CN112628342A - 一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置及其减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置及其减振方法，包括隔磁套壳，所述隔磁套壳内部从上往下依次设置有第一柱形腔和第二柱形腔；连接法兰，其下端通过一竖杆与一横杆刚性连接，所述横杆的上端面上位于所述竖杆的左右两侧对称设有两根活塞杆，横杆的下端面连接一竖向布置的阻尼减振柱，所述阻尼减振柱能够伸入所述第二柱形腔中；隔磁套壳上临近所述第二柱形腔的两侧设置对称布置的两个空腔，两个空腔中布置极性相对的两个永磁铁；隔磁环，套接固定在所述阻尼减振柱的上端，所述隔磁环的导磁率大于所述隔磁套壳的导磁率。本发明通过隔磁材料和机械结构的有效结合，实现磁流变阻尼器的低能耗，低产热。

Description

一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置及其减振方法

技术领域：

本发明涉及阻尼减振技术领域，特别是一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置及其减振方法。

背景技术

随着各类交通运输业的快速发展，居民生活经济水平飞速提升，地铁，高铁一类的轨道交通方式因其便利快速，逐渐成为人们外出首选。高度的需求带动轨道类交通的建设，四处可见的地铁，高铁高架桥，给人们带来便利的同时，也产生了系列问题。

在轨道类交通运输工具中，可能会产生系列问题：当车体高速在轨道上行驶过，轨道本身会产生振幅强度不同的振动。会给外界环境带来一定的噪音影响，同时对铁轨轨道本身也会有一定的冲击。设想将磁流变减振阻尼器加设于此种领域。

目前市面上常见的磁流变阻尼器，多使用电磁铁，通过改变线圈上电流的大小来改变磁场的强弱以此来改变磁流变材料的性质，以此来调整输出阻尼力的大小。因此较依赖外界的供电系统，当外界供电系统出现故障或者出现特殊情况时，同时在工作过程中产热较大，易对装置仪器造成影响。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置及其减振方法，该装置将传统的电磁铁换成永磁铁，采取被动式的阻尼减振，不依赖外界供电系统，能满足特殊情况下的阻尼减震需求。由于不依赖外界供电系统，使用便利，适应力好，反应灵敏，能应用于多种需要减振的领域中去。

为了实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，包括：

隔磁套壳，由高导磁材料制造，所述隔磁套壳内部从上往下依次设置有第一柱形腔和第二柱形腔；

磁流变液，填充在所述第二柱形腔中；

连接法兰，其下端通过一竖杆与一横杆刚性连接，所述横杆的上端面上位于所述竖杆的左右两侧对称设有两根活塞杆，横杆的下端面连接一竖向布置的阻尼减振柱，所述阻尼减振柱能够伸入所述第二柱形腔的磁流变液中，并且所述减振柱与所述第二柱形腔间隙配合；

所述隔磁套壳上临近所述第二柱形腔的两侧设有对称布置的两个空腔，两个空腔中设有极性相对的两个永磁铁；

隔磁环，套接固定在所述阻尼减振柱的上端，所述隔磁环的导磁率大于所述隔磁套壳的导磁率，并且，当活塞带动所述阻尼减振柱下移的过程中，所述隔磁环能够使得永磁铁的磁路优先从隔磁环中通过，以使阻尼减振柱和永磁铁中的磁场强度随着阻尼减振柱的下移而增大。

所述空腔内远离第二柱形腔的一侧侧壁为弧面。

所述第二柱形腔的底部设有用于对所述阻尼减振柱进行限位用的磁流变弹性体。

还包括外壳，所述外壳中设有第三柱形腔，第三柱形腔的中部放置所述隔磁套壳；

所述阻尼减振柱的底部设有一直径较小的导向杆，所述导向杆能够穿过所述磁流变弹性体，与设置在所述外壳底部的第四柱形腔滑动配合，所述第四柱形腔的底部设有用于检测所述阻尼减振柱位移的位移传感器。

所述外壳中位于所述第三柱形腔的腔壁和隔磁套壳之间的第二环形腔中设有沿隔磁套壳左右对称布置的气腔，位于隔磁套壳左侧的第一气腔通过第一导气管与位于所述横杆左侧的第一活塞杆滑动配合；位于隔磁套壳右侧的第二气腔通过第二导气管与位于所述横杆右侧的第二活塞杆滑动配合。

所述横杆下端面上位于所述隔磁环的两侧设有两个活塞帽钉，所述活塞帽钉用于当活塞杆向下运动时增大磁流变液对活塞杆的阻力。

一种轨道减振方法，使用所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，

当连接法兰未受到外力作用，此时与阻尼减振柱连接的隔磁环位于永磁铁的上方，隔磁环离工作区有一定的距离，此时大部分的磁力线会通过隔磁套壳从N极出发回到S极，只有少量或几乎没有水平磁力线通过磁流变液所在的工作缝隙，磁流变液处于高流动状态，输出阻尼力小；

