CN114233794A - 一种位移分段自控式磁流变阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种位移分段自控式磁流变阻尼器，涉及磁流变阻尼器技术领域，包括磁流变阻尼器本体、供电设备及电流分段自控系统；所述的电流分段自控系统包括分段式滑动变阻器，所述的分段式滑动变阻器包括滑动杆、接线柱及设于磁流变阻尼器本体缸筒外壁上的变阻箱。本发明通过一个位移自控系统来控制电流大小，避免了控制器因数据采集、传输、计算及输出等一系列复杂过程造成的时滞问题，使磁流变阻尼器的反应更加及时有效。

Description

一种位移分段自控式磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及磁流变阻尼器技术领域，尤其涉及一种位移分段自控式磁流变阻尼器
背景技术
随着国家的发展、生活水平的提高，高层建筑、高耸结构、大跨结构等重要性结构与日俱增。在动力荷载(如强风和地震)作用下，这些结构会产生比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全，如何减小结构的风振或地震反应是一个前沿且重要的课题。结构振动控制是一种新型的抗振/震措施，它是通过在结构中设置减振/震或隔振/震装置来消耗或隔离振/震动能量，或者施加外部的能量以抵消外部激励对结构的作用。磁流变阻尼器是利用磁流变液的剪切屈服强度随外加磁场强弱而变化的特性制作的半主动控制装置，由于功耗低、可控制、出力大，既有被动控制的稳定性，又有主动控制的可调性的特点，得到科研工作者的青睐，成为研究热点。
磁流变阻尼器的工作原理是通过对其中的磁流变液施加外加变化的电流，使得磁流变液在流体-固体之间逆变来实现的。传统工作模式下需要外部控制器来控制电流大小，从而对磁流变阻尼器的出力进行调节。具体流程为：结构振动带动磁流变阻尼器的活塞杆运动，活塞杆的位移经过传感器处理使外部控制器产生相应数值的电流，电流使磁流变液产生阻尼力。由于这个过程处理较复杂，容易产生时滞性，不能对磁流变阻尼器的出力进行及时的调节。科研工作者投入大量的精力对控制策略、控制算法进行研究，以期通过调节电流大小使磁流变阻尼器产生最优控制力。这些改进往往只是改善了传统工作模式下的阻尼器出力精度，而规避时滞问题在实际工作中很难得到良好处理。由于这个问题的存在，使得磁流变阻尼器在实际工程中的应用受到了极大限制。
发明内容
本发明提供了一种位移分段自控式磁流变阻尼器，该装置通过一个位移自控系统来控制电流大小，避免了控制器因数据采集、传输、计算及输出等一系列复杂过程造成的时滞问题，使磁流变阻尼器的反应更加及时有效；同时使阻尼器实现不同位移下电流的分段控制，实现磁流变阻尼器出力智能分段控制，同时没有对磁流变阻尼器原有的出力性能产生影响。本发明时效性优良、成本低廉、可操作性强，为磁流变阻尼器的工程应用推广提供了技术支持，具有良好的工程应用意义。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种位移分段自控式磁流变阻尼器，包括磁流变阻尼器本体、供电设备及电流分段自控系统；
所述的电流分段自控系统包括分段式滑动变阻器，所述的分段式滑动变阻器包括滑动杆、接线柱及设于磁流变阻尼器本体缸筒外壁上的变阻箱，所述的滑动杆的一端与磁流变阻尼器本体的左拉杆或右拉杆固定连接，另一端与接线柱固定连接，所述的变阻箱包括多个串联的电阻块，每个电阻块的顶端均通过导线连接有导电铜片，相邻的导电铜片之间通过绝缘材料隔开；
所述的供电设备的一极通过导线依次串联有磁流变阻尼器本体内的磁流变液体及接线柱，另一极通过导线与靠近变阻箱端部且远离接线柱一侧的电阻块电路连接；所述的接线柱的初始位置与变阻箱脱离，并可在左拉杆或右拉杆的带动下沿着多个导电铜片的上表面滑动，通过滑动改变变阻箱内的通电电阻的大小；
所述的导电铜片具有设定的宽度，当接线柱在任一导电铜片的设定宽度范围内滑动时，变阻箱内的通电电阻大小不变；通过接线柱在各个导电铜片上阶段性滑动实现磁流变液体内的电流大小分段自控。
