CN102269235A - 基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统与调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，适用于农业植保机械上的喷雾系统，其包括：压力传感器、磁流变液阻尼器、PLC控制柜、蓄能装置。PLC控制柜通过压力传感器实时检测管路中的液体压力，当液体压力异于一定值时，PLC控制柜改变磁流变液阻尼器的线圈电流，从而改变磁流变液的粘性，导磁缸体内的体积发生相应的变化，使得活塞杆带动滑动活塞做上下运动，使之吸收或增加管路中的压力。从而使管路中液体的压力保持为一恒定值，使压力脉动得以自动调节。本发明在系统工况发生改变时，通过改变磁流变液阻尼器的线圈电流来保持管路中液体的压力，使喷雾管路始终保持吸收压力脉动的最佳效果。

Description

基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统与调节方法

技术领域

本发明涉及农业植保机械上的喷雾系统，特制一种基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统。

背景技术

喷雾系统中，液泵出口处液体总是存在着压力脉动和流量脉动；随着精确农业的发展，其压力脉动问题日益受到人们的重视；因为压力的脉动，往往会引起系统中其他元件的共振，严重时甚至会使整个系统处于共振而无法工作，所以一般在液压泵的出口附近安装蓄能装置；目前应用最为广泛的是皮囊式蓄能器，如图1所示，现有的皮囊式蓄能器，其结构简单，投资少，能耗低，检查维修方便，其工作原理是：当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出来，以补液压泵流量之不足；但是对于现有的皮囊式蓄能器有以下不足：（1）当系统的工况发生改变，如系统稳态压力的变化、泵的运转不平衡导致流量脉动变化等，会影响蓄能器吸收压力脉动的效果；（2）目前的吸收压力脉动系统，仅利用蓄能器在一定压力范围内被动吸收或释放能量，而不能根据系统的工作状态，对蓄能器进行调控，从而实现主动控制；（3）采用比例调节阀，但由于目前比例调节阀响应时间较慢（几秒到十几秒），而压力脉动的变化频率非常高，所以其控制效果很不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，该系统能在系统工况发生改变时，改变阻尼器的工作参数，使喷雾管路始终保持吸收压力脉动的最佳效果。

本发明采用的技术方案是：

基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统包括压力传感器、磁流变液阻尼器、PLC控制柜及蓄能装置，压力传感器实时检测管路中的液体压力，并将检测信息反馈给PLC控制柜，磁流变液阻尼器由壳体Ⅰ、导磁缸体、励磁线圈和密封活塞组成，导磁缸体的外壁缠绕着励磁线圈，导磁缸体内设有磁流变液和密封活塞，蓄能装置由壳体Ⅱ和滑动活塞组成，磁流变液阻尼器的密封活塞通过活塞杆与蓄能装置的滑动活塞连接，PLC控制柜控制改变磁流变液阻尼器的励磁线圈电流。

所述压力传感器的压力范围为0～1.6Mpa。

所述壳体Ⅰ、密封活塞、活塞杆、滑动活塞和蓄能装置的壳体Ⅱ均采用不导磁的金属材料。

工作时，PLC控制柜通过压力传感器检测管路中的液体压力，当液体压力异于一定值时，PLC控制柜改变磁流变液阻尼器的线圈电流，此时线圈轴向产生一定磁场，在该磁场作用下，磁流变液的粘性也随着电流的改变而改变，则对活塞杆的运动产生不同的阻尼力，虽然磁极间的位移量很小(毫米级)，却可以产生很大的阻力，通过磁流变液、活塞杆与滑动活塞的共同作用，可对液体产生阻尼作用，使液体的压力脉动得以降低。

