CN104315072B - 一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，包括防尘罩、磁流变阻尼器以及磁流变阀，所述的防尘罩上端固定安装连接件，下端敞口罩在磁流变阻尼器上端外侧；所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀；所述的防尘罩内固定安装有一级连接弹簧，所述一级连接弹簧和所述的磁流变阻尼器的活塞杆连接并联，所述的活塞杆上还串联有二级连接弹簧。此结构使得阻尼器整体阻尼与刚度与阻力部分有关，可以通过单纯调节阻尼控制阻尼器整体阻尼以及刚度。此阻尼器通过使用磁流变阀控制阻尼器内导液通道液体流速来控制阻尼，减少了磁流变液的大量使用。在连续调节阻尼与刚度的同时，节约了成本。

Description

一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器

技术领域

本发明涉及一种适用于高速列车上的新型阻尼器，具体为一基于磁流变阀调节刚度与阻尼的新型阻尼器。

背景技术

高速列车在运行时，由于铁轨与车轮之间的撞击所产生的振动，不但影响到乘客的乘坐舒适度，并且减少了列车运行的稳定性以及安全性，威胁到乘客的人身安全以及财产安全。高速列车在运行的过程中，运行速度低于其临界速度，而临界速度受限于列车运行稳定性。增加高速列车运行的稳定性，对于提高列车运行速度有重要意义。增加列车运行稳定性，就要有效的抑制住车轮车轨碰撞对于列车的影响，一个良好性能的减震器可以对振动进行有效的遏制。

现如今人们发明的减振器基于三种模式：被动控制模式、主动控制模式、半主动控制模式。基于被动控制模式的减震器，由于其结构简单，成本低，被广泛的应用，但其阻尼以及固有频率不可调，只有当振动物体的振动在一定的范围内且其激振频率与此被动模式减震器相同或者接近时，才能达到很好的减振效果；当其固有频率与激振频率相差较大时，则减振效果很差甚至会是振动恶化。基于主动控制模式的减振器，通过传感器实时监测振动情况并将测得信息反馈给处理器，根据振动的不同情况直接提供力来抵消振动所产生的力。由于需要实时监测且反馈实施需要一定的时间，对传感器以及处理的要求较高，且需要外部能源支持，成本比较高。半主动模式控制的减振器，是通过特定的方法改变阻尼器自身的阻尼特性来达到很好的减震效果，且其无需消耗很多的外部能源。

磁流变阻尼器为新型半主动减震装置的代表，其可以根据电磁场调节阻尼内磁流变液的流变特性，也达到改变阻尼器阻力特性的目的。对于传统的磁流变阻尼器，在改变阻尼的同时并不能改变其自身的固有频率，即不能改变阻尼器的刚度，而弹簧-阻尼器结构的减震系统虽然可以达到上述功能，却由于结构过大而不能被广泛使用。专利200420032523.6所设计的一种可调阻尼与刚度的减震器，其变刚度与阻尼的意义在于通过人为改变其螺旋弹簧以及相关机械结构，从而达到可变的减震效果。由于在实际应用中，不断的人为手工调节机械结构式十分不便的，且不适于用于在一直在运行的机构中。专利201120292619.6所设计的专利是通过人为改变导液孔的导通面积来达到调节阻尼的目的，与专利200420032523一样，此专利所涉及的阻尼器并不能自动连续可调。专利201110254088.6所涉及的一种单出杆式磁流变阻尼器，可以有效的调节阻尼器的阻尼，但其无法同时改变阻尼器的刚度。已有的阻尼器中，能够同时阻尼与刚度连续可调的很少，所以对于设计一种阻尼与刚度同时连续可调，且其机械机构合理实用的阻尼器，具有十分大的意义。

发明内容

本发明的目的是实现一种阻尼与刚度同时连续可调的阻尼器，其主要用于高速列车的减震。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，包括防尘罩、磁流变阻尼器以及磁流变阀，其特征在于：所述的防尘罩顶端外部固定安装连接件，顶端内部固定连接有一级连接弹簧，下端敞口罩在磁流变阻尼器上端外侧；所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀；

