CN110056599B - 一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器，由底盖、外缸筒、内缸筒、电磁阀、活塞杆、浮动活塞、环绕线圈的活塞、金属橡胶、模糊控制器、传感器等组成。电磁活塞位于内筒，活塞杆与电磁活塞相连接，内缸筒与外缸筒固定在同一个底座上，内缸筒与外缸筒通过内筒侧壁上的通孔相连接，在与内缸筒侧壁通孔相对应的外缸筒侧壁上安装电磁阀，在外缸筒内侧安装有金属橡胶以及浮动活塞结构。减振器工作时减振系统的中央控制器会根据安装在减振器上的加速度传感器传递处及速度信号，控制电磁线圈上电流以及电磁阀的开启从而控制减振器的出力大小。减振器的中央控制系统会根据路激励的大小控制电磁阀的开启关闭程度，控制缓冲行程。

Description

一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器

技术领域

本发明涉及缓冲、冲击减振领域，具体为一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器，应用于军用、民用各种车辆、航空航天、重型机械和兵器等自适应主动控制缓冲减振领域。

背景技术

振动与冲击是自然界中广泛存在的现象，车辆、航空航天设备、重型机械、兵器等设备以及桥梁、楼房等建筑物，在使用时会产生严重的机械振动或者受到外力载荷的激励，这些振动、载荷冲击对机械设备或建筑物都有一定程度的危害。因此缓冲减振在各行业都有着重要的应用。然而在现有设备中大多使用的是被动式减振缓冲装置，也就是普通的油/气缓冲减振器，虽然这种减振器结构简单，成本低廉，但是这种减振器是依靠被动的激励工作，因此它的反应速度较慢、阻尼力不可控，无法有效抑制冲击振动的激励。为有效消除或减轻冲击振动对车辆、机械设备或其它结构的影响，必然需要一种新的主动自适应智能减振缓冲装置。在现有技术中，磁流变减振器是一种主动式智能减振器，依靠磁流变液受到磁场作用时其剪切力发生变化的原理，通过改变阻尼线圈励磁电流的大小，从而改变活塞附近的磁场，最终实现阻尼力可控的效果，然而在现有的磁流变减振器中大多为单筒结构，这就使得减振器的有效行程较小，使得车辆难以应付复杂的越野路面，并且这种单筒的减振器在工作时液体的流动不充分，使得液体的温升难以散发，并且现有技术的减振器工作路径单一，仅能依靠改变电磁线圈中的电流大小来改变阻尼力。但这种工作模式会消耗更多的电能使得减振器的功率较高，线圈发热较严重。同时由于磁流变液易于沉淀，这就导致现有的减振器内部工作液体实际上并不是理想匀质的磁流变液，导致上部的液体极易过早的出现磁饱和现象，使得减振器达不到设计要求，无法体现技术优势和实现减振功能。

发明内容

本发明为解决现有技术问题，提供了一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器，包括底盖，所述底盖上分别通过螺纹安装内缸筒和外缸筒，所述内缸筒位于外缸筒内部，所述内缸筒内通过定位台阶安装内缸筒浮动活塞后，再依次安装内缸筒金属橡胶和内缸筒端盖，所述内缸筒浮动活塞与内缸筒之间设有内缸筒密封圈；所述外缸筒内通过定位台阶安装外缸筒浮动活塞后，再依次安装外缸筒金属橡胶和外缸筒端盖，所述外缸筒浮动活塞和外缸筒金属橡胶位于外缸筒和内缸筒之间，所述外缸筒浮动与外缸筒之间设有外缸筒密封圈，所述外缸筒端盖与内缸筒之间设有外缸筒密封圈；所述内缸筒底部开有阻尼孔，所述外缸筒底部安装有电磁阀，所述电磁阀用于开启或密合内缸筒底部的阻尼孔；所述内缸筒内安装有活塞，所述内缸筒内具有磁流变液，所述活塞外缠绕有电磁线圈，所述活塞连接活塞杆，所述活塞杆依次穿出内缸筒端盖和外缸筒端盖，所述活塞杆和内缸筒罐盖之间设有活塞杆密封圈，所述活塞杆外部安装加速度传感器，所述加速度传感器连接中央控制器；所述电磁线圈的引线通过活塞杆的引线孔穿出后连接中央控制器，所述中央控制器控制电磁阀动作和活塞外部电磁线圈上的电流。

