CN109505912A - 基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器及吸振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器及吸振方法，包括芯轴、端盖、缸体、次弹簧、活塞、磁流变液、螺母、托架、主弹簧；下托架套装在芯轴下段，缸体底部和下托架之间的芯轴上套装有下主弹簧；上托架套装在芯轴上段上，上托架和端盖之间的芯轴上套装有上主弹簧；螺母连接在芯轴上段。当磁流变液在施加控制时，活塞通过磁流变液与缸体连接在一起，活塞、线圈、端盖、缸体形成单层质量。本发明通过磁流变液控制通断离合，可以在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间控制，具有环境适应性好、消耗外界能量小、可调频的优势。

Description

基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器及吸振方法

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域。

背景技术

在汽车、风电、船舶等领域，随着技术及生活水平的提升，对舒适性要求越来越高，针对振动进行控制的需求也越来越多，控制目标也随之提升。根据是否有外界控制能量的输入来区分减振方式，有如下三种：被动控制、主动控制及半主动控制。

动力吸振作为常见的几种减振形式也存在以上三种方式。基于被动控制方式的吸振器，其应用最为广泛，结构简单，成本低，但其吸振器的固有频率不可调，当与激振频率相同或者相差很小时，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带来负面影响。基于主动控制方式的吸振器，通过传感器来实时采集振动设备信息来直接提供力抵消振动所产生的力，但所需外界输入能量较大，要求系统响应快，成本比较高。而半主动方式的动力吸振器，通过传感器来实时采集振动设备信息以改变自身的固有频率，从而在消耗较少外界能量的情况下能达到很好的减振效果。被动的钢弹簧动力吸振器在设计时期可以通过调整弹簧的刚度和作动结构部分的质量来精确的对标目标频率，但在安装之后，如果需要对标其他激振频率或者需要同时对标几种频率，则需要采用其他半主动或主动动力吸振器。因此，有必要对钢弹簧动力吸振器加以改进。

现有技术中，申请号为CN201610622185.9的发明公开了一种磁流变管路双重动力阻尼吸振器，采用动力吸振与阻尼耗能减振结合的方式控制管路的振动。磁流变减振器作为质量块与弹簧片构成一级动力减振结构，在管路发生振动时，质量块和弹簧片随管路振动并产生惯性反作用力，降低管路振动。磁流变减振器的活塞体、弹簧、磁流变液与缸筒构成二级动力阻尼减振结构，磁流变减振器随管路振动时，活塞体在惯性作用下压缩弹簧对磁流变减振器产生反作用力，并且在活塞与缸筒发生相对运动时，活塞受到磁流变液的阻尼力作用，消耗振动能量。控制器根据管路的振动加速度调整阻尼力，提高阻尼器的耗能效率。单向、径向、轴向和固定架能够根据管路振动情况灵活装配，对管路沿任意方向振动进行控制。申请号：201310112070.1 发明公开了一种基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器，通过振动传感器检测的振动数据来改变磁流变特的特性，从而改变吸振器的刚度以及阻尼，以达到对吸振器自身固有频率的调节，得到一个最佳的吸振效果。本发明采用半主动控制，故消耗的外界能量少，易于组合使用，对于多频率的振动可以组合使用多个吸振器。

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特性的半主动可调频动力吸振器及吸振方法，其能通过磁流变液控制通断离合，半主动调整作动部分质量以实现吸振调频功能。

本发明的技术方案是：基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，包括芯轴、端盖、缸体、次弹簧、活塞、磁流变液、螺母、托架、主弹簧；端盖连接在缸体上面，活塞安装在缸体内；活塞的上端和端盖之间、活塞的下端和缸体内底面之间均安装有次弹簧；磁流变液填充在缸体内；芯轴从上至下依次穿过端盖、上面的次弹簧、活塞、下面的次弹簧、缸体底部；活塞与缸体内侧壁之间保留有能供磁流变液穿过的流体通道；芯轴上段露出在端盖上面、芯轴下段露出在缸体下面，芯轴下段设有水平向外伸出的凸台，托架包括上托架和下托架，主弹簧包括上主弹簧和下主弹簧，下托架套装在芯轴下段上且位于凸台上面，缸体底部和下托架之间的芯轴上套装有下主弹簧；上托架套装在芯轴上段上，上托架和端盖之间的芯轴上套装有上主弹簧；芯轴上段设有外螺纹，螺母连接在芯轴上段上且位于上托架上面。

所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器还包括通过螺纹或螺栓连接缸体外侧壁上的配重。

上主弹簧的两端分别与上托架和端盖相接，下主弹簧的两端分别与缸体和下托架相接。

所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器还包括绕在活塞上的线圈。

当磁流变液在未施加控制时，端盖和缸体形成一层质量，活塞和线圈形成另一层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为多层质量动力吸振器；当磁流变液在施加控制时，活塞通过流体通道中的磁流变液与缸体连接在一起，活塞、线圈、端盖、缸体形成单层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为单层质量动力吸振器。

