CN109707782B - 一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，涉及结构减振技术领域。包括副活塞杆、前端盖、主缸体、副活塞组件、连接缸盖A、半环B、MR剪切增稠夹层圆板、半环挡板、环柱形永磁体、弧形永磁体、主活塞杆、副缸体、连接缸盖B、后端盖、磁流变腔室、MR剪切增稠腔室；与传统的阻尼器相比，本发明克服了传统粘滞阻尼器工作频率单一，无法对不同激励频率都能有效控制的缺陷；主活塞缸筒内填充MR剪切增稠材料，具有磁敏和率敏双重特性，并采用双层活塞杆实现永磁磁场可调，以适应高频冲击荷载；副活塞缸筒内填充MR塑性体，具有磁敏特性，并采用励磁线圈实现阻尼连续可变，以适应不同振动激励频率的环境。

Description

一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器

技术领域

本发明主要涉及结构减振技术领域，涉及一种基于剪切增稠和磁流变材料的多功能复合材料用于阻隔振动的一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器。

背景技术

随着社会的发展,振动对生活环境和工作的影响已经开始引起人们的关注。冲击、振动在军事设备、工业生产和地震中为较普遍的自然现象。为了避免因冲击、振动引起的影响，冲击和振动的能量吸收和耗散已经开始被社会高度重视。在实际工程中，如机械设备、土木工程等方面，减振装置都起到了非常重要的作用。

对于传统减振技术，减振装置的减振机理和形式相对单一，特别是遇到频率范围较宽的外部激励时，减振装置的内部损耗是巨大的，这将使得减振装置的使用寿命在很大程度上被降低。

剪切增稠材料虽然能根据外部荷载激励，使减振装置实现自适应和自增强的功能，但这只是被动响应外界刺激的过程，减振装置的性能无法实现定向可控；而磁流变材料能够依赖外部磁场，为减振装置提供自调节功能，实现性能可控的目标。因此，统一剪切增稠材料的率敏特性和磁流变材料的磁敏特性为一体的多功能复合材料将为新型智能减振技术提供了一个较好的方向。

目前国内的专利中，很少把磁流变材料和多功能复合材料共同运用到减振装置中。中国专利公开的“非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器”能产生较大阻尼，能显著减少结构位移和加速度反应。但是不能实高频抗冲耗能减振。中国专利公开的“基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器”中采用了磁流变阻尼器和弹簧的结合，其可实现变刚度变阻尼，但是在不同震级的地震作用下，减振效果会受到一定限制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，克服了传统粘滞阻尼器工作频率单一，无法对不同激励频率都能有效控制的缺陷。与现有阻尼器相比，本发明主活塞采用MR剪切增稠夹层圆盘和双层活塞杆实现永磁磁场可调，具有高频抗冲耗能的特性；副活塞采用励磁线圈实现阻尼连续可变，具有磁控减振的特性。通过主活塞和副活塞的协同工作，适应于不同振动激励频率的工况。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，包括主活塞杆与副活塞杆，所述主活塞杆与副活塞杆相连接；所述主活塞杆与副活塞杆设置在主缸体内；

所述主活塞杆包括主活塞内杆与主活塞外杆；主活塞外杆内部开设有盲孔A，盲孔A内设置有主活塞内杆，主活塞内杆的一端开设有盲孔，盲孔内装有两个环柱形永磁体；两个环柱形永磁体中间通过异型铁块隔开；所述主活塞外杆外圆周上开设有凹槽，凹槽内安装有MR 剪切增稠夹层圆板；MR剪切增稠夹层圆板上设置有弧形永磁体；

所述副活塞杆上设置有蝶形弹簧；蝶形弹簧外侧设置有副活塞B，副活塞B安装在副活塞杆上，副活塞B外侧套装有线圈，线圈外套装有线圈套筒，线圈套筒的左右两侧通过副活塞A卡紧；所述副活塞A通过螺钉固定在副活塞B上；线圈套筒外侧设置有隔磁铜片。

进一步的，所述主活塞内杆的另一端通过螺栓与后端盖连接。

进一步的，所述主活塞外杆外圆周上开设有凹槽内还卡接有半环B，半环B将MR剪切增稠夹层圆板卡紧在凹槽内。

进一步的，所述MR剪切增稠夹层圆板有两个；且每个MR剪切增稠夹层圆板的上下两端均设置有弧形永磁体；所述弧形永磁体的N极或者S极与环柱形永磁体的N极或者S极的在相同方向上是同极的。

