CN112460185A - 一种单出杆磁流变阻尼器及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单出杆磁流变阻尼器及轨道车辆，所述阻尼器包括缸体、活塞以及活塞杆，所述缸体的活塞腔内填充有磁流变液，所述活塞的外壁与所述缸体的内壁之间形成有间隙通道，所述活塞上设有线圈，所述活塞和活塞杆形成活塞组件，所述活塞组件设有沿活塞移动方向延伸的孔道，所述孔道接近所述活塞杆伸出方向的一端为封闭端，所述孔道远离所述活塞杆伸出方向的一端为敞口端；所述孔道内设有隔离件，所述隔离件与所述孔道的封闭端之间设有用于支撑所述隔离件的弹簧；当所述活塞移动时，所述隔离件能够在所述孔道内滑动，以补偿缸体内腔体积变化。该阻尼器可以解决磁流变阻尼器轴向尺寸过大和不易维护的问题。

Description

一种单出杆磁流变阻尼器及轨道车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及轨道车辆的单出杆磁流变阻尼器。本发明还涉及设有所述单出杆磁流变阻尼器的轨道车辆。

背景技术

磁流变阻尼器是以提供运动的阻力的方式来耗减运动能量的装置，即利用阻尼来吸能减震，在轨道车辆的转向架上，磁流变阻尼器可以被用作减震器来减振消能。

磁流变阻尼器通常由缸体1、活塞2、活塞杆4等部分组成，活塞2与缸体1之间留有间隙，且活塞2上设有线圈3，缸体1内填充有磁流变液9，活塞2移动时，磁流变液9可以沿间隙从活塞2的一侧流至另一侧，当线圈3内的电流增大，磁场就会增强，磁流变液9流过间隙的阻力随之增大，使得阻尼器输出的阻尼力增大，反之，电流减小，阻尼力也减小。因此通过对输入电流的调节，即可控制阻尼器阻尼力的大小。

由于在活塞2移动过程中，活塞杆4进入或退出缸体1的距离会随之发生变化，当活塞杆4向内移动时，会导致缸体1内腔容积变小，当活塞杆4向外移动时，会导致缸体1内腔容积变大，因此，在设计时需要对容积的变化进行补偿。

请参考图1，图1是一种经典双出杆磁流变阻尼器的结构示意图。

如图所示，双出杆磁流变阻尼器在活塞2的左右两端分别设有活塞杆4，并在缸体1的左端设有另一空腔，当右边的活塞杆4向内移动时，左边的活塞杆4向外移动进入空腔，即右进左出，当右边的活塞杆4向外移动时，左边的活塞杆4向内移动，即右出左进，两个活塞杆4在缸体1内腔所占用的空间始终恒定，从而使缸体1用于填充磁流变液9的容积保持不变。这种磁流变阻尼器在具备同样行程的条件下，其轴向尺寸至少是三倍行程加活塞2的长度，难以适应轴向空间有限的场所。

请参考图2，图2是一种单出杆磁流变阻尼器的结构示意图。

如图所示，该单出杆磁流变阻尼器取消了左边的活塞杆4，并将左边的空腔设计成气囊11的形式，当活塞2向左移动时，气囊11变小，当活塞2向右移动时，气囊11变大，通过气囊11的体积变化对缸体1的容积变化进行补偿。这种结构虽然在轴向尺寸上有一定改善，但仍需要两倍行程加活塞2和气囊11的尺寸，并且气体补偿式结构复杂，需要定期充气保证压强，维护成本高，保养难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单出杆磁流变阻尼，以解决磁流变阻尼器轴向尺寸过大的问题。

