CN110094450A - 一种混合式磁流变碰撞缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合式磁流变碰撞缓冲器，包括工作缸、盘体和固定端，所述工作缸的底部与固定端通过弹性元件连接，所述工作缸包括活动连接的上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖形成用于填充流体的腔体组，所述下端盖中心设置孔洞，所述盘体设置在所述腔体组内部，其下表面通过穿过所述孔洞的柱体与所述固定端连接,所述盘体周向设置励磁线圈I，所述工作缸的外侧壁设置励磁线圈II。本发明通过设置轴向和径向的磁场，增强了磁流变流体的阻尼力，克服活塞式磁流变碰撞缓冲器磁场利用率低、磁流变流体流动困难和阻尼调节范围窄的缺点，进而提供一种能够提高磁场利用率、阻尼调节范围以及阻尼通道内流体流动的平顺性磁流变碰撞缓冲器。

Description

一种混合式磁流变碰撞缓冲器

技术领域

本发明涉及缓冲技术领域，具体地，涉及一种混合式磁流变碰撞缓冲器。

背景技术

为了减少碰撞事故的人员伤亡，经过大量的研究，发现具有刚度、阻尼可调节特征和高效吸能特性的智能缓冲器将是未来智能缓冲系统的发展方向。随着磁流变缓冲器在汽车悬架、飞机起落架、火炮反后坐装置等领域的应用，具有阻尼力可调节、响应速度快等特点的磁流变缓冲器被发现可用于碰撞安全领域。而目前多数的阻尼力可调节的磁流变碰撞缓冲器都是活塞式的，这种活塞式的缓冲器磁场利用率低、磁流变流体流动困难和阻尼调节范围窄等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种混合式磁流变碰撞缓冲器，优点是具有流动更平缓、磁场利用率更高和阻尼调节范围广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：。

一种混合式磁流变碰撞缓冲器，包括工作缸、盘体和固定端，所述工作缸的底部与固定端通过弹性元件连接，所述工作缸包括活动连接的上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖形成用于填充流体的腔体组，所述下端盖底部中心设置孔洞，所述盘体设置在所述腔体组内部，其下表面通过穿过所述孔洞的柱体与所述固定端连接。

进一步，所述腔体组包括设置在所述工作缸内部中心位置的腔体I和设置在所述工作缸内部边缘位置的腔体II。

进一步，所述腔体I和腔体II之间设置隔离板，所述隔离板的底端或者顶端设置孔I，构成连通所述腔体I和腔体II的通道。

进一步，所述腔体I内部设置磁流变流体，所述腔体II内部设置补偿气体。

进一步，所述盘体周向设置励磁线圈I，所述工作缸的外侧壁设置封闭的筒体，所述筒体的内侧壁和工作缸的外侧壁之间设置励磁线圈II。

进一步，所述补偿气体包括为不溶于所述磁流变流体的易压缩气体。

进一步，所述孔I的数量至少为4个，以所述柱体的轴线方向为中心周向布置。

进一步，所述孔洞内侧壁与所述柱体的形成的环形空间设置密封结构，所述密封结构与柱体外侧壁接触部分设置导向轴承。

进一步，所述弹性元件的数量至少为4个，以所述柱体的轴线方向为中心周向布置。

进一步，所述上端盖和下端盖的连接方式为螺栓连接。

本发明的有益效果是：

克服活塞式磁流变碰撞缓冲器磁场利用率低、磁流变流体流动困难和阻尼调节范围窄的缺点，提供一种磁流变碰撞缓冲器，能够提高磁场利用率、阻尼调节范围以及阻尼通道内流体流动的平顺性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图1为本发明结构示意图；

附图2为本发明的阻尼通道示意图；

附图3为本发明的工作过程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参照附图1，一种混合式磁流变碰撞缓冲器，包括混合式磁流变阻尼器和弹性元件8，混合式磁流变阻尼器包括工作缸、盘体14和固定端10，工作缸的底部与固定端10通过弹性元件8连接，工作缸包括活动连接的上端盖1和下端盖7，本实施例中上端盖1构造为凸型，上端盖1和下端盖7通过螺栓6的方式连接，上端盖1与下端盖7形成用于填流体的腔体I 16和腔体II 4，下端盖7中心留有孔洞，盘体14设置在腔体组内部，其下表面通过穿过孔洞的柱体11与固定端10连接。盘体14周向设置径向励磁线圈I 13，工作缸的外侧壁设置封闭的筒体2，筒体2的内侧壁和工作缸的外侧壁之间设置轴向励磁线圈II 3。

励磁线圈I 13和励磁线圈II 3为磁发生装置，混合式磁流变阻尼器通过外部通电，可以通过励磁线圈I 13形成径向的磁场回路，从而改变阻尼通道中磁流变流体的特性，因此可以调节磁流变阻尼器的阻尼力。

