CN103032510A - 拉伸型磁流变缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的拉伸型磁流变缓冲器，包括：工作缸I、活塞I和活塞杆，其中活塞I设置在工作缸I中，将工作缸I分为腔室I和腔室II，腔室I和腔室II均填充有磁流变材料，活塞杆的一端固定在活塞I上、另一端穿过腔室II并伸出工作缸I，活塞I上设置有励磁线圈和多级径向阻尼通道，当工作缸I受到冲击时，位于腔室II内的磁流变材料通过多级径向阻尼通道流入腔室I中。由于在本发明中，在活塞上设置多级径向阻尼通道，因此可以提高拉伸型磁流变缓冲器受冲击时阻尼通道的有效长度，使其输出较大的阻尼力，以满足高速冲击下的缓冲要求。

Description

拉伸型磁流变缓冲器

技术领域

本发明涉及缓冲技术领域，尤其涉及一种可用于车辆、航空航天、重型机械和兵器等的拉伸型磁流变缓冲器。

背景技术

缓冲是指：在诸如车辆、航空航天设备、重型机械或兵器等器械受到高速冲击时缓和其机械振动，使其受力平缓的过程。在实际中，存在各式各样的冲击情形，例如：飞机着陆、枪炮发射、电梯下坠、机床部件快速往复运动等，这些冲击情形都会使机械设备受到很大的冲击，机械设备的零部件会产生很大的动应力，甚至有可能直接导致零部件损坏，因此在机械设备受到冲击时，有必要采取缓冲措施。现有技术中，磁流变液缓冲器是一种新型的智能器件，其阻尼力大小可以通过控制励磁线圈电流大小进行调节，因此具有很广泛的应用范围。但是，现有的磁流变液缓冲器都是将阻尼通道设置在工作缸与活塞的间隙处、且为直线形式，其形成的阻尼通道有效长度很短，输出的阻尼力很小，阻尼力调节范围不大，很难满足高速冲击下的缓冲要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种拉伸型磁流变缓冲器。可以提高阻尼通道的有效长度，输出的阻尼力大，能够满足高速冲击下的缓冲要求。

在本发明的各种实施例中，提供了一种拉伸型磁流变缓冲器，包括：工作缸I、活塞I和活塞杆，所述活塞I设置在所述工作缸I中，将所述工作缸I分为腔室I和腔室II，所述腔室I和腔室II均填充有磁流变材料，所述活塞杆的一端固定在所述活塞I上、另一端穿过所述腔室II并伸出所述工作缸I，所述活塞I上设置有励磁线圈和多级径向阻尼通道，当所述工作缸I受到冲击时，位于所述腔室II内的磁流变材料通过所述多级径向阻尼通道流入所述腔室I中。

进一步，所述活塞I内部设置有油腔，所述油腔的两端通过出油孔与所述腔室I和腔室II连通，所述油腔的内部被多片隔离板间隔为相互连通的所述多级径向阻尼通道。

进一步，所述隔离板包括两种结构：一种结构的隔离板与所述油腔壁固定，且与所述活塞杆间存在间隙；另一种结构的隔离板与所述活塞杆固定，且与所述油腔壁之间存在间隙；所述两种结构的隔离板依次间隔重复设置，从而将所述油腔内部分为相互连通的所述多级径向阻尼通道。

进一步，所述活塞I上设置有凹槽，所述励磁线圈缠绕在所述凹槽内，所述励磁线圈产生的磁场垂直穿过所述多级径向阻尼通道。

进一步，还包括：工作缸II，所述工作缸II设置在所述工作缸I外、与所述工作缸I共同构成双缸结构，所述工作缸I与工作缸II之间留有间隙，所述腔室I与腔室II分别通过孔I和孔II与所述间隙连通，且在所述间隙内设置有单向阀，所述孔1、间隙、单向阀和孔II构成将所述腔室I内的磁流变材料流往所述腔室II的单向通道。

进一步，所述单向阀包括：过孔、挡片和弹簧，在所述工作缸I的外壁上具有一凸起，所述弹簧的两端分别固定在所述凸起和所述挡片上，给所述弹簧施加预紧力时，所述弹簧将所述挡片贴合在所述过孔上，以阻止磁流变材料流过所述过孔。

