CN112963490A - 径向等截面流动节流磁流变缓冲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，包括端盖、节流阀和波纹管，节流阀的中心孔隔板及环形通道隔板的上下侧面均为向水平中心线凹的弧面，且其厚度从外边缘向中心逐渐减小，从而使得上下的中心孔隔板和环形通道隔板之间的距离H从中心到边缘逐渐减小，当径向阻尼通道从中心往四周发散，形成源流，源流半径逐渐增大，根据Q＝AV，A＝2πRH，A为径向阻尼通道截面积，Q为流量，V为磁流变液体流速，R增大和H变小从而保证A不变化最终实现等流量等流速节流。提高缓冲系统的时间响应特性，增加控制稳定性，能够大幅度提高缓冲装置的安全可靠性。且本发明结构紧凑，多级隔板有效增加阻尼通道长度，占用空间小，能最大限度的吸收防撞能量。
Description
技术领域
本发明涉及汽车碰撞技术领域，具体涉及一种径向等截面流动节流磁流变缓冲装置。
背景技术
近几年来，随着国家工业迅速发展，汽车工业作为制造业的支柱产业，汽车数量激增，于是就面临着一系列安全问题，所以汽车的被动安全技术就显得尤为重要。在交通事故中，正面碰撞是比较常见的，主要通过前保险杠碰撞后的形变来吸收能量，以此减少对人体的危害，但是随着科技发展，这已然不能满足人们对安全的需求，所以磁流变阻尼器作为近二十年的新产物在缓冲碰撞方面变得显眼，它具有结构简单，阻尼力连续可调、响应快等巨大的优势。目前磁流变缓冲器初步应用于土木工程减震，汽车悬架防震等。现有技术中，有面向汽车碰撞的阻尼缓冲系统，但是流速不能稳定，缓冲系统的时间响应特性差，使得控制稳定性方面有所欠缺。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，在碰撞时，能提高缓冲系统的时间响应特性，增加控制稳定性，最大限度的吸收防撞能量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，包括用于接收冲击力的端盖，其特征在于：还包括节流阀和波纹管，所述波纹管连接在节流阀和端盖之间，所述节流阀包括上下端通过挡板密封的外缸筒，所述上下端的挡板的中心开设有供磁流变液体流过的轴向阻尼通道，在所述外缸筒内套内缸筒，所述节流阀和波纹管内填充磁流变液体，所述波纹管、内缸筒和外缸筒同轴设置；
所述外缸筒和内缸筒之间缠绕线圈，所述内缸筒内从上到下等间距间隔设置有多块环形通道隔板和中心孔隔板，其中中心孔隔板的中心设置有与轴向阻尼通道同轴的中心孔，所述中心孔隔板的边缘固定在内缸筒内壁上，所述环形通道隔板的边缘与内缸筒内壁之间有供磁流变材料流过的间隙，该间隙构成环形通道，位于最上方和最下方的环形通道隔板与上下端的挡板之间以及环形通道隔板与中心孔隔板之间形成径向阻尼通道，所述中心孔隔板及环形通道隔板的上下侧面均为向水平中心线凹的弧面，且其厚度从外边缘向中心逐渐减小，从而使得上下的中心孔隔板和环形通道隔板之间的距离H从中心到边缘逐渐减小；而当径向阻尼通道从中心往四周发散，形成源流，源流半径逐渐增大，根据Q＝AV，A＝2πRH，A为径向阻尼通道截面积，Q为流量，V为磁流变液体流速，R增大和H变小从而保证A不变化，最终实现等流量等流速节流。
本发明中，上下挡板以及内缸筒，共同构成节流阀的阻尼通道空间，其中径向阻尼通道是由多级中心孔隔板与环形通道隔板交替放置于内缸筒后的间隙形成。如图2所示，上挡板上的轴向阻尼通道为波纹管中磁流变液体进入节流阀第一级的第一个阻尼通道，紧接着磁流变液体经过径向阻尼通道，流向为源流，接下来进入环形通道，最后进入汇流方向的径向阻尼通道，此过程为一级。然后继续进入轴向阻尼通道开始第二级。本实施例中设置多级(N)通道(N>＝1),主要为了减少空间，增加阻尼通道长度。本发明中径向阻尼通道为主要阻尼通道，当磁流变液体从轴向阻尼通道进入节流阀之后，进入径向阻尼通道，由Q＝AV(Q为流量，A为径向阻尼通道截面积，且A＝2πRH)，径向阻尼通道从中心往四周发散，形成源流，源流半径逐渐增大，即A逐渐增大，现在要控制流速相等且流量不变，则需H变小才可能满足关系式，本发明的中心孔隔板和环形通道隔板的设置刚好能满足H变小的趋势，故可以达到等速节流的目的。冲击过程中使用动力学逆模型计算励磁电流(根据冲击速度计算励磁电流)时，由于本系统保证磁流变液体的流速流量不变，因此在径向阻尼流道可不使用积分计算，系统很快计算出应该对线圈提供的电流大小，降低运算时间，进而提高缓冲系统的时间响应特性。