进一步的，弧形永磁体置于两个MR剪切增稠夹层圆板的同侧，即位于每个MR剪切增稠夹层圆板的左侧或者右侧。

进一步的，所述副活塞杆设置有轴用单耳环；该轴用单耳环远离主活塞杆设置。

进一步的，所述副活塞B为中空的圆柱形结构。

进一步的，所述副活塞杆上设置有蝶形弹簧的地方设置有半环挡板；蝶形弹簧设置在半环挡板上。

进一步的，所述主缸体通过缸盖B分成MR剪切增稠腔室与磁流变腔室；所述主活塞杆在MR剪切增稠腔室；副活塞杆在磁流变腔室。

进一步的，所述MR剪切增稠夹层圆板结构为两个板中间通过MR剪切增稠泥粘合。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明针对传统粘滞阻尼器工作频率单一，无法对不同激励频率都能有效控制的问题，采用MR剪切增稠夹层圆盘为阻尼器主活塞，主活塞缸筒内填充MR剪切增稠材料，具有磁敏和率敏双重特性，并采用双层活塞杆实现永磁磁场可调，无需外部能源，以适应高频冲击荷载。

2、本发明副活塞缸筒内填充MR塑性体，具有磁敏特性，并采用励磁线圈实现阻尼连续可变，以适应不同激励频率的振动响应。

3、本发明针对传统MR阻尼器大振幅低频振动下阻尼力较小的问题，在小位移振动下，通过只有主活塞工作，能够适应小振幅下的高频抗冲振动；在大位移振动下，采用主、副活塞协同工作，抗冲阻尼器的出力明显提高。

4、在主活塞外杆上开设的凹槽内设置半环B，可以更好的固定MR剪切增稠夹层圆板。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2(a)为主活塞外杆示意图；

图2(b)为主活塞内杆示意图；

图2(c)为主活塞外杆与内杆配合示意图；

图3为本发明阻尼器的主活塞示意图；

图4为本发明阻尼器的副活塞示意图；

图5为本发明阻尼器的主活塞磁路示意图；

图6为本发明阻尼器的副活塞磁路示意图。

附图标记如下：

1-轴用单耳环；2-副活塞杆；3-前端盖；4-后端盖；5-O型密封圈A；6-半环A；7-隔磁铜片；8-线圈套筒；9-螺钉；10-蝶形弹簧；11-O型密封圈B；12-Yx型密封圈；13-连接缸盖A；14-半环B；15-副活塞A；16-副活塞B；17-主缸体；18-副缸体；19-拉杆螺栓A；20- 拉杆螺栓B；21-MR剪切增稠夹层圆板；22-主活塞杆；22-1主活塞内杆；22-2主活塞外杆； 23-半环挡板；24-环柱形钢板；25-连接缸盖B；26-弧形永磁体；27-环柱形永磁体；28-磁流变腔室；29-MR剪切增稠腔室；30-线圈。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进一步说明。

一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，包括主活塞杆22与副活塞杆2，所述主活塞杆22与副活塞杆2相连接；所述主活塞杆22与副活塞杆2设置在主缸体17内；

结合附图2(a)、附图2(b)、附图2(c)和附图3，所述主活塞杆22包括主活塞内杆22-1与主活塞外杆22-2；主活塞外杆22-2内部开设有盲孔A，盲孔A内设置有主活塞内杆22-1，主活塞内杆22-1的一端开设有盲孔，盲孔内装有两个环柱形永磁体27；两个环柱形永磁体27中间通过异型铁块隔开；所述主活塞外杆22-2外圆周上开设有凹槽，凹槽内安装有MR剪切增稠夹层圆板21；MR剪切增稠夹层圆板21上设置有弧形永磁体26；