励磁线圈II 3外部设置筒体2，用筒体2将励磁线圈II 3与外界隔开，防止外界对励磁线圈II 3的干扰。混合式磁流变阻尼器通过外部通电，可以通过励磁线圈II 3形成轴向的磁场回路，从而改变阻尼通道中磁流变流体的特性，因此可以调节混合式磁流变阻尼器的阻尼力。本发明形成由励磁线圈I 13和励磁线圈II 3共同发生的混合磁场。

作为进一步改进，腔体I 16和腔体II 4之间设置隔离板15，隔离板15的底端设置通道孔I 5，连通腔体I 16和腔体II 4的通道，腔体I 16内部设置磁流变流体，腔体II 4内部设置补偿气体。为了更好的实现流体在腔体I 16和腔体II 4之间的流动，本实施例将通道孔5的数量设置为4个，以柱体11的轴线方向为中心周向布置，孔I 5的尺寸可以根据缓冲情况进行更改。

本发明的缓冲吸能分为弹性元件8变形吸能和混合式磁流变阻尼器吸能，两种吸能方式是并联的。其中，混合式磁流变阻尼器受到冲击后，上端盖1挤压磁流变流体流动，流体在阻尼通道内流动，产生阻尼力，阻尼器运动受到阻尼力阻碍进行缓冲吸能。参照附图2，在上端盖1和盘体14上端面之间的圆柱区域设置为区域一，上端盖1和盘体14上端面相向运动，区域间流体受到挤压径向流动；在隔离板15内壁和盘体14四周之间的圆环区域设置为区域二，区域间流体轴向流动；在隔离板15内壁和进入到腔体I 16内部的柱体11之间的圆环区域设置为区域三，区域间流体径向流动；腔体II 4所形成的环形区域设置为区域四，区域间流体轴向流动。区域一、区域二、区域三和区域四共同组成了阻尼器的阻尼通道区。

在区域一、三，通轴向的挤压磁场，流体流动方向与磁场方向垂直，产生磁流变效应，可以通过改变外加电流，改变磁场强度，以改变此区域流体的粘度，从而改变阻尼通道所产生的阻尼力，形成了挤压工作模式区域；在区域二，通径向的剪切流动磁场，流体流动方向与磁场方向垂直，产生磁流变效应，形成了剪切流动工作模式区域；在区域四中流体轴向流动，由于其流动方向一直与磁场方向平行，故磁流变流体一直进行牛顿流动。因此，混合式磁流变阻尼器的工作模式包含流动模式、剪切模式和挤压模式。混合式磁流变阻尼器的通磁模式也有四种:

1.整个缓冲器完全不通磁，磁流变流体进行牛顿流体。

2.只在区域一、三通轴向磁场，磁流变流体在区域一、三(挤压模式工作区域)变成一种高粘度、高剪切应力、半固态的Bingham塑性体，流动时产生更大阻尼力，而在其他区域仍是牛顿流动。

3.只在区域二通径向磁场，磁流变流体在区域二(剪切流动模式工作区域)变成一种高粘度、高剪切应力、半固态的Bingham塑性体，流动时产生更大阻尼力，而在其他区域仍是牛顿流动。

4.区域一、三和区域二分别通对应的轴向磁场和径向磁场，磁流变流体在圆柱区域一、三(挤压模式工作区域)和圆环区域二(剪切流动模式工作区域)变成一种高粘度、高剪切应力、半固态的Bingham塑性体，流动时产生更大的阻尼力，而在其他区域仍是牛顿流动。

混合式磁流变阻尼器包含挤压模式，将圆柱区域纳入了磁场工作区域，而一般的活塞式磁流变碰撞缓冲器仅仅只是将狭窄的圆环区域一作为磁场工作区域，相对而言，混合式磁流变碰撞缓冲器具有更高的磁场利用率。

由于四种通磁模式的存在，混合式磁流变碰撞缓冲器能提供更大的阻尼力，其具有更大的缓冲吸能潜力，同时其阻尼调节范围能得到很大程度的提高。

弹性元件8吸能和混合式磁流变阻尼器吸能是并联进行的，即两种吸能方式是相互影响的。相对于单纯的磁流变阻尼器吸能，具有弹性元件8配合吸能的磁流变阻尼器的工作过程会更加平缓，使得磁流变阻尼器中的阻尼通道内流体流动的平顺性。

作为进一步改进，下端盖孔洞内侧壁与柱体11的环形空间设置密封结构12，密封结构12与柱体11外侧壁接触部分设置导向轴承9，导向轴承9的作用是导向和润滑，使得密封的工作缸能通过轴承9进行轴向滑动。

作为进一步改进，弹性元件8的数量为4个，以柱体11的轴线方向为中心周向布置。弹性元件8构造为钢弹簧结构，除了缓冲吸能外，还可以用来实现混合式磁流变阻尼器的刚度调节，以及提供使混合式磁流变阻尼器复位的弹力。

