CN113007260A - 旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻尼器技术领域，公开一种旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，包括中空的主缸体和中空的副缸体，所述主缸体安装于副缸体下方，主缸体和副缸体的内腔通过连接管连通，主缸体的中心线上安装活塞杆，活塞杆的两端伸出主缸体之外，活塞杆上设置活塞；副缸体内设置线圈固定架，线圈固定架的一端与副缸体的端部中心连接，另一端与副缸端盖的中心连接，线圈固定架沿副缸体的轴线方向呈中间高两边低的阶梯状，在线圈固定架的每一层阶梯设置线圈；副缸体内壁对应于每一个阶梯上的线圈位置安装一块永磁体，相邻永磁体之间用导磁块隔开，每一块永磁体的两侧均有导磁块，导磁块、永磁体的内壁与线圈固定架的外壁之间留有的间隙形成阻尼通道。

Description

旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器
技术领域
本发明属于阻尼器技术领域，具体涉及一种旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器作为一种新型半主动控制装置，因为其出力大、结构形式简单、响应快、适应范围广泛、阻尼力连续可调等优点，被认为是最具发展前景的智能阻尼装置之一。国内外专家针对磁流变阻尼器的设计、测试、建模及应用等方面已经展开了较为全面的研究。结果表明，磁流变阻尼器一方面拥有被动控制的稳定性与简易性，另一方面可以接近甚至基本达到主动控制系统的控制效果，具备远优于被动控制系统有效性和广泛的适应性。同时，由于磁流变阻尼器本质上依然属于阻尼装置，其工作过程完全不会向受控系统输入能量，不存在导致结构失稳的风险，且在特殊情况下，即便失去能源供应，依然能够进行有效的被动控制，具备优良的故障安全性能，因而在稳定性及可靠性方面远远优于主动控制装置。
在传统的筒式磁流变阻尼器中，外加磁场是由通电的缠绕在导磁铁芯上的励磁线圈产生的，其励磁线圈及铁芯的尺寸会受到磁流变阻尼器缸体尺寸的限制。如果通过加大线圈圈数来提高磁场，则会使阻尼器缸体尺寸较大，增加磁流变液的用量，提高阻尼器的造价。如果减小缸体尺寸，则不能获得足够大的外加磁场，进而影响磁流变阻尼器的最大出力和可调系数，这种现象在小尺寸的磁流变阻尼器上表现尤其严重。为了解决这个问题，一是提高磁流变液的导磁性能，以现有的技术，一般通过提高导磁颗粒的导磁性能来提高磁流变液导磁性能，这种方式会导致磁流变液的抗沉淀性能下降，从而影响磁流变阻尼器在长期服役中的工作性能；另一种方式是增加导磁颗粒的含量，这种方式会增加磁流变液的零场粘度，影响磁流变阻尼器的可调系数。
由于结构振动控制的特殊性，高阻尼力往往成为决定控制系统优良品质的一个重要因素，而结构形式的合理选取对阻尼力大小往往起决定性作用，如对比文献一(公开号为CN106884925B)的中国发明专利和对比文献二(公开号为CN102889331B)的中国发明专利，前者采用一种齿条传动式碟形磁流变阻尼器，将振动的直线运动转化为动盘的转动，转动的动盘会剪切磁流变液产生阻尼力，可提供较大的阻尼力，但是结构复杂，结构稳定性得不到保证。后者采用一种阀控恒磁磁流变阻尼器，属于旁通阀式阻尼调节装置，但是需要大的外部控制能源，且调节精度急剧降低。所以亟需一种高阻尼力出力装置且不需大的外部能源的装置。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的缺陷，在旁通阀式磁流变阻尼器的基础上提供一种旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器。
本发明的技术方案如下：
旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，包括中空的主缸体和中空的副缸体，所述主缸体安装于副缸体下方，主缸体和副缸体的内腔通过连接管连通，主缸体的一端开口，主缸体的开口端设置可拆卸的主缸端盖，主缸体的封闭端和主缸端盖的轴心轴线上分别设置直径相同的轴孔，轴孔处安装活塞杆，活塞杆的两端伸出主缸体之外，所述活塞杆上设置活塞；所述副缸体的一端开口，副缸体的开口端设置可拆卸的副缸端盖，副缸体内设置线圈固定架，线圈固定架的一端与副缸体的端部中心连接，另一端与副缸端盖的中心连接，线圈固定架沿副缸体的轴线方向呈中间高两边低的阶梯状，在线圈固定架的每一层阶梯设置线圈；所述的副缸体内壁对应于每一个阶梯上的线圈位置安装一块永磁体，相邻永磁体之间用导磁块隔开，每一块永磁体的两侧均有导磁块，导磁块、永磁体的内壁与线圈固定架的外壁之间留有的间隙形成阻尼通道。
