CN204852153U - 一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器包括储液缸、底阀组件、工作缸、导向座组件、活塞组件和活塞杆，工作缸的两端分别通过底阀组件和导向座组件设于储液缸内，储液缸与工作缸之间形成储液腔，活塞组件设于工作缸内，活塞组件分别与底阀组件、导向座组件之间形成第一工作腔和第二工作腔，第一工作腔、第二工作腔和储液腔之间相互连通并填充磁流变液，导向座组件设有通孔，活塞杆穿过通孔后连接活塞组件，活塞组件和导向座组件上均设有一对同级相对的永磁盘，储液缸与活塞杆之间套设有弹簧件。与现有技术相比，本实用新型具有较高的抗拉伸能力、阻尼可实时调节、响应时间短、防止磁流变液沉降、寿命长等优点。

Description

一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器

技术领域

本实用新型涉及一种减振器，尤其是涉及一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器。

背景技术

振动是一种常见的物理现象，伴随着人类社会的不断进步和科学技术的不断发展，在交通、国防、机械加工、建筑结构以及科学研究等领域出现的振动问题日益受到关注。而普通的流体减振阻尼器已很难满足一些高标准要求的应用场合，进而需求一种新型的高性能减振器。

磁流变液是一种新型的智能材料，具体来说就是磁流变液的流动特性会随着所加磁场而变化。在未加磁场的时候，磁流变液表现为液体状态，而加入磁场后，磁流变液中随机分布的极化粒子沿磁场方向成链状或柱状结构，表现为固体状态，并且一个变化的过程非常短暂(毫秒级)，而且由液体状态转变为固体状态的过程是可逆的，一旦磁场消除，磁流变液又会回到液体状态。磁流变液减振器正是利用这一特性而设计的一种新型的减振装置，其阻尼力可迅速连续顺逆调节，实现结构振动的智能化控制。与粘滞流体减振器相比，具有更好的控制效果。

现有的磁流变液减振器结构各有不同，但是存在以下缺陷：

1)传统的磁流变液减振器的抗拉伸能力比较差，应用领域局限于压缩场合或具有低拉伸强度的场合；

2)传统的磁流变液减振器在断开电源的情况下阻尼力很小，控制效果差，故障安全性能差；

3)磁流变液长期处于零磁场状态时会出现沉降现象，影响磁流变液的性能；

4)在传统的磁流变液减振器中，活塞在运动过程当中会出现空行程的问题，增加了阻尼器的反应时间，灵敏度降低；

5)绕制的励磁线圈长期裸露在磁流变液体当中，造成励磁线圈的使用寿命短。

中国专利CN203743296U公开了一种自供能量式磁流变减振器，包括能量生成装置和磁流变减振器本体；能量生成装置包括第一外壳和第一套筒，第一套筒内设置导杆，导杆上套有永磁体，第一外壳和第一套筒之间设置第一线圈；磁流变减振器本体包括第二外壳、第二套筒和第三套筒，导杆位于第三套筒内的部位套有活塞，第二外壳内设置弹性板，第二外壳和第二套筒之间设置第二线圈，第三套筒内且位于活塞和导向块之间构成第一腔室，第三套筒内且位于活塞和弹性板之间构成第二腔室，第三套筒的上部开设第一通孔，第三套筒的下部开设第二通孔，第二套筒和第三套筒之间具有连通第一通孔和第二通孔的间隙。该专利的抗拉伸性能有限，不适合要求高拉伸强度的场合。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，且阻尼可实时调节、响应时间短、防止磁流变液沉降、寿命长。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器包括储液缸、底阀组件、工作缸、导向座组件、活塞组件和活塞杆，所述工作缸的两端分别通过底阀组件和导向座组件设于储液缸内，储液缸与工作缸之间形成储液腔，所述活塞组件设于工作缸内，活塞组件分别与底阀组件、导向座组件之间形成第一工作腔和第二工作腔，所述第一工作腔、第二工作腔和储液腔之间相互连通并填充磁流变液，所述导向座组件设有通孔，所述活塞杆穿过通孔后连接活塞组件，活塞组件和导向座组件上均设有一对同级相对的永磁盘，储液缸与活塞杆之间套设有弹簧件。

所述工作缸上设有多个并列平行的永磁环。

所述永磁环的内环为N级，外环为S级。

所述底阀组件包括底阀座以及分别设于底阀座上的压缩阀和补偿阀，所述底阀座设于储液缸与工作缸之间，所述压缩阀的流向为从第一工作腔流向储液腔且反向截止，所述补偿阀的流向为从储液腔流向第一工作腔且反向截止。

所述导向座组件还包括设于储液缸上并依次连接的减振器盖、液封件和导向座，所述导向座连接工作缸，导向座上设有导液孔和用于加入磁流变液的加液孔，所述导液孔连通第二工作腔和储液腔，所述减振器盖、液封件和导向座通过通孔连接活塞杆。

所述液封件与活塞杆之间设有密封圈。

所述活塞组件包括励磁线圈和活塞，所述励磁线圈套设于活塞上，所述活塞设于工作缸内并连接活塞杆，活塞上设有流通阀和复原阀，所述流通阀的流向为从第一工作腔流向第二工作腔且反向截止，所述复原阀的流向为从第二工作腔流向第一工作腔且反向截止。

