CN107313644B - 一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，包括工作缸、附缸、永磁组件、活塞及连接在活塞两端的活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ，活塞杆Ⅰ伸出工作缸顶端与轴承耳环Ⅰ连接，活塞杆Ⅱ伸出工作缸底端伸进附缸内腔；活塞的中心通孔两端设有与活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ连接的内圆台阶，活塞外周两端外圆台阶上开有供磁流变液流动的流通孔；所述活塞杆Ⅰ中心安装调节杆，活塞杆Ⅰ与活塞连接端设有型腔Ⅰ，活塞杆Ⅱ与活塞连接端设有与型腔Ⅰ一致的型腔Ⅱ，型腔Ⅰ与型腔Ⅱ构成的长型腔安装永磁组件和支撑块，支撑块与调节杆连接，薄壁环外圆与通孔内壁之间形成与流通孔相通的节流间隙。该阻尼器承载力和阻尼力调节范围大，拉压受力均匀，拉伸和压缩力值对称，阻尼器参数稳定。

Description

一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及一种桥梁及建筑工程中使用的减振耗能装置，尤其涉及一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器。

背景技术

永磁调节式磁流变阻尼器是通过调节磁场强度改变磁流变液的特性，再通过剪切或挤压等方式使磁流变液在流动种耗散能量而产生阻尼，由于磁场强度随着远离永磁体的距离增加而急剧衰减，而要实现较大阻尼力则需要足够强度的结构构件，而足够强度的结构构件势必会增大磁场与磁流变液的距离，即导致磁场强度衰减，最终使永磁调节式磁流变阻尼器失去了可调的功能；因此，小规格的阻尼器易实现可调节，而大承载力阻尼器必须采用其他结构形式解决上述调节磁场强度与结构强度之间的矛盾。

阻尼器的磁场强度由永磁铁提供，一般通过两种方式来调整阻尼力值的大小：1）设置阻磁结构改变作用于磁流变液的磁场强度的大小；2）增减永磁铁的数量来改变磁场的作用范围。永磁铁的设置或是设在工作缸外部（外置式），或是设在工作缸内部（内置式），现有技术中的有关技术存在如下问题：

一、现有外置式磁流变阻尼器，通过调节磁铁数量改变磁场强度，虽能调节阻尼器参数，但其存在如下不足：

1．永磁铁置于工作缸外，磁场透过工作缸壁厚作用于磁流变液。为了达到外置磁场对磁流变液的有效调节，必须采用薄壁结构，这将降低阻尼器的承载力；而如需增大阻尼器的承载力，必须增大工作缸的壁厚，这又将大大降低永磁体磁环对磁流变液的作用，降低阻尼力的调节范围；

2．永磁铁外置于工作缸上，易导致在安装时吸附于其他物体，强大的永磁体吸附力会击碎永磁铁本体，而且永磁铁尺寸相对与内置结构的永磁铁要大，成本增加；

二、现有内置式阻尼器均存在以下一个或多个方面的不足：

1. 活塞与内管采用紧配合方式固定，承载力增大后活塞与内管会发生相对滑动，阻尼器功能丧失；

2. 为实现阻尼力、阻尼系数的可调节作用，均采用薄壁结构以增强永磁铁对磁流变液的有效作用，同时该薄壁又承载结构作用力，而薄壁结构强度不能满足大承载力要求，存在既要阻尼力、阻尼系数可调节，又要实现大承载力的相互矛盾；

3. 当需要大承载力且调节磁场强度不需要太大时，需要使用的永磁铁也少，则薄壁结构下方的支撑面有限，不能保证所有薄壁结构下方均有支撑，而缺少支撑那部分的薄壁结构在大承载力的大压力下会发生变形，破坏节流间隙的大小；

4. 对于在整个节流间隙中未设有阻磁结构且装配后不能再增加永磁铁数量的内置永磁铁调节杆，其阻尼力、阻尼系数调节不可行；

5. 采用单出杆型，单出杆型阻尼器的弊端是拉伸和压缩产生的阻尼力不对称，增加了结构计算的难度，由于拉伸和压缩力值不对称，拉压受力不均；

6．阻尼器与结构件的连接处未考虑因连接阻尼器两端的结构发生横向偏移时阻尼器被折坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有大承载力的永磁调节式磁流变阻尼器，以克服已有技术所存在的上述不足。

为解决上述技术问题本发明采取的技术方案是：

一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，包括工作缸、附缸、活塞组件和永磁组件，所述活塞组件和永磁组件安装在工作缸内腔，工作缸内腔灌注磁流变液；