当连接法兰受到外力作用向下运动，与阻尼减振柱连接的隔磁环也一起向下运动，当隔磁环移动到磁流变液的工作缝隙处，由于隔磁环的高磁导性，此时大部分的磁力线将水平通过磁流变液工作缝隙，磁力线从一侧的N极出发回到另一侧的S极，从而改变了磁流变液体的性质，从而调整输出阻尼力的大小，达到减振的效果。

当阻尼减振柱向下的压力过大时，由所述磁流变弹性体进行缓冲，以此减小车体运行时带来的振动，从而减小对周围环境的噪音影响。

通过所述位移传感器检测连接法兰振动产生的位移是否正常，以此对该磁流变减振系统的运行进行排故。

当连接法兰向下移动时由于气腔体积增大而质量不变引起的压强差作用于连接法兰上，一方面可以减少连接法兰向下移动的能力，另一方面给连接法兰回弹一个拉力。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

第一．本发明利用自身机械结构，将它安装在轨道下方，将传统的电磁铁换成永磁铁，采取被动式的阻尼减振，不依赖外界供电系统，能满足特殊情况下的阻尼减震需求。由于不依赖外界供电系统，使用便利，适应力好，反应灵敏，能应用于多种需要减振的领域中去。

第二．本发明结构简单，通过多种导磁率不同的隔磁材料来改变磁场的强弱，调节阻尼力输出，弥补了电磁铁式的磁流变阻尼器因产热过大对装置使用寿命的影响。

第三．本发明在阻尼减振柱的底部设有磁流变弹性体，当阻尼减振柱向下的压力过大时，由所述磁流变弹性体进行缓冲，以此减小车体运行时带来的振动，从而减小对周围环境的噪音影响。

第四．本发明在所述外壳底部的第四柱形腔滑动配合，所述第四柱形腔的底部设有用于检测所述阻尼减振柱位移的位移传感器，通过所述位移传感器检测连接法兰振动产生的位移是否正常，以此对该磁流变减振系统的运行进行排故。

第五．本发明气体压力连动第一活塞杆和第二活塞杆，将第一导气管、第二导气管和横杆相连起来，作用为压缩气腔的气体使气腔产生压强差，一方面可以减少连接法兰向下移动的能力，另一方面给连接法兰回弹一个拉力。

附图说明

图1为本发明一种基于永磁铁的磁流变减振装置初始状态时内部结构图；

其中，1为连接法兰，2-1为第一活塞杆，2-2为第二活塞杆，3-1为第一活塞帽钉，3-2为第二活塞帽钉，4为隔磁环，5为阻尼减振柱，6为隔磁套壳，7-1为第一永磁铁，7-2为第二永磁铁，8为磁流变弹性体，9-1为第一气腔，9-2为第二气腔，10-1为第一导气管，10-2为第二导气管，11为位移传感器，12为磁流变液，13为外壳，14为横杆。

图2为本发明一种基于永磁铁的磁流变减振装置受压缩后内部结构图。

具体实施方式

图1是本发明基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置初始状态时内部结构图；

一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，包括：

隔磁套壳6，由高导磁材料制造，所述隔磁套壳内部从上往下依次设置有第一柱形腔和第二柱形腔；

磁流变液12，填充在所述第二柱形腔中；

连接法兰1，其下端通过一竖杆与一横杆14刚性连接，所述横杆14的上端面上位于所述竖杆的左右两侧对称设有两根活塞杆，横杆14的下端面连接一竖向布置的阻尼减振柱5，所述阻尼减振柱5能够伸入所述第二柱形腔的磁流变液中，并且所述阻尼减振柱与所述第二柱形腔间隙配合；

所述隔磁套壳6上临近所述第二柱形腔的两侧设有对称布置的两个空腔，两个空腔中设有极性相对的两个永磁铁；

隔磁环4，套接固定在所述阻尼减振柱5的上端，所述隔磁环4的导磁率大于所述隔磁套壳6的导磁率，并且，当活塞带动所述阻尼减振柱5下移的过程中，所述隔磁环4能够使得永磁铁的磁路优先从隔磁环4中通过，以使阻尼减振柱5和永磁铁中的磁场强度随着阻尼减振柱5的下移而增大。

本实施案例中，当车体经过该磁流变减振器前时，连接法兰1未受到外力作用，此时与横杆14连接的隔磁环4位于永磁铁的上方，隔磁环4和隔磁套壳6将磁路吸引出去，使磁流变液12是流动性较好的液体，此时装置内的阻尼力不大。

