CN106763444B - 一种防沉淀磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防沉淀磁流变阻尼器，横向上依次为推进轴、缸体以及拉杆；缸体的左侧端部固定有左侧封头，缸体的右侧端部固定有带有齿轮端部的封板，腔体内还设有右侧封头，右侧封头固定在缸体内，右侧封头将缸体分成工作腔体和工作副腔体；工作腔体内有左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片，左螺旋弹簧片通过连接环与左侧封头固定，右螺旋弹簧片通过连接环与右侧封头固定，推进轴穿过工作腔体且伸入工作副腔体中，推进轴上设有活塞，活塞中部设置凹槽，凹槽处缠绕有励磁线圈，活塞位于左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片之间；拉杆与封板转动连接，拉杆上固定有电机，电机转轴与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与封板的齿轮端部啮合；磁流变液填充在工作腔体中。

Description

一种防沉淀磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种能够防沉淀的磁流变阻尼器。

背景技术

随着国家的发展、生活水平的提高，高层建筑、高耸结构、大跨结构等重要性结构与日俱增。在动力荷载(如强风和地震)作用下，这些结构会产生比较大的振动，影响到结构的正常使用和安全，如何减小结构的风振或地震反应是一个前沿且重要的课题。结构振动控制是一种新型的抗振/震措施，它是通过在结构中设置减振/震或隔振/震装置来消耗或隔离振/震动能量，或者施加外部的能量以抵消外部激励对结构的作用。磁流变阻尼器是利用磁流变液的剪切屈服强度随外加磁场强弱而变化的特性制作的半主动控制装置，由于其功耗低、可控制、出力大、时滞小，既有被动控制的稳定性，又有主动控制的可调性特点，得到科研工作者的青睐，成为研究热点。

由于磁流变阻尼器的可调性，是通过对其中的磁流变液施加外加变化的磁场，使得磁流变液在流体-固体之间逆变来实现的。磁流变液为实现这种逆变特性，一般由导磁颗粒、非导磁液体及一些外加剂组成。由于导磁颗粒一般比非导磁液体密度大，随着时间的发展，导磁颗粒会产生沉淀，导致磁流变液不再是均匀的悬浊液，这将大大影响磁流变阻尼器的工作性能。目前为了提高磁流变液的抗沉淀性能，科研工作者投入大量的精力对导磁颗粒、非导磁液体进行改进，以期提高磁流变液的抗沉淀性能。这些改进有时会影响磁流变液的导磁性能，进而影响阻尼器的可调系数。同时这种改进方法并不能完美解决磁流变液的沉淀问题，只是把沉淀的时间延长了，并没有绝对杜绝沉淀。由于这个问题的存在，使得磁流变液阻尼器在实际工程中的应用受到了极大限制。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种防沉淀磁流变阻尼器，该磁流变阻尼器具有良好的抗沉淀性能，而且不影响磁流变液的导磁性能。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种防沉淀磁流变阻尼器，横向上依次为推进轴、中空缸体以及拉杆；所述缸体的左侧端部为左侧封头，所述左侧封头固定在缸体上，所述缸体的右侧端部为带有齿轮端部的封板，所述封板固定在缸体上，所述缸体内还设有右侧封头，所述右侧封头固定在缸体内，所述右侧封头将缸体分成工作腔体和工作副腔体；所述工作腔体内设有左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片，所述左螺旋弹簧片通过连接环与左侧封头固定连接，所述右螺旋弹簧片通过连接环与右侧封头固定连接，所述推进轴穿过工作腔体且伸入工作副腔体中，所述推进轴上设有与其一体成型的活塞，活塞中部设置环形凹槽，凹槽处缠绕有励磁线圈，所述活塞位于左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片之间；所述拉杆与封板转动连接，所述拉杆上固定有电机，电机转轴与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与封板的齿轮端部啮合；所述磁流变液填充在工作腔体中。

其中，所述推进轴依次穿过左侧封头、左螺旋弹簧片、右螺旋弹簧片和右侧封头。

其中，所述左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片均为非导磁螺旋弹簧片，以减少对磁场分布的影响。