所述工作缸底端连接附缸，附缸另一端连接轴承耳环Ⅱ；

安装在工作缸内腔的活塞组件包括活塞以及分别连接在活塞的左右两端的活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ，所述活塞与工作缸滑动配合，从而将工作缸内腔分隔为左腔室和右腔室，左腔室和右腔室通过活塞外圆上的密封件Ⅲ进行密闭，所述活塞杆Ⅰ与工作缸顶端滑动连接并伸出工作缸顶端与轴承耳环Ⅰ连接，活塞杆Ⅱ通过工作缸底端导向并伸进位于工作缸底端的附缸内腔；

所述活塞中心为通孔，通孔两端设有内圆台阶，所述活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ分别与活塞两端的内圆台阶螺纹连接，活塞外周两端设有外圆台阶，外圆台阶上开有供磁流变液流动的流通孔；左端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔，另一端通向左腔室，右端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔，另一端通向右腔室，活塞外圆开设有装配密封件Ⅲ的沟槽；

所述活塞杆Ⅰ中心设有中心孔，活塞杆Ⅰ与活塞连接的一端的中心设有与中心孔相通的型腔Ⅰ，活塞杆Ⅰ另一端设有与中心孔相通的调节腔；

所述活塞杆Ⅱ外径与活塞杆Ⅰ外径一致，活塞杆Ⅱ与活塞连接的一端设有内径与型腔Ⅰ一致的型腔Ⅱ，外周设圆台阶，活塞杆Ⅱ位于圆台阶左端的部位设一薄壁环，所述活塞杆Ⅱ通过圆台阶上的螺纹与活塞的内圆台阶连接，薄壁环穿过活塞中心的通孔并与活塞杆Ⅰ的型腔Ⅰ对接，从而使型腔Ⅰ与型腔Ⅱ构成供永磁组件滑动的长型腔，薄壁环外圆周与活塞通孔内壁之间形成与活塞两端的流通孔相通的节流间隙；

所述永磁组件一侧连接与其等径的支撑块，所述永磁组件和支撑块滑动安装在长型腔内，活塞杆Ⅰ的中心孔内安装调节杆，调节杆一端连接支撑块，另一端伸到调节腔与锁定装置连接，通过调节调节杆实现对支撑块和永磁组件在长型腔内的位置的调节：

调节调节杆向右滑动使永磁组件全部进入活塞杆Ⅱ的型腔Ⅱ时，此时支撑块位置与节流间隙对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最小；

调节调节杆向左滑动使支撑块全部进入活塞杆Ⅰ的型腔Ⅰ时，此时永磁组件位置与节流间隙对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最大。

进一步技术方案是：所述调节杆向左滑动使支撑块部进入活塞杆Ⅰ的型腔Ⅰ时，活塞之薄壁环由永磁组件和支撑块共同支撑；调节杆向右滑动使永磁组件全部伸入活塞杆Ⅱ的型腔Ⅱ时，活塞之薄壁环由支撑块支撑。

更进一步技术方案是：所述薄壁环与型腔Ⅰ内壁对接处设有密封件，防止磁流变液渗漏入型腔Ⅰ和型腔Ⅱ内，造成活塞运动空行程。

更进一步技术方案是：所述轴承耳环Ⅰ和轴承耳环Ⅱ设有内孔，内孔安装关节轴承。

由于采用上述结构，与现有技术相比，本发明之一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器具有以下有益效果：

1．本发明之一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器将承载受力部位与薄壁分开，使之独立发挥各自的优势，由于活塞杆Ⅱ与活塞连接的一端中心设有型腔Ⅱ，位于型腔处的活塞杆Ⅱ外周形成一薄壁环，永磁组件与支撑块连接并通过调节杆安装在薄壁环围成的长型腔内，无论调节杆如何调节，薄壁均不会悬空变形：

调节调节杆向右滑动使永磁组件全部进入活塞杆Ⅱ的型腔Ⅱ时，此时支撑块位于与节流间隙对应部位支撑薄壁环，调节调节杆向左滑动使支撑块全部进入活塞杆Ⅰ的型腔Ⅱ时，此时永磁组件位于与节流间隙对应的部位支撑薄壁环，因此既可承受较大承载力，又不会减弱永磁组件对磁流变液的磁场，使阻尼力值调节范围增大；