上述方案中，优选：所述环形通道隔板与中心孔隔板边缘厚度为10-30mm，隔板边缘厚度与中心厚度相差1-4mm，中心孔隔板中心孔的半径与轴向阻尼通道半径相同，为10-20mm，比环形通道的内半径小25-30mm。中心孔隔板中心孔半径与环形通道内半径之差为径向阻尼通道的距离，综上可知径向阻尼通道需要尽量长，保证阻尼效果，优选的范围在25-30mm，正好是径向通道的长度，阻尼效果更好。
上述方案中：所述环形通道隔板通过垫片支撑在中心孔隔板上。垫片可以为3-4片，为非环形垫片，垫片仅提供一个支撑点，垫片均向分布。
上述方案中：还包括连接盘，所述连接盘固定在上挡板上，用于连接波纹管，所述连接盘通过铰制孔螺栓连接在上挡板上，所述上下端的挡板、内缸筒均通过铰制孔螺栓固定在外缸筒上。铰制孔螺栓可以同时承受轴向载荷与横向载荷，以防止冲击不正导致装置歪斜，此时可以承受横向剪切力，以保证装置更加稳定可靠。
上述方案中：所述内缸筒为非导磁材料制成，内缸筒不影响磁场回路。所述外缸筒、上下端的挡板、中心孔隔板、环形通道隔板均由导磁材料制成。从而磁通方向与径向阻尼通道完全垂直，如图2所示，在缓冲过程中，磁场方向与介质流道方向垂直使得磁流变材料颗粒形成颗粒链的方向与冲击方向一致，形成很好的抗冲击性。
上述方案中：所述导磁材料为低碳钢、坡莫合金中的一种。低碳钢具有较好的综合性能，不需要用热处理提高材料的磁导率，且价格低廉。坡莫合金价格稍贵。
上述方案中：所述外缸筒的壁厚小于上下端挡板的厚度，其中外缸筒的壁厚为15-25mm，上下端挡板的厚度为20-30mm。磁通路径中，上下挡板厚度会影响磁感应强度，过厚会有磁饱和现象。但挡板厚度方向为冲击方向，也不可过薄，本发明综合考虑二者的影响，选择20-30mm，兼顾磁饱和现象与抗冲击性能，提高缓冲系统的整体抗冲击性。外缸筒厚度方向非冲击方向，所以可选适中厚度可略小。
上述方案中：所述线圈的匝为600-700匝。磁感应强度随线圈匝数增大而增大，但是增长率逐渐降低，兼顾成本和磁感应强度选择600-700匝。
上述方案中：所述中心孔隔板的中心孔孔边缘倒圆角，所述环形通道隔板的边缘也倒圆角。因为面对高速冲击时，局部损耗对压降的影响非常大，我们设计成倒圆角，减少局部损耗。
上述方案中：所述波纹管为U形、S形或V形波纹管。优选U形波纹管具有较大的挠曲，性价比高。
有益效果：本发明的径向等截面流动节流磁流变缓冲装置能控制磁流变液体等流速流动，提高缓冲系统的时间响应特性，增加控制稳定性，能够大幅度提高缓冲装置的安全可靠性。且本发明结构紧凑，多级隔板有效增加阻尼通道长度，占用空间小，能最大限度的吸收防撞能量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为磁场分布曲线(大箭头)以及磁流变液体流向(小箭头)图(只画出右边一半流向图)。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1-2所示，径向等截面流动节流磁流变缓冲装置由节流阀、端盖1、波纹管2和磁流变液体3组成。
波纹管2连接在节流阀和端盖1之间。节流阀和波纹管2内填充磁流变液体，端盖1用于接收冲击力。当受力端盖1受到冲击后，波纹管2作为被动吸能装置，通过自身形变来吸收冲击能量。
波纹管2波纹类型可以选择U形、V型或S形等，其中S形、V形波纹管在刚度和位移应力的方面略低于U形，U形波纹管具有较大的挠曲，承载能力较低的缺点可以外加加强套来补足，且性价比比较高，故本实施例中优选U形波纹管。
节流阀包括上下端通过挡板4密封的外缸筒5，上下端的挡板4的中心开设有供磁流变液体流过的轴向阻尼通道，即在上下端的挡板4的中心开设有中心孔流道，外缸筒5内套内缸筒6，波纹管2、内缸筒6和外缸筒5同轴设置。
外缸筒5和内缸筒6之间缠绕线圈7，本实例中，线圈7的匝为600-700匝。如图2外缸筒、上下挡板、环形孔隔板、中心孔隔板构成磁场回路，线圈所产生的磁场方向与径向通道呈垂直关系。内缸筒6内从上到下等间距间隔设置有多块环形通道隔板8(圆盘形隔板)和中心孔隔板9(圆环形隔板)，图中各为3块，其中中心孔隔板9的中心设置有与轴向阻尼通道同轴的中心孔，中心孔隔板9的固定在内缸筒6内壁上，优选通过螺栓固定。环形通道隔板8的边缘与内缸筒6内壁之间有供磁流变材料流过的间隙，该间隙构成环形通道，位于最上方和最下方的环形通道隔板8与上下端的挡板4之间以及环形通道隔板8与中心孔隔板9之间形成径向阻尼通道，中心孔隔板9及环形通道隔板8的上下侧面均为向水平中心线凹的弧面，且其厚度从外边缘向中心逐渐减小，从而使得上下的中心孔隔板和环形通道隔板之间的距离H从中心到边缘逐渐减小，当径向阻尼通道从中心往四周发散，形成源流，源流半径逐渐增大，根据Q＝AV，A＝2πRH，A为径向阻尼通道截面积，Q为流量，V为磁流变液体流速，R增大和H变小从而保证A不变化最终实现等流量等流速节流。