举例说明本发明的使用过程。使用时，将该减震器的底盖耳轴和活塞杆耳轴分别连接于车辆悬架和车轮之间。工作过程：当车辆行驶在路面遇到较小的路面激励振动时，活塞杆开始向下运动，与此同时安装在活塞杆上的加速度传感器获取路面的激励信号，并将信号传递给减震系统的中央控制器，中央控制器依据路面的激励信息计算当前激励需要的最佳阻尼力后控制电磁阀将内缸筒的阻尼孔关闭，并控制电磁线圈的上电流相应的输入。当活塞杆在向下运动的同时带动活塞一起向下运动并挤压内缸筒下腔室中的磁流变液，磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙通道，当磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力将路面激励过滤掉。磁流变液通过阻尼间隙流入内缸筒的上腔室并通过挤压内缸筒浮动活塞开始挤压内缸筒金属橡胶，存储能量。当缓冲完成时内缸筒金属橡胶推动内缸筒浮动活塞推动磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙通道向下运动进入下腔室。磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力。此时将减振器复位时的振动过滤掉。当路面激励较大时活塞杆开始向下运动，与此同时安装在活塞杆上的加速度传感器获取路面的激励信号，并将信号传递给减震系统的中央控制器，中央控制器依据路面的激励信息控制控制电磁阀将内缸筒的阻尼孔打开相应的大小，并控制电磁线圈的上电流相应的输入。当活塞杆在向下运动的同时带动活塞一起向下运动并挤压内缸筒下腔室中的磁流变液，此时磁流变液将分成两部分流动，一部分通过活塞与内缸筒组成的间隙通道，当磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力；另一部分磁流变液通过阻尼孔流入外缸筒，磁流变液在通过阻尼孔时产生粘性液体阻尼力，当磁流变液进入外缸筒时同时也会压缩外缸筒浮动活塞的同时压缩外缸筒金属橡胶进行能量存储，由于路面的激励较大，减震器排除的液体较多减振器也会得到较大的缓冲位移。两部分产生的阻尼力共同作用抵消的路面的振动，当缓冲完成时内缸筒金属橡胶推动内缸筒浮动活塞推动磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙通道向下运动进入下腔室。磁流变液通过活塞与内缸筒组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力；另一部分外缸筒内的磁流变液通过外缸筒金属橡胶通过外缸筒浮动活塞将液体通过阻尼孔的通道流回到内缸筒的下腔室内，将活塞推回到平衡位置，在液体回流的过程中，中央控制器时刻的根据传感器传递的加速度信号计算当前最佳阻尼力并调整电磁线圈上电流的大小以及电磁阀阀体的开口程度保证减振器复位时无振动。

本发明装置具有如下优点及功能：

1、本发明的减振系统由于是采用的是剪切式的工作模式，所以产生磁流变效应阻尼快、结合减振系统的控制部分可以自主根据路面激励产生的加速度信号，控制系统快速的控制线圈的电流大小以及电磁阀的开闭程度，产生相应的阻尼力，过滤掉路面激励振动。

2、由于本发明采用的双筒模式、并且每个缸筒内都安装有金属橡胶作为补偿装置，因此系统可以根据路面的激励振动情况，控制电磁阀的开闭，在较平坦的路面时，由于不需要较大的缓冲行程，因此系统可以控制电磁阀的关闭，这样就减小了缓冲行程使得减振系统反应更加的灵敏。越野路面时路面激励较大，也就需要较大的阻尼力以及更大的缓冲行程，因此控制系统可以控制电磁阀的开启来增加缓冲行程同时控制力的大小。这也就实现了缓冲行程的无级变换。