2．本阻尼器采用双出杆形式，而且活塞杆Ⅱ与活塞杆Ⅰ外径一致，拉压受力均匀，拉伸和压缩力值对称，不仅方便结构受力计算，而且不会发生“压缩时腔体压力增大，拉压受力不均，压缩时腔体因活塞杆伸进缸体内而增大腔体内压造成漏油”的现象；

3．本阻尼器支撑块和永磁组件与调节杆连接，通过调节调节杆可调节支撑块和永磁组件在长型腔内的位置，从而实现装配后的无级调节，当工程结构减震理论分析与实际情况存在偏差时可现场根据需要调节阻尼力值；调节杆外漏端带有锁定装置，调节杆调节完后将被固定好，使活塞在运动中永磁组件不会发生移位，保证阻尼器参数稳定；

4．本阻尼器设有与工作缸连接、用于容纳并保护活塞杆的附缸，当有外力作用时，使工作缸与活塞杆Ⅱ形成相对运动；

5．本阻尼器在轴承耳环Ⅰ和轴承耳环Ⅱ安装关节轴承，可根据实际工况满足一定的偏转角度，避免因结构发生偏转而折坏。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明之一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器结构示意图（剖视）；

图2 为图1之A部放大图；

图3～图4为活塞结构示意图：

图3为主视图，图4为剖视图；

图5为活塞杆Ⅰ结构示意图（剖视）；

图6为活塞杆Ⅱ结构示意图（剖视）；

图7为活塞组件结构示意图；

图8～图10为永磁组件与支撑块在长形腔内滑动位置状态示意图：

图8为状态一：支撑块11全部进入活塞杆Ⅰ2的型腔Ⅱ21时，此时永磁组件位置与节流间隙35对应；

图9为状态二：永磁组件9全部进入活塞杆Ⅱ5的型腔Ⅱ51时，此时支撑块11位置与节流间隙35对应；

图10为状态三：永磁组件9和支撑块11位于长形腔中部；

1—轴承耳环Ⅰ，2—活塞杆Ⅰ，21—型腔Ⅰ，22—中心孔，23—调节腔， 3—活塞，31—通孔，32—流通孔，33—内圆台阶，34—外圆台阶，35—节流间隙，36—沟槽，4—工作缸，41—左腔室，42—右腔室，5—活塞杆Ⅱ，51—型腔Ⅱ，52—圆台阶，53—薄壁环，6—附缸，7—轴承耳环Ⅱ，8—调节杆，9—永磁组件，10—密封件，11—支撑块，12—锁定装置，13—密封件Ⅰ，14—密封件Ⅱ，15—密封件Ⅲ，16—关节轴承。

实施方式

一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，包括工作缸4、附缸6、活塞组件和永磁组件9，所述活塞组件和永磁组件安装在工作缸内腔，工作缸内腔灌注磁流变液；所述工作缸4底端连接附缸6，附缸另一端连接轴承耳环Ⅱ7；

安装在工作缸4内腔的活塞组件包括活塞3以及分别连接在活塞左右两端的活塞杆Ⅰ2和活塞杆Ⅱ5，所述活塞与工作缸4滑动配合，从而将工作缸4内腔分隔为左腔室41和右腔室42，左腔室41和右腔室42通过活塞外圆上的密封件Ⅲ15进行密闭，所述活塞杆Ⅰ2左端与工作缸顶端滑动连接并伸出工作缸顶端与轴承耳环Ⅰ1连接，活塞杆Ⅱ5右端与工作缸底端滑动连接并伸出工作缸底端伸进附缸6内腔；

所述活塞中心为通孔31，通孔两端设有内圆台阶33，所述活塞杆Ⅰ2和活塞杆Ⅱ5分别通过螺纹活塞两端的内圆台阶33连接，活塞外周两端设有外圆台阶34，外圆台阶上开有供磁流变液流动的流通孔32；左端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔31，另一端通向左腔室41，右端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔31，另一端通向右腔室42，活塞外圆开设有装配密封件Ⅲ15的沟槽36；

所述活塞杆Ⅰ2中心设有中心孔22，活塞杆Ⅰ2与活塞连接的一端（右端）的中心设有与中心孔22和活塞通孔31相通的型腔Ⅰ21，活塞杆Ⅰ2另一端（左端）设有与中心孔22相通的调节腔23；