所述副缸体内的永磁体沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状，位于副缸体轴线方向中部的永磁体与线圈固定架阶梯状的最高处位置对应。
所述副缸体内的导磁块沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状。
还包括限位套筒，限位套筒在副缸体的两端分别设置一个，限位套筒的一侧与副缸体的端部连接，另一侧与导磁块连接。
所述活塞位于活塞杆的中部，活塞杆上设置定位销，活塞设置成分体式，包括左活塞和右活塞，左活塞和右活塞分别安装在定位销的两侧，左活塞和右活塞通过第一螺栓连接。
所述导磁块与副缸体内壁接触的一面设置第一凹槽，所述的主缸体和主缸端盖在轴孔位置设置第二凹槽，在左活塞和右活塞的外表面设置第三凹槽；副缸端盖的中心设置能使线圈固定架穿过的通孔，在通孔内壁设置第四凹槽，在第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内分别安装密封圈。
所述活塞杆的右端设置有可拆卸的连接耳，主缸体的左端设置有支撑壳体，支撑壳体内部中空，活塞杆的左端伸入支撑壳体内，主缸体的顶部两端设置有安装耳。
优选地，所述永磁体为轴向充磁型永磁体，相邻永磁体之间的磁力线方向相反。
优选地，所述阻尼通道的宽度为0.3mm-5mm。
所述主缸体的底面外部设置第五凹槽，主缸体的底部在凹槽两端形成安装凸缘，副缸体的顶端伸入第五凹槽内，副缸体的顶端与主缸体的底端通过第二螺栓连接，第二螺栓穿过安装凸缘与副缸体连接。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的阻尼器，采用旁通阀的设计方式，在副缸体内将线圈固定架设置成阶梯状，并对应设置阶梯状的永磁体和导磁块，使阻尼通道呈阶梯状结构，有效增加阻尼通道的长度，大大提高最大阻尼力的值，解决传统磁流变阻尼器阻尼力最大值较低的难题。
2.本发明所述的阻尼装置，结构简单，装配方便，稳定性较高。
3.本发明所述的阻尼器，在传统阻尼装置的基础上，在副缸体中除了设置导磁块，还增加了永磁体，使得线圈不通电时依然存在磁场，产生较大的阻尼力，不存在结构失稳的风险，即便失去能源供应，依然能够进行有效的被动控制，具备优良的故障安全性能，增加了该装置的可靠性，扩大了其安全工作范围。
附图说明
图1为本发明所述阻尼器的整体结构示意图；
图2为本发明所述阻尼器主缸体的结构示意图；
图3为本发明所述阻尼器副缸体的结构示意图；
图中各序号及其对应的名称如下：
1-主缸体，2-副缸体，3-连接管，4-主缸端盖，5-轴孔，6-活塞杆，7-第二螺栓，8-副缸端盖，9-线圈固定架，10-线圈，11-永磁体，12-导磁块，13-限位套筒，14-定位销，15-第一螺栓，16-左活塞，17-右活塞，18-第一凹槽，19-第二凹槽，20-第三凹槽，21-第四凹槽，22-连接耳，23-安装耳，24-第五凹槽，25-安装凸缘，26-支撑壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-3所示的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，包括中空的主缸体1和中空的副缸体2，所述主缸体安装于副缸体下方，主缸体和副缸体的内腔通过连接管3连通，主缸体的一端开口，主缸体的开口端设置可拆卸的主缸端盖4，主缸体的封闭端和主缸端盖的轴心轴线上分别设置直径相同的轴孔5，轴孔处安装活塞杆6，活塞杆的两端伸出主缸体之外，所述活塞杆上设置活塞；所述副缸体的一端开口，副缸体的开口端设置可拆卸的副缸端盖8，副缸体内设置线圈固定架9，线圈固定架的一端与副缸体的端部中心连接，另一端与副缸端盖的中心连接，线圈固定架沿副缸体的轴线方向呈中间高两边低的阶梯状，在线圈固定架的每一层阶梯设置线圈10；所述的副缸体内壁对应于每一个阶梯上的线圈位置安装一块永磁体11，相邻永磁体之间用导磁块12隔开，每一块永磁体的两侧均有导磁块，导磁块、永磁体的内壁与线圈固定架的外壁之间留有的间隙形成阻尼通道。主缸端盖与主缸体的连接方式为螺纹连接，副缸端盖与副缸体的连接方式为螺纹连接。永磁体和导磁块与副缸体内壁密封接触。