3、由于结构采用了内外筒结构以及电磁阀的控制开闭和内外筒双补偿结构，使得本发明可以最大限度的实现磁流变液在缸筒内的流动，可以有效的减小磁流变液的沉淀，以及将减振器的工作去热，最小可能性减小减振器的工作热带来减振性能的损失，以及磁流变液的沉淀带来的磁流变液过早的发生磁饱和的可能，减小过早的发生磁饱和带来的设计性能下降。

4、由于本发明采用了金属橡胶作为补偿装置，充分的发挥了金属橡胶寿命长的优势，增加了发明结构整体的寿命和可靠性。

本发明设计合理，具有很好的实际应用与推广价值。

附图说明

图1表示本发明的整体结构示意图。

图2表示本发明的底盖结构示意图。

图3表示本发明的电磁阀结构示意图。

图4表示本发明的内缸筒结构示意图。

图5表示本发明的外缸筒结构示意图。

图中：1-底盖，2-外缸筒，3-内缸筒，4-电磁线圈，5-活塞，6-内缸筒浮动活塞，7-外缸筒金属橡胶，8-外缸筒密封圈，9-外缸筒端盖，10-加速度传感器，11-电磁阀，12-外缸筒浮动活塞，13-内缸筒密封圈，14-内缸筒金属橡胶，15-活塞杆密封圈，16-内缸筒端盖，17-中央控制器，18-电源，19-活塞杆，20-阻尼孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明公开了以金属橡胶作为补偿的磁流变减振器。该减振器由底盖1、外缸筒2、内缸筒3、电磁线圈4、活塞5、内缸筒浮动活塞6、外缸筒金属橡胶7、外缸筒密封圈8、外缸筒端盖9、加速度传感器10、电磁阀11、外缸筒浮动活塞12、内缸筒密封圈13、内缸筒金属橡胶14、活塞杆密封圈15、内缸筒端盖16、减振系统控制器17、电源18、活塞杆19等组成。电磁活塞位于内缸筒，活塞杆与电磁活塞相连接，内缸筒与外缸筒固定在同一个底座上，内缸筒与外缸筒通过内缸筒侧壁上的通孔相连接，在与内缸筒侧壁通孔相对应的外缸筒侧壁上安装电磁阀，在外缸筒内侧安装有金属橡胶以及浮动活塞结构。减振器工作时减振系统的中央控制器会根据安装在减振器上的加速度传感器传递出加速度信号，控制电磁线圈上的电流以及电磁阀的开启从而控制减振器的出力大小。减振器的中央控制系统会根据路激励的大小控制电磁阀的开启关闭程度，从而控制缓冲行程。具体结构如图1所示，一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器，包括底盖1，底盖1上分别通过螺纹安装内缸筒3和外缸筒2，即两者固定于同一个底盖上，内缸筒3位于外缸筒2内部，内缸筒3内通过定位台阶安装内缸筒浮动活塞6后，再依次安装内缸筒金属橡胶14和内缸筒端盖16，内缸筒浮动活塞6与内缸筒3之间设有内缸筒密封圈13；外缸筒2内通过定位台阶安装外缸筒浮动活塞12后，再依次安装外缸筒金属橡胶7和外缸筒端盖9，外缸筒浮动活塞12和外缸筒金属橡胶7位于外缸筒2和内缸筒3之间，外缸筒浮动12与外缸筒2之间设有外缸筒密封圈8，外缸筒端盖9与内缸筒3之间设有外缸筒密封圈8；内缸筒3底部开有阻尼孔20，外缸筒2底部安装有电磁阀11，电磁阀11用于开启或密合内缸筒2底部的阻尼孔20；内缸筒3内安装有活塞5，内缸筒3内具有磁流变液，活塞5外缠绕有电磁线圈4，活塞5连接活塞杆19，活塞杆19依次穿出内缸筒端盖16和外缸筒端盖9，活塞杆19和内缸筒罐盖16之间设有活塞杆密封圈15，活塞杆19外部安装加速度传感器10，加速度传感器10连接中央控制器17；电磁线圈4的引线通过活塞杆19的引线孔穿出后连接中央控制器17，中央控制器17控制电磁阀11动作。

