CN111188868B - 一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，通过在电磁线圈中施加电流作用，改变磁流变液的粘度，进而引起主动剪切板、从动剪切板与磁流变液之间剪切阻尼力的变化，从而可实现装置惯容系数和阻尼系数的多级实时可调节。

Description

一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置
技术领域
本发明涉及减震装置技术领域，具体涉及一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置。
背景技术
地震或台风等激励作用将导致建筑、桥梁等结构产生破坏，进而造成人员伤亡以及直接或间接的严重的经济损失，可恢复性和可持续性设计是目前土木工程结构涉及的发展目标，主动和被动结构控制技术对结构在地震或台风等动态激励下的响应起着至关重要的作用，TMD广泛用于世界各地大跨桥梁和高层建筑中，受限于质量比的因素，及TMD结构的动态特性和外部激励的不确定性，TMD控制系统鲁棒性降低，MTMD结构可改善其鲁棒性，但配置复杂，惯容器可提供相当于物理质量的数百倍的惯质，大大降低TMD结构中对质量的需求，基于惯容器的振动耗能器逐渐被认可并得到大量研究，可实现比传统的TMD具有更好的有效性和鲁棒性，半主动惯容装置的惯容系数不是一个定值，在工作过程中能够进行调节，作为一种新型的结构装置，半主动惯容器已经运用于汽车悬架与动力吸振器中，表现出优异的减振性能和极大的应用前景，基于磁流变液的特殊性能开发新型半主动惯容装置，可为土木结构半主动控制的研究和应用带来新的活力，可为土木结构中的地震或风振等智能振动控制提供可能，具有重要的实际工程意义。
现有技术中惯容器一般依赖外接液压缸来改变磁流变液的流动性实现磁流变液的特殊性能，但这样的设计结构较为复杂，一些空间受限等特殊工况下磁流变液也无法做到良好的流动，导致无法实现惯容系数精准的实时调节，所以十分有必要研究新型的磁流变变惯容装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，以解决上述背景技术中提出的问题，传统技术不具有普遍适用性，本发明结构简单实用，能适应多种工况。不依赖外接液压缸，通过自身传动轴传动带动主动剪切板、第一从动剪切板、第二从动剪切板以及配合线圈通电改变磁流变液的粘度，来实现实时可调惯容器惯容系数的多级实时调节，本发明结构简单，应用范围广。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，包括外套筒、第一端盖、第二端盖，外套筒与第一端盖及第二端盖形成内置空腔，内置空腔包括主动剪切板、第一从动剪切板、第二从动剪切板、传动轴、轴承、第一磁轭、第二磁轭、MRF/MRG液腔；第一磁轭内部设置有第一电磁线圈；主动剪切板内部设置有左第二电磁线圈和右第二电磁线圈；第二磁轭内部设置有第三电磁线圈；主动剪切板、第一从动剪切板以及第二从动剪切板均位于MRF/MRG液腔内，MRF/MRG液腔内为磁流变液或磁流变脂，主动剪切板位于第一从动剪切板与第二从动剪切板之间，主动剪切板、第一从动剪切板和第二从动剪切板的两侧均设置有MRF/MRG液层；主动剪切板与传动轴固定为一体，第一从动剪切板与第二从动剪切板通过轴承与传动轴连接，第一从动剪切板和第二从动剪切板可相对于传动轴转动。
本发明优选地技术方案在于，主动剪切板两侧表面均沿径向向内凹陷形成有第二凹槽，左第二电磁线圈位于其中一侧的第二凹槽中，右第二电磁线圈位于另一侧的第二凹槽中。
本发明优选地技术方案在于，第一磁轭一面与第二端盖内表面贴合且固定连接，第一磁轭远离第二端盖内表面的另一面向内凹陷形成有安装第一电磁线圈的第一凹槽。