通过旋转螺母能调整基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器的高度和确定主弹簧的预压力。

一种吸振方法，利用磁流变液的状态可控性能，控制动力吸振器，进行通断离合，半主动式调整动力吸振器的作动部分质量参数，实现吸振调频。

采用上述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器进行吸振；通过磁流变液进行控制，来实现基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间的转换；当磁流变液在未施加控制时，磁流变液能在流体通道中自由通过，端盖和缸体形成一层质量，活塞和线圈形成另一层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为多层质量动力吸振器；当磁流变液在施加控制时，活塞通过流体通道中的磁流变液与缸体连接在一起，活塞跟随缸体一起运动，活塞、线圈、端盖、缸体形成单层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为单层质量动力吸振器。

通过螺母和托架来支撑和调整基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器的高度，从而确定主弹簧的预压力。

在安装基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器时，通过调整配重来调整质量参数，实现调整频率，并在运行时半主动控制进行调频。

本发明利用磁流变液的状态可控性能，对钢弹簧质量动力吸振器加以改进，可以通过磁流变液控制通断离合，从而改变吸振质量参数的半主动可调频动力吸振器，该动力吸振器可以在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间控制。本发明具有环境适应性好、消耗外界能量小、可调频的优势。采用本发明，钢弹簧质量动力吸振器在安装之后，在对标其他激振频率或者需要同时对标几种频率时，不需要采用其他半主动或主动动力吸振器。本发明可以在安装时期调整配重实现调整频率，并能在运行时期半主动控制进行调频。

附图说明

图1是本发明的主视剖视结构示意图；

图2是本发明的局部结构示意图；

图3是多层质量动力吸振器的简化示意图；

图4是单层质量动力吸振器的简化示意图；

图5是带有配重的动力吸振器示意图；

图中：芯轴1、螺母2、托架3、主弹簧4、端盖5、缸体6、次弹簧7、活塞8、磁流变液9、线圈10、配重11、流体通道a、导向环b。

具体实施方式

请参考图1至图4，一种基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器（如：基于磁流变液特性的半主动可调频钢弹簧动力吸振器），包括芯轴1、螺母2、托架3、主弹簧4、端盖5、缸体6、次弹簧7、活塞8、磁流变液9、线圈10。端盖连接在缸体上，活塞安装在缸体内，活塞上绕有线圈；活塞的上端和端盖之间、活塞的下端和缸体内底面之间均安装有次弹簧；磁流变液填充在缸体内；芯轴从上至下依次穿过端盖、上面的次弹簧（上次弹簧）、活塞、下面的次弹簧（下次弹簧）、缸体底部；芯轴与活塞固定连接，芯轴与活塞之间设有导向环b。芯轴与端盖、芯轴与缸体底部均密封且活动连接，芯轴能随同活塞一起在缸体内上下运动。

芯轴贯穿整个动力吸振器（即：基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器），芯轴下段设有向外水平伸出的凸台，芯轴上段连接有螺母，凸台与螺母一起支撑和调整吸振器高度，从而确定通过托架固定的主弹簧的预压力，主弹簧包括上主弹簧和下主弹簧，托架包括上托架和下托架，上主弹簧的两端分别连接上托架和端盖，下主弹簧的两端分别与缸体和下托架相接，从而形成一个被动钢弹簧动力吸振器，主弹簧的刚度参数可简化为K1，端盖及缸体的质量参数可简化为M1。

活塞通过次弹簧安装在端盖和缸体所形成的缸体腔内（即缸体内），该缸体腔内充满磁流变液，活塞上绕有线圈。次弹簧作为支撑弹簧，活塞以及线圈作为质量形成另一层质量弹簧系统动力吸振器，次弹簧的刚度参数可简化为K2，活塞及线圈的质量参数可简化为M2。

一种吸振方法，利用磁流变液的状态可控性能，控制动力吸振器，进行通断离合，半主动式调整动力吸振器的作动部分质量参数，实现吸振调频。采用基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器进行吸振；通过磁流变液不施加或者施加控制，来实现基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间的转换。

本发明可以半主动调整作动部分质量以实现吸振调频功能。本发明以钢弹簧及作动质量的动力吸振器为基准，在磁流变液未施加控制时作为牛顿流体状态下，系统为一多层质量动力吸振器；在磁流变液施加控制后，控制部分结构质量由于磁流变力的存在而叠加到被动作动质量上，因此系统吸振作动质量发生变化，得以吸振调频。

