CN112555328A - 并联式径向磁流变阀及其减振器 - Google Patents

并联式径向磁流变阀及其减振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联式径向磁流变阀，包括活塞外筒和设置于活塞外筒端部的活塞上端盖；活塞外筒沿轴向方向均匀间隔设置有多个导磁片，导磁片与活塞外筒之间设置有线圈隔筒；线圈隔筒与活塞外筒之间布置有励磁线圈；导磁片中心沿轴向方向设置有导磁片开孔，导磁片开孔沿轴向方向贯通形成第一导流道，多个导磁片之间的间隙沿径向方向形成第二导流道，导磁片与线圈隔筒之间形成第三导流道；本技术方案的并联式径向磁流变阀，将径向流道与多通道并联结构相结合，同时增加可控的库伦阻尼力和降低不可控的粘滞阻尼力，使磁流变阻尼器的动态范围大大提高，大大改善了磁流变阻尼器的可控性，提升了磁流变阻尼器在高速冲击环境下的缓冲性能。

Description

并联式径向磁流变阀及其减振器
技术领域
本发明涉及磁流变减振领域，具体涉及一种并联式径向磁流变阀及其减振器。
背景技术
缓冲是指在诸如车辆、直升机和重型武器等器械受到高速冲击时缓和其机械振动，使其受力平缓的过程。在实际中，这些冲击情形都会使乘员以及机械设备受到很大的冲击，从而危害乘员的生命安全以及设备安全，因此有必要采取缓冲措施。磁流变缓冲装置是以磁流变介质为填充材料，借助于磁流变介质在磁场的作用下，能在毫秒级的时间内改变流变特性而研制成的半主动缓冲器件。半主动缓冲系统的性能主要取决于磁流变阻尼器的性能，动态范围最为衡量磁流变阻尼器可控性的一个重要指标，直接决定磁流变阻尼器的性能优劣。在低速环境下，隔振系统对阻尼器的阻尼力性能要求不高，传统的磁流变阻尼器即可为半主动控制系统提供合理的性能，但传统的磁流变阻尼器的动态范围随着活塞速度的增加而显著减小，因此在高速环境下无法有效地减轻冲击载荷，使磁流变阻尼器的缓冲效率大大降低。现有的磁流变阻尼器大多采用单一环形流道，利用流动模式产生可控的库伦阻尼力，但工作区域面积太小，产生的可控库伦阻尼力太小，且单一流道体积流量小、流速高，产生的不可控粘滞阻尼力太大，最终导致磁流变阻尼器的动态范围太小。
为此，需要一种新型的并联式径向磁流变阀及其减振器，用以解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本技术方案的并联式径向磁流变阀，将径向流道与多通道并联结构相结合，同时增加可控的库伦阻尼力和降低不可控的粘滞阻尼力，使磁流变阻尼器的动态范围大大提高，大大改善了磁流变阻尼器的可控性，提升了磁流变阻尼器在高速冲击环境下的缓冲性能。保护乘员的生命安全以及设备安全。
一种并联式径向磁流变阀，包括活塞外筒和设置于活塞外筒端部的活塞上端盖；所述活塞外筒沿轴向方向均匀间隔设置有多个导磁片，所述导磁片与活塞外筒之间设置有线圈隔筒；所述线圈隔筒与活塞外筒之间均匀布置有励磁线圈；所述导磁片中心沿轴向方向均设置有导磁片开孔，所述多个导磁片开孔沿轴向方向贯通形成第一导流道，所述导磁片之间的间隙沿导磁片径向方向形成第二导流道，所述导磁片与线圈隔筒之间形成环形结构的第三导流道；所述三个导流道相互连通设置。
进一步，所述活塞上端盖上设置有用于向活塞外筒内部导通的上导流孔，所述活塞上端盖上设置有用于与第三导流道进行单向导通的单向导通组件。
进一步，所述上导流孔设置有多个且上导流孔相对于活塞外筒的轴线方向对称布置，所述单向导通组件为两组且两组单向导通组件相对于活塞外筒的轴线方向对称布置。
进一步，所述上导流孔到活塞外筒轴线的距离小于单向导通组件到活塞外筒轴线的距离，所述上导流孔截面呈弧形结构。
进一步，所述导磁片之间设置有用于导磁片形成间隙的导磁片垫片。
进一步，所述活塞外筒底部设置有下导流孔，所述下导流孔为多个且多个下导流孔在同一圆周方向均匀布置。
进一步，所述单向导通组件包括固定设置于活塞上端盖内侧的螺旋拉伸弹簧以及设置于活塞上端盖外侧的阀片。
进一步，所述活塞外筒和活塞上端盖之间设置有O型密封环。
一种减振器，所述减振器设置有并联式径向磁流变阀，所述减振器采用所述并联式径向磁流变阀。
本发明的有益效果是：
