CN111577814A - 一种自适应磁流变液减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应磁流变液减振器，属于建筑工程的振动控制领域。其中第一锥形体通过球形铰链活动连接在承载体内，使其可随任意方向的振动而晃动，第一锥形体四周设置有四个振动激励机构，振动激励机构另一端与承载体侧壁连接，当第一锥形体晃动时，使振动激励机构中的液压杆在对应的液压缸中滑动，使液压缸内腔空间大小变化，使其内部的压力随振动强度变化而浮动，中央控制器可对压力传感器输入的压力变化数值进行分析处理，数值变化范围即可代表振动的剧烈程度，对此输出信号控制调节励磁线圈的通电电流大小即磁场强度，使两个锥形体之间空腔中的磁流变液在变化的磁场作用下产生磁流变效应，使剪切屈服应力相应改变以应对不同强度的振动。

Description

一种自适应磁流变液减振器

技术领域

本发明属于建筑工程的振动控制领域，具体涉及一种自适应磁流变液减振器。

背景技术

磁流变液材料是一种通过磁场可控的智能材料。通常情况下，该材料是由微米级的磁性颗粒含铁钴银元素的颗粒或其合金组成的，以及由非磁性载液水或各种油类物质和添加剂构成。在外加磁场为零的情况下，磁流变液表现为牛顿流体特性；施加外部磁场后，磁流变液迅速转变为类固体物质，粘度急剧增加，并且这种转变是可逆的。当撤去磁场后，磁流变液由类固体变为流体。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此成为一种用途广泛、性能优良的智能材料。

目前，减振器从工作介质上可分为液压筒式减振器、电流变液减振器和磁流变液减振器。工程机械领域的减振装置主要有橡胶减振器和磁流变液减振器。橡胶减振器由于其阻尼系数不可调，而且橡胶减振器的耐温性、抗腐蚀性能差，不能适应于各种复杂工况。磁流变液是一种新型的智能材料，磁流变液的在不同磁场中的不同流变性能使其广泛用于制造减振阻尼器、制动器、离合器、抛光装置和液压阀等，由磁流变液制成的阻尼器结构简单、响应速度快、功耗低、阻尼力大且连续可调，是一种典型的可控流体阻尼器，在安装有磁流变阻尼器的减振系统中，通过改变阻尼器的阻尼系数，可实现减振系统的半主动控制。

专利号：CN201810929460.0公开了一种回转式自适应磁流变液减振器，其发明充分考虑活塞连杆式磁流变液阻尼结构工作空间利用率低的弊端，在较小空间内通过曲柄连杆结构将质量块的平动转化为扇叶的转动，将传统的磁流变液压力工作模式为主的阻尼力转变为剪切工作模式为主的阻尼力，较小电流即可实现较大的阻尼力矩，且在减振空间受限的条件下仍能实现良好的减振效果；但是也存在一些缺陷，如：此发明装置中，通过质量块随外界的振动进行往复直线移动，从而通过滑块连杆机构原理带动对应的扇叶转动，控制器根据扇叶加速度的大小改变励磁线圈中所通电流的强度，使磁流变液贮存腔的磁场强度发生改变，从而控制磁流变液的动态屈服应力，以达到自适应抑制振动的功能，所以当进行无规律的振动时，由于质量块的移动和扇叶的旋转均具有惯性，当振动瞬时变化后，质量块和扇叶无法及时得到响应，即扇叶的加速度无法根据振动强度变化而变化从而无法及时传输给控制器来改变磁流变液的动态屈服应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前的磁流变液减振器无法及时根据振动强度变化而做出调整的问题，提供一种自适应磁流变液减振器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种自适应磁流变液减振器，包括承载体、磁流变液、中央控制器和振动激励机构；所述承载体为筒状结构，所述承载体内腔的顶壁中心处固定连接有尖端朝下的第二锥形体，所述第二锥形体的正下方设有与其嵌套第一锥形体，所述第一锥形体的内壁与第二锥形体的外侧之间间隔有对应的锥形储液空腔，所述磁流变液盛放在储液空腔中，所述第二锥形体的外侧且靠近储液空腔的位置环绕设置有励磁线圈，所述第一锥形体的外侧面四周设有四个呈十字排列分布的振动激励机构，所述振动激励机构中包括液压缸和与其滑动连接的液压杆，所述液压杆远离液压缸的另一末端通过固定连接的第二球头与第一锥形体外侧对应水平位置的第二球形铰链活动连接，所述液压缸远离液压杆的末端通过固定连接的第二球头与承载体内侧壁同一水平线上固定连接的第二球形铰链活动连接，所述每个振动激励机构上均套有弹簧，所述第一锥形体外侧最底端通过第一球形铰链活动连接在承载体内部底端中心处。