其中，所述连接环为非导磁连接环。

其中，所述左侧封头和右侧封头均为非导磁封头，减小其对磁流变阻尼器中工作区域的磁场分布。

其中，所述螺旋弹簧片的外径小于中空缸体的内径，所述螺旋弹簧片的内径大于推进轴的外径。

其中，所述电机固定在拉杆上，所述电机转轴与拉杆相互平行，保证电机能顺利把转动动力传递给封板。

其中，所述封板中间开有三段台阶式圆孔，所述封板与拉杆的左侧榫头转动连接。

其中，所述活塞呈圆柱形，所述活塞横截面的直径大于推进轴横截面的直径。

本发明利用电机带动缸体、封板转动，从而带动螺旋弹簧片转动，通过螺旋弹簧片的旋转搅动磁流变液。电机的转动是定时启动的，从而达到防止磁流变液沉淀的目的。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

首先，本发明的防沉淀磁流变阻尼器可以在不改变磁流变液导磁性能的基础上，实现防止磁流变液产生沉淀的目的，保证磁流变阻尼器在长时间服役过程中的稳定工作性能，有利于磁流变阻尼器的推广和使用；其次，本发明防沉淀磁流变阻尼器中的非导磁螺旋弹簧片可以为磁流变阻尼器提供弹性恢复力；最后，本发明防沉淀磁流变阻尼器可广泛用于高层建筑、大跨结构、桥梁结构等土木工程结构的抗风和抗震工程中，也可拓展应用到机械、航空领域的减振中。

附图说明

图1为本发明防沉淀磁流变阻尼器的结构示意图；

图2为本发明防沉淀磁流变阻尼器中电机和驱动齿轮的连接示意图；

图3为本发明防沉淀磁流变阻尼器中封板的结构示意图；

图4为本发明防沉淀磁流变阻尼器中左螺旋弹簧片的结构示意图；

图5为本发明防沉淀磁流变阻尼器中推进轴的结构示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1～5所示，本发明防沉淀磁流变阻尼器，横向上依次为推进轴1、中空缸体10以及拉杆14；中空缸体10的左侧端部为左侧封头2，左侧封头2固定在缸体10上，中空缸体10的右侧端部为带有齿轮端部的封板11，封板11固定在缸体10上，中空缸体10内还设有右侧封头8，右侧封头8通过内外螺纹相互配合连接固定在缸体10内部，左侧封头2和右侧封头8可以随缸体10转动而转动；右侧封头8将中空缸体10分成工作腔体3和工作副腔体9；工作腔体3内依次有左螺旋弹簧片4和右螺旋弹簧片15，推进轴1穿过工作腔体3且伸入工作副腔体9中，推进轴1上设有起切割作用的圆柱形凸起部活塞5(活塞的横截面直径大于推进轴的横截面直径)，活塞5中部设置凹槽，活塞5凹槽处缠绕有励磁线圈6，活塞5位于左螺旋弹簧片4和右螺旋弹簧片15之间；左螺旋弹簧片4通过连接环7与左侧封头2固定连接，左螺旋弹簧片4不与活塞5连接，左螺旋弹簧片4随左侧封头2的转动而转动；右螺旋弹簧片15通过连接环7与右侧封头8固定连接，右螺旋弹簧片15不与活塞5连接，右螺旋弹簧片15随右侧封头8的转动而转动；拉杆14与封板11转动连接，封板11可以以拉杆14为轴心进行转动，拉杆14上固定有电机13(电机定时启动，时间间隔根据磁流变液沉降性能进行设置，每次启动工作时间根据磁流变液的搅动试验确定)，电机13转轴与驱动齿轮12固定连接，驱动齿轮12与封板11的齿轮端部啮合(两者齿轮参数可根据缸体转动阻力以及所选电机功率进行设计)；磁流变液填充在工作腔体3中，螺旋弹簧片(左螺旋弹簧片4和右螺旋弹簧片15)浸入在磁流变液中，并不与工作腔体3接触，转动的螺旋弹簧片对工作腔体3中的磁流变液进行搅拌。