本技术方案采用径向流道，效率高，有效工作区域面积大，产生的可控阻尼力大，进而有效地增大了磁流变阻尼器的阻尼力范围和动态范围。相对于传统的磁流变阻尼器采用的单一流道，体积流量小，流速高，高速环境下粘滞阻尼力大，本技术方案采用多通道并联结构，体积流量大，流速低，高速环境下粘滞阻尼力小，进而有效地增大了磁流变阻尼器的动态范围，通过单向导通机构，使得磁流变液在不同流向时可以产生不同的流动效果，实现了减振器压缩复原过程中非对称的性能。将径向流道与多通道并联结构相结合，同时增加可控的库伦阻尼力和降低不可控的粘滞阻尼力，使磁流变阻尼器的动态范围大大提高，大大改善了磁流变阻尼器的可控性，提升了磁流变阻尼器在高速冲击环境下的缓冲性能。保护使用者的生命安全以及设备安全。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明并联式径向磁流变阀结构示意图；
图2为本发明第一减振器结构示意图；
图3为本发明第二减振器结构示意图；
图4为本发明第三减振器结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明并联式径向磁流变阀结构示意图；图2为本发明第一减振器结构示意图；图3为本发明第二减振器结构示意图；图4为本发明第三减振器结构示意图；如图所示，一种并联式径向磁流变阀6，包括活塞外筒63和设置于活塞外筒63端部的活塞上端盖61，上端盖61与活塞外筒63之间还设置有密封环62，使用O型密封环62保证内部的良好密封作用；所述活塞外筒63沿轴向方向均匀间隔设置有多个导磁片68，所述导磁片68与活塞外筒63之间设置有线圈隔筒65；所述线圈隔筒与活塞外筒之间均匀布置有励磁线圈64；所述导磁片68中心沿轴向方向均设置有导磁片开孔(即图1中导磁片中心位置的开孔结构)，所述多个导磁片开孔沿轴向方向贯通形成第一导流道，导磁片68上均设置有开孔且开孔同轴设置，所述导磁片之间的间隙沿导磁片径向方向形成第二导流道，导磁片 68之间设置有间隙，间隙之间即形成了环形的空间即第二导流道，所述导磁片 68与线圈隔筒65之间形成环形结构的第三导流道，即多片导磁片堆叠形成柱状结构与线圈隔筒65之间形成第三导流道；所述三个导流道相互连通设置。本技术方案采用径向流道，效率高，有效工作区域面积大，产生的可控阻尼力大，进而有效地增大了磁流变阻尼器的阻尼力范围和动态范围。传统的磁流变阻尼器多采用单一流道，体积流量小，流速高，高速环境下粘滞阻尼力大，本技术方案采用多通道并联结构，体积流量大，流速低，高速环境下粘滞阻尼力小，进而有效地增大了磁流变阻尼器的动态范围。将径向流道与多通道并联结构相结合，同时增加可控的库伦阻尼力和降低不可控的粘滞阻尼力，使磁流变阻尼器的动态范围大大提高，大大改善了磁流变阻尼器的可控性，提升了磁流变阻尼器在高速冲击环境下的缓冲性能，保护使用者的生命安全以及设备安全。
本实施例中，所述活塞上端盖61上设置有用于向活塞外筒内部导通的上导流孔612，所述活塞上端盖上设置有用于与第三导流道进行单向导通的单向导通组件。活塞上端盖61与活塞外筒63之间通过连接螺栓67及螺母连接，导磁片与导磁片之间通过连接螺栓67、导磁片垫片69连接和定位，上导流孔612连通内部便于磁流变液进行流动，通过单向导通机构，使得磁流变液在不同流向时可以产生不同的流动效果，实现了减振器压缩复原过程中非对称的性能，即磁流变液流动方向不同会产生不同的阻尼效果。
本实施例中，所述上导流孔612设置有多个且上导流孔612相对于活塞外筒的轴线方向对称布置，所述单向导通组件为两组且两组单向导通组件相对于活塞外筒的轴线方向对称布置。单向导通组件的设置便于实现磁流变液的单向导通作用，优选的设计为两组且两组相对于活塞外筒63中心轴线对称设置，确保机构整体的稳定性能，提升设备的使用寿命。
本实施例中，所述上导流孔612到活塞外筒轴线(即中心轴线)的距离小于单向导通组件到活塞外筒63轴线的距离，所述上导流孔612截面(径向截面)呈弧形结构。上导流孔612为弧形结构的腰型孔，多个上导流孔612均匀设置在同一圆周方向，增大磁流变液的流通量提升整体的使用效果，上导流孔612到中心轴线的距离小于单向导通组件到活塞外筒63中心轴线的距离，使得磁流变液进入活塞外筒内部时，可以有多种流动道路选择，磁流变液在导流道内的不同流动路径形成不同的阻尼减振效果，使得机构更加灵活多变，实用性更强。