所述的磁流变阻尼器包括外缸筒，所述的防尘罩下端敞口罩在磁流变阻尼器外缸筒的外侧，所述的外缸筒内嵌套内缸筒，所述的外缸筒和内缸筒之间形成腔III，所述的内缸筒内为内腔；

所述的内缸筒顶部设置有密封内缸筒的填充部件一，所述填充部件一的中间设有通孔一，上部设有以通孔为中心槽口，槽口用来安装密封盖，所述填充部件一的两侧设有导向座，所述的外缸筒顶部内侧设有填充部件二，所述的填充部件二内设有对应腔III的液流口，所述的填充部件二密封在填充部件一的导向座外侧，所述的导向座与液流口的接触处设有节流调节阀体；

所述的内缸筒内设有活塞，所述的活塞将内腔分为腔I和腔II，所述的活塞上开设有两个单向阀，用于腔I和腔II之间的液油流动；所述的活塞上还连接活塞杆，所述的活塞杆穿过填充部件一上的通孔和密封盖中心延伸到防尘罩内部，其顶端卡装在防尘罩内的一级连接卡槽内，所述的一级连接卡槽通过一级连接弹簧和所述的防尘罩顶端固定连接，所述的防尘罩内还安装二级连接卡槽和二级连接弹簧，所述的二级连接卡槽卡装在密封盖上端，所述的二级连接弹簧两端固定连接在活塞杆顶端和二级连接卡槽上；

所述的外缸筒和内缸筒底端均为敞开端口，其敞开端口呈大小同心圆环，所述的敞开端口之间设置有呈十字型的四条导液通道，每个导液通道中安装有一个齿轮盘；

所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀，所述的磁流变阀包括壳体，壳体底部设有阀体，阀体顶端设有工作盘，所述的工作盘与导液通道中的齿轮盘通过平键配合同轴相连，所述的壳体和外缸筒螺钉连接，所述的外缸筒底端外部还固定连接有连接件二。

所述的磁流变阀的阀体内部充满磁流变液，阀体外围四周缠绕线圈。所述的磁流变阀和所述的内外缸筒底端之间设置有一层阻磁垫片，所述的平键穿过阻磁垫片。

其设计原理在于，当减震器收到拉伸或者压缩时，其缸体内部的压强会发生变化，导液通道的大小以及液体的流速决定了所产生阻尼力的大小。此发明中使用了磁流变阀对于阻尼液流通通道进行控制，也就是同时控制了阻尼器的阻尼，使得阻尼器的阻尼变化可调。又由于磁流变阻尼与弹簧串并联的结构，使得阻尼器整体系统的刚度也可以进行调节。

本发明在使用时，当下缸体中有液体流入时，由于齿轮左右两边空间具有压力差，故齿轮转动，液体随齿轮转动由左端流向右端，齿轮转速的快慢决定了流量的大小。由于齿轮与工作盘通过键连接于同一轴，则在磁流变液中转动速度决定了连接齿轮在阻尼器通道内的转动速度，控制磁场强弱改变磁流变液流变特性就可以控制齿轮与工作盘的转速，从而控制阻力大小。且由于阻尼器内阻尼部分与弹簧的串并联结构，使得系统整体刚度随着阻尼部分的改变而改变。

本发明的有益效果是：

1、结构简单、磁流变阀与阻尼器本体可分离，方便加工以及维护。

2、无需人工手动操作，可通过调节电流大小来改变磁流变液流变特性，从而通过控制工作盘与齿轮盘转速以达到控制流量的目的，最终实现对于阻尼的调节。

3、通过串联与并联弹簧的设计，使得此阻尼器整体即可实现同时连续调节刚度与阻尼。

4、相对于传统的磁流变阻尼器，此阻尼器能够有效的减少磁流变液的用量，减少了成本。

附图说明

图1所示为磁流变阻尼器整体剖视图；

图2所示为阻尼器磁流变阀体局部剖视图；

图3.1所示为阻尼器内工作齿轮所在平面剖视图；

图3.2所示为阀体内工作盘所在平面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述，以进一步了解本发明之目的、方案及效益，但并不作为对本发明权利要求保护范围的限制。