优选：环形通道隔板8与中心孔隔板9边缘厚度为10-30mm，隔板边缘厚度与中心厚度相差1-4mm，中心孔隔板9中心孔的半径与轴向阻尼通道半径相同，为10-20mm，比环形通道的内半径小25-30mm。也就是说径向阻尼通道的长度为25-30mm，外缸筒5的壁厚小于上下端挡板4的厚度，其中外缸筒5的壁厚为15-25mm，上下端挡板4的厚度为20-30mm。中心孔隔板9的中心孔孔边缘倒圆角。优选0.2-0.5mm的圆角。环形通道隔板8的边缘也倒圆角。
环形通道隔板8通过垫片10支撑在中心孔隔板9上。垫片10可以为3-4片，为非环形垫片，垫片10仅提供一个支撑点，垫片10均向分布。
内缸筒6为非导磁材料制成，外缸筒5、上下端的挡板4、中心孔隔板9、环形通道隔板8均由导磁材料制成。导磁材料为低碳钢，如20#低碳钢。导磁材料还可为坡莫合金。
优选：还包括连接盘11，连接盘11固定在上挡板4上，用于连接波纹管2，连接盘11通过铰制孔螺栓连接在上挡板4上，上下端的挡板4、内缸筒6均通过铰制孔螺栓固定在外缸筒5上。连接盘11也与波纹管2、内缸筒6和外缸筒5同轴设置。
本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，包括用于接收冲击力的端盖，其特征在于：还包括节流阀和波纹管，所述波纹管连接在节流阀和端盖之间，所述节流阀包括上下端通过挡板密封的外缸筒，所述上下端的挡板的中心开设有供磁流变液体流过的轴向阻尼通道，在所述外缸筒内套内缸筒，所述节流阀和波纹管内填充磁流变液体，所述波纹管、内缸筒和外缸筒同轴设置；
所述外缸筒和内缸筒之间缠绕线圈，所述内缸筒内从上到下等间距间隔设置有多块环形通道隔板和中心孔隔板，其中中心孔隔板的中心设置有与轴向阻尼通道同轴的中心孔，所述中心孔隔板的边缘固定在内缸筒内壁上，所述环形通道隔板的边缘与内缸筒内壁之间有供磁流变材料流过的间隙，该间隙构成环形通道，位于最上方和最下方的环形通道隔板与上下端的挡板之间以及环形通道隔板与中心孔隔板之间形成径向阻尼通道，所述中心孔隔板及环形通道隔板的上下侧面均为向水平中心线凹的弧面，且其厚度从外边缘向中心逐渐减小，从而使得上下的中心孔隔板和环形通道隔板之间的距离H从中心到边缘逐渐减小；而当径向阻尼通道从中心往四周发散，形成源流，源流半径逐渐增大，根据Q＝AV，A＝2πRH，A为径向阻尼通道截面积，Q为流量，V为磁流变液体流速，R增大和H变小从而保证A不变化，最终实现等流量等流速节流。
2.根据权利要求1所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述环形通道隔板与中心孔隔板边缘厚度为10-30mm，隔板边缘厚度与中心厚度相差1-4mm，中心孔隔板中心孔的半径与轴向阻尼通道半径相同，为10-20mm，中心孔隔板中心孔的半径比环形通道的内半径小25-30mm。
3.根据权利要求2所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述环形通道隔板通过垫片支撑在中心孔隔板上。
4.根据权利要求1或2或3所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：还包括连接盘，所述连接盘固定在上挡板上，用于连接波纹管，所述连接盘通过铰制孔螺栓连接在上挡板上，所述上下端的挡板、内缸筒均通过铰制孔螺栓固定在外缸筒上。
5.根据权利要求4所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述内缸筒为非导磁材料制成，所述外缸筒、上下端的挡板、中心孔隔板、环形通道隔板均由导磁材料制成。
6.根据权利要求5所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述导磁材料为低碳钢、坡莫合金中的一种。
7.根据权利要求6所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述外缸筒的壁厚小于上下端挡板的厚度，其中外缸筒的壁厚为15-25mm，上下端挡板的厚度为20-30mm。
8.根据权利要求5所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述中心孔隔板的中心孔孔边缘倒圆角，所述环形通道隔板的边缘也倒圆角。
9.根据权利要求8所述径向等截面流动节流磁流变缓冲装置，其特征在于：所述波纹管为U形、S形或V形波纹管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220531 |