优选的，所述第二锥形体为中空结构并且内部设有中央控制器。

优选的，所述液压缸内腔设有液压油，所述对应配合的液压杆伸入液压缸内腔的一端固定连接有塞体，所述液压缸内腔最里端设有压力传感器。

优选的，所述压力传感器通过连接线延伸之外端与中央控制器相连接。

优选的，所述励磁线圈与中央控制器通过电性连接。

优选的，所述第一球形铰链包括固定连接在固定连接在第一锥形体底部的第一球头和对应配合的固定连接在承载体上的底座。

优选的，所述弹簧由记忆合金材质制造。

优选的，所述第一球形铰链中的第一球头外侧设有数个活动润滑的滚珠。

优选的，所述中央控制器用于对压力传感器输入的压力变化数值进行分析处理，然后输出信号控制调节励磁线圈的通电电流大小。

优选的，所述磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

装置中设有的第一锥形体，其底部通过球形铰链活动连接在承载体内，使其可随任意方向的振动进行晃动，第一锥形体四周设置有四个振动激励机构，振动激励机构另一端与承载体侧壁连接，当第一锥形体随振动而晃动时，会使振动激励机构中的液压杆在对应的液压缸中来回滑动，从而使液压缸内腔的空间大小不停变化，使其内部的压力可随振动强度变化而浮动，中央控制器可对压力传感器输入的压力变化数值进行分析处理，数值变化范围大小即代表振动的剧烈程度，对此接着输出信号控制调节励磁线圈的通电电流大小即磁场强度，使两个锥形体之间空腔中的磁流变液在变化的磁场作用下产生磁流变效应，转变为类似固体的状态，从而使剪切屈服应力相应改变以应对不同强度的振动，所以相比较其他方式，能够根据振动的瞬时变化及时做出相应的自适应调整。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为图1中A区域的方放大示意图；

图3为图1或2中振动激励机构5的结构示意图；

1、承载体；2、第一锥形体；3、磁流变液；4、第二锥形体；5、振动激励机构；501、液压缸；5011、液压油；5012、压力传感器；5013、连接线；502、弹簧；503、液压杆；5031、塞体；504、第二球头；6、第一球形铰链；601、第一球头；602、底座；7、中央控制器；8、励磁线圈；9、储液空腔；10、第二球形铰链。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1~3所示的一种自适应磁流变液减振器，包括承载体1、磁流变液3、中央控制器7和振动激励机构5；如图1所示，承载体1为筒状结构，所述承载体1内腔的顶壁中心处固定连接有尖端朝下的第二锥形体4，所述第二锥形体4的正下方设有与其嵌套第一锥形体2，所述第一锥形体2的内壁与第二锥形体4的外侧之间间隔有对应的锥形储液空腔9，所述磁流变液3盛放在储液空腔9中，所述第二锥形体4的外侧且靠近储液空腔9的位置环绕设置有励磁线圈8，所述第一锥形体2的外侧面四周设有四个呈十字排列分布的振动激励机构5，这样当第一锥形体2发生晃动时，振动激励机构5可随之发生压缩或拉伸，便于后续通过振动激励机构5判别振动强度的大小，所述振动激励机构5中包括液压缸501和与其滑动连接的液压杆503，所述液压杆503远离液压缸501的另一末端通过固定连接的第二球头504与第一锥形体2外侧对应水平位置的第二球形铰链10活动连接，所述液压缸501远离液压杆503的末端通过固定连接的第二球头504与承载体1内侧壁同一水平线上固定连接的第二球形铰链10活动连接，这样四个振动激励机构5可多方位随第一锥形体2晃动而移动拉伸或压缩，所述每个振动激励机构5上均套有弹簧502，用于摆正第一锥形体2使其在不受振动时处于竖直状态，这样可使其内腔的磁流变液3均匀分布在第一、二锥形体2、4之间，以便于应对抑制振动，所述第一锥形体2外侧最底端通过第一球形铰链6活动连接在承载体1内部底端中心处。

如图1所示，其中第二锥形体4为中空结构并且内部设有中央控制器7。

其中，所述液压缸501内腔设有液压油5011，所述对应配合的液压杆503伸入液压缸501内腔的一端固定连接有塞体5031，所述液压缸501内腔最里端设有压力传感器5012，这样当液压杆503随第一锥形体2移动时，液压杆503末端的塞体5031可在液压缸501内腔左右移动，使其内腔空间容积发生变化，即内部压强发生对应的变化，压力传感器5012可对其内部的压力进行检测，以此根据压力变化差的大小来作为判别振动强度大小的依据。