当车体在轨道上高速行驶经过该磁流变减振器时，车体给轨道一个向下的压力，与轨道直接连接的连接法兰1和轨道一起向下运动，与横杆14连接的隔磁环4也一起向下运动。由于隔磁环4是一种导磁率极高的材料，使永磁铁的磁路优先从隔磁环4中通过，导致阻尼减振柱5和永磁铁中的磁场强度增大，磁流变液12在高磁场中从高流动性转变为高阻滞性的铁磁悬浮材料，由此产生向上的阻尼力，达到减振的效果，当阻尼减振柱5向下的压力过大时由磁流变弹性体8进行缓冲，以此减小车体运行时带来的振动，从而减小对周围环境的噪音影响。

本实施案例中，参见图1，连接法兰1与轨道直接连接，和车体轨道一起上下振动。

横杆14向下移动时磁路改变的影响，磁流变弹性体8能缓冲磁流变液12带来的压力，同时横杆14也能起一定的缓冲作用。磁流变液12是一种在低磁场中呈现高流动性，高磁场中呈现高阻滞性的铁磁悬浮智能材料。

进一步的，本发明还包括外壳，所述外壳中设有第三柱形腔，第三柱形腔的中部放置所述隔磁套壳；所述阻尼减振柱5的底部设有一直径较小的导向杆，所述导向杆能够穿过所述磁流变弹性体8，与设置在所述外壳13底部的第四柱形腔滑动配合，所述第四柱形腔的底部设有用于检测所述阻尼减振柱5位移的位移传感器11。位移传感器11能够精准检测连接法兰1振动产生的位移是否正常，以此对该磁流变减振系统的运行进行排故。外壳13能够保护该磁流变减振器的内部结构，同时能保证连接法兰1和横杆14在一定的范围和空间内运动。

本实施案例中，参见图2，当连接法兰1带动横杆14向下运动时，磁路主要通过隔磁环4移动到另一端的磁铁上，其中磁流变液12受磁路增强影响流动性变差能通过位于隔磁环4一侧的第一活塞帽钉3-1和位于隔磁环4另一侧的第二活塞帽钉3-2产生阻尼力从而减小振动幅度。

在活塞杆向下运动时，其受到的力主要是轨道所提供的向下的压力，此种力极大，而磁流变液在磁场中由液体状态向固体状态转变过程中所提供给活塞杆的阻力很可能不足以保证活塞杆在预定范围内停止运动，为了避免此种情况发生后造成的对仪器内部结构的损伤，我们在隔磁环外添加活塞帽钉，使得活塞帽钉在进入磁流变液后同样受到较大的阻力来阻碍活塞杆继续向下运动，这样就能有效的解决仪器工作进程中所存在的安全隐患。

本实施案例中，隔磁套壳6是高导磁材料，由图1可见隔磁套壳分别将第一永磁铁7-1和第二永磁铁7-2包围起来，尽量减少磁路向外漏磁。

进一步的，隔磁套壳6上临近所述第二柱形腔的两侧空腔内远离第二柱形腔的一侧侧壁为弧面，空腔内要放置所述永磁铁，使用弧面是为了保证磁铁的磁力线完整，使磁力能有效作用于磁流变液。

本实施案例中，参见图1，气体压力连动第一活塞杆2-1和第二活塞杆2-2，将第一导气管10-1、第二导气管10-2和横杆14相连起来，作用为压缩气腔9的气体使气腔9产生压强差，既能阻止连接法兰1向下又能帮助连接法兰1在受外力后回弹复位。

第一导气管10-1和第二导气管10-2分别连接有一个气腔，当连接法兰1向下移动时由于体积增大而质量不变引起的压强差作用于连接法兰1上，既可以减少连接法兰1向下移的能力又能给连接法兰1回弹一个拉力。导气管将气腔和气体压力连动活塞杆相连，便于形成压强差。

本阻尼减振装置的工作步序为：工作腔外壁两侧放置极性相对，性质完全相同的两个永磁铁。外侧均设置近圆型隔磁套壳将其包裹住，隔磁套壳的导磁性良好，当装置处于静态位置时，隔磁环离工作区有一定的距离，此时大部分的磁力线会通过隔磁套壳从N极出发回到S极，此时只有少量或几乎没有水平磁力线通过磁流变液所在的工作缝隙。磁流变液处于高流动状态，输出阻尼力小。

当车体经过轨道，轨道会产生振幅不同的振动，此时和轨道相连的活塞受到外力跟随着导轨上下振动。在活塞中部连接有隔磁环，当活塞向下运动时，会带着隔磁环向下运动,隔磁环采用导磁率高于隔磁套壳的隔磁材料。