所述活塞杆Ⅱ5外径与活塞杆Ⅰ2外径一致，活塞杆Ⅱ5与活塞连接的一端（左端）设有内径与型腔Ⅰ21一致的型腔Ⅱ51，外周设圆台阶52，活塞杆Ⅱ位于圆台阶52左端的部位设一长形薄壁环53，所述活塞杆Ⅱ通过圆台阶52上的螺纹与活塞的内圆台阶33连接，使薄壁环53穿过活塞中心的通孔31并与活塞杆Ⅰ2的型腔Ⅰ21对接，从而使型腔Ⅰ21与型腔Ⅱ51构成供永磁组件9滑动的长型腔，薄壁环外圆周与活塞通孔31内壁之间形成与活塞两端的流通孔32相通的节流间隙35；

所述永磁组件9左侧连接与其等径的支撑块11，所述永磁组件和支撑块滑动安装在长型腔内，活塞杆Ⅰ2的中心孔22内安装调节杆8，调节杆一端（右端）连接支撑块和永磁组件，另一端（左端）伸到调节腔23与锁定装置12连接，通过调节调节杆可调节支撑块11和永磁组件9在长型腔内的位置：

调节调节杆向右滑动使永磁组件9全部进入活塞杆Ⅱ5的型腔Ⅱ51时，此时支撑块11位置与节流间隙35对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最小；

调节调节杆向左滑动使支撑块11全部进入活塞杆Ⅰ2的型腔Ⅰ21时，此时永磁组件位置与节流间隙35对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最大。

所述调节调节杆向左滑动使支撑块11全部进入活塞杆Ⅰ2的型腔Ⅰ21时，活塞之薄壁环53由永磁组件和支撑块11共同支撑；调节杆向右滑动使永磁组件全部伸入活塞杆Ⅱ5的型腔Ⅱ51时，活塞之薄壁环53由支撑块11支撑。

所述薄壁环53与型腔Ⅰ21内壁对接处设有密封件10，防止磁流变液渗漏入型腔Ⅰ21和型腔Ⅱ51内，造成活塞运动空行程；

所述活塞杆Ⅰ2左端与工作缸顶端滑动连接部位设密封件Ⅰ13，活塞杆Ⅱ5右端与工作缸底端滑动连接部位设密封件Ⅱ14。

所述轴承耳环Ⅰ1和轴承耳环Ⅱ7设有内孔，内孔安装关节轴承16，即保证阻尼器与结构物连接的紧凑，又满足连接阻尼器两端的结构发生横向偏移时阻尼器可实现一定的偏转角度，保证阻尼器不被折坏。

工作原理

由于磁流变液在磁场的作用下可以在瞬间由液态变为类固态，磁流变液的剪切强度也因此变强，利用该原理，通过在阻尼器的活塞中开设节流槽，并在内管中放置永磁铁，当活塞运动迫使磁流变液从节流槽内，经高压腔流入低压腔时，在磁场的作用下其阻尼力较没有磁场的情况下增大，如改变磁场强度及作用范围，则可改变阻尼力的大小，从而实现阻尼力的调节作用。

当活塞3运动时，活塞3将工作缸4腔体分为两个腔室，磁流变液随活塞3运动中从高压腔（右腔室42）通过流通孔32流入节流间隙35，再流入低压腔（左腔室41），期间发生压力损失，并在流动中因经过节流间隙时受到永磁组件的作用，损失耗散能量，即产生阻尼。

所述永磁组件9与支撑块1连接在调节杆8上，通过调节调节杆8位置带动永磁组件9向右移动，当永磁组件9进入型腔Ⅱ51时，磁场强度减弱，磁流变液的剪切屈服强度降低；永磁组件从型腔Ⅱ伸出时作用于环形节流间隙的磁场逐渐增强，支撑块11完全进入活塞杆Ⅰ的型腔21端部时达到最强，使阻尼器在同等速度下达到最大阻尼力值；调节杆8外漏端带有锁定装置12，调节杆8调节完后将被固定好，使活塞3在运动中永磁组件9不会发生移位，保证阻尼器参数稳定。

内置于活塞杆Ⅰ2与活塞杆Ⅱ5型腔中的永磁组件，其作用一是改变磁流变液的特性，同时又承受工作缸内部压强产生的压力，由于支撑块11与永磁铁9在移动过程中始终支撑活塞杆Ⅱ5的薄壁环，使之不出现悬空空间，避免活塞杆Ⅱ5的薄壁环变形。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于此，对于本发明所属技术领域，在不脱离本发明构思的前提下，做出简单推演或替换，上述机构都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，包括工作缸（4）、附缸（6）、活塞组件和永磁组件（9），所述活塞组件和永磁组件安装在工作缸内腔，工作缸内腔灌注磁流变液；