具体实施时，如图2所示，底盖的一端带有连接环、另一端带有台阶，且台阶带有螺纹，分别与内、外缸筒螺纹连接。

如图5所示，外缸筒为两端开口，内部带有台阶、两个开口端带有内螺纹的圆筒，其材料为一般钢材。

如图4所示，内缸筒的上端为一个开放端，端口部分有一定深度的内螺纹，由内缸筒盖和底盖与其上下配合，材料为DT4。内缸筒下端的侧壁上带有侧孔用于与外缸筒连通，内缸筒的上端内部带有阶梯用于对内缸筒浮动活塞进行定位。

活塞杆是中心开有通孔，两端带有外螺纹，在距离活塞杆上端一定距离上有一定深度的凹槽用于安装加速度传感器。

活塞的一端带有一定深度的内螺纹用于与活塞杆配合，活塞的中心开有一定深度的孔，在侧面也开有孔与中心孔相通用于缠绕电磁线圈。

金属橡胶作为该减振器的补偿，采用多个小厚度金属橡胶叠加使用。

如图1所示，电磁阀固定安装在外缸筒侧壁上；如图3所示，电磁阀的阀杆上具有盖板，阀杆带动盖板运动，用于对内缸筒的侧孔（阻尼孔）开合起到控制作用。

内、外缸筒浮动活塞是分别安装在内、外缸筒的上部，用于对磁流变液的密封。

减振系统的控制器是对电磁线圈、以及电磁阀进行控制，并接收传感器的加速度信号，并对加速度信号进行处理。

装配时，底盖1通过螺纹与内缸筒3和外缸筒2相连接，将活塞5和活塞杆19连接后，将电磁线圈（漆包线）4缠绕在活塞5上，并将缠绕后的两个线头从活塞杆19的中孔穿出，将活塞5和活塞杆19的组合体装入到内缸筒3中。将内缸筒浮动活塞6安装好内缸筒密封圈13后装入内缸筒3的台阶定位处，并安装内缸筒金属橡胶14，然后内缸筒端盖16通过外螺纹与内缸筒3相连接。外缸筒浮动活塞12安装好的外缸筒密封圈后安装到外缸筒2的台阶定位处，然后将外缸筒金属橡胶7安放在外缸筒浮动活塞12的上方，外缸筒端盖9通过其外螺纹与外缸筒2的内螺纹相连接。电磁阀11通过焊接安装在外缸筒2的侧壁上，并保证其轴线与内缸筒3侧壁的阻尼孔20同轴。本发明减振器结构简单可靠，是由减振系统的控制器根据路面激励产生的加速度信号，控制电磁线圈的电流以及电磁阀的开启，从而达到积极主动的调节阻尼力的大小以缓冲行程，使得缓冲效果明显，反应灵敏。