本发明的另一目的在于提供一种设有所述单出杆磁流变阻尼的轨道车辆。

为实现上述目的，本发明提供一种单出杆磁流变阻尼器，包括缸体、活塞以及活塞杆，所述活塞安装在所述缸体的活塞腔内，所述活塞杆的一端与所述活塞连接，所述活塞杆的另一端从所述缸体内伸出，所述缸体的活塞腔内填充有磁流变液，所述活塞的外壁与所述缸体的内壁之间形成有间隙通道，所述活塞上设有线圈，所述活塞和活塞杆形成活塞组件，所述活塞组件设有沿活塞移动方向延伸的孔道，所述孔道接近所述活塞杆伸出方向的一端为封闭端，所述孔道远离所述活塞杆伸出方向的一端为敞口端；所述孔道内设有隔离件，所述隔离件与所述孔道的封闭端之间设有用于支撑所述隔离件的弹簧；当所述活塞移动时，所述隔离件能够在所述孔道内滑动，以补偿缸体内腔体积变化。

优选地，所述弹簧在所述孔道内具有预压力，以在所述活塞移动时，使磁流变液能够从间隙通道流过，而非直接压缩隔离件和弹簧。

优选地，所述孔道的腔体体积大于所述活塞杆运动过程中进入所述缸体的最大体积。

优选地，所述孔道沿所述活塞和活塞杆的中心轴线延伸。

优选地，所述活塞杆贯穿所述活塞，所述孔道为形成在所述活塞杆上的中心孔道。

优选地，所述活塞杆不贯穿所述活塞，所述孔道包括形成在所述活塞上的第一中心孔道和形成在所述活塞杆上的第二中心孔道。

优选地，所述孔道的数量为多个，多个所述孔道设于所述活塞，且在所述活塞上以中心轴线为环绕中心，沿周向方向分布，各所述孔道内分别设有所述隔离件和弹簧。

优选地，所述隔离件的外周部与所述孔道的内壁之间设有密封圈。

优选地，所述活塞两端的外周部设有与所述缸体内壁滑动配合的导向块。

为实现上述又一目的，本发明提供一种轨道车辆，包括车体、转向架和设于所述转向架的减震器，所述减震器包括上述任意一项方案所述的单出杆磁流变阻尼器。

本发明所提供的单出杆磁流变阻尼器，在活塞和活塞杆形成的活塞组件上，设有沿活塞移动方向延伸的孔道，并在孔道内设有隔离件和支撑隔离件的弹簧。这样，当活塞移动时，隔离件便能够在所述孔道内滑动，从而起到补偿缸体内腔体积变化的作用，与现有技术相比，磁流变阻尼器无需设计成双活塞杆的形式，也无需设计气囊结构，解决了磁流变阻尼器轴向尺寸过大的问题，可以扩大磁流变阻尼器应用范围，尤其是在轨道交通设备等空间有限的场所。

本发明所提供的轨道车辆设有所述单出杆磁流变阻尼器，由于所述单出杆磁流变阻尼器具有上述技术效果，则设有该单出杆磁流变阻尼器的轨道车辆也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1是一种经典双出杆磁流变阻尼器的结构示意图；

图2是一种单出杆磁流变阻尼器的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种单出杆磁流变阻尼器的结构示意图；

图4为图3所示单出杆磁流变阻尼器的弹簧压缩状态示意图；

图5为图3所示单出杆磁流变阻尼器在线圈通电状态下的磁场回路示意图。

图中：

1.缸体 2.活塞 3.线圈 4.活塞杆 5.弹簧 6.隔离件 7.导向块 8.孔道 9.磁流变液 10.导线 11.气囊 12.密封圈

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图3，图3为本发明实施例公开的一种单出杆磁流变阻尼器的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的单出杆式磁流变阻尼器，主要由缸体1、活塞2、线圈3、活塞杆4、弹簧5、隔离件6、导向块7等部件组成，其中，活塞2安装在缸体1内，活塞2的外壁与缸体1的内壁之间形成有间隙通道，活塞2两端的外周部分别以等间距的形式安装有八个导向块7，通过导向块7与缸体1内壁的配合起到径向定位作用，同时又不影响在活塞2与缸体1之间形成间隙通道。