本发明优选地技术方案在于，第二磁轭一面与第一端盖内表面贴合且固定连接，第二磁轭远离第一端盖内表面的另一面向内凹陷形成有安装第三电磁线圈的第三凹槽。
本发明优选地技术方案在于，第一电磁线圈和第三电磁线圈施加电流，第一磁轭与第一从动剪切板、第二磁轭与第二从动剪切板间MRF/MRG液固化，左第二电磁线圈、右第二电磁线圈均不施加电流，主动剪切板与第一从动剪切板、第二从动剪切板间的MRF/MRG液体不固化，传动轴可带动主动剪切板旋转，剪切主动剪切板与第一从动剪切板、第二从动剪切板间的液体，提供低级惯容系数和阻尼系数。
本发明优选地技术方案在于，第一电磁线圈施加电流，第一磁轭与第一从动剪切板间MRF/MRG固化；第三电磁线圈不施加电流，第二磁轭与第二从动剪切板间MRF/MRG液不固化；右第二电磁线圈施加电流，左第二电磁线圈不施加电流，主动剪切板与第二从动剪切板间的MRF/MRG固化，传动轴带动主动剪切板旋转，及第二从动剪切板随主动剪切板转动，剪切主动剪切板与第一从动剪切板间的液体，及剪切第二从动剪切板和第二磁轭间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数。
本发明优选地技术方案在于，第三电磁线圈施加电流，第二磁轭与第二从动剪切板间MRF/MRG固化；第一电磁线圈不施加电流，第一磁轭与第一从动剪切板间MRF/MRG不固化；左第二电磁线圈施加电流，右第二电磁线圈不施加电流，主动剪切板与第一从动剪切板间的MRF/MRG固化，传动轴带动主动剪切板旋转，及第一从动剪切板随主动剪切板转动，剪切第一从动剪切板和第一磁轭间的液体，及剪切主动剪切板与第二从动剪切板间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数。
本发明优选地技术方案在于，第一电磁线圈和第三电磁线圈均不施加电流，第一磁轭与第一从动剪切板、第二磁轭与第二从动剪切板间MRF/MRG均不固化；左第二电磁线圈、右第二电磁线圈均施加电流，主动剪切板与第一从动剪切板、主动剪切板与第二从动剪切板间的MRF/MRG固化，传动轴带动主动剪切板旋转，第一从动剪切板和第二从动剪切板随主动剪切板转动，剪切第一从动剪切板和第一磁轭间、及剪切第二从动剪切板和第二磁轭间的液体，提供高级惯容系数和阻尼系数。
本发明优选地技术方案在于，第一从动剪切板及第二从动剪切板中的轴承两边均设置有动密封；第一磁轭、第二磁轭在竖直轴向上均设置有轴承，轴承位于第一磁轭与第二磁轭中，轴承两边均设置有动密封。
本发明优选地技术方案在于，外套筒、传动轴、第一端盖及第二端盖均为非导磁材料。
本发明的有益效果为：
本发明为一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，本发明通过在电磁线圈中施加电流作用，从而改变磁流变液的粘度，进而引起主动剪切板、从动剪切板与磁流变液之间剪切阻尼力的变化，从而可实现惯容器惯容系数的多级实时可调节。
附图说明
图1为本发明横断面结构图；
图中：
1、外套筒；2、第一端盖；3、第二端盖；4、内置空腔；5、主动剪切板；6、第一从动剪切板；7、第二从动剪切板；8、传动轴；9、轴承；10、第一磁轭；11、第二磁轭；12、MRF/MRG液腔；13、第一电磁线圈；142、左第二电磁线圈；141、右第二电磁线圈；15、第三电磁线圈；16、第二凹槽；17、第一凹槽；18、第三凹槽；19、动密封。