如图3所示，其中压力传感器5012通过连接线5013延伸之外端与中央控制器7相连接，这样可将压力传感器5012的监测数据传输给中央控制器7做分析处理，以此为依据间接判断振动强度。

其中，所述励磁线圈8与中央控制器7通过电性连接，这样中央控制器7可对其进行控制调整其电流大小，从而改变其磁场强度大小。

其中，所述第一球形铰链6包括固定连接在固定连接在第一锥形体2底部的第一球头601和对应配合的固定连接在承载体1上的底座602，这样使得第一锥形体2活动连接在承载体1内，使其可相对承载体1灵活晃动。

其中，所述弹簧502由记忆合金材质制造，这样在弹簧502长时间受外力压缩和拉伸也能保持原有的弹性，提高其使用寿命。

其中，所述第一球形铰链6中的第一球头601外侧设有数个活动润滑的滚珠，这样可提高第一球头601在底座602中的旋转顺滑度，从而使第一锥形体2可更精确地随外界振动而晃动。

其中，所述中央控制器7用于对压力传感器5012输入的压力变化数值进行分析处理，然后输出信号控制调节励磁线圈8的通电电流大小，这样中央控制器7可通过判别压力变化范围的大小，从而输出对应的指令信号控制调节励磁线圈8的电流大小，改变磁流变液3的磁流变效应的强度即阻尼大小，利用磁流变液3形状记忆、超弹性及迟滞性等独特性能，使其减振器能更好且快速地响应外载荷并为减振器提供适当的恢复能力。

其中，所述磁流变液3在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，这样可通过调整磁场强度从而改变磁流变液3的剪切屈服强度，从而是装置根据振动强度大小做出自适应变化调整，磁流变液3材料为现有技术不作过多的赘述。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种自适应磁流变液减振器，包括承载体（1）、磁流变液（3）、中央控制器（7）和振动激励机构（5），其特征在于，所述承载体（1）为筒状结构，所述承载体（1）内腔的顶壁中心处固定连接有尖端朝下的第二锥形体（4），所述第二锥形体（4）的正下方设有与其嵌套第一锥形体（2），所述第一锥形体（2）的内壁与第二锥形体（4）的外侧之间间隔有对应的锥形储液空腔（9），所述磁流变液（3）盛放在储液空腔（9）中，所述第二锥形体（4）的外侧且靠近储液空腔（9）的位置环绕设置有励磁线圈（8），所述第一锥形体（2）的外侧面四周设有四个呈十字排列分布的振动激励机构（5），所述振动激励机构（5）中包括液压缸（501）和与其滑动连接的液压杆（503），所述液压杆（503）远离液压缸（501）的另一末端通过固定连接的第二球头（504）与第一锥形体（2）外侧对应水平位置的第二球形铰链（10）活动连接，所述液压缸（501）远离液压杆（503）的末端通过固定连接的第二球头（504）与承载体（1）内侧壁同一水平线上固定连接的第二球形铰链（10）活动连接，所述每个振动激励机构（5）上均套有弹簧（502），所述第一锥形体（2）外侧最底端通过第一球形铰链（6）活动连接在承载体（1）内部底端中心处。

2.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述第二锥形体（4）为中空结构并且内部设有中央控制器（7）。

3.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述液压缸（501）内腔设有液压油（5011），所述对应配合的液压杆（503）伸入液压缸（501）内腔的一端固定连接有塞体（5031），所述液压缸（501）内腔最里端设有压力传感器（5012）。

4.根据权利要求3所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述压力传感器（5012）通过连接线（5013）延伸之外端与中央控制器（7）相连接。

5.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述励磁线圈（8）与中央控制器（7）通过电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述第一球形铰链（6）包括固定连接在固定连接在第一锥形体（2）底部的第一球头（601）和对应配合的固定连接在承载体（1）上的底座（602）。

7.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述弹簧（502）由记忆合金材质制造。

8.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述第一球形铰链（6）中的第一球头（601）外侧设有数个活动润滑的滚珠。

9.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述中央控制器（7）用于对压力传感器（5012）输入的压力变化数值进行分析处理，然后输出信号控制调节励磁线圈（8）的通电电流大小。

10.根据权利要求1所述的一种自适应磁流变液减振器，其特征在于，所述磁流变液（3）在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。

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