本实施例中，所述导磁片68之间设置有用于导磁片68形成间隙的导磁片垫片69。导磁片垫片69使得导磁片68之间形成一个导流道，所述活塞外筒63底部设置有下导流孔66，所述下导流孔66为多个且多个下导流孔66在同一圆周方向均匀布置。下导流孔66也设计为弧形结构的腰型孔，多个弧形结构的腰型孔机构提升磁流变液的流动孔径，整体机构运行更加顺畅平稳。
本实施例中，所述单向导通组件包括固定设置于活塞上端盖内侧的螺旋拉伸弹簧610以及设置于活塞上端盖外侧的阀片611。小型圆柱螺旋结构的拉伸弹簧610一端固定在活塞上端盖61上，另一端连接于阀片611上，所述阀片 611在弹簧610的预拉力下保持常闭状态，单向导通组件实现对磁流变液单向导通的作用。
一种减振器，所述减振器设置有并联式径向磁流变阀，所述减振器采用所述并联式径向磁流变阀。
工作原理：
当磁流变液向下(即图1中竖直向下)流动时，阀片611保持关闭状态，磁流变液由活塞上端盖61上的上流道孔612流入，经第一导流道流入多个第二导流道，由于各个第二导流道间隙相同，因此每个第二导流道流量相等，线圈 64通电后在有效工作区域产生磁场，进而在第二导流道产生可控的库伦阻尼力，磁流变液流经多个第二导流道后流入第三导流道，并由活塞外筒63上的下流道孔66流出活塞。
当磁流变液向上流动时(即反向流动)，阀片611保持开启状态，磁流变液由活塞外筒63上的下流道孔66流入第三导流道，部分磁流变液流经多个第二导流道流入第一导流道，再通过活塞上端盖61上的上流道孔612流出活塞；另一部分直接经过阀片611流出活塞。通过阀片611的分流作用，改变流经磁流变阀的单位体积流量，改变流速，从而实现阻尼器压缩和复原过程阻尼力不等的功能。
第一减振器实施方式(图2所示)；阻尼器外筒a14和阻尼器底座a18之间通过螺纹连接，同时使用O型密封环保证内部的良好密封作用；活塞杆a11 与活塞上端盖a61加工成一体结构，端盖a12与阻尼器外筒a14通过螺纹连接，起到活塞杆导向的作用，使用O型密封圈a13起到密封作用，导向环a15安装在活塞6(并联式径向磁流变阀)与阻尼器外筒a14之间，起到活塞导向的作用，当活塞杆a11压缩运动时即活塞总成靠近阻尼器底座a18运动时，在压力作用下活塞阀片611与活塞上端盖61之间打开通道，磁流变液由活塞外筒63 上的下流道孔66流入环形流道C(即第三导流道)，部分磁流变液流经多个径向流道B(即第二导流道)流入环形流道A(第一导流道)，再通过活塞上端盖 61上的上流道孔612流出活塞；另一部分直接经过下活塞阀片611与活塞上端盖61之间的通道流出活塞。改变活塞6上线圈64的电流值可调节阻尼力值。当活塞杆a11复原运动时即活塞总成远离阻尼器底座a18运动时，在压力作用下活塞阀片611与活塞上端盖61之间关闭通道，磁流变液由活塞上端盖61上的上流道孔612流入环形流道A，流经多个径向流道B流入环形流道C，再通过活塞外筒63上的下流道孔66流出活塞，改变活塞6上线圈64的电流值可调节阻尼力值，浮动活塞a17保证磁流变阻尼器在压缩和复原转折点不出现阻尼力值突变，实现阻尼力值的平稳过渡。通过气门芯a110可为浮动活塞a17的气室充气，通过连接吊耳a19可实现磁流变阻尼器的安装。
第二减振器实施方式(图3所示)：阻尼器外筒b23和阻尼器底座b27之间通过螺纹连接，阻尼器内筒b22与阻尼器外筒b23之间通过螺纹连接，同时使用O型密封环保证内部的良好密封作用；并联式径向磁流变阀6通过卡环b25 固定在阻尼器内筒b22中，活塞b24和活塞杆b21之间通过螺纹连接，当活塞杆b21压缩运动时即活塞b24靠近阻尼器底座b27运动时，磁流变液流经并联式径向磁流变阀6，通过活塞内筒上靠近浮动活塞的节流孔流向内筒与外筒之间的环形通道，再通过内筒上远离浮动活塞的节流孔流入内筒形成循环，在压力作用下活塞阀片611与活塞上端盖61之间打开通道，磁流变液由活塞外筒 63上的下流道孔66流入环形流道C，部分磁流变液流经多个径向流道B流入环形流道A，再通过活塞上端盖61上的上流道孔612流出活塞；另一部分直接经过活塞阀片611与活塞上端盖61之间的通道流出活塞。改变活塞6上线圈64 的电流值可调节阻尼力值。当活塞杆b21复原运动时即活塞b24远离阻尼器底座b27运动时，磁流变液通过内筒上远离浮动活塞的节流孔流向内筒与外筒之间的环形通道，再通过内筒上靠近浮动活塞的节流孔流入内筒，再流经并联式径向磁流变阀6形成循环，在压力作用下活塞阀片611与活塞上端盖61之间关闭通道，磁流变液由活塞上端盖61上的上流道孔612流入环形流道A，流经多个径向流道B流入环形流道C，再通过活塞外筒63上的下流道孔66流出活塞，改变活塞6上线圈64的电流值可调节阻尼力值，浮动活塞b28保证磁流变阻尼器在压缩和复原转折点不出现阻尼力值突变，实现阻尼力值的平稳过渡。通过气门芯b210可为浮动活塞b28的气室充气，通过连接吊耳b29可实现磁流变阻尼器的安装。