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供的一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，包括外套筒1、第一端盖2、第二端盖3，外套筒1与第一端盖2及第二端盖3形成内置空腔4，内置空腔4包括主动剪切板5、第一从动剪切板6、第二从动剪切板7、传动轴8、轴承9、第一磁轭10、第二磁轭11、MRF/MRG液腔12；为了磁流变液能在磁场中发挥特性作用。进一步地，在第一磁轭10内部设置有第一电磁线圈13；主动剪切板5内部设置有左第二电磁线圈142和右第二电磁线圈141；第二磁轭11内部设置有第三电磁线圈15，这样的设计，可以实现精准灵活的控制电磁线圈的通电，实现磁流变液在不同工况下需要不同剪切力的作用；其中，主动剪切板5、第一从动剪切板6以及第二从动剪切板7均位于MRF/MRG液腔12内，MRF/MRG液腔12内为磁流变液或磁流变脂，主动剪切板5位于第一从动剪切板6与第二从动剪切板7之间，主动剪切板5、第一从动剪切板6和第二从动剪切板7的两侧均设置有MRF/MRG液层；主动剪切板5与传动轴8固定为一体，第一从动剪切板6与第二从动剪切板7通过轴承9与传动轴8连接，第一从动剪切板6和第二从动剪切板7可相对于传动轴8转动，这样的设计，使主动剪切板5和第一从动剪切板6及第二从动剪切板7可以在电磁线圈不同位置的配合下，提供不同的剪切力，实现磁流变变惯容装置的多级可调作用。
为了第二电磁线圈14有放置的位置。进一步地，主动剪切板5两侧表面均沿径向向内凹陷形成有第二凹槽16，左第二电磁线圈142位于其中一侧的所述第二凹槽16中，右第二电磁线圈141位于另一侧的第二凹槽16中。
为了第一电磁线圈13有放置的位置。进一步地，第一磁轭10一面与第二端盖3内表面贴合且固定连接，第一磁轭10远离第二端盖3内表面的另一面向内凹陷形成有安装第一电磁线圈13的第一凹槽17。
为了第三电磁线圈15有放置的位置。进一步地，第二磁轭11一面与第一端盖2内表面贴合且固定连接，第二磁轭11远离第一端盖2内表面的另一面向内凹陷形成有安装第三电磁线圈15的第三凹槽18。
为了本发明能提供低级惯容系数和低级阻尼系数。进一步地，第一电磁线圈13和第三电磁线圈15施加电流，第一磁轭10与第一从动剪切板6、第二磁轭11与第二从动剪切板7间MRF/MRG液固化，左第二电磁线圈142、右第二电磁线圈141均不施加电流，主动剪切板5与第一从动剪切板6、第二从动剪切板7间的MRF/MRG液体不固化，传动轴8可带动主动剪切板5旋转，剪切主动剪切板5与第一从动剪切板6、第二从动剪切板7间的液体，提供低级惯容系数和低级阻尼系数。
为了本发明能提供中级惯容系数和中级阻尼系数。进一步地，第一电磁线圈13施加电流，第一磁轭10与第一从动剪切板6间MRF/MRG固化；第三电磁线圈15不施加电流，第二磁轭11与第二从动剪切板7间MRF/MRG液不固化；右第二电磁线圈141施加电流，左第二电磁线圈142不施加电流，主动剪切板5与第二从动剪切板7间的MRF/MRG固化，传动轴8带动主动剪切板5旋转，及第二从动剪切板7随主动剪切板5转动，剪切主动剪切板5与第一从动剪切板6间的液体，及剪切第二从动剪切板7和第二磁轭11间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数。
为了本发明能提供第二种中级惯容系数和中级阻尼系数方案。进一步地，第三电磁线圈15施加电流，第二磁轭11与第二从动剪切板7间MRF/MRG固化；第一电磁线圈13不施加电流，第一磁轭10与第一从动剪切板6间MRF/MRG液不固化；左第二电磁线圈142施加电流，右第二电磁线圈141不施加电流，主动剪切板5与第一从动剪切板6间的MRF/MRG固化，传动轴8带动主动剪切板5旋转，及第一从动剪切板6随主动剪切板5转动，剪切第一从动剪切板6和第一磁轭10间的液体，及剪切主动剪切板5与第二从动剪切板7间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数。