当隔磁环移动到磁流变液的工作缝隙处，由于隔磁环的高导磁性，此时大部分的磁力线将水平通过磁流变液工作缝隙，磁力线从一侧的N极出发回到另一侧的S极。从而改变了磁流变液体的性质，从而调整输出阻尼力的大小，达到减振的效果。

本发明基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置在整个过程中，不依赖于外界供电系统，采用被动式设计，通过内部机械结构来改变磁场的大小。使得设计更具灵活性，能广泛运用于各类轨道设施中。同时减小发热带来的装置损耗问题，被动式的结构能适应特殊情况，装置可以长时间架置在铁轨上，使用性能高。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解。

Claims (10)

1.一种基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，包括：

隔磁套壳，由高导磁材料制造，所述隔磁套壳内部从上往下依次设置有第一柱形腔和第二柱形腔；

磁流变液，填充在所述第二柱形腔中；

连接法兰，其下端通过一竖杆与一横杆刚性连接，所述横杆的上端面上位于所述竖杆的左右两侧对称设有两根活塞杆，横杆的下端面连接一竖向布置的阻尼减振柱，所述阻尼减振柱能够伸入所述第二柱形腔的磁流变液中，并且所述减振柱与所述第二柱形腔间隙配合；

所述隔磁套壳上临近所述第二柱形腔的两侧设有对称布置的两个空腔，两个空腔中设有极性相对的两个永磁铁；

隔磁环，套接固定在所述阻尼减振柱的上端，所述隔磁环的导磁率大于所述隔磁套壳的导磁率，并且，当活塞带动所述阻尼减振柱下移的过程中，所述隔磁环能够使得永磁铁的磁路优先从隔磁环中通过，以使阻尼减振柱和永磁铁中的磁场强度随着阻尼减振柱的下移而增大。

2.根据权利要求1所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述空腔内远离第二柱形腔的一侧侧壁为弧面。

3.根据权利要求1所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述第二柱形腔的底部设有用于对所述阻尼减振柱进行限位用的磁流变弹性体。

4.根据权利要求3所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，还包括外壳，所述外壳中设有第三柱形腔，第三柱形腔的中部放置所述隔磁套壳；

所述阻尼减振柱的底部设有一直径较小的导向杆，所述导向杆能够穿过所述磁流变弹性体，与设置在所述外壳底部的第四柱形腔滑动配合，所述第四柱形腔的底部设有用于检测所述阻尼减振柱位移的位移传感器。

5.根据权利要求4所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述外壳中位于所述第三柱形腔的腔壁和隔磁套壳之间的第二环形腔中设有沿隔磁套壳左右对称布置的气腔，位于隔磁套壳左侧的第一气腔通过第一导气管与位于所述横杆左侧的第一活塞杆滑动配合；位于隔磁套壳右侧的第二气腔通过第二导气管与位于所述横杆右侧的第二活塞杆滑动配合。

6.根据权利要求1所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，所述横杆下端面上位于所述隔磁环的两侧设有两个活塞帽钉，所述活塞帽钉用于当活塞杆向下运动时增大磁流变液对活塞杆的阻力。

7.一种轨道减振方法，使用如权利要求1~6中任一所述的基于永磁铁的磁流变阻尼减振装置，其特征在于，

当连接法兰未受到外力作用，此时与阻尼减振柱连接的隔磁环位于永磁铁的上方，隔磁环离工作区有一定的距离，此时大部分的磁力线会通过隔磁套壳从N极出发回到S极，只有少量或几乎没有水平磁力线通过磁流变液所在的工作缝隙，磁流变液处于高流动状态，输出阻尼力小；

当连接法兰受到外力作用向下运动，与阻尼减振柱连接的隔磁环也一起向下运动，当隔磁环移动到磁流变液的工作缝隙处，由于隔磁环的高磁导性，此时大部分的磁力线将水平通过磁流变液工作缝隙，磁力线从一侧的N极出发回到另一侧的S极，从而改变了磁流变液体的性质，从而调整输出阻尼力的大小，达到减振的效果。

8.根据权利要求3所述的轨道阻尼减振方法，其特征在于，当阻尼减振柱向下的压力过大时，由所述磁流变弹性体进行缓冲，以此减小车体运行时带来的振动，从而减小对周围环境的噪音影响。

9.根据权利要求4所述的轨道阻尼减振方法，其特征在于，通过所述位移传感器检测连接法兰振动产生的位移是否正常，以此对该磁流变减振系统的运行进行排故。

10.根据权利要求5所述的轨道阻尼减振方法，其特征在于，当连接法兰向下移动时由于气腔体积增大而质量不变引起的压强差作用于连接法兰上，一方面可以减少连接法兰向下移动的能力，另一方面给连接法兰回弹一个拉力。

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