上。