CN112901703B - 一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器 - Google Patents

一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，涉及阻尼器技术领域，包括外筒，所述外筒的上端设置有上端盖，所述外筒的下端设置有下端盖，所述外筒中设置有与所述外筒滑动连接的浮动活塞，所述浮动活塞与所述下端盖之间的补偿腔内充有压缩空气，所述上端盖与所述浮动活塞之间的工作腔内充有巨电流变液，所述外筒内设置有主轴结构，所述主轴结构贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述主轴结构上沿周向设置有若干螺旋叶片极板和若干电极片，各所述螺旋叶片极板与一所述电极片连接，所述主轴结构的下端设置有防沉降结构。本发明具有构造简单、响应速度快、质量轻、体积小、阻尼力大、自防沉降的优点。

Description

一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器
技术领域
本发明涉及阻尼器技术领域，特别是涉及一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器。
背景技术
电流变液是由高介电常数、低电导率的微纳米颗粒分散于绝缘基液中混合而成的悬浮体系，是一种电响应的软物质材料。在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级。这种使流体改变状态的效应叫做电流变效应。巨电流变液是电流变液发展的一个重大突破，这种智能材料的屈服应力高达几百千帕，大大超过了传统介电型电流变液屈服强度的理论上限(10kPa)。
电流变阻尼器是一种应用非常广泛的消能减振控制装置，可用于机械、建筑等领域。其控制机理是通过对阻尼器中的电流变效应，将结构的部分振动能量通过阻尼材料耗散掉，达到缓解外载的冲击、减小结构振动、保护结构安全的目的。传统的被动控制阻尼器仅能提供不可调节的阻尼力，其振动控制效果不理想。而现有新型的主动/半主动控制的阻尼器仍存在屈服应力较小或者工作行程受限等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，以解决上述现有技术存在的问题，工作面积大，行程范围大，阻尼效果好，可用于位移较大的减振环境。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，包括外筒，所述外筒的上端设置有上端盖，所述外筒的下端设置有下端盖，所述外筒中设置有与所述外筒滑动连接的浮动活塞，所述浮动活塞与所述下端盖之间的补偿腔内充有压缩空气，所述上端盖与所述浮动活塞之间的工作腔内充有巨电流变液，所述外筒内设置有主轴结构，所述主轴结构贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述主轴结构上沿周向设置有若干螺旋叶片极板和若干电极片，各所述螺旋叶片极板与一所述电极片连接，所述主轴结构的下端设置有防沉降结构。
优选的，所述上端盖与所述外筒通过若干第一紧固螺钉连接，所述下端盖与所述外筒通过若干第二紧固螺钉连接；所述上端盖与所述外筒之间设置有第一密封圈，所述下端盖与所述外筒之间设置有第二密封圈。
优选的，所述主轴结构包括主轴套管和主轴，所述主轴套管的上端设置有拉环，所述主轴套管与所述上端盖之间设置有第三密封圈和第一导向圈，所述主轴套管的下端伸入所述工作腔，所述主轴的上端伸入所述主轴套管的下端并与所述主轴套管螺纹连接，所述主轴套管的侧壁开设有导线孔，所述主轴上开设有花键槽，导线的一端穿过所述导线孔和所述花键槽与所述电极片连接，导线的另一端与外接电源连接。
优选的，各所述螺旋叶片极板的内侧均设置在所述主轴的螺旋卡槽中，各所述螺旋叶片极板的上端与一所述电极片连接，所述电极片用于向所述螺旋叶片极板交替通入极性相反的电，若干所述螺旋叶片极板的下端通过一螺帽固定在所述主轴上。
优选的，所述电极片与所述主轴套管的下端之间设置有固定挡圈和密封垫。
优选的，所述防沉降结构为搅拌桨，所述搅拌桨设置在所述主轴的下端且与所述主轴转动连接。
优选的，所述下端盖设置有气嘴。
优选的，所述浮动活塞与所述外筒之间设置有第四密封圈和第二导向圈。
优选的，相邻的所述螺旋叶片极板的内侧之间的距离为2-4mm，相邻的所述螺旋叶片极板的外侧之间的距离为4-5mm，各所述螺旋叶片极板的外侧与所述外筒的内壁的间隙为0.1-1mm。
