CN112460181A - 一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器 - Google Patents
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Abstract
一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，包括外缸、工作内缸、外缸盖，外缸内腔中部设置第一隔板将外缸的内腔分为上腔和下腔，工作内缸固定在上腔中，工作内缸的外壁从上到下依次固定多个永磁环，各个永磁环之间互相紧贴，一活塞杆从外缸盖插入穿过工作内缸延伸至下腔中，活塞杆上沿轴向排列固定设置多个高导磁活塞，各个高导磁活塞之间留有相同的间距，高导磁活塞位于工作内缸内，高导磁活塞与工作内缸内壁之间留有阻尼通道间隙，一回流管将工作内缸的上部与下部连通，工作内缸的内空与回流管填充满磁流变胶泥，活塞杆延伸至下腔中的端头固定连接一浮动活塞，下腔的腔底与浮动活塞之间设置一回位弹簧，下腔的腔底设有一通气孔。
Description
技术领域
本发明涉及缓冲器技术领域，特别涉及一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器。
背景技术
机械冲击广泛存在于我们的工作及日常生活中，其引发的危害也为众人所熟知，冲击能引起机械设备损坏、寿命缩短，甚至导致相关人员伤亡，如何避免或减轻机械冲击的负面影响已成为现代机械设计及开发过程中必须考虑的关键技术问题之一。抗冲击缓冲器作为机械设备中的重要部件，能在设备运行时减缓刚性碰撞，延长冲击载荷作用时间，吸收并转化冲击载荷的作用能量，从而起到保护设备的作用，在生成、运输、军事、生活等领域均有广泛应用。抗冲击缓冲器主要由承压件、缓冲介质、复位件及壳体等部分构成。当冲击载荷作用于承压件时，缓冲介质吸收冲击能量并将其转化为热能耗散或转化成弹性能储存与复位件中。
目前广泛采用的抗冲击缓冲器有弹簧缓冲器、液压缓冲器。弹簧缓冲器采用弹簧作为缓冲介质，当发生碰撞后，内部弹簧被压缩，将动能的大部分转化为压缩势能而获取缓冲效果，但因压缩势能的释放作用，将产生强烈的反作用，反弹现象严重，限制了其应用领域；液压缓冲器通过阻尼通道或阻尼孔的节流阻尼作用将设备的冲击能量转化为热能耗散在空气中，以达到抗冲击的作用，相较于弹簧缓冲器，阻力更均衡，但因其结构复杂，对温度变化敏感而存在性能不稳定等问题。为了克服传统抗冲击缓冲器技术上的不足，将新材料作为缓冲介质提升缓冲器的抗冲击性能引起了工程技术人员的关注。
发明内容
本发明为了解决以上现有技术存在的问题，提供一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，可以提升缓冲器的抗冲击性能、稳定性，而且应用范围更广，本发明的技术方案如下：
一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，包括外缸、工作内缸、外缸盖，所述外缸内腔中部设置第一隔板将外缸的内腔分为上腔和下腔，所述工作内缸固定在上腔中，工作内缸的外壁从上到下依次固定多个永磁环，各个永磁环之间互相紧贴，一活塞杆从外缸盖插入穿过工作内缸延伸至下腔中，活塞杆上沿轴向排列固定设置多个高导磁活塞，所述各个高导磁活塞之间留有相同的间距，所述高导磁活塞位于工作内缸内，高导磁活塞与工作内缸内壁之间留有阻尼通道间隙，一回流管将工作内缸的上部与下部连通，所述工作内缸的内空与回流管填充满磁流变胶泥，所述活塞杆延伸至下腔中的端头固定连接一浮动活塞，所述下腔的腔底与浮动活塞之间设置一回位弹簧，所述下腔的腔底设有一通气孔。
所述工作内缸为圆筒状，该圆筒的下端密封固定在第一隔板上，该圆筒的上端由一固定在上腔内壁的第二隔板密封固定。
所述回流管位于工作内缸与外缸之间，并从第二隔板、第一隔板穿过与工作内缸连通。