所述副缸体2内的永磁体11沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状，位于副缸体轴线方向中部的永磁体与线圈固定架阶梯状的最高处位置对应；所述副缸体2内的导磁块12沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状。
所述线圈固定架的阶梯结构不限于中间高两边低的形式，可以是两边高，中间低的形式，还可以是各种不规则的阶梯状结构，永磁体和导磁块对应于线圈固定架的结构进行设置，确保形成阻尼通道。
还包括限位套筒13，限位套筒在副缸体的两端分别设置一个，限位套筒的一侧与副缸体的端部连接，另一侧与导磁块连接。
所述活塞位于活塞杆的中部，活塞杆上设置定位销14，活塞设置成分体式，包括左活塞16和右活塞17，左活塞和右活塞分别安装在定位销的两侧，左活塞和右活塞通过第一螺栓15连接。
所述导磁块12与副缸体内壁接触的一面设置第一凹槽18，所述的主缸体1和主缸端盖4在轴孔位置设置第二凹槽19，在左活塞和右活塞的外表面设置第三凹槽20；副缸端盖的中心设置能使线圈固定架穿过的通孔，在通孔内壁设置第四凹槽21，在第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内分别安装密封圈。
所述活塞杆6的右端设置有可拆卸的连接耳22，主缸体的左端设置有支撑壳体26，支撑壳体内部中空，活塞杆的左端伸入支撑壳体内，主缸体的顶部两端设置有安装耳23。
所述永磁体11为轴向充磁型永磁体，相邻永磁体之间的磁力线方向相反。
所述阻尼通道的宽度为0.3mm-5mm。
所述主缸体1的底面外部设置第五凹槽24，主缸体的底部在凹槽两端形成安装凸缘25，副缸体2的顶端伸入第五凹槽内，副缸体的顶端与主缸体的底端通过第二螺栓7连接，第二螺栓穿过安装凸缘与副缸体连接。
副缸体的数量可以根据不同的工况要求来定，可以设置一个，也可以设置多个。
本发明所述阻尼器的装配过程如下：
首先在第一凹槽18、第二凹槽19、第三凹槽20和第四凹槽21内分别安装密封圈，将定位销安装于活塞杆6的中部，在定位销14的两侧分别安装左活塞16和右活塞17，用第一螺栓15连接固定左活塞和右活塞；将带有活塞的活塞杆从右侧装入主缸体内，使活塞杆的左端穿过主缸体左端的轴孔并伸出主缸体外，将带有密封圈的主缸端盖4安装在活塞杆的右端部，然后将连接耳22安装在活塞杆的右端部上，在活塞杆的左端安装支撑外壳26，支撑外壳与主缸体的外端面连接；将线圈10缠绕在线圈固定架9的每隔一个阶梯上；从副缸体的右端开口处将限位套筒13装入副缸体的左端，然后从副缸体左端限位套筒处依次间隔安装导磁块12和永磁体11，安装到永磁体阶梯状的最低位停止，然后将带有线圈的线圈固定架装入副缸体内，线圈固定架的左端与副缸体的端部的中心连接，副缸体端部的中心设置能安装线圈固定架的结构，如套筒，套筒内设螺纹孔，线圈固定架左端与套筒螺纹连接；安装线圈固定架后，线圈固定架阶梯状的最高位与永磁体阶梯状的最低位对应，然后在线圈固定架阶梯状最高位的右侧依次安装导磁块和永磁体；然后在最右侧的导磁块的右端安装限位套筒，最后将副缸端盖安装到副缸体的右端，使线圈固定架与副缸端盖中心的通孔连接，拧紧副缸端盖使副缸端盖压紧限位套筒；然后将副缸体的顶部伸入主缸体底部的第五凹槽24内，使副缸体上带的连接管能伸入主缸体的腔体内，并用第二螺栓连接主缸体和副缸体；最后，从主缸体的右端注入磁流变液体，使磁流变液体充满主缸体和副缸体的中空内部，然后将主缸端盖安装到主缸体的右端并拧紧。
本发明所述阻尼器的工作原理如下：工作时，线圈通电增大副缸体中永磁体的磁场强度，当活塞杆受到某一方向的外力作用时，活塞杆带动活塞在主缸体内移动，活塞移动的那一侧的磁流变液体被压缩而通过连接管流向副缸体，推动副缸体中的磁流变液体反向流动，再从活塞杆另一侧进入主缸体内，磁流变液体在副缸体的阻尼通道中流动过程中，在副缸体中磁场力的作用下产生粘塑性流动，从而产生阻尼力。这个粘塑性流动是为了阻止磁流变液体在阻尼通道中的流动，从而阻止活塞继续运动。
本发明所述的阻尼器，采用旁通阀的设计方式，在副缸体内将线圈固定架设置成阶梯状，并对应设置阶梯状的永磁体和导磁块，使阻尼通道呈阶梯状结构，有效增加阻尼通道的长度，大大提高最大阻尼力的值，解决传统磁流变阻尼器阻尼力最大值较低的难题。
本发明所述的阻尼装置，结构简单，装配方便，稳定性较高。