其特征在于：

所述工作缸（4）底端连接附缸（6），附缸另一端连接轴承耳环Ⅱ（7）；

安装在工作缸（4）内腔的活塞组件包括活塞（3）以及分别连接在活塞的左右两端的活塞杆Ⅰ（2）和活塞杆Ⅱ（5），所述活塞与工作缸滑动配合，从而将工作缸（4）内腔分隔为左腔室（41）和右腔室（42），左腔室和右腔室通过活塞外圆上的密封件Ⅲ（15）进行密闭，所述活塞杆Ⅰ（2）与工作缸顶端滑动连接并伸出工作缸顶端与轴承耳环Ⅰ（1）连接，活塞杆Ⅱ（5）通过工作缸底端导向并伸进位于工作缸底端的附缸（6）内腔；

所述活塞中心为通孔（31），通孔两端设有内圆台阶（33），所述活塞杆Ⅰ（2）和活塞杆Ⅱ（5）分别与活塞两端的内圆台阶（33）螺纹连接，活塞外周两端设有外圆台阶（34），外圆台阶上开有供磁流变液流动的流通孔（32）；左端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔（31），另一端通向左腔室（41），右端外圆台阶上的流通孔一端通向通孔（31），另一端通向右腔室（42），活塞外圆开设有装配密封件Ⅲ（15）的沟槽（36）；

所述活塞杆Ⅰ（2）中心设有中心孔（22），活塞杆Ⅰ（2）与活塞连接的一端的中心设有与中心孔（22）相通的型腔Ⅰ（21），活塞杆Ⅰ另一端设有与中心孔（22）相通的调节腔（23）；

所述活塞杆Ⅱ（5）外径与活塞杆Ⅰ（2）外径一致，活塞杆Ⅱ（5）与活塞连接的一端设有内径与型腔Ⅰ（21）一致的型腔Ⅱ（51），外周设圆台阶（52），活塞杆Ⅱ位于圆台阶左端的部位设一薄壁环（53），所述活塞杆Ⅱ通过圆台阶（52）上的螺纹与活塞的内圆台阶（33）连接，薄壁环（53）穿过活塞中心的通孔（31）并与活塞杆Ⅰ的型腔Ⅰ（21）对接，从而使型腔Ⅰ（21）与型腔Ⅱ（51）构成供永磁组件（9）滑动的长型腔，薄壁环外圆周与活塞通孔（31）内壁之间形成与活塞两端的流通孔（32）相通的节流间隙（35）；

所述永磁组件（9）一侧连接与其等径的支撑块（11），所述永磁组件和支撑块滑动安装在长型腔内，活塞杆Ⅰ的中心孔（22）内安装调节杆（8），调节杆一端连接支撑块，另一端伸到调节腔（23）与锁定装置（12）连接，通过调节调节杆实现对支撑块（11）和永磁组件（9）在长型腔内的位置的调节：

调节调节杆向右滑动使永磁组件（9）全部进入活塞杆Ⅱ（5）的型腔Ⅱ（51）时，此时支撑块（11）位置与节流间隙（35）对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最小；

调节调节杆向左滑动使支撑块（11）全部进入活塞杆Ⅰ（2）的型腔Ⅰ（21）时，此时永磁组件（9）位置与节流间隙（35）对应，永磁组件所产生的磁场对节流间隙的影响最大。

2.如权利要求1所述的一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，其特征在于：所述调节杆（8）向左滑动使支撑块（11）部进入活塞杆Ⅰ（2）的型腔Ⅰ（21）时，活塞之薄壁环（53）由永磁组件和支撑块（11）共同支撑；调节杆（8）向右滑动使永磁组件全部伸入活塞杆Ⅱ（5）的型腔Ⅱ（51）时，活塞之薄壁环（53）由支撑块（11）支撑。

3.如权利要求1或2所述的一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，其特征在于：所述薄壁环（53）与型腔Ⅰ（21）内壁对接处设有密封件（10），防止磁流变液渗漏入型腔Ⅰ（21）和型腔Ⅱ（51）内，造成活塞运动空行程。

4.如权利要求3所述的一种大承载力永磁调节式磁流变阻尼器，其特征在于：所述轴承耳环Ⅰ（1）和轴承耳环Ⅱ（7）设有内孔，内孔安装关节轴承（16）。

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