请参考图2、图3、图4，当磁流变液在未施加控制时，体现为牛顿流体状态，磁流变液可以在流体通道a中自由通过，此时该动力吸振器体现为一种多层质量动力吸振器，如图3的简化示意图。当磁流变液在施加控制后，体现为Bingham流体状态，此时活塞被流体通道a中的磁流变液连接到缸体上，跟随缸体一起运动，因此，该动力吸振器转换为单层质量动力吸振器，质量参数发生了变化，实现了吸振调频，如图4的简化示意图。图3、图4为吸振质量调整示意图。

本发明还可以将配重11通过螺纹或螺栓连接缸体上，以精确调整质量参数，控制多层质量吸振特性，如图5所示。

本发明利用磁流变液的状态可控性能，针对环境适应性优异的被动钢弹簧质量动力吸振器，利用磁流变液特性进行通断离合，通过结构设计了一款结构质量可以通过磁流变液控制通断离合，可以半主动调整作动部分质量参数的钢弹簧动力吸振器，从而改变吸振质量参数的半主动可调频动力吸振器，实现吸振调频功能。该动力吸振器可以在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间控制。本发明还可以在安装时期调整配重实现调整频率，并能在运行时期半主动控制进行调频。本发明主要用于各种振动设备附件系统中。

本发明与现有技术（申请号为CN201610622185.9的专利）最大的不同就是现有技术是被动的，磁流变部分的功能仅仅用来耗散能量；而本发明是半主动的，磁流变部分利用其通断功能可以进行调整质量参数的半主动调频，产品原理和磁流变的利用原理均不同于现有技术。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，包括芯轴、端盖、缸体、次弹簧、活塞、磁流变液；端盖连接在缸体上面，活塞安装在缸体内；活塞的上端和端盖之间、活塞的下端和缸体内底面之间均安装有次弹簧；磁流变液填充在缸体内；芯轴从上至下依次穿过端盖、上面的次弹簧、活塞、下面的次弹簧、缸体底部；活塞与缸体内侧壁之间保留有能供磁流变液穿过的流体通道，其特征是，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器还包括螺母、托架、主弹簧；芯轴上段露出在端盖上面、芯轴下段露出在缸体下面，芯轴下段设有水平向外伸出的凸台，托架包括上托架和下托架，主弹簧包括上主弹簧和下主弹簧，下托架套装在芯轴下段上且位于凸台上面，缸体底部和下托架之间的芯轴上套装有下主弹簧；上托架套装在芯轴上段上，上托架和端盖之间的芯轴上套装有上主弹簧；芯轴上段设有外螺纹，螺母连接在芯轴上段上且位于上托架上面。

2.根据权利要求1的所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，其特征是，还包括通过螺纹或螺栓连接缸体外侧壁上的配重。

3.根据权利要求1的所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，其特征是，上主弹簧的两端分别与上托架和端盖相接，下主弹簧的两端分别与缸体和下托架相接。

4.根据权利要求1的所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，其特征是，还包括绕在活塞上的线圈。

5.根据权利要求4的所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，其特征是，当磁流变液在未施加控制时，端盖和缸体形成一层质量，活塞和线圈形成另一层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为多层质量动力吸振器；当磁流变液在施加控制时，活塞通过流体通道中的磁流变液与缸体连接在一起，活塞、线圈、端盖、缸体形成单层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为单层质量动力吸振器。

6.根据权利要求1的所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器，其特征是，通过旋转螺母能调整基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器的高度和确定主弹簧的预压力。

7.一种吸振方法，其特征是，利用磁流变液的状态可控性能，控制动力吸振器，进行通断离合，半主动式调整动力吸振器的作动部分质量参数，实现吸振调频。

8.根据权利要求7的所述的吸振方法，其特征是，采用权利要求1所述的基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器进行吸振；通过磁流变液进行控制，来实现基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器在多层质量动力吸振器与单层质量动力吸振器之间的转换；当磁流变液在未施加控制时，磁流变液能在流体通道中自由通过，端盖和缸体形成一层质量，活塞和线圈形成另一层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为多层质量动力吸振器；当磁流变液在施加控制时，活塞通过流体通道中的磁流变液与缸体连接在一起，活塞跟随缸体一起运动，活塞、线圈、端盖、缸体形成单层质量，所述基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器为单层质量动力吸振器。

9.根据权利要求8的所述的吸振方法，其特征是，通过螺母和托架来支撑和调整基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器的高度，从而确定主弹簧的预压力。

10.根据权利要求8的所述的吸振方法，其特征是，在安装基于磁流变液特性的半主动可调频动力吸振器时，通过调整配重来调整质量参数，实现调整频率，并在运行时半主动控制进行调频。