CN113864383B - 一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法 - Google Patents

一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法，防沉积磁流变液分成不相溶的三层：上层为密度较小的非导磁液体，中间层为非导磁液体、分散剂等与软磁性颗粒组成的悬浮液，下层为密度较大的非导磁液体。中间层的软磁颗粒为封闭夹心结构，内部采用非导磁轻质材料或者为中空，外部包裹软磁材料；上层和下层分别为两种与非导磁液体不相溶的液体，一种密度较大静止状态下会处于非导磁液体下方，一种密度较小静止状态下会处于非导磁液体上方，从而将非导磁液体和软磁性颗粒组成的悬浮液与磁流变阻尼器相对静止壁面隔离开，避免软磁性颗粒沉积到静止壁面上。本发明提高了磁流变阻尼器的实际应用前景。

Description

一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法
技术领域
本发明涉及工程减振领域，具体涉及一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法。
背景技术
阻尼器是工程减震领域一种常用的装置，磁流变阻尼器是一种有着很大运用潜力的阻尼器。磁流变减阻尼器中的磁流变液，其粘度大小与磁场之间有确定的对应关系，可以根据外加磁场的变化来改变自己本身的流体特性，对磁流变阻尼器的运用有着关键作用，但是磁流变阻尼器在使用过程中存在着一个十分重大的问题，就是磁流变液的沉积。大多数磁流变阻尼器在长时间内不使用的情况下，其磁流变液中的磁化颗粒会出现沉积现象，这会导致磁流变减震器的性能大打折扣，甚至达到无法正常使用的程度。为了防止磁流变阻尼器的磁流变液沉积，往往需要采取一定的防沉积措施。特别是对于可能长期不使用的磁流变阻尼器，防止其磁流变液中悬浮的软磁磁性颗粒沉积具有更加重大的意义。
申请号为201220547285.7，授权公告号CN 202833832 U公开了一种在阻尼器内部加装螺旋叶片搅拌的方法防止磁流液沉淀的阻尼器。申请号201010225232.9，授权公告号CN 101881055 B公开了一种带自循环装置的磁流变阻尼器以防止磁流变液沉积。这两种防止磁流变液沉积的磁流变阻尼器，是采用机械扰动的方式防止磁流变液的软磁颗粒沉积，在长期不使用时没有扰动，其软磁颗粒仍然会产生沉积现象，影响了实际使用效果，并且以上防止磁流变液沉积的方式还使阻尼器的结构变得十分复杂。总的来说，这些并不是很理想的防止磁流变液沉积的方式。
本发明提出了一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及其防沉积方法，采用颗粒整体平均密度与液体密度相等的方式防止软磁颗粒沉淀，并用不同密度不相溶的液体把磁流变液与静止壁面进行隔离，防止软磁颗粒沉积到静止壁面上。在不改变磁流变阻尼器基本结构的情况下，保证磁流变阻尼器长期不使用情况下仍能正常工作。
发明内容
本发明针对磁流变阻尼器中磁流变液的沉积问题，提供了一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及防沉积方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
这种磁流变液主要由三层液体组成，包括，由非导磁液体，分散剂等与软磁性颗粒组成的中间层悬浮液，以及上层密度较小的非导磁液体，下层密度较大的非导磁液体。
所述的软磁颗粒为封闭夹心结构，外部包裹软磁材料，内部采用非导磁轻质材料，或者采用中空的方式，使软磁性颗粒的整体平均密度接近甚至等于磁流变阻尼器所采用的非导磁液体，使得软磁性颗粒能够悬浮于磁流变阻尼器非导磁液体中。
所述的中间层悬浮液，由非导磁流体，分散剂等与软磁性颗粒组成，其密度大于上层液体，小于下层液体，因此能保证磁流变悬浮液处于另外两种非导磁流体中间。
所述的磁流变液上层非导磁流体，其密度比中层的磁悬浮液较小，并且不与中层的磁流变液相容，所以能够浮在中层悬浮液上面，因此能够有效防止磁流变液与阻尼器的上部静止壁面接触。
所述的磁流变液下层非导磁流体，其密度比中层的悬浮液密度大，并且不与中层的磁流变液相容，所以能够沉在中层悬浮液下面，因此能有效的防止磁流变液与阻尼器的下部静止壁面接触。
本发明根据磁流变液的密度，设计封闭夹心结构的软磁颗粒形状，尺寸，使软磁颗粒的整体平均密度与磁流变液密度相等，从而保证软磁颗粒悬浮在磁流变液体中；通过上下两层密度不同的非导磁液体来阻止磁流变液与阻尼器上下静止壁面的接触，很好的解决了磁流变液的沉积问题。即使在阻尼器长期静置不使用的情况下，软磁颗粒也不会附着到静止壁面上，就算有少量的凝聚现象，当阻尼器开始工作的时候，在阻尼器活动壁面的扰动下，没有凝聚在静止壁面的软磁颗粒仍能很快恢复悬浮状态，从而满足使用要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用的夹心软磁颗粒平均密度与非导磁液体的密度相近，相较于传统的磁流变液，其沉积率能够大大降低。