结合附图4，所述副活塞杆2上设置有蝶形弹簧10；蝶形弹簧10外侧设置有副活塞B16，副活塞B16安装在副活塞杆2上，副活塞B16外侧套装有线圈30，线圈30外套装有线圈套筒8，线圈套筒8的左右两侧通过副活塞A15卡紧；所述副活塞A15通过螺钉9固定在副活塞B16上；线圈套筒8外侧设置有隔磁铜片7。采用MR剪切增稠夹层圆盘为阻尼器主活塞，主活塞缸筒内填充MR剪切增稠材料，具有磁敏和率敏双重特性，并采用双层活塞杆实现永磁磁场可调，无需外部能源，以适应高频冲击荷载。

优选的，所述主活塞内杆22-1的另一端通过螺栓与后端盖4连接。

优选的，所述主活塞外杆22-2外圆周上开设有凹槽内还卡接有半环B14，半环B14将 MR剪切增稠夹层圆板21卡紧在凹槽内。

优选的，所述MR剪切增稠夹层圆板21有两个；且每个MR剪切增稠夹层圆板21的上下两端均设置有弧形永磁体26；所述弧形永磁体26的N极或者S极与环柱形永磁体27的N 极或者S极的在相同方向上是同极的，即弧形永磁体26的N极与环形永磁体27的N极朝向上是一致的，或者弧形永磁体26的S极与弧形永磁体27的S极朝向是一致的。

优选的，弧形永磁体26置于两个MR剪切增稠夹层圆板21的同侧，即位于每个MR剪切增稠夹层圆板21的左侧或者右侧，弧形永磁体26不同置于MR剪切增稠夹层圆板21的异侧，这主要是考虑到磁路的形成。

优选的，所述副活塞杆2设置有轴用单耳环1；该轴用单耳环1远离主活塞杆22设置。

优选的，所述副活塞B16为中空的圆柱形结构。

优选的，所述副活塞杆2上设置有蝶形弹簧10的地方设置有半环挡板23；蝶形弹簧10 设置在半环挡板23上。

优选的，所述主缸体17通过缸盖B25分成MR剪切增稠腔室29与磁流变腔室28；所述主活塞杆22在MR剪切增稠腔室29；副活塞杆2在磁流变腔室28。

优选的，所述MR剪切增稠夹层圆板21结构为两个板中间通过MR剪切增稠泥粘合。

结合附图1为本发明的一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，包括轴用单耳环1、副活塞杆2、前端盖3、后端盖4、O型密封圈A5、半环A6、隔磁铜片7、线圈套筒8、螺钉9、蝶形弹簧10、O型密封圈B11、Yx型密封圈12、连接缸盖A13、半环B14、副活塞 A15、副活塞B16、主缸体17、副缸体18、拉杆螺栓A19、拉杆螺栓B20、MR剪切增稠夹层圆板21、主活塞杆22、半环挡板23、环柱形钢板24、连接缸盖B25、弧形永磁体26、环柱形永磁体27、磁流变腔室28、MR剪切增稠腔室29、线圈30；半环挡板23和蝶形弹簧10 同时固定在副活塞杆2上；隔磁铜片7、副活塞A15、线圈套筒8和副活塞B16通过螺钉9 固定在蝶形弹簧10上，隔磁铜片7、副活塞A15、线圈30、蝶形弹簧10、半环挡板23、线圈套筒8和副活塞B16组成了副活塞部分；主活塞杆22与副活塞杆2通过螺纹连接，并通过螺栓与后端盖4连接；主缸体17与副缸体18通过连接缸盖A13和拉杆螺栓A19、拉杆螺栓B20固定在一起；MR剪切增稠夹层圆板21通过半环B14固定在副活塞杆2上；在MR 剪切增稠夹层圆板21上设置一个凹槽，将弧形永磁体26置于其中，再将环柱形钢板24与 MR剪切增稠夹层圆板21通过焊缝连接；MR剪切增稠夹层圆板21、半环B14、弧形永磁体 26和环柱形钢板24组成了主活塞部分。轴用单耳环1和后端盖4的通孔，方便与外部结构连接。

工作原理：本发明通过将高频抗冲耗能的主活塞部分和起到磁流变效应的副活塞部分并联的方式，形成的一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器。本发明在外界环境激励下，活塞杆带动活塞移动，地震位移较小时，阻尼耗能性能较低，主活塞开始工作,随着位移的增大，主活塞杆22中布置的环柱形永磁体27对MR剪切增稠夹层圆板21中的MR剪切增稠实现磁场可调，阻尼耗能性能增加；地震位移较大时，阻尼耗能性能达到最大，主活塞和副活塞一同工作，副活塞通电流之后，工作间隙处的阻尼力会增加，主活塞的MR剪切增稠夹层圆板 21通过变形，起到更强的抗冲耗能的作用。最终可实现阻尼器的高频抗冲耗能和磁控减振效果。