所述第二隔板与外缸盖之间留有供回流管通过的间距。
所述高导磁活塞与工作内缸内壁之间留有0.5～1mm的间隙。
所述高导磁活塞通过焊接固定在活塞杆上。
所述多个永磁环的径向磁场强度由上到下逐渐增强。
所述活塞杆外伸出外缸盖的端头与一连接块固定连接，所述连接块上设有安装孔，用于连接冲击件。
所述第二隔板、第一隔板上均留有供活塞杆通过的中心孔，该中心孔内均设有密封件，所述密封件的内壁与活塞杆紧贴。
所述浮动活塞下端设有用于固定回位弹簧的环形槽，所述下腔腔底设有用于固定回位弹簧的环形槽。
采用上述技术方案：包括外缸、工作内缸、外缸盖，所述外缸内腔中部设置第一隔板将外缸的内腔分为上腔和下腔，所述工作内缸固定在上腔中，工作内缸的外壁从上到下依次固定多个永磁环，各个永磁环之间互相紧贴，一活塞杆从外缸盖插入穿过工作内缸延伸至下腔中，活塞杆上沿轴向排列固定设置多个高导磁活塞，所述各个高导磁活塞之间留有相同的间距，所述高导磁活塞位于工作内缸内，高导磁活塞与工作内缸内壁之间留有阻尼通道间隙，一回流管将工作内缸的上部与下部连通，所述工作内缸的内空与回流管填充满磁流变胶泥，所述活塞杆延伸至下腔中的端头固定连接一浮动活塞，所述下腔的腔底与浮动活塞之间设置一回位弹簧，所述下腔的腔底设有一通气孔。本发明利用永磁体作为激励磁场实现缓冲器的阻尼磁控，采用高导磁活塞和永磁环的配合，同时，结合了弹簧缓冲器的优点，在下腔中设置回位弹簧，一方面回位弹簧可以储存并消耗掉一部分冲击能量，另一方面也为缓冲器在外部冲击作用结束时提供足够的回复力，促使缓冲器恢复至初始状态；这种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，大大提升了抗冲击性能，结构简单，易于加工制造，由于使用的磁控材料是磁流变胶泥，磁流变胶泥对杂质不敏感，因此使缓冲器可应用于工况较恶劣的场合，进一步拓宽了在工程领域的应用范围；并且，控制磁场全部来源于永磁体而非电磁线圈，无需提供额外的能量，不会引发线圈发热带来温度升高影响稳定性的问题，磁场更加稳定，不会出现磁控失效的问题。
所述回流管位于工作内缸与外缸之间，并从第二隔板、第一隔板穿过与工作内缸连通，回流管的设置可使缓冲器在承受不同冲击力与冲击速度作用的过程中实现阻尼力平滑过渡 ，以获取更优的抗冲击效果。
所述多个永磁环的径向磁场强度由上到下逐渐增强，使阻尼通道内的磁场强度也由上到下逐渐增强，且磁场方向与磁流变胶泥的被迫流动方向垂直，已有研究表明当两者方向垂直时，磁控效果最为显著，因此，当外界的冲击作用越强，高导磁活塞被迫向下运动的行程也越大，伴随阻尼通道中越往下磁场越强，进一步加强了抗冲击的缓冲效果，耗散更多的外界冲击能量。
所述第二隔板、第一隔板上均留有供活塞杆通过的中心孔，该中心孔内均设有密封件，所述密封件的内壁与活塞杆紧贴，防止磁流变胶泥从工作内缸漏出。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的剖面图。
具体实施方式
本发明基于永磁激励的抗冲击缓冲器的一种实施例：
参见图1-图2，一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，包括外缸12、工作内缸10、外缸盖16，所述外缸12内腔中部设置第一隔板13将外缸12的内腔分为上腔18和下腔19，所述工作内缸10固定在上腔18中，工作内缸10由非导磁硬质合金材料制成，工作内缸10为圆筒状，该圆筒的下端密封固定在第一隔板13上，该圆筒的上端由一固定在上腔18内壁的第二隔板9密封固定。所述第二隔板9下端、第一隔板13上端设有两个相对的环形凸缘17，所述工作内缸10的上端、下端分别与两个环形凸缘17过盈固定。工作内缸10的外壁从上到下依次固定多个永磁环11，各个永磁环11之间互相紧贴，本实施例中永磁环11采用钕铁硼永磁体，且永磁环11采用径向充磁，这种材料经充磁后可以产生强磁场，永磁环11通过强力粘接固定在工作内缸10的外壁上，各个永磁环11之间也通过强力粘接的方式互相紧贴。