本发明所述的阻尼器，在传统阻尼装置的基础上，在副缸体中除了设置导磁块，还增加了永磁体，使得线圈不通电时依然存在磁场，产生较大的阻尼力，不存在结构失稳的风险，即便失去能源供应，依然能够进行有效的被动控制，具备优良的故障安全性能，增加了该装置的可靠性，扩大了其安全工作范围。
由于副缸体设置于主缸体的下方，即旁通阻尼通道在阻尼器下方，可有效遏制磁流变液沉降问题带来的不利影响，可实现高阻尼力的输出，从而使阻尼器的阻尼力在大范围内可变的同时具有较高的控制力。

Claims (10)

1.旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，包括中空的主缸体(1)和中空的副缸体(2)，其特征在于：所述主缸体安装于副缸体下方，主缸体和副缸体的内腔通过连接管(3)连通，主缸体的一端开口，主缸体的开口端设置可拆卸的主缸端盖(4)，主缸体的封闭端和主缸端盖的轴心轴线上分别设置直径相同的轴孔(5)，轴孔处安装活塞杆(6)，活塞杆的两端伸出主缸体之外，所述活塞杆上设置活塞；
所述副缸体的一端开口，副缸体的开口端设置可拆卸的副缸端盖(8)，副缸体内设置线圈固定架(9)，线圈固定架的一端与副缸体的端部中心连接，另一端与副缸端盖的中心连接，线圈固定架沿副缸体的轴线方向呈中间高两边低的阶梯状，在线圈固定架的每一层阶梯设置线圈(10)；
所述的副缸体内壁对应于每一个阶梯上的线圈位置安装一块永磁体(11)，相邻永磁体之间用导磁块(12)隔开，每一块永磁体的两侧均有导磁块，导磁块、永磁体的内壁与线圈固定架的外壁之间留有的间隙形成阻尼通道。
2.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述副缸体(2)内的永磁体(11)沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状，位于副缸体轴线方向中部的永磁体与线圈固定架阶梯状的最高处位置对应。
3.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述副缸体(2)内的导磁块(12)沿轴线方向呈中间低两边高的阶梯状。
4.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：还包括限位套筒(13)，限位套筒在副缸体的两端分别设置一个，限位套筒的一侧与副缸体的端部连接，另一侧与导磁块连接。
5.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞位于活塞杆的中部，活塞杆上设置定位销(14)，活塞设置成分体式，包括左活塞(16)和右活塞(17)，左活塞和右活塞分别安装在定位销的两侧，左活塞和右活塞通过第一螺栓(15)连接。
6.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述导磁块(12)与副缸体内壁接触的一面设置第一凹槽(18)，所述的主缸体(1)和主缸端盖(4)在轴孔位置设置第二凹槽(19)，在左活塞和右活塞的外表面设置第三凹槽(20)；副缸端盖的中心设置能使线圈固定架穿过的通孔，在通孔内壁设置第四凹槽(21)，在第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内分别安装密封圈。
7.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞杆(6)的右端设置有可拆卸的连接耳(22)，主缸体的左端设置有支撑壳体(26)，支撑壳体内部中空，活塞杆的左端伸入支撑壳体内，主缸体的顶部两端设置有安装耳(23)。
8.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述永磁体(11)为轴向充磁型永磁体，相邻永磁体之间的磁力线方向相反。
9.如权利要求1所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述阻尼通道的宽度为0.3mm-5mm。
10.如权利要求1-9任一项所述的旁通阀式阶梯型磁流变阻尼器，其特征在于：所述主缸体(1)的底面外部设置第五凹槽(24)，主缸体的底部在凹槽两端形成安装凸缘(25)，副缸体(2)的顶端伸入第五凹槽内，副缸体的顶端与主缸体的底端通过第二螺栓(7)连接，第二螺栓穿过安装凸缘与副缸体连接。
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