为了本发明能提供高级惯容系数和高级阻尼系数。进一步地，第一电磁线圈13和第三电磁线圈15均不施加电流，第一磁轭10与第一从动剪切板6、第二磁轭11与第二从动剪切板7间MRF/MRG均不固化；左第二电磁线圈142、右第二电磁线圈141均施加电流，主动剪切板5与第一从动剪切板6、主动剪切板5与第二从动剪切板7间的MRF/MRG固化，传动轴8带动主动剪切板5旋转，第一从动剪切板6和第二从动剪切板7随主动剪切板5转动，剪切第一从动剪切板6和第一磁轭10间、及剪切第二从动剪切板7和第二磁轭11间的液体，提供高级惯容系数和阻尼系数。
为了增加密封性能，防止MRF/MRG液灌入第一从动剪切板6、第二从动剪切板7内部的轴承9。进一步地，第一从动剪切板6及第二从动剪切板7中的轴承9两边均设置有动密封19；第一磁轭10、第二磁轭11在竖直轴向上均设置有轴承9，轴承9位于第一磁轭10与所述第二磁轭11中，轴承9两边均设置有动密封19，这样的设计，有效防止MRF/MRG液灌入第一从动剪切板6、第二从动剪切板7内部的轴承9，增强本发明的使用寿命。
为了保证磁路有效。进一步地，外套筒1、传动轴8、第一端盖2及第二端盖3均为非导磁材料。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，包括外套筒（1）、第一端盖（2）、第二端盖（3），所述外套筒（1）与所述第一端盖（2）及所述第二端盖（3）形成内置空腔（4），其特征在于：
所述内置空腔（4）包括主动剪切板（5）、第一从动剪切板（6）、第二从动剪切板（7）、传动轴（8）、轴承（9）、第一磁轭（10）、第二磁轭（11）、MRF/MRG液腔（12）；
所述第一磁轭（10）内部设置有第一电磁线圈（13）；所述主动剪切板（5）内部设置有左第二电磁线圈（142）和右第二电磁线圈（141）；所述第二磁轭（11）内部设置有第三电磁线圈（15）；
所述主动剪切板（5）、所述第一从动剪切板（6）以及所述第二从动剪切板（7）均位于所述MRF/MRG液腔（12）内，所述MRF/MRG液腔（12）内为磁流变液或磁流变脂，所述主动剪切板（5）位于所述第一从动剪切板（6）与所述第二从动剪切板（7）之间，所述主动剪切板（5）、所述第一从动剪切板（6）和所述第二从动剪切板（7）的两侧均设置有MRF/MRG液层；
所述主动剪切板（5）与所述传动轴（8）固定为一体，所述第一从动剪切板（6）与所述第二从动剪切板（7）通过所述轴承（9）与所述传动轴（8）连接，所述第一从动剪切板（6）和所述第二从动剪切板（7）可相对于所述传动轴（8）转动；
所述第一电磁线圈（13）和所述第三电磁线圈（15）施加电流，所述第一磁轭（10）与所述第一从动剪切板（6）、所述第二磁轭（11）与所述第二从动剪切板（7）间MRF/MRG固化，所述左第二电磁线圈（142）、所述右第二电磁线圈（141）均不施加电流，所述主动剪切板（5）与所述第一从动剪切板（6）、所述第二从动剪切板（7）间的MRF/MRG不固化，所述传动轴（8）可带动主动剪切板（5）旋转，剪切所述主动剪切板（5）与所述第一从动剪切板（6）、所述第二从动剪切板（7）间的液体，提供低级惯容系数和阻尼系数；
所述第一电磁线圈（13）施加电流，所述第一磁轭（10）与所述第一从动剪切板（6）间MRF/MRG固化；所述第三电磁线圈（15）不施加电流，所述第二磁轭（11）与第二从动剪切板（7）间MRF/MRG不固化；所述右第二电磁线圈（141）施加电流，所述左第二电磁线圈（142）不施加电流，所述主动剪切板（5）与所述第二从动剪切板（7）间的MRF/MRG固化，所述传动轴（8）带动所述主动剪切板（5）旋转，及所述第二从动剪切板（7）随所述主动剪切板（5）转动，剪切所述主动剪切板（5）与所述第一从动剪切板（6）间的液体，及剪切所述第二从动剪切板（7）和所述第二磁轭（11）间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数；