优选的，所述外筒、所述上端盖、所述下端盖、所述浮动活塞、所述主轴结构和所述防沉降结构均采用绝缘材料制成；所述螺旋叶片极板和所述电极片均采用导电材料制成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明防沉降结构在主轴结构做轴向的往复运动时，对底部巨电流变液进行搅拌，从而防止其沉降。本发明中螺旋形的螺旋叶片极板在外筒大小确定时，阻尼器的结构紧凑，螺旋叶片极板的相对面积大，阻尼效果好；通过主动调节各螺旋叶片极板间的工作电压，即极板间电场强度，可以改变螺旋叶片极板间巨电流变液的粘度与阻尼系数，从而改变其流动特性，以达到对阻尼器的阻尼大小的调节，进而实现半主动控制和主动控制，本发明产生的阻尼力的可调范围大，行程范围大，可用于位移较大的减振环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器的主视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为本发明中的螺旋叶片极板的示意图；
其中：100-基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，1-第二紧固螺钉，2-下端盖，3-第二密封圈，4-气嘴，5-第四密封圈，6-浮动活塞，7-搅拌桨，8-外筒，9-主轴，10-螺旋叶片极板，11-电极片，12-密封垫，13-固定挡圈，14-主轴套管，15-第一密封圈，16-上端盖，17-导线孔，18-第一紧固螺钉，19-第三密封圈，20-工作腔，21-补偿腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，以解决上述现有技术存在的问题，工作面积大，行程范围大，阻尼效果好，可用于位移较大的减振环境。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图4所示：本实施例提供了一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器100，包括外筒8，外筒8的上端设置有上端盖16，外筒8的下端设置有下端盖2，外筒8中设置有与外筒8滑动连接的浮动活塞6，浮动活塞6与下端盖2之间的补偿腔21内充有压缩空气，上端盖16与浮动活塞6之间的工作腔20内充有巨电流变液，外筒8内设置有主轴结构，主轴结构贯穿上端盖16且能够相对上端盖16滑动，主轴结构上沿周向均匀设置有若干螺旋叶片极板10和若干电极片11，各螺旋叶片极板10与一电极片11连接，主轴结构的下端设置有防沉降结构。
在外筒8大小确定时，螺旋形的螺旋叶片极板10相对面积大，阻尼器的结构紧凑，阻尼效果好。并且每一个螺旋叶片极板10上外加的电场强度都可以改变，进而实现阻尼的半主动控制，这样阻尼器所产生的阻尼力的可调范围更大，且阻尼器行程范围较大，可用于位移较大的减振环境。
本实施例中，上端盖16与外筒8通过若干第一紧固螺钉18连接，下端盖2与外筒8通过若干第二紧固螺钉1连接；上端盖16与外筒8之间设置有第一密封圈15，下端盖2与外筒8之间设置有第二密封圈3，第一密封圈15和第二密封圈3均为O型密封圈。
本实施例中，主轴结构包括主轴套管14和主轴9，主轴套管14为中空结构，主轴套管14的上端设置有拉环，用于与外部负载连接，主轴套管14与上端盖16之间设置有第三密封圈19和第一导向圈，实现防泄漏密封和导向，主轴套管14的下端伸入工作腔20，主轴9的上端伸入主轴套管14的下端并与主轴套管14螺纹连接，主轴套管14的侧壁开设有导线孔17，主轴9上开设有花键槽，导线的一端穿过导线孔17和花键槽与电极片11连接，导线的另一端与外接电源连接。
本实施例中，各螺旋叶片极板10的内侧均设置在主轴9的螺旋卡槽中，各螺旋叶片极板10的上端与一电极片11连接，电极片11用于向螺旋叶片极板10交替通入极性相反的电，若干螺旋叶片极板10的下端通过一螺帽固定在主轴9上。
本实施例中，电极片11与主轴套管14的下端之间设置有固定挡圈13和密封垫12，进行密封以及固定。
本实施例中，防沉降结构为搅拌桨7，搅拌桨7设置在主轴9的下端且与主轴9通过轴承转动连接。
本实施例中，下端盖2设置有气嘴4，用以填充压缩空气。
本实施例中，浮动活塞6与外筒8之间设置有第四密封圈5和第二导向圈，实现防泄漏密封和导向。
本实施例中，相邻的螺旋叶片极板10的内侧之间的距离优选为2.9mm，相邻的螺旋叶片极板10的外侧之间的距离优选为4.4mm，各螺旋叶片极板10的外侧与外筒8的内壁的间隙优选为0.5mm。
本实施例中，外筒8、上端盖16、下端盖2、浮动活塞6、主轴结构和防沉降结构均采用绝缘材料制成；螺旋叶片极板10和电极片11均采用导电材料制成。