采用这种防沉积磁流变液制作的阻尼器，不需要改变现有磁流变阻尼器的基本结构，可以快速推广应用。
本发明通过改善软磁性颗粒的密度，并通过加装三层互不相溶的非导磁液体而从根本上解决了磁流变液的沉降问题。
附图说明
附图1：磁流变阻尼器中的防沉积磁流变液分布图。
1为上层非导磁液体、2为夹心软磁颗粒、3为中间层悬浮液、4为活动壁面、5为下层非导磁液体、6为静止壁面。
附图2：夹心软磁颗粒示意图。
101为外层包裹的软磁颗粒、102为中心为空或夹心材料。
具体实施方式
本发明为了解决磁流变阻尼器中磁流变液的沉积问题，提供了一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液及防沉积方法，其具体实施方式为：根据磁流变阻尼器所选用的磁流变液的密度，设计封闭夹心软磁颗粒(2)的形状、尺寸，使夹心软磁颗粒(2)的整体平均密度与磁流变液(3)相等，以保证软磁性颗粒(2)能够悬浮于磁流变阻尼器非导磁液体(3)中。为了方便调整软磁颗粒(2)整体平均密度，所述的夹心软磁颗粒(2)设计为封闭夹心结构(如附图2所示)，外部包裹软磁材料(101)，内部采用密度远小于铁原子的非导磁轻质材料(102)，或者内部中空，使软磁性颗粒的整体平均密度接近甚至等于磁流变阻尼器所采用的非导磁液体(3)的密度。其中内部夹心材料(102)与外层软磁颗粒(101)的含量以及所制得的软磁颗粒的半径的计算依据为：
ρ1V1+ρ2V2＝ρ3V3
其中ρ为材料密度，V为材料体积，下标1表示为内部夹心材料(102)，下标2表示为外层包裹的软磁材料(101)，下标3表示为非导磁溶液(3)。
制备出夹心软磁颗粒(2)之后，将所制备的夹心软磁颗粒磁化，选择含量合适的分散剂，以及非导磁流体(3)，在球磨机上搅拌制得所需的中间层磁流变悬浮液。采用的夹心软磁颗粒密度较常用的磁流变液软磁颗粒羰基铁粉的密度有了很大的降低，故所制得的磁流变液中悬浮的夹心软磁颗粒沉积率较已有的磁流变液沉积率也会大大降低。
选择上层非导磁溶液(1)，其密度比中层的磁悬浮液低，并且不与中层悬浮液相容(3)，以保证能够浮在中层磁流变悬浮液(3)上部，其含量根据中间层磁流变悬浮液(3)的含量以及磁流变中悬浮颗粒(2)的沉积速度选取，其中悬浮颗粒(2)沉积速度计算公式为：
Figure BDA0003238338490000031
其中，U为沉积速度，α为悬浮颗粒在非导磁流体中的最终下沉速度，e为自然对数的底，Cv为悬浮液的百分比浓度,Ty为悬浮的屈服应力。
所选取的上层非导磁溶液(1)含量能够有效防止磁流变液沉积颗粒与阻尼器的上部静止壁面接触。
同样的，选择下层非导磁溶液(5)，其密度比中层的悬浮液(3)密度大，并且不与中层的磁流变液(3)相容，以保证能够沉在中层悬浮液(3)下面，同样其含量根据中间层磁流变悬浮液(3)的含量以及磁流变中悬浮颗粒(2)的沉积速度选取，并且其含量同样能够有效防止磁流变液(3)及悬浮颗粒(2)与阻尼器的下部静止壁面(6)接触。
取以上制备的中层磁流变悬浮液，以及选取的下层(5)以及上层(1)非导磁液适量，按先加入下层非导磁流体(5)，中层磁流变悬浮液(3)，上层非导磁流体(1)的步骤，进行封装即可制得所需磁流变液，此种磁流变液能很好的解决磁流变液长期静置的沉积问题。并且由于上、下两层非导磁流体(1)(5)将中间的磁流变液(2)(3)与阻尼器静止壁面(6)隔开了，即使在阻尼器长期静置不使用的情况下，软磁颗粒(2)也不会附着到静止壁面(6)上。就算有少量的凝聚现象，当阻尼器开始工作的时候，由于阻尼器的活动壁面(4)的扰动，没有凝聚在静止壁面的软磁颗粒仍能很快达到均匀悬浮的状态，从而保证了磁流变阻尼器性能的稳定性。
用于阻尼器的典型非导磁液是液压油。矿物型液压油密度为850-960kg/m3，可用于上层非导磁液；高水基型液压油密度在1000kg/m3左右，用于中间层悬浮液；脂肪酸脂型液压油密度为1120-1200kg/m3，用于下层非导磁液。这几种不同类型的液压油不相溶。

Claims (2)

1.一种磁流变阻尼器的防沉积磁流变液，其特征在于：所述防沉积磁流变液分成不相溶的三层：中间层为非导磁液体、分散剂与软磁性颗粒组成的悬浮液，下层为密度较大的非导磁液体，上层为密度较小的非导磁液体；密度较大的非导磁液体静止状态下会处于非导磁液体下方，密度较小的非导磁液体静止状态下会处于非导磁液体上方，将悬浮液与磁流变阻尼器相对静止壁面隔离开；
中间层的软磁性颗粒为封闭夹心结构，内部采用非导磁轻质材料或者内部为中空，外部包裹软磁材料，使软磁性颗粒的整体平均密度接近甚至等于磁流变阻尼器所采用的中间层非导磁液体，使得软磁性颗粒能够自然悬浮于中间层磁流变阻尼器非导磁液体中。
2.如权利要求1所述磁流变液进行的防沉积方法，其特征在于：采用颗粒整体平均密度与液体密度相等的方式防止软磁颗粒沉淀，用不同密度不相溶的液体把磁流变液与静止壁面进行隔离，防止软磁颗粒凝聚到静止壁面上。
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