优选的，所述的变阻箱有2个，2个变阻箱沿磁流变阻尼器本体缸筒的轴线方向分布，在2个变阻箱之间且位于缸筒外表面的中部还固定设有绝缘块，所述的绝缘块的顶端面与各个导电铜片的上表面齐平，所述的接线柱可在左拉杆或右拉杆的带动下沿着绝缘块及两侧的多个导电铜片的上表面滑动。
优选的，在初始状态下，接线柱的底端与电阻块的上表面中心位置接触。
优选的，所述的变阻箱依据电阻块的多少和电阻大小设有多种型号。
优选的，所述的变阻箱与缸筒可拆卸固定连接。
优选的，所述接线柱最大的位移范围可达到2个变阻箱外侧端的导电铜片的上表面。
优选的，所述的导电铜片的宽度、电阻块的多少和电阻大小依据磁流变阻尼器本体的控制要求设定。
本发明一种位移分段自控式磁流变阻尼器有益效果：
1)本发明可以在不需外部控制器的基础上，实现电流的实时调节目的，保证磁流变阻尼器工作时的时效性。
2)本发明设有可拆卸的变阻箱，可使磁流变阻尼器的适用范围更广，变阻箱中电阻块的数量及电阻大小可根据应用环境和磁流变阻尼器的参数来设计，有利于磁流变阻尼器的推广和使用。
3)本发明工作时电流控制及时，性能优良、成本低廉、可操作性强，随着接线柱的滑动，磁流变阻尼器的出力呈阶梯性变化，无时间滞后，对震/振动能及时作出反应，实现磁流变阻尼器出力灵活分段控制，可广泛用于高层建筑、大跨结构、桥梁结构等土木工程结构的抗风和抗震工程中，也可拓展应用到机械、航空领域的减振中。
附图说明
图1、本发明一种位移分段自控式磁流变阻尼器的结构示意图；
图2、本发明一种位移分段自控式磁流变阻尼器的电阻箱示意图；
1、供电设备；2、绝缘块；3、导线；4、滑动杆；5、左拉杆；6、缸筒；7、活塞；8、连接块；9、密封盖；10、右拉杆；11、第一变阻箱；12、第二变阻箱；13、接线柱；14、磁流变液体；R1-R5、电阻块；H1-H5、导电铜片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
在最初的实施例中，一种位移分段自控式磁流变阻尼器，如图1、2所示，包括磁流变阻尼器本体、供电设备1及电流分段自控系统；磁流变阻尼器本体为常用技术，如图1所示，通常包括缸筒6、左拉杆5、右拉杆10、活塞7、连接块8、磁流变液体14、密封盖9，其具体结构连接及使用原理详见现有技术；
如图1所示，所述的电流分段自控系统包括分段式滑动变阻器，所述的分段式滑动变阻器包括滑动杆4、接线柱13及设于缸筒6外壁上的变阻箱，所述的滑动杆4的一端与磁流变阻尼器本体的左拉杆5或右拉杆10固定连接，另一端与接线柱13固定连接，所述的变阻箱包括多个串联的电阻块，本实施例中，以图1、2中电阻块R1-R5为例，每个电阻块的顶端均通过导线连接有导电铜片，本实施例中，以导电铜片H1-H5为例，相邻的导电铜片之间通过绝缘材料隔开；
如图1所示，所述的供电设备1采用直流电源，直流电源的一极通过导线3依次串联有磁流变阻尼器本体内的磁流变液体14及接线柱13，另一极通过导线3与靠近变阻箱端部且远离接线柱13一侧的电阻块电路连接；所述的接线柱13的初始位置与变阻箱脱离，并可在左拉杆5或右拉杆10的带动下沿着多个导电铜片的上表面滑动，通过滑动改变变阻箱内的通电电阻的大小；
所述的导电铜片具有设定的宽度，当接线柱在任一导电铜片的设定宽度范围内滑动时，变阻箱内的通电电阻大小不变；通过接线柱在各个导电铜片上阶段性滑动实现磁流变液体14内的电流大小分段自控，从而实现了磁流变阻尼器出力的阶段性控制。
在进一步的实施例中，如图1、2所示，所述的变阻箱有2个，分别为第一变阻箱11、第二变阻箱12；2个变阻箱沿缸筒6的轴线方向分布，在2个变阻箱之间且位于缸筒6外表面的中部还固定设有绝缘块2，所述的绝缘块2的顶端面与各个导电铜片的上表面齐平，所述的接线柱13可在左拉杆5或右拉杆10的带动下沿着绝缘块2及两侧的多个导电铜片的上表面滑动。
在进一步的实施例中，如图1所示，在初始状态下，接线柱13的底端与绝缘块2的上表面中心位置接触，当与滑动杆4连接的左拉杆5或右拉杆10受到拉力或压力时，接线柱13可通过向左或向右滑动的方式与对应的变阻箱配合，实现磁流变阻尼器出力的阶梯性控制。
在进一步的实施例中，所述的变阻箱依据电阻块的多少和电阻大小设有多种型号。
在进一步的实施例中，所述的变阻箱与缸筒6可拆卸固定连接。