进一步，还包括：活塞II，所述活塞II设置在所述工作缸I中，将所述腔室I分为腔室III和腔室IV，所述腔室III由所述活塞I、活塞II以及工作缸I的内壁构成，填充有磁流变材料，所述腔室IV由所述活塞II和工作缸I的内壁构成、且所述腔室IV中填充有压缩气体。

进一步，还包括：

压力传感器，用于检测所述腔室II内的压力信息；

控制器，用于根据所述压力传感器检测到的压力信息，输出相应的电流控制信号；

可控电源，用于根据所述控制器的电流控制信号，向所述励磁线圈输出相应的电流。

进一步，所述活塞杆内部设置有引线孔，导线的一端与励磁线圈连接，另一端穿过所述引线孔后连接至所述可控电源。

进一步，所述磁流变材料为磁流变液或磁流变粘弹性流体。

本发明的有益效果：

在本发明的各种实施例中，由于在活塞I上设置多级径向阻尼通道，因此与传统的将阻尼通道设置在工作缸与活塞的间隙处、且为直线形式的结构相比，可以提高阻尼通道的有效长度，从而使得本发明的拉伸型磁流变缓冲器可以输出很大的阻尼力，从而满足高速冲击下的缓冲要求。

附图说明

通过参考附图以及考虑下面的详细说明，本领域技术人员可以更容易地理解本发明，更好地理解它的各种特征和优点。

图1是本发明的拉伸型磁流变缓冲器的实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1，是本发明的拉伸型磁流变缓冲器的实施例的结构示意图。其包括：工作缸I6、活塞I4和活塞杆11。

其中，活塞I4设置在工作缸I6中，将工作缸I6分为腔室I21和腔室II22，活塞杆11的一端固定在活塞I4上、另一端穿过腔室II22并伸出工作缸I6。

上述结构中，活塞I4上设置有励磁线圈5和多级径向阻尼通道23。具体地，活塞I4内部设置有油腔，油腔的两端通过出油孔（左出油孔15、右出油孔16）与腔室I21和腔室II22连通，油腔的内部被多片隔离板17间隔为相互连通的多级径向阻尼通道23。优选方式中，隔离板17包括两种结构：一种结构的隔离板17与油腔壁固定，且与活塞杆11间存在间隙。另一种结构的隔离板17与活塞杆11固定，且与油腔壁之间存在间隙。将上述两种结构的隔离板17依次间隔重复设置，从而将油腔内部分为相互连通的多级径向阻尼通道23。同时，在活塞I 4上设置有凹槽，励磁线圈5缠绕在凹槽内，在励磁线圈5通电的情形下，其产生的磁场垂直穿过多级径向阻尼通道23。

上述结构中，拉伸型磁流变缓冲器可以为圆筒形，相应地工作缸I6为圆筒结构，活塞I4采用环形活塞，油腔为环形油腔。

上述结构中，活塞杆11伸出工作缸I6时，对其与工作缸I6之间的连接处进行密封处理。

上述结构中，腔室I21和腔室II22均填充有磁流变材料7，该磁流变材料可以为磁流变液或磁流变粘弹性流体，优选为磁流变粘弹性流体。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。但磁流变液长期静置会产生沉降问题，磁流变效应会极大地降低，使拉伸型磁流变缓冲器工作不稳定甚至导致工作失效。磁流变粘弹性流体是一种全新的可控流体材料，其载体液采用硅级粘弹性流体，温度适应范围宽（-70至230摄氏度），剪切屈服应力可达120千帕，响应时间约为50毫秒，磁控粘度调节范围宽（约15至20倍），在外加载荷作用下体积可压缩10%至15%，长期不发生沉降。

上述结构中，当工作缸1受到冲击时，活塞杆11带动活塞I4向右运动，腔室II中的磁流变材料在活塞4的挤压下，通过右出油孔16流入活塞I4内的油腔，在油腔内部沿径向形成多级回流与源流的组合，最后从左出油孔15流出进入腔室I21中。