如图1所示，一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，包括防尘罩2、磁流变阻尼器以及磁流变阀，所述的防尘罩2顶端外部固定安装连接件1，顶端内部固定连接有一级连接弹簧3，下端敞口罩在磁流变阻尼器上端外侧；所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀；

所述的磁流变阻尼器包括外缸筒12，所述的防尘罩2下端敞口罩在磁流变阻尼器外缸筒12的外侧，所述的外缸筒12内嵌套内缸筒13，所述的外缸筒12和内缸筒12之间形成腔III，所述的内缸筒13内为内腔；

所述的内缸筒13顶部设置有密封内缸筒13的填充部件一，所述填充部件一的中间设有通孔一，上部设有以通孔为中心槽口，槽口用来安装密封盖8，所述填充部件一的两侧设有导向座9，所述的外缸筒12顶部内侧设有填充部件二，所述的填充部件二内设有对应腔III的液流口，所述的填充部件二密封在填充部件一的导向座9外侧，所述的导向座9与液流口的接触处设有节流调节阀体10；

所述的内缸筒12内设有活塞14，所述的活塞14将内腔分I为腔1和腔II，所述的活塞14上开设有两个单向阀15，用于腔I和腔II之间的液油流动；所述的活塞14上还连接活塞杆11，所述的活塞杆11穿过填充部件一上的通孔和密封盖8中心延伸到防尘罩2内部，其顶端5卡装在防尘罩内的一级连接卡槽4内，所述的一级连接卡槽4通过一级连接弹簧3和所述的防尘罩2顶端固定连接，所述的防尘罩2内还安装二级连接卡槽7和二级连接弹簧6，所述的二级卡槽7卡装在密封盖8上端，所述的二级连接弹簧6两端固定连接在活塞杆顶端5和二级连接卡槽7上；

如图3.1所示，所述的外缸筒12和内缸筒13底端均为敞开端口，其敞开端口呈大小同心圆环，所述的敞开端口之间设置有呈十字型的四条导液通道，每个导液通道中安装有一个齿轮盘16；

所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀，所述的磁流变阀包括壳体23，壳体23底部设有阀体，阀体顶端设有工作盘21，如图3.2所示，所述的工作盘21与导液通道中的齿轮盘16通过平键19配合同轴相连，所述的壳体23和外缸筒12螺钉连接，所述的外缸筒12底端外部还固定连接有连接件二。所述的磁流变阀的阀体内部充满磁流变液22，阀体外围四周缠绕线圈20。所述的磁流变阀和所述的内外缸筒底端之间设置有一层阻磁垫片18，所述的平键19穿过阻磁垫片18。