第三减振器实施方式(图4所示)：阻尼器上盖板c31与阻尼器工作缸c33 之间通过波纹管c32连接，并联式径向磁流变阀6通过卡环c34固定在阻尼器工作缸c33中，阻尼器上盖板c31受到冲击载荷，会向阻尼器工作缸c33运动，波纹管c32发生压缩变形，磁流变液流经并联式径向磁流变阀6，在压力作用下活塞阀片611与活塞上端盖61之间打开通道，磁流变液由活塞外筒63上的下流道孔66流入环形流道C，部分磁流变液流经多个径向流道B流入环形流道 A，再通过活塞上端盖61上的上流道孔612流出活塞；另一部分直接经过活塞阀片611与活塞上端盖61之间的通道流出活塞，起到分流的作用，保证阻尼器缓冲力值不超过限定值。改变活塞6上线圈64的电流值可调节阻尼力值。浮动活塞c35起到缓冲过程中体积补偿的作用。
三种减振器均采用并联式径向磁流变阀6实现减振效果，整体结构简单，安装方便，实现阻尼器压缩和复原过程阻尼力不等的功能。
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，而不脱离本发明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 (9)

1.一种并联式径向磁流变阀，其特征在于：包括活塞外筒和设置于活塞外筒端部的活塞上端盖；所述活塞外筒沿轴向方向均匀间隔设置有多个导磁片，所述导磁片与活塞外筒之间设置有线圈隔筒；所述线圈隔筒与活塞外筒之间均匀布置有励磁线圈；所述导磁片中心沿轴向方向均设置有导磁片开孔，所述多个导磁片开孔沿轴向方向贯通形成第一导流道，所述导磁片之间的间隙沿导磁片径向方向形成第二导流道，所述导磁片与线圈隔筒之间形成环形结构的第三导流道；所述三个导流道相互连通设置。
2.根据权利要求1所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述活塞上端盖上设置有用于向活塞外筒内部导通的上导流孔，所述活塞上端盖上设置有用于与第三导流道进行单向导通的单向导通组件。
3.根据权利要求2所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述上导流孔设置有多个且上导流孔相对于活塞外筒的轴线方向对称布置，所述单向导通组件为两组且两组单向导通组件相对于活塞外筒的轴线方向对称布置。
4.根据权利要求3所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述上导流孔到活塞外筒轴线的距离小于单向导通组件到活塞外筒轴线的距离，所述上导流孔截面呈弧形结构。
5.根据权利要求1所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述导磁片之间设置有用于导磁片形成间隙的导磁片垫片。
6.根据权利要求5所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述活塞外筒底部设置有下导流孔，所述下导流孔为多个且多个下导流孔在同一圆周方向均匀布置。
7.根据权利要求3所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述单向导通组件包括固定设置于活塞上端盖内侧的螺旋拉伸弹簧以及设置于活塞上端盖外侧的阀片。
8.根据权利要求7所述的并联式径向磁流变阀，其特征在于：所述活塞外筒和活塞上端盖之间设置有O型密封环。
9.一种减振器，所述减振器上安装有磁流变阀，其特征在于：所述磁流变阀采用权利要求1-8中任一权利要求所述的并联式径向磁流变阀。
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