上述结构中，由于采用多级径向阻尼通道，因此与传统的将阻尼通道设置在工作缸与活塞的间隙处、且为直线形式的结构相比，增大了多级径向阻尼通道的有效长度，使得磁流变材料在多级径向阻尼通道中，会阻止活塞I4向右运动并形成极大的阻尼力，满足了高速冲击下的缓冲要求。

请继续参考图1，该拉伸型磁流变缓冲器还包括：工作缸II13。工作缸II13设置在工作缸I6外，工作缸II13与工作缸I6共同构成双缸结构。并且，工作缸I6和工作缸II13之间留有间隙，腔室I21与腔室II22分别通过孔I14和孔II12与该间隙连通。在该间隙内还设置有单向阀3。上述中的孔114、间隙、单向阀3和孔II12构成了将腔室I21内的磁流变材料运往腔室II22的单向通道。

上述结构中，在工作缸I6的外壁上具有凸起，单向阀3就设置在该凸起处。具体地，单向阀3包括：过孔、挡片和弹簧18。弹簧18的两端分别固定在凸起和挡片上。当给弹簧18施加预紧力时，弹簧18将挡片贴合在过孔上，以阻止磁流变液流过过孔。

上述结构中，工作缸II13也可以为圆筒结构。

上述结构中，当活塞杆11在外部冲击力作用下带动活塞I4向右运动时，活塞I4挤压腔室II22的磁流变材料7，使得腔室II22体积变小，压力增大；腔室I体积增大，压力减小。在磁流变材料7的挤压作用下单向阀3关闭，腔室II22内的磁流变粘弹性流体7不能由孔II12并经两个工作缸的间隙回到腔室I21。腔室II22内的磁流变材料7只能从右出油孔16进入活塞I4，在活塞4内部沿径向形成多级回流与源流的组合，最后从左出油孔15流出进入腔室I21，从而实现缓冲。

当一次缓冲结束并带动活塞杆11向左复进时，腔室I的压力增大，单向阀3打开，磁流变材料7通过孔II12、间隙、回流阀3、孔I14组成的单向通道回到腔室I21。同时复位时，不需要很大的阻尼力，此时励磁线圈5不施加电流，活塞I4中多级径向阻尼通道内不产生磁场，磁流变材料7在零场粘度下提供的阻尼力大小已经足够满足缓冲器复进力的要求。

请继续参考图1，在前述实施例中，由于活塞杆11向右运动时，活塞杆右端的一部分会被拉出工作缸I6，可能导致磁流变材料7在多级径向阻尼通道内发生空行程，因此需要对活塞杆11的体积进行补偿。因此，在一种实施方式中，该拉伸型磁流变缓冲器还包括：活塞II2，该活塞II2可以为浮动活塞。活塞II2设置在工作缸I6中，将腔室I21分为腔室III24和腔室IV25，其中腔室III24由活塞I4、活塞II2以及工作缸I6的内壁构成，填充有上述的磁流变材料。腔室IV25由活塞II2和工作缸I6的内壁构成，其内部填充有压缩气体，形成体积补偿装置，其填充的压缩气体可以是氮气。作为一种变形，也可以在腔室IV25中安装压缩弹簧，形成体积补偿装置。

上述结构中，工作缸I6中设置活塞II2和活塞I4，在位于活塞II2与活塞I4之间，两工作缸间隙通道的末端处设置一透明隔膜。当活塞杆11牵引活塞I4向右运动时，活塞杆11右端的一部分会被拉出工作缸I6，此时腔室III24压力变小，腔室IV25内的压缩气体会膨胀，推动活塞II2向右移动，并且挤压腔室III24内的磁流材料7，使磁流变材料7在多级径向阻尼通道23中不发生空行程，达到补偿活塞杆11体积的作用。

请继续参考图1，该拉伸型磁流变缓冲器还包括：压力传感器9、控制器19和可控电源20。其中压力传感器9设置在拉伸型磁流变缓冲器的右端盖处，其用于检测腔室II内的压力信息，这些压力信息包括：压力值及其变化特征。控制器19与压力传感器9连接，用于接收压力传感器9检测到的压力信息，并根据该压力信息输出相应的电流控制信号。可控电源20其输入端与控制器19连接，输出端通过导线10与励磁线圈5连接，具体地活塞杆11的内部设置有引线孔，导线10的一端与励磁线圈5连接，另一端穿过引线孔后连接至可控电源20的输出端。可控电20根据控制器19的电流控制信号，向励磁线圈5输出相应的电流，从而改变励磁线圈5产生的磁场强度，进而调节阻尼力大小。