现有的磁流变液阻尼器的活塞杆与磁流变液接触，本发明中的磁流变液阻尼器，其密封活塞一端面与磁流变液接触，活塞杆则与密封活塞的另一端面接触，不与磁流变液接触。

本发明的优点在于：

系统的工况发生改变时，通过改变磁流变液阻尼器的线圈电流来保持管路中液体的压力，使喷雾管路始终保持吸收压力脉动的最佳效果,其结构简单，紧凑。

与现有的磁流变液阻尼器结构相比，本发明中磁流变液阻尼器中的整个活塞杆不与磁流变液接触，这样便于活塞杆的检测与维修；磁流变液阻尼器的励磁线圈缠绕在导磁缸体的外壁，这样可以非常方便的更换和维修励磁线圈。

通过本发明所述的装置，可以有效控制管路中的压力脉动，使得管路中的压力脉动控制在设定值的±3%以内，所述的设定值指泵的出口压力。

为了进一步获得更小的压力脉动，在磁流变液阻尼器的导磁缸体内壁从上至下开有凹槽，凹槽之间互相平行，槽深4mm，宽2mm，各槽间的垂直间距为15mm；开槽目的在于，当管路中存在压力脉动时，由于槽内的磁流变液距离导磁缸体上的励磁线圈近，此时励磁线圈的电流首先改变的是槽内的磁流变液的粘性，然后再改变其余的磁流变液；若励磁线圈的电流很小，此时改变的仅仅是凹槽内的磁流变液的粘性；这样，根据不同的压力脉动产生不同的电流，磁流变液的利用率也就不同。

在磁流变液阻尼器的导磁缸体内壁开槽，提高了压力脉动稳定性，对压力脉动的控制效果比现有的磁流变液阻尼器的压力脉动的控制效果好，始终控制在设定值的±1.5%以内；此外，因为磁流变液的利用率是随着压力脉动的大小而改变的，这样也延长了磁流变液的使用寿命。 

附图说明

图1现有皮囊式蓄能器结构；

图2磁流变液阻尼器的结构；

图3本发明的原理图；

图1中：

1 阀防护罩   2 充气阀   3 止动螺母   4 壳体   5 胶囊   6 菌形阀   7 橡胶托环   8 支承环   9 密封环   10 压环   11 阀体座   12 螺堵；

图2中：

13 磁流变液   14 壳体Ⅰ   15 励磁线圈   16 导磁缸体   17 密封活塞    18 活塞杆；

图3中：

19 药箱   20 泵   21 压力传感器   22 PLC控制柜   23 磁流变液阻尼器   24 蓄能装置   25 管路   26 喷头   27 壳体Ⅱ   28 滑动活塞。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

图3为基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统的原理图

包括压力传感器21、磁流变液阻尼器23、PLC控制柜22及蓄能装置24；其中，压力传感器21压力范围为0～1.6Mpa，且与PLC控制柜22相连，PLC控制柜22有手动控制和程序控制两种方式，与磁流变液阻尼器23相连，磁流变液阻尼器23的导磁缸体16内充有磁流变液13，导磁缸体16外缠绕着励磁线圈15，磁流变液阻尼器22下端有一密封活塞17，密封活塞17一端面与磁流变液13接触，另一端面则与活塞杆18相连，蓄能装置24由壳体Ⅱ27与滑动活塞28组成，壳体Ⅱ27与滑动活塞28均采用不导磁的金属材料，，磁流变液阻尼器23与蓄能装置24通过活塞杆18相连。

工作原理如下：PLC控制柜22通过压力传感器21实时检测管路25中的液体压力，当液体压力超过设定值的规定范围时，PLC控制柜22增大磁流变液阻尼器23的励磁线圈15的电流，磁流变液13的粘性增高，导磁缸体16内的体积变小，活塞杆18带动滑动活塞28向上运动，吸收管路25中的多余压力；当液体压力低于设定值的规定范围时，PLC控制柜22减小磁流变液阻尼器23的线圈15电流，磁流变液13的粘性降低，导磁缸体16内的体积变大，活塞杆18带动滑动活塞28向下运动，对管路25中的液体进行增加压力，从而使管路25中液体的压力脉动始终控制在设定值的规定范围，如设定值的±3%以内，使压力脉动得以自动调节，最后液体从喷头26喷出。