本发明在使用时，当减震器受力拉升时，活塞14向上的单向阀15关闭，腔Ⅰ中的压力增大，导向座9中的节流调压阀10打开，腔Ⅰ中的液压油经过节流调节阀10进去腔Ⅲ，导致腔Ⅲ中的压力增大。腔Ⅲ与腔Ⅱ之间有四条导液通道，每条导液通道中安装了齿轮盘16以控制流量。齿轮盘16与磁流变阀中的工作盘21通过键配合同轴相连，工作盘21浸在磁流变液22中。通过控制磁流变液22的流变特性来控制工作盘以及齿轮盘16的转动速度，以达到控制通道内油液流速的作用。此时腔Ⅱ中的压力减小，Ⅲ中的液体推动齿轮盘16转动进入腔二，以达到各个腔压力的平衡。当减震器受压缩时，腔Ⅱ中的压强增大，活塞14上的单向阀15打开，腔Ⅱ中的液压油流入腔Ⅰ，腔Ⅰ、腔Ⅱ中的高压油液经导向座9中节流调压阀10流入腔Ⅲ中而形成阻尼力，其阻尼力大小可通过控制磁流变液22来控制腔Ⅱ内压强来控制。当施加的电流足够大，磁流变液22处于固化状态，腔Ⅱ与腔Ⅲ之间无液体流动，腔Ⅱ中的油液只能经过单向阀15流向腔Ⅰ，此时阻尼力最大。当施加电流较小时，导液通道中的液体可以快速通过，活塞14向下压时，腔Ⅱ中的液压油一部分通过导液通道流入腔Ⅲ中，一部分通过单向阀15流入腔Ⅰ，其产生的阻尼力最小。阻尼器的阻尼力可调范围在最小值与最大值之间，阻尼器与防尘罩2之间的弹簧结构3、6，使得在改变阻尼的同时改变阻尼器的刚度。在高速列车运行的过程中，可以通过传感器检测列车运行的振动状况，实时的调节电流来控制电磁场的强弱，最终达到实时控制阻尼器阻尼与刚度的作用。

Claims (3)

1.一种用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，包括防尘罩、磁流变阻尼器以及磁流变阀，其特征在于：所述的防尘罩顶端外部固定安装连接件，顶端内部固定连接有一级连接弹簧，下端敞口罩在磁流变阻尼器上端外侧；所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀；所述的磁流变阻尼器包括外缸筒，所述的防尘罩下端敞口罩在磁流变阻尼器外缸筒的外侧，所述的外缸筒内嵌套内缸筒，所述的外缸筒和内缸筒之间形成腔III，所述的内缸筒内为内腔；所述的内缸筒顶部设置有密封内缸筒的填充部件一，所述填充部件一的中间设有通孔一，上部设有以通孔为中心槽口，槽口用来安装密封盖，所述填充部件一的两侧设有导向座，所述的外缸筒顶部内侧设有填充部件二，所述的填充部件二内设有对应腔III的液流口，所述的填充部件二密封在填充部件一的导向座外侧，所述的导向座与液流口的接触处设有节流调节阀体；所述的内缸筒内设有活塞，所述的活塞将内腔分为腔I和腔II，所述的活塞上开设有两个单向阀，用于腔I和腔II之间的液油流动；所述的活塞上还连接活塞杆，所述的活塞杆穿过填充部件一上的通孔和密封盖中心延伸到防尘罩内部，其顶端卡装在防尘罩内的一级连接卡槽内，所述的一级连接卡槽通过一级连接弹簧和所述的防尘罩顶端固定连接，所述的防尘罩内还安装二级连接卡槽和二级连接弹簧，所述的二级连接卡槽卡装在密封盖上端，所述的二级连接弹簧两端固定连接在活塞杆顶端和二级连接卡槽上；所述的外缸筒和内缸筒底端均为敞开端口，其敞开端口呈大小同心圆环，所述的敞开端口之间设置有呈十字型的四条导液通道，每个导液通道中安装有一个齿轮盘；所述磁流变阻尼器底端螺钉安装磁流变阀，所述的磁流变阀包括壳体，壳体底部设有阀体，阀体顶端设有工作盘，所述的工作盘与导液通道中的齿轮盘通过平键配合同轴相连，所述的壳体和外缸筒螺钉连接，所述的外缸筒底端外部还固定连接有连接件二。

2.根据权利要求1所述的用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，其特征在于：所述的磁流变阀的阀体内部充满磁流变液，阀体外围四周缠绕线圈。

3.根据权利要求1所述的用于高速列车上的可调刚度阻尼的新型阻尼器，其特征在于：所述的磁流变阀和所述的外缸筒底端之间设置有一层阻磁垫片，所述的平键穿过阻磁垫片。