具体工作时，当车辆行驶在路面遇到较小的路面激励振动时，活塞杆19开始向下运动，与此同时安装在活塞杆19上的加速度传感器1获取路面的激励信号，并将信号传递给减振系统的中央控制器17，中央控制器17依据路面的激励信息控制控制电磁阀11将阀门关闭，并控制电磁线圈4的上电流相应的输入。当活塞杆19在向下运动的同时带动活塞5一起向下运动并挤压内缸筒3下腔室中的磁流变液，磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙通道，当磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力将路面激励过滤掉。磁流变液通过阻尼间隙流入内缸筒3的上腔室，并通过挤压内缸筒浮动活塞6开始挤压内缸筒金属橡胶14，存储能量。当缓冲完成时内缸筒金属橡胶14推动内缸筒浮动活塞6，进而推动磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙通道向下运动进入下腔室。磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力，此时将减振器复位时的振动过滤掉。当路面激励较大时活塞杆19开始向下运动，与此同时安装在活塞杆上的加速度传感器获取路面的激励信号，并将信号传递给减震系统的中央控制器17，中央控制器17依据路面的激励信息控制控制电磁阀11将阀门打开相应的大小，并控制电磁线圈的上相应电流的输入。当活塞杆19在向下运动的同时带动活塞5一起向下运动并挤压内缸筒3下腔室中的磁流变液，此时磁流变液将分成两部分流动，一部分通过活塞5与内缸筒3组成的间隙通道，当磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力；另一部分磁流变液通过电磁阀流入外缸筒，磁流变液在通过电磁阀时产生粘性液体阻尼力，当磁流变液进入外缸筒时，同时也会压缩外缸筒浮动活塞12的同时压缩外缸筒金属橡胶7进行能量存储，由于路面的激励较大，减震器排除的液体较多减振器也会得到较大的缓冲位移。两部分产生的阻尼力共同作用抵消的路面的振动，当缓冲完成时内缸筒金属橡胶14推动内缸筒浮动活塞6推动磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙通道向下运动进入下腔室。磁流变液通过活塞5与内缸筒3组成的间隙时，磁流变液受到线圈活塞产生的磁场作用发生磁流变效应，产生剪切模式下的阻尼力；另一部分外缸筒内的磁流变液通过外缸筒金属橡胶7通过外缸筒浮动活塞12将液体通过电磁阀11的阀体通道流回到内缸筒3的下腔室内，将活塞5推回到平衡位置，在液体回流的过程中，中央控制器17时刻的调整电磁线圈4上电流的大小以及阀体11的开口程度保证减振器复位时无振动。

本发明所述的减振器系统可应用于飞机起落架、汽车减震、武器领域等，该缓冲器采用金属橡胶比其他的补偿方式适用范围广、可靠性高、寿命长等优点。本发明减振器具有阻尼力可调的优势，同时由于减振器才有内外筒流动的结构，有利于磁流变液的散热，以及减小磁流变液的沉淀优势。

以上具体实施例仅对本发明做示例性的说明，该实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于剪切模式下可变行程的双筒主动式磁流变减振器，其特征在于：包括底盖（1），所述底盖（1）上分别通过螺纹安装内缸筒（3）和外缸筒（2），所述内缸筒（3）位于外缸筒（2）内部，所述内缸筒（3）内通过定位台阶安装内缸筒浮动活塞（6）后，再依次安装内缸筒金属橡胶（14）和内缸筒端盖（16），所述内缸筒浮动活塞（6）与内缸筒（3）之间设有内缸筒密封圈（13）；所述外缸筒（2）内通过定位台阶安装外缸筒浮动活塞（12）后，再依次安装外缸筒金属橡胶（7）和外缸筒端盖（9），所述外缸筒浮动活塞（12）和外缸筒金属橡胶（7）位于外缸筒（2）和内缸筒（3）之间，所述外缸筒浮动活塞（12）与外缸筒（2）之间设有外缸筒密封圈a，所述外缸筒端盖（9）与内缸筒（3）之间设有外缸筒密封圈b（8）；所述内缸筒（3）底部开有阻尼孔（20），所述外缸筒（2）底部安装有电磁阀（11），所述电磁阀（11）用于开启或密合内缸筒（2）底部的阻尼孔（20）；所述内缸筒（3）内安装有活塞（5），所述内缸筒（3）内具有磁流变液，所述活塞（5）外缠绕有电磁线圈（4），所述活塞（5）连接活塞杆（19），所述活塞杆（19）依次穿出内缸筒端盖（16）和外缸筒端盖（9），所述活塞杆（19）和内缸筒端 盖（16）之间设有活塞杆密封圈（15），所述活塞杆（19）外部安装加速度传感器（10），所述加速度传感器（10）连接中央控制器（17）；所述电磁线圈（4）的引线通过活塞杆（19）的引线孔穿出后连接中央控制器（17），所述中央控制器（17）控制电磁阀（11）动作。

Images