图2为磁流变液阻尼器

其中导磁缸体16的内壁开有凹槽，在导磁缸体16腔内充有磁流变液13，导磁缸体16的外壁缠绕着励磁线圈15，磁流变液阻尼器23下端有一密封活塞17，开槽目的在于，当管路25中存在压力脉动时，由于槽内的磁流变液13距离导磁缸体16上的励磁线圈15近，此时励磁线圈15的电流首先改变的是槽内的磁流变液13的粘性，然后再改变其余的磁流变液13；若励磁线圈15的电流很小，此时改变的仅仅是凹槽内的磁流变液13的粘性；这样，根据不同的压力脉动产生不同的电流，磁流变液13的利用率也就不同。

磁流变液阻尼器中的壳体Ⅰ14、密封活塞17、活塞杆18均采用不导磁的金属材料，导磁缸体14内壁的槽，其槽深4mm，宽2mm，各槽间的间距为15mm。 

Claims (9)

1.基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，其特征在于：所述自调节系统包括压力传感器（21）、磁流变液阻尼器（23）、PLC控制柜（22）及蓄能装置（24），压力传感器（21）实时检测管路中的液体压力，并将检测信息反馈给PLC控制柜（22），磁流变液阻尼器（23）由壳体Ⅰ（14）、导磁缸体（16）、励磁线圈（15）和密封活塞（17）组成，导磁缸体（16）的外壁缠绕着励磁线圈（15），导磁缸体（16）内设有磁流变液（13）和密封活塞（17），蓄能装置（24）由壳体Ⅱ（27）和滑动活塞（28）组成，磁流变液阻尼器（23）的密封活塞（17）通过活塞杆（18）与蓄能装置（24）的滑动活塞（28）连接，PLC控制柜（22）控制改变磁流变液阻尼器（23）的励磁线圈（15）的电流。

2.如权利要求1所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，其特征在于：所述压力传感器（23）的压力范围为0～1.6Mpa。

3.如权利要求1所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，其特征在于：所述壳体Ⅰ（14）、密封活塞、活塞杆（18）、滑动活塞（28）和蓄能装置的壳体Ⅱ（27）均采用不导磁的金属材料。

4.如权利要求1所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，其特征在于：所述活塞杆（18）不与磁流变液（13）接触。

5.如权利要求1所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节系统，其特征在于：所述磁流变液阻尼器（23）的导磁缸体（16）内壁从上至下开有凹槽，凹槽之间互相平行，槽深4mm，宽2mm，各槽间的垂直间距为15mm。

6.基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节方法，具体为：PLC控制柜（22）通过压力传感器（21）实时检测管路（25）中的液体压力，当液体压力超过设定值的规定范围时，PLC控制柜（22）增大磁流变液阻尼器（23）的励磁线圈（15）的电流，磁流变液（13）的粘性增高，导磁缸体（16）内的体积变小，活塞杆（18）带动滑动活塞（28）向上运动，吸收管路（25）中的多余压力；当液体压力低于设定值的规定范围时，PLC控制柜（22）减小磁流变液阻尼器（23）的励磁线圈（15）电流，磁流变液（13）的粘性降低，导磁缸体（16）内的体积变大，活塞杆（18）带动滑动活塞（28）向下运动，对管路（25）中的液体进行增加压力，从而使管路（25）中液体的压力脉动始终控制在设定值的规定范围，使压力脉动得以自动调节，最后液体从喷头（26）喷出。

7.如权利要求6所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节方法，其特征在于：所述设定值指指泵的出口压力。

8.如权利要求6所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节方法，其特征在于：所述设定值的规定范围指设定值的±3%以内。

9.如权利要求8所述的基于磁流变液阻尼器的压力脉动自调节方法，其特征在于：所述设定值的规定范围指设定值的±1.5%以内。

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