另外，对于控制而言，由于磁流变材料具有非线性和滞后特性，因此在高速冲击到来之前，提前给控制器19一个信号，使其提前开启控制。通过多次试验整定控制系统参数，充分利用工作腔I右腔的压力及其变化特征参数，结合可控电源20的输出特性和阻抗特征，采用模拟控制信号对电流驱动单元进行实时控制，实现冲击力传递平台化。

以上对本发明的拉伸型磁流变缓冲器的各种实施例进行了说明，可以理解的是，将上述实施例任意组合对本领域技术人员而言是显而易见的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种拉伸型磁流变缓冲器，包括：工作缸I、活塞I和活塞杆，所述活塞I设置在所述工作缸I中，将所述工作缸I分为腔室I和腔室II，所述腔室I和腔室II均填充有磁流变材料，所述活塞杆的一端固定在所述活塞I上、另一端穿过所述腔室II并伸出所述工作缸I，其特征在于：所述活塞I上设置有励磁线圈和多级径向阻尼通道，当所述工作缸I受到冲击时，位于所述腔室II内的磁流变材料通过所述多级径向阻尼通道流入所述腔室I中。

2.如权利要求1所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述活塞I内部设置有油腔，所述油腔的两端通过出油孔与所述腔室I和腔室II连通，所述油腔的内部被多片隔离板间隔为相互连通的所述多级径向阻尼通道。

3.如权利要求2所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述隔离板包括两种结构：一种结构的隔离板与所述油腔壁固定，且与所述活塞杆间存在间隙；另一种结构的隔离板与所述活塞杆固定，且与所述油腔壁之间存在间隙；所述两种结构的隔离板依次间隔重复设置，从而将所述油腔内部分为相互连通的所述多级径向阻尼通道。

4.如权利要求2所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述活塞I上设置有凹槽，所述励磁线圈缠绕在所述凹槽内，所述励磁线圈产生的磁场垂直穿过所述多级径向阻尼通道。

5.如权利要求1-4中任一项所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：还包括：工作缸II，所述工作缸II设置在所述工作缸I外、与所述工作缸I共同构成双缸结构，所述工作缸I与工作缸II之间留有间隙，所述腔室I与腔室II分别通过孔I和孔II与所述间隙连通，且在所述间隙内设置有单向阀，所述孔1、间隙、单向阀和孔II构成将所述腔室I内的磁流变材料流往所述腔室II的单向通道。

6.如权利要求5所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述单向阀包括：过孔、挡片和弹簧，在所述工作缸I的外壁上具有凸起，所述弹簧的两端分别固定在所述凸起和所述挡片上，给所述弹簧施加预紧力时，所述弹簧将所述挡片贴合在所述过孔上，以阻止磁流变材料流过所述过孔。

7.如权利要求1-4中任一项所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：还包括：活塞II，所述活塞II设置在所述工作缸I中，将所述腔室I分为腔室III和腔室IV，所述腔室III由所述活塞I、活塞II以及工作缸I的内壁构成，填充有磁流变材料，所述腔室IV由所述活塞II和工作缸I的内壁构成、且所述腔室IV中填充有压缩气体。

8.如权利要求1-4中任一项所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：还包括：

压力传感器，用于检测所述腔室II内的压力信息；

控制器，用于根据所述压力传感器检测到的压力信息，输出相应的电流控制信号；

可控电源，用于根据所述控制器的电流控制信号，向所述励磁线圈输出相应的电流。

9.如权利要求8所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述活塞杆内部设置有引线孔，导线的一端与励磁线圈连接，另一端穿过所述引线孔后连接至所述可控电源。

10.如权利要求1-4中任一项所述的拉伸型磁流变缓冲器，其特征在于：所述磁流变材料为磁流变液或磁流变粘弹性流体。

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