永磁环11的径向厚度为5～8mm，高度为6～10mm。永磁环11的数量为5～12个，具体数量可根据实际应用场合确定，若外界冲击力较大，可在该范围内适当增加永磁环数量。一活塞杆7从外缸盖16插入穿过工作内缸10延伸至下腔19中，所述外缸盖16的中心孔内壁安装一第一导向环8，该第一导向环8的内壁与活塞杆7紧贴，为活塞杆7起定位导向作用，本实施例中的第一导向环8主要由聚四氟乙烯材料制成。活塞杆7上沿轴向排列固定设置多个高导磁活塞2，所述各个高导磁活塞2之间留有相同的间距，所述高导磁活塞2位于工作内缸10内，高导磁活塞2与工作内缸10内壁之间留有阻尼通道间隙，高导磁活塞2与工作内缸10内壁之间留有0.5～1mm的间隙。高导磁活塞2的数量为2～4个，增加个数可在一定程度上提升阻尼性能，本实施例中设有三个高导磁活塞2形成三级活塞，高导磁活塞2通过焊接固定在活塞杆7上。一回流管3将工作内缸10的上部与下部连通，所述工作内缸10的内空与回流管3填充满磁流变胶泥，所述回流管3位于工作内缸10与外缸12之间，并从第二隔板9、第一隔板13穿过与工作内缸10连通，回流管3的设置可使缓冲器在承受不同冲击力与冲击速度作用的过程中实现阻尼力平滑过渡 ，以获取更优的抗冲击效果。所述第二隔板9与外缸盖16之间留有供回流管3通过的间距。所述活塞杆7延伸至下腔19中的端头固定连接一浮动活塞5，所述浮动活塞5的外周设有环形凹槽，该环形凹槽中放置有第二导向环14，该第二导向环14的外侧紧贴外缸12内壁。所述下腔19的腔底与浮动活塞5之间设置一回位弹簧15，所述回位弹簧15为螺旋钢弹簧，所述浮动活塞5下端设有用于固定回位弹簧15的环形槽，所述下腔19腔底设有用于固定回位弹簧15的环形槽。所述下腔19的腔底设有一通气孔4，该通气孔4可使下腔19与外界保持空气连通，确保下腔19内空气压力稳定，排除空气压缩带来额外压力对缓冲器工作的干扰。所述多个永磁环11的径向磁场强度由上到下逐渐增强，磁场增强趋势遵循螺旋钢弹簧压缩式的变化增强趋势设定，使阻尼通道内的磁场强度也由上到下逐渐增强，且磁场方向与磁流变胶泥的被迫流动方向垂直，已有研究表明当两者方向垂直时，磁控效果最为显著，因此，当外界的冲击作用越强，高导磁活塞2被迫向下运动的行程也越大，伴随阻尼通道中越往下磁场越强，进一步加强了抗冲击的缓冲效果，耗散更多的外界冲击能量。所述活塞杆7外伸出外缸盖16的端头与一连接块6固定连接，所述连接块6上设有安装孔，用于连接冲击件。所述第二隔板9、第一隔板13上均留有供活塞杆7通过的中心孔，该中心孔内均设有密封件1，所述密封件1的内壁与活塞杆7紧贴，防止磁流变胶泥从工作内缸10漏出，本实施例中的密封件1采用丁氰橡胶制成，第二隔板9、第一隔板13通过焊接固定在外缸12中。本发明利用永磁体作为激励磁场实现缓冲器的阻尼磁控，采用高导磁活塞2和永磁环11的配合，同时，结合了弹簧缓冲器的优点，在下腔19中设置回位弹簧15，一方面回位弹簧15可以储存并消耗掉一部分冲击能量，另一方面也为缓冲器在外部冲击作用结束时提供足够的回复力，促使缓冲器恢复至初始状态；这种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，大大提升了抗冲击性能，结构简单，易于加工制造，由于使用的磁控材料是磁流变胶泥，磁流变胶泥对杂质不敏感，因此使缓冲器可应用于工况较恶劣的场合，进一步拓宽了在工程领域的应用范围；并且，控制磁场全部来源于永磁体而非电磁线圈，无需提供额外的能量，不会引发线圈发热带来温度升高影响稳定性的问题，磁场更加稳定，不会出现磁控失效的问题。