工作过程：结合附图5和6，本发明在外界环境激励下，地震位移较小时，副活塞杆2带动主活塞杆22移动，主活塞开始工作，主活塞内杆22-1与主活塞外杆22-2发生相对运动，使得主活塞杆22中布置的环柱形永磁体27对MR剪切增稠夹层圆板21中的MR剪切增稠磁场发生变化，阻尼耗能增加；地震位移较大时，副活塞杆2带动副活塞移动，主活塞和副活塞一同工作，此时，励磁线圈30通电流，产生磁场，由于磁场的作用，副活塞工作间隙处的阻尼力会增加，主活塞的MR剪切增稠夹层圆板21通过变形，在不同荷载下，主活塞工作间隙宽度改变，适应不同的激励荷载。在高速激励荷载下，因剪切增稠效应，主活塞的MR剪切增稠夹层圆板21变形较小，所以，主活塞工作间隙宽度较小，起到更强的抗冲耗能的作用。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，包括主活塞杆(22)与副活塞杆(2)，所述主活塞杆(22)与副活塞杆(2)相连接；所述主活塞杆(22)与副活塞杆(2)设置在主缸体(17)内；

所述主活塞杆(22)包括主活塞内杆(22-1)与主活塞外杆(22-2)；主活塞外杆(22-2)内部开设有盲孔A，盲孔A内设置有主活塞内杆(22-1)，主活塞内杆(22-1)的一端开设有盲孔，盲孔内装有两个环柱形永磁体(27)；两个环柱形永磁体(27)中间通过异型铁块隔开；所述主活塞外杆(22-2)的外圆周上开设有凹槽，凹槽内安装有MR剪切增稠夹层圆板(21)；MR剪切增稠夹层圆板(21)上设置有弧形永磁体(26)；

所述副活塞杆(2)上设置有蝶形弹簧(10)；蝶形弹簧(10)外侧设置有副活塞B(16)，副活塞B(16)安装在副活塞杆(2)上，副活塞B(16)外侧套装有线圈(30)，线圈(30)外套装有线圈套筒(8)，线圈套筒(8)的左右两侧通过副活塞A(15)卡紧；所述副活塞A(15)通过螺钉(9)固定在副活塞B(16)上；线圈套筒(8)外侧设置有隔磁铜片(7)。

2.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述主活塞内杆(22-1)的另一端通过螺栓与后端盖(4)连接。

3.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述主活塞外杆(22-2)外圆周上开设的凹槽内还卡接有半环B(14)，半环B(14)将MR剪切增稠夹层圆板(21)卡紧在凹槽内。

4.根据权利要求3所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述MR剪切增稠夹层圆板(21)有两个；且每个MR剪切增稠夹层圆板(21)的上下两端均设置有弧形永磁体(26)；所述弧形永磁体(26)的N极或者S极与环柱形永磁体(27)的N极或者S极的在相同方向上是同极的。

5.根据权利要求4所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，弧形永磁体(26)置于两个MR剪切增稠夹层圆板(21)的同侧，即位于每个MR剪切增稠夹层圆板(21)的左侧或者右侧。

6.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述副活塞杆(2)设置有轴用单耳环(1)；该轴用单耳环(1)远离主活塞杆(22)设置。

7.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述副活塞B(16)为中空的圆柱形结构。

8.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述副活塞杆(2)上设置有蝶形弹簧(10)的地方设置有半环挡板(23)；蝶形弹簧(10)设置在半环挡板(23)上。

9.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述主缸体(17)通过缸盖B(25)分成MR剪切增稠腔室(29)与磁流变腔室(28)；所述主活塞杆(22)在MR剪切增稠腔室(29)内；副活塞杆(2)在磁流变腔室(28)内。

10.根据权利要求1所述的具备高频抗冲耗能特性的磁控阻尼器，其特征在于，所述MR剪切增稠夹层圆板(21)结构为两个板中间通过MR剪切增稠泥粘合。

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