所述第三电磁线圈（15）施加电流，所述第二磁轭（11）与所述第二从动剪切板（7）间MRF/MRG固化；所述第一电磁线圈（13）不施加电流，所述第一磁轭（10）与所述第一从动剪切板（6）间MRF/MRG不固化；所述左第二电磁线圈（142）施加电流，所述右第二电磁线圈（141）不施加电流，所述主动剪切板（5）与所述第一从动剪切板（6）间的MRF/MRG固化，所述传动轴（8）带动所述主动剪切板（5）旋转，及所述第一从动剪切板（6）随所述主动剪切板（5）转动，剪切所述第一从动剪切板（6）和所述第一磁轭（10）间的液体，及剪切所述主动剪切板（5）与所述第二从动剪切板（7）间的液体，提供中级惯容系数和阻尼系数；
所述第一电磁线圈（13）和所述第三电磁线圈（15）均不施加电流，所述第一磁轭（10）与所述第一从动剪切板（6）、所述第二磁轭（11）与所述第二从动剪切板（7）间MRF/MRG均不固化；所述左第二电磁线圈（142）、所述右第二电磁线圈（141）均施加电流，所述主动剪切板（5）与所述第一从动剪切板（6）、所述主动剪切板（5）与所述第二从动剪切板（7）间的MRF/MRG固化，所述传动轴（8）带动所述主动剪切板（5）旋转，所述第一从动剪切板（6）和所述第二从动剪切板（7）随所述主动剪切板（5）转动，剪切所述第一从动剪切板（6）和所述第一磁轭（10）间、及剪切所述第二从动剪切板（7）和所述第二磁轭（11）间的液体，提供高级惯容系数和阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，其特征在于：
所述主动剪切板（5）两侧表面均沿径向向内凹陷形成有第二凹槽（16），所述左第二电磁线圈（142）位于其中一侧的所述第二凹槽（16）中，所述右第二电磁线圈（141）位于另一侧的所述第二凹槽（16）中。
3.根据权利要求1所述的磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，其特征在于：
所述第一磁轭（10）一面与所述第二端盖（3）内表面贴合且固定连接，所述第一磁轭（10）远离所述第二端盖（3）内表面的另一面向内凹陷形成有安装所述第一电磁线圈（13）的第一凹槽（17）。
4.根据权利要求1所述的磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，其特征在于：
所述第二磁轭（11）一面与所述第一端盖（2）内表面贴合且固定连接，所述第二磁轭（11）远离所述第一端盖（2）内表面的另一面向内凹陷形成有安装所述第三电磁线圈（15）的第三凹槽（18）。
5.根据权利要求1所述的磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，其特征在于：
所述第一从动剪切板（6）及所述第二从动剪切板（7）中的所述轴承（9）两边均设置有动密封（19）；所述第一磁轭（10）、所述第二磁轭（11）在竖直轴向上均设置有轴承（9），所述轴承（9）位于所述第一磁轭（10）与所述第二磁轭（11）中，所述轴承（9）两边均设置有动密封（19）。
6.根据权利要求1所述的磁流变多级可调变惯容变阻尼装置，其特征在于：
所述外套筒（1）、所述传动轴（8）、所述第一端盖（2）及所述第二端盖（3）均为非导磁材料。
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