本实施例的基本工作原理为活塞运动，在外部负载的带动下，主轴套管14、主轴9和螺旋叶片极板10构成工作活塞，外筒8为活塞缸，工作活塞在活塞缸内做轴向的往复运动，工作腔20内的巨电流变液在受到挤压后从螺旋叶片极板10间的间隙上下流动，当在螺旋叶片极板10间施加电场时，工作腔20内的巨电流变液在电场的作用下，其流动性能发生改变，粘度增加、阻尼系数变大，产生一定的阻尼效果，从而实现吸振，通过改变对螺旋叶片极板10输入的电压调节阻尼力的大小，阻尼器下端的浮动活塞6随着工作腔20内的压力变化在补偿腔21内压缩空气的作用下实现上下浮动，进行动态压力补偿，从而实现对工作腔20压力的调控；当主轴9做轴向运动时，搅拌桨7在巨电流变液液流的带动下开始旋转以实现对底部巨电流变液的搅拌，从而防止其沉降；通过主动调节螺旋叶片极板10间的工作电压，即螺旋叶片极板10间电场强度，可以改变螺旋叶片极板10间巨电流变液的粘度与阻尼系数，从而改变其流动特性，以达到对阻尼器的阻尼大小的调节，进而实现半主动控制和主动控制；通过改变螺旋叶片极板10的螺距、圈数，相邻螺旋叶片极板10间的间隙、螺旋叶片极板10与外筒8内壁的间隙等可对阻尼器的阻尼效果进行调整。本实施例具有构造简单、响应速度快、质量轻、体积小、阻尼力大、自防沉降等优点。
本说明书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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：包括外筒，所述外筒的上端设置有上端盖，所述外筒的下端设置有下端盖，所述外筒中设置有与所述外筒滑动连接的浮动活塞，所述浮动活塞与所述下端盖之间的补偿腔内充有压缩空气，所述上端盖与所述浮动活塞之间的工作腔内充有巨电流变液，所述外筒内设置有主轴结构，所述主轴结构贯穿所述上端盖且能够相对所述上端盖滑动，所述主轴结构上沿周向设置有若干螺旋叶片极板和若干电极片，各所述螺旋叶片极板与一所述电极片连接，所述主轴结构的下端设置有防沉降结构，所述电极片用于向所述螺旋叶片极板交替通入极性相反的电，所述防沉降结构为搅拌桨。
2.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述上端盖与所述外筒通过若干第一紧固螺钉连接，所述下端盖与所述外筒通过若干第二紧固螺钉连接；所述上端盖与所述外筒之间设置有第一密封圈，所述下端盖与所述外筒之间设置有第二密封圈。
3.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述主轴结构包括主轴套管和主轴，所述主轴套管的上端设置有拉环，所述主轴套管与所述上端盖之间设置有第三密封圈和第一导向圈，所述主轴套管的下端伸入所述工作腔，所述主轴的上端伸入所述主轴套管的下端并与所述主轴套管螺纹连接，所述主轴套管的侧壁开设有导线孔，所述主轴上开设有花键槽，导线的一端穿过所述导线孔和所述花键槽与所述电极片连接，导线的另一端与外接电源连接。
4.根据权利要求3所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：各所述螺旋叶片极板的内侧均设置在所述主轴的螺旋卡槽中，各所述螺旋叶片极板的上端与一所述电极片连接，若干所述螺旋叶片极板的下端通过一螺帽固定在所述主轴上。
5.根据权利要求3所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述电极片与所述主轴套管的下端之间设置有固定挡圈和密封垫。
6.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述搅拌桨设置在所述主轴的下端且与所述主轴转动连接。
7.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述下端盖设置有气嘴。
8.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述浮动活塞与所述外筒之间设置有第四密封圈和第二导向圈。
9.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：相邻的所述螺旋叶片极板的内侧之间的距离为2-4mm，相邻的所述螺旋叶片极板的外侧之间的距离为4-5mm，各所述螺旋叶片极板的外侧与所述外筒的内壁的间隙为0.1-1mm。
10.根据权利要求1所述的基于巨电流变液的防沉降式多层螺旋极板阻尼器，其特征在于：所述外筒、所述上端盖、所述下端盖、所述浮动活塞、所述主轴结构和所述防沉降结构均采用绝缘材料制成；所述螺旋叶片极板和所述电极片均采用导电材料制成。
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