本发明防沉淀磁流变阻尼器中的左螺旋弹簧片4和右螺旋弹簧片15均为非导磁螺旋弹簧片，连接环7、左侧封头2和右侧封头8也均采用非导磁材料制成，由于左螺旋弹簧片4、右螺旋弹簧片15和连接环7均为非导磁材料组成，从而不会造成励磁线圈6产生的磁通量通过螺旋弹簧片和连接环7泄露，保证磁流变阻尼器的可调系数；磁流变阻尼器的推进轴1依次穿过左侧封头2、左螺旋弹簧片4、右螺旋弹簧片15和右侧封头8；封板11中间开三段台阶式圆孔(如图3所示)，与拉杆14(如图2所示)左侧榫头连接，这样的连接方式既可以使阻尼器承受轴向拉力，又可以使封板11绕拉杆14轴线自由转动，电机13固定在拉杆14上，电机13转轴与拉杆14相互平行，螺旋弹簧片的外径小于中空缸体10的内径，螺旋弹簧片的内径大于推进轴1的外径，从而螺旋弹簧片与推进轴1之间留有自由转动间隙，保证螺旋弹簧片能够随缸体10转动，对工作腔体3中的磁流变液进行搅拌；本发明防沉淀磁流变阻尼器通过定时启动电机13驱动与缸体10共同转动的螺旋弹簧片，对工作腔体3中的磁流变液进行搅拌，防止磁流变液产生沉淀。

根据磁流变液的沉降特性，对电机13设置定时启动时间间隔，电机13带动驱动齿轮12转动，驱动齿轮12驱动带有齿轮的封板11转动，封板11驱动与之固定的缸体10转动，由于活塞5及阻尼器推进轴1是不能旋转的，缸体10的转动会对活塞5和励磁线圈6处的磁流变液进行搅拌；同时转动的缸体10带动与之固定的右侧封头8及左侧封头2转动，右侧封头8和左侧封头2带动非导磁左螺旋弹簧片4和非导磁右螺旋弹簧片15旋转，螺旋弹簧片的转动可以对工作腔体3中的磁流变液进行搅拌。电机13转动时可采用正转与反转交替进行的方式进行，同时电机13启动时转速由慢到快逐渐变化。电机13转动时，驱动缸体10、螺旋弹簧片进行旋转，而活塞5和阻尼器推进轴1不跟随旋转。

本发明防沉淀磁流变阻尼器有效解决了磁流变阻尼器中磁流变液的沉淀问题，电机13定时转动，带动缸体10旋转，缸体10旋转对工作腔体3间隙处的磁流变液进行搅拌，同时转动的螺旋弹簧片对工作腔体3中的磁流变液进行搅拌，从而能够有效防止磁流变液沉淀，进而可以防止因为磁流变液沉淀而造成的磁流变阻尼器不能正常工作的问题。

本发明防沉淀磁流变阻尼器是通过改进磁流变阻尼器的构造，而非通过改进磁流变液的组分，提高磁流变阻尼器的抗沉淀性能。本发明防沉淀磁流变阻尼器不牺牲磁流液的导磁性能，从而不影响磁流变阻尼器的可调系数，其抗沉淀效果显著。本发明磁流变阻尼器抗沉淀性能优良、成本低廉、可操作性强，为磁流变阻尼器的工程应用推广提供了技术支持，具有极其重要的工程应用意义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种防沉淀磁流变阻尼器，横向上依次为推进轴、中空缸体以及拉杆；所述缸体的左侧端部为左侧封头，所述左侧封头固定在缸体上，磁流变液填充在工作腔体中，其特征在于：所述缸体的右侧端部为带有齿轮端部的封板，所述封板固定在缸体上，所述缸体内还设有右侧封头，所述右侧封头固定在缸体内，所述右侧封头将缸体分成工作腔体和工作副腔体；所述工作腔体内设有左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片，所述左螺旋弹簧片通过连接环与左侧封头固定连接，所述右螺旋弹簧片通过连接环与右侧封头固定连接，所述推进轴穿过工作腔体且伸入工作副腔体中，所述推进轴上设有与其一体成型的活塞，活塞中部设置环形凹槽，凹槽处缠绕有励磁线圈，所述活塞位于左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片之间；所述拉杆与封板转动连接，所述拉杆上固定有电机，电机转轴与驱动齿轮固定连接，驱动齿轮与封板的齿轮端部啮合。

2.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述推进轴依次穿过左侧封头、左螺旋弹簧片、右螺旋弹簧片和右侧封头。

3.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片均为非导磁螺旋弹簧片。

4.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述连接环均为非导磁连接环。

5.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述左侧封头和右侧封头均为非导磁封头。

6.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述左螺旋弹簧片和右螺旋弹簧片的外径均小于中空缸体的内径，内径均大于推进轴的外径。

7.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述电机固定在拉杆上，所述电机转轴与拉杆相互平行。

8.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述封板中间开有三段台阶式圆孔，所述封板与拉杆的左侧榫头转动连接。

9.根据权利要求1所述的防沉淀磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞呈圆柱形，所述活塞横截面的直径大于推进轴横截面的直径。