在进一步的实施例中，所述接线柱13最大的位移范围可达到2个变阻箱外侧端的导电铜片的上表面，本实施例中，以最外侧为导电铜片H1为例。
在进一步的实施例中，所述的导电铜片的宽度、电阻块的多少和电阻大小依据磁流变阻尼器本体的控制要求设定。
本发明的变阻箱设置为分段式，随着位移的变化实现磁流变阻尼器出力的阶梯性管理，通过该设置，可使磁流变液体14内的电流在一定的位移长度内(导电铜片的宽度范围内)保持恒定，避免现有技术中因为电流变化频繁导致的磁流变阻尼器出力响应不足，从而使得磁流变阻尼器的出力具有自身的稳定性，能够及时对震/振动力作出响应，同时磁流变阻尼器的出力随位移变化实现智能分段控制。
如图1所示，以5个电阻R1-R5,5个导电铜片H1-H5为例来说明本发明的工作原理：
当磁流变阻尼器工作时，滑动杆4随着右拉杆10的往复运动，接线柱13将接入第一变阻箱11、第二变阻箱12的不同位置。以右拉杆10向右运动为例，初始时，接线柱13位于绝缘块2上，磁流变阻尼器上无电流通过，磁流变液14不产生阻尼力；当接线柱13移动到导电铜片H5上时，由于导电铜片H5和H4之间有绝缘材料，所以电流只能经由导电铜片5下面的导线通过所有的电阻R5-R1，且电流为恒定值；当接线柱13移动到导电铜片H4上时，同理电流通过电阻R4-R1，依次类推。当右拉杆10拉开最大位移时，接线柱13移动到导电铜片H1上，此时电流只经过电阻R1，磁流变液体14内通过最大电流，磁流变阻尼器产生最大阻尼力。这个过程中电流呈阶梯状分段变化，实现磁流变阻尼器的出力分段控制。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：包括磁流变阻尼器本体、供电设备及电流分段自控系统；
所述的电流分段自控系统包括分段式滑动变阻器，所述的分段式滑动变阻器包括滑动杆、接线柱及设于磁流变阻尼器本体缸筒外壁上的变阻箱，所述的滑动杆的一端与磁流变阻尼器本体的左拉杆或右拉杆固定连接，另一端与接线柱固定连接，所述的变阻箱包括多个串联的电阻块，每个电阻块的顶端均通过导线连接有导电铜片，相邻的导电铜片之间通过绝缘材料隔开；
所述的供电设备的一极通过导线依次串联有磁流变阻尼器本体内的磁流变液体及接线柱，另一极通过导线与靠近变阻箱端部且远离接线柱一侧的电阻块电路连接；所述的接线柱的初始位置与变阻箱脱离，并可在左拉杆或右拉杆的带动下沿着多个导电铜片的上表面滑动，通过滑动改变变阻箱内的通电电阻的大小；
所述的导电铜片具有设定的宽度，当接线柱在任一导电铜片的设定宽度范围内滑动时，变阻箱内的通电电阻大小不变；通过接线柱在各个导电铜片上阶段性滑动实现磁流变液体内的电流大小分段自控。
2.如权利要求1所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：所述的变阻箱有2个，2个变阻箱沿磁流变阻尼器本体缸筒的轴线方向分布，在2个变阻箱之间且位于缸筒外表面的中部还固定设有绝缘块，所述的绝缘块的顶端面与各个导电铜片的上表面齐平，所述的接线柱可在左拉杆或右拉杆的带动下沿着绝缘块及两侧的多个导电铜片的上表面滑动。
3.如权利要求2所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：在初始状态下，接线柱的底端与绝缘块的上表面中心位置接触。
4.如权利要求2所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：所述的变阻箱依据电阻块的多少和电阻大小设有多种型号。
5.如权利要求2所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：所述的变阻箱与缸筒可拆卸固定连接。
6.如权利要求2所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：所述接线柱最大的位移范围可达到2个变阻箱外侧端的导电铜片的上表面。
7.如权利要求4所述的一种位移分段自控式磁流变阻尼器，其特征在于：所述的导电铜片的宽度、电阻块的多少和电阻大小依据磁流变阻尼器本体的控制要求设定。
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