如附图3所示，本发明的实施过程是：

上端盖1作为整个缓冲器的运动端，通过螺栓6与下端盖7固定，形成可以轴向滑动的工作缸，工作缸内的盘体14通过柱体11与整个缓冲器的固定端10连接。

本发明的初始状态如图3状态a所示，盘体14与下端盖7相贴合，腔体Ⅰ16中填充满磁流变流体。当运动端上端盖1受到力F碰撞冲击时，工作缸往固定端10运动。在工作缸往固定端10运动的过程中，工作缸一边通过下端盖7压缩弹性元件8产生变形；工作缸一边相对盘体14运动，挤压磁流变流体流动，在磁流变流体流动的过程中产生阻尼力。具体如下：磁流变流体在区域一、三径向流动时，轴向挤压磁场起作用，可以对此部分阻尼通道内的阻尼力进行调控；磁流变流体在区域二轴向流动时，径向剪切流动磁场起作用，可以对此部分阻尼通道内的阻尼力进行调控。同时，随着上端盖1不断向下运动，柱体11不断进入腔体Ⅰ16，腔体Ⅰ16的体积不断减少，由于磁流变流体不可压缩，为了混合式磁流变阻尼器能继续工作，腔体Ⅰ16中的磁流变流体先通过通道孔5进入腔体Ⅱ4中，挤压腔体Ⅱ4中的补偿气体，使得腔体Ⅱ4补偿由于柱体11侵入腔体Ⅰ所导致的阻尼器体积减少，体积得到补偿后，使得混合式磁流变阻尼器能继续工作，磁流变流体方能流入区域三中。此外，由于区域四中流体一直都是牛顿流动，当区域三存在轴向磁场时，流体在区域四中流动受到的阻尼力小于区域三，所以相较于通磁的区域三而言，流体更容易流入区域四中。最终，本发明缓冲最终状态如图3状态b所示，由于盘体14、柱体11和固定端10固定不动，上端盖1运动到如图3状态b所示的接触盘体14处。需要注意的是：腔体Ⅱ4的补偿体积必须大于图3状态b中的柱体11侵入腔体Ⅰ16中的总体积；当上端盖1运动到如图所示的接触盘体14处时，受到下端盖7挤压的弹性元件8仍然处于弹性工作区域，即冲击力消失后，弹性元件能够完全复原，同时带动混合式磁流变阻尼器复位。此时，混合式磁流变阻尼器与弹性元件8为并联状态，则弹力与阻尼力的合力就是缓冲力。

当混合式磁流变缓冲器复位时，复位力由弹性元件8提供，在弹性元件8的作用下，推动工作缸复位，直至混合式磁流变缓冲器回到初始位置，如图3状态a所示，在复位过程中，柱体11不断离开腔体I16，使得腔体I16的体积不断增加，腔体Ⅱ4中的磁流变流体通过通道孔5进入腔体I16，受到压缩的补偿气体开始恢复，并促进磁流变流体从腔体Ⅱ4回流入腔体I16。当弹性元件8复原时，整个缓冲器回归最初的状态。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：包括工作缸、盘体和固定端，所述工作缸的底部与固定端通过弹性元件连接，所述工作缸包括活动连接的上端盖和下端盖，所述上端盖与下端盖形成用于填充流体的腔体组，所述下端盖中心设置孔洞，所述盘体设置在所述腔体组内部，其下表面通过穿过所述孔洞的柱体与所述固定端连接。

2.根据权利要求1所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述腔体组包括设置在所述工作缸内部中心位置的腔体I和设置在所述工作缸内部边缘位置的腔体II。

3.根据权利要求2所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述腔体I和腔体II之间设置隔离板，所述隔离板的底端或者顶端设置孔I，构成连通所述腔体I和腔体II的通道。

4.根据权利要求2所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述腔体I内部设置磁流变流体，所述腔体II内部设置补偿气体。

5.根据权利要求1所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述盘体周向设置励磁线圈I，所述工作缸的外侧壁设置封闭的筒体，所述筒体的内侧壁和工作缸的外侧壁之间设置励磁线圈II。

6.根据权利要求4所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述补偿气体为不溶于所述磁流变流体的易压缩气体。

7.根据权利要求3所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述孔I的数量至少为4个，以所述柱体的轴线方向为中心周向布置。

8.根据权利要求1所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述孔洞内侧壁与所述柱体的形成的环形空间设置密封结构，所述密封结构与柱体外侧壁接触部分设置导向轴承。

9.根据权利要求1所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述弹性元件的数量至少为4个，以所述柱体的轴线方向为中心周向布置。

10.根据权利要求1所述的一种混合式磁流变碰撞缓冲器，其特征在于：所述上端盖和下端盖的连接方式为螺栓连接。