本发明承受外界冲击时，冲击力作用于活塞杆7，推动活塞杆7向缓冲器底部运动，与此同时，固定在活塞杆7上的高导磁活塞2一起被迫向下运动，高导磁活塞2的运动将促使工作内缸10中的磁流变胶泥在阻尼通道、工作内缸10、回流管3形成的通路间流动；阻尼通道处因高导磁活塞2与径向充磁的永磁环11的设置，存在磁场作用，随着高导磁活塞2的向下运动，永磁环11的径向磁场越来越强，导致阻尼通道内的磁场的也越来越强，且磁场方向与磁流变胶泥的被迫流动方向垂直，已有研究表明当两者方向垂直，磁控效果最为显著；因此，当外界的冲击作用越强，高导磁活塞2被迫向下运动的行程也越大，伴随阻尼通道中向下磁场的逐渐增强，进一步增加了抗冲击的缓冲效果，耗散更多的外界冲击能量；同时，伴随冲击作用压缩回位弹簧15可以储存并消耗掉一部分冲击能量，另一方面也为缓冲器在外部冲击作用结束时提供足够的回复力，促使缓冲器恢复至初始状态。
Claims (10)
1.一种基于永磁激励的抗冲击缓冲器，包括外缸（12）、工作内缸（10）、外缸盖（16），其特征在于：所述外缸（12）内腔中部设置第一隔板（13）将外缸（12）的内腔分为上腔（18）和下腔（19），所述工作内缸（10）固定在上腔（18）中，工作内缸（10）的外壁从上到下依次固定多个永磁环（11），各个永磁环（11）之间互相紧贴，一活塞杆（7）从外缸盖（16）插入穿过工作内缸（10）延伸至下腔（19）中，活塞杆（7）上沿轴向排列固定设置多个高导磁活塞（2），所述各个高导磁活塞（2）之间留有相同的间距，所述高导磁活塞（2）位于工作内缸（10）内，高导磁活塞（2）与工作内缸（10）内壁之间留有阻尼通道间隙，一回流管（3）将工作内缸（10）的上部与下部连通，所述工作内缸（10）的内空与回流管（3）填充满磁流变胶泥，所述活塞杆（7）延伸至下腔（19）中的端头固定连接一浮动活塞（5），所述下腔（19）的腔底与浮动活塞（5）之间设置一回位弹簧（15），所述下腔（19）的腔底设有一通气孔（4）。
2.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述工作内缸（10）为圆筒状，该圆筒的下端密封固定在第一隔板（13）上，该圆筒的上端由一固定在上腔（18）内壁的第二隔板（9）密封固定。
3.根据权利要求2所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述回流管（3）位于工作内缸（10）与外缸（12）之间，并从第二隔板（9）、第一隔板（13）穿过与工作内缸（10）连通。
4.根据权利要求3所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述第二隔板（9）与外缸盖（16）之间留有供回流管（3）通过的间距。
5.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述高导磁活塞（2）与工作内缸（10）内壁之间留有0.5～1mm的间隙。
6.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述高导磁活塞（2）通过焊接固定在活塞杆（7）上。
7.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述多个永磁环（11）的径向磁场强度由上到下逐渐增强。
8.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述活塞杆（7）外伸出外缸盖（16）的端头与一连接块（6）固定连接，所述连接块（6）上设有安装孔，用于连接冲击件。
9.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述第二隔板（9）、第一隔板（13）上均留有供活塞杆（7）通过的中心孔，该中心孔内均设有密封件（1），所述密封件（1）的内壁与活塞杆（7）紧贴。
10.根据权利要求1所述的基于永磁激励的抗冲击缓冲器，其特征在于：所述浮动活塞（5）下端设有用于固定回位弹簧（15）的环形槽，所述下腔（19）腔底设有用于固定回位弹簧（15）的环形槽。
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