缸体1的活塞腔内内充满磁流变液9，磁流变液9是一种智能材料，主要由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性液的微小颗粒组成。在零磁场下，磁流变液9的颗粒分布是杂乱无章的，而在磁场的作用下，它可沿磁场方向瞬时(毫秒级)由流体变为链束状结构，从而表现出宏观的力学性能，该过程连续、可控、可逆。

活塞2在其外周部的中间位置设有凹槽，并在凹槽内安装有线圈3，线圈3可以通入电流控制磁流变液剪切强度从而控制阻尼力大小，活塞杆4在偏离中心轴线的位置设有导线孔，线圈3的导线10从导线孔的内端进入导线孔，然后从导线孔的外端穿出，以引出线圈3的导线。

活塞杆4的一端以贯穿活塞的方式与活塞2连接，另一端通过缸体1的密封结构和轴承从缸体内伸出，活塞杆4中间沿中心轴线方向开设有孔道8，孔道8接近活塞杆4伸出方向的一端为封闭端，孔道8远离活塞杆4伸出方向的一端为敞口端，隔离件6安装在中间的孔道8内，隔离件6的外周部与孔道8的内壁之间设有密封圈12，弹簧5的右端支撑在孔道8的封闭端，弹簧5的另一端与隔离件6连接，当活塞2移动时，隔离件6可以在活塞杆4的孔道8内滑动，起到补偿缸体内腔体积变化的作用。

请一并参考图4、图5，图4为图3所示单出杆磁流变阻尼器的弹簧压缩状态示意图；图5为图3所示单出杆磁流变阻尼器在线圈通电状态下的磁场回路示意图。

如图所示，上述单出杆磁流变阻尼器的工作原理如下：

当向左推动活塞杆4，活塞杆4带动活塞2向左移动，活塞2推动磁流变液9通过活塞2与缸体1之间的间隙通道流入到右边腔体，同时随着活塞杆4进入缸体1，缸体1内部腔体体积减小，磁流变液9压力增加，推动隔离件6压缩弹簧5向右移动，补偿由于活塞杆4进入缸体1引起的腔体体积变化。

当向右拉动活塞杆4，活塞杆4带动活塞2向右移动，活塞2推动磁流变液9通过活塞与2缸体1之间的间隙通道流入到左边腔体，同时随着活塞杆4退出缸体1，缸体1内部腔体体积增大，磁流变液9压力减小，隔离件6在弹簧5的作用下向左移动，补偿由于活塞杆5退出缸体1引起的腔体体积变化。

活塞2和缸体1由高导磁金属材料制作，当向线圈3提供电流时，活塞2和缸体1之间形成磁场回路，环形间隙中也产生磁场，并且电流越大磁场强度越大，使得通过间隙的磁流变液9的剪切强度变大，从而达到控制阻尼器阻尼力的目的。

这里需要说明的是，孔道8的腔体体积应大于活塞杆4运动过程中进入缸体1的最大体积，以便具有足够的腔体体积来补偿缸体1内腔体积的变化，避免出现在行程末端无法补偿的情况。

而且，弹簧5在孔道8内具有一定预压力，以在活塞2移动时，通过预压的弹簧5保证磁流变液9能够从间隙通道流过，而不是在活塞2一开始移动就直接压缩隔离件6和弹簧5，避免出现无法产生阻尼作用的情况。

当然，孔道8还可以有多种形式，其可以开设在活塞杆4上，也可以开设在活塞2上，还可以同时开设在活塞2和活塞杆4上。

例如，在另一实施例中，活塞杆4不贯穿活塞2，整个孔道由活塞2上的孔道和活塞杆4上的孔道共同组成，孔道8的前半段为形成在活塞2上的第一中心孔道，孔道8的后半段为形成在活塞杆4上的第二中心孔道。

在又一实施例中，孔道8的数量可以为多个，多个孔道8开设在活塞2上，且在活塞2上以中心轴线为环绕中心，沿周向方向分布，每一个孔道8内分别设有隔离件6和弹簧5，与开设在中心轴线上的孔道8相比，这种形式的孔道8虽然长度较短，但数量较多，其腔体体积之和依然能够满足大于活塞杆4运动过程中进入缸体1的最大体积的要求。

该单出杆磁流变阻尼器在活塞杆4和/或活塞2内部设计体积补偿空间，通过预压弹簧5的方式提供磁流变液9流过间隙通道所需压强，克服了补偿装置占用轴向尺寸的问题，简化了减振器结构、减小了装置自重，且易于维护，能够降低使用成本，其阻尼力可调，能适应多种工况路线，进而达到增加磁流变阻尼器应用范围的效果。

除了上述单出杆磁流变阻尼器，本发明还提供一种轨道车辆，具体可以是动车组或高铁列车，包括车体、转向架和设于转向架的减震器，其中，至少一个减震器为上文所描述的单出杆磁流变阻尼器，有关轨道车辆的其余结构，请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的单出杆磁流变阻尼器和轨道车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单出杆磁流变阻尼器，包括缸体(1)、活塞(2)以及活塞杆(4)，所述活塞(2)安装在所述缸体(1)的活塞腔内，所述活塞杆(4)的一端与所述活塞(2)连接，所述活塞杆(4)的另一端从所述缸体(1)内伸出，所述缸体(1)的活塞腔内填充有磁流变液(9)，所述活塞(2)的外壁与所述缸体(1)的内壁之间形成有间隙通道，所述活塞(2)上设有线圈(3)，其特征在于，所述活塞(2)和活塞杆(4)形成活塞组件，所述活塞组件设有沿活塞移动方向延伸的孔道(8)，所述孔道(8)接近所述活塞杆(4)伸出方向的一端为封闭端，所述孔道(8)远离所述活塞杆(4)伸出方向的一端为敞口端；所述孔道(8)内设有隔离件(6)，所述隔离件(6)与所述孔道(8)的封闭端之间设有用于支撑所述隔离件(6)的弹簧(5)；当所述活塞(2)移动时，所述隔离件(6)能够在所述孔道(8)内滑动，以补偿所述缸体(1)的内腔体积变化。

2.根据权利要求1所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述弹簧(5)在所述孔道(8)内具有预压力，以在所述活塞(2)移动时，为磁流变液(9)提供能够从间隙通道流过的压强。

3.根据权利要求1所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述孔道(8)的腔体体积大于所述活塞杆(4)运动过程中进入所述缸体(1)的最大体积。

4.根据权利要求1所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述孔道(8)沿所述活塞(2)和活塞杆(4)的中心轴线延伸。

5.根据权利要求4所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞杆(4)贯穿所述活塞(2)，所述孔道(8)为形成在所述活塞杆(4)上的中心孔道。

6.根据权利要求4所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞杆(4)不贯穿所述活塞(2)，所述孔道(8)包括形成在所述活塞(2)上的第一中心孔道和形成在所述活塞杆(4)上的第二中心孔道。

7.根据权利要求1所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述孔道(8)的数量为多个，多个所述孔道(8)设于所述活塞(2)，且在所述活塞(2)上以中心轴线为环绕中心，沿周向方向分布，各所述孔道(8)内分别设有所述隔离件(6)和弹簧(5)。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述隔离件(6)的外周部与所述孔道(8)的内壁之间设有密封圈(12)。

9.根据权利要求8所述的单出杆磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞(2)两端的外周部设有与所述缸体(1)内壁滑动配合的导向块(7)。

10.一种轨道车辆，包括车体、转向架和设于所述转向架的减震器，其特征在于，所述减震器包括上述权利要求1至9中任意一项所述的单出杆磁流变阻尼器。

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