所述励磁线圈上设有隔绝磁流变液的励磁线圈保护环。

所述活塞组件的外径与工作缸的内径之间的间隙为1.8～2.2mm。

所述永磁盘以N级相对设置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)抗拉伸永磁盘和弹簧件的共同作用，使该磁流变液减振器具有较高的抗拉伸能力，弥补减振器在高拉伸力要求领域应用的空白；

2)在断开电源的情况下，利用永磁环的结构使磁流变液具有一定的阻尼力，确保控制性能的准确性和较好的故障安全性；

3)三个并列的永磁环和一对抗拉伸永磁盘的设置，避免了磁流变液长期处于零磁场状态时出现沉降现象的问题；

4)底阀组件中设置了压缩阀和补偿阀，活塞组件中设置了流通阀和复原阀、导向座组件中设置了导液孔和加液孔，三者的协同作用解决了活塞在工作过程中的空行程问题，缩短了响应时间，增强了灵敏度；

5)液封中的密封圈防止了磁流变液的渗漏问题；

6)励磁线圈外围设置了励磁线圈保护环，保证了励磁线圈的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的轴向全剖视图；

图2为本实用新型的外观图；

图3为本实用新型中底阀组件的半剖视图；

图4为本实用新型中导向座组件的全剖视图；

图5为本实用新型中活塞组件的全剖视图；

图6为本实用新型中弹簧件的示意图；

图7为本实用新型中永磁盘的磁场及磁场力分布图；

图8为本实用新型中工作缸、永磁环及磁场分布图。

图中：1、底阀组件，2、第一工作腔，3、永磁环，4、励磁线圈保护环，5、永磁盘，6、第二工作腔，7、液封件，8、减振器盖，9、活塞杆，10、储液缸，11、工作缸，12、储液腔，13、励磁线圈，14、活塞组件，15、导向座组件，16、密封圈，17、弹簧件，31、磁感线，101、底阀固定螺母，102、垫片，103、压缩阀调整垫圈，104、压缩阀节流阀片，105、底阀座，106、压缩阀孔，107、补偿阀孔，108、补偿阀阀片，109、补偿阀碟片弹簧，110、补偿阀弹簧座，141、活塞，142、流通阀孔，143、流通阀弹簧，144、活塞固定螺母，145、复原阀弹簧，146、复原阀阀片，147、复原阀孔，148、流通阀阀片，151、导液孔，152、导向座，153、加液孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2所示，一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器包括储液缸10、底阀组件1、工作缸11、导向座组件15、活塞组件14、活塞杆9、一对永磁盘5、弹簧件17和永磁环3，储液缸10一端开口，储液缸10内部设有与底阀组件1紧密啮合的内壁，底阀组件1与工作缸11的一端相连接，导向座组件15设于储液缸10的开口并抵住工作缸11的另一端，在工作缸11的内部设有三个用于安装永磁环3的环形槽，活塞组件14设于在工作缸11内部，导向座组件15设有通孔，活塞杆9穿过通孔后连接活塞组件14，活塞杆9保证了活塞组件14在工作缸11内顺利的拉伸和压缩运动行程，一对永磁盘5分别设置在活塞组件14和导向座组件1515上且同级相对，用于抵抗较大的拉伸力，储液缸10与工作缸11之间形成储液腔12，活塞组件14分别与底阀组件1、导向座组件15之间形成第一工作腔2和第二工作腔6，第一工作腔2、第二工作腔6和储液腔12之间相互连通并填充磁流变液，弹簧件17的两端分别设置在储液缸10和活塞杆9的外部，弹簧件17有两部分作用，一部分是抵抗减振器所受的压力，根据弹簧的性能，可以承受较大的压力，除永磁盘5的抗拉伸力外，弹簧件17也具有一定的抗拉伸能力，即弹簧件17的另外一部分作用。

如图3所示，底阀组件1包括底阀固定螺母101、垫片102、压缩阀调整垫圈103、压缩阀节流阀片104、底阀座105、压缩阀孔106、补偿阀孔107、补偿阀阀片108、补偿阀碟片弹簧109和补偿阀弹簧座110。底阀座105设于储液缸10与工作缸11之间，压缩阀孔106和补偿阀孔107分别设于底阀座105内，压缩阀节流阀片104设于压缩阀孔106的流向后方，垫片102固定压缩阀节流阀片104，压缩阀调整垫圈103设于垫片102与压缩阀节流阀片104之间，底阀固定螺母101固定垫片102，由垫片102、压缩阀调整垫圈103、压缩阀节流阀片104和压缩阀孔106构成压缩阀，补偿阀阀片108设于补偿阀孔107的流向后方，补偿阀碟片弹簧109设于补偿阀阀片108上，补偿阀弹簧座110固定补偿阀碟片弹簧109，由补偿阀孔107、补偿阀阀片108、补偿阀碟片弹簧109和补偿阀弹簧座110构成补偿阀。底阀组件1和导向座组件15是协同工作的，共同来调整磁流变液的流量分配，压缩阀的流向为从第一工作腔2流向储液腔12的底端且反向截止，补偿阀流向为从储液腔12的底端流向第一工作腔2且反向截止。

如图4所示，导向座组件15包括液封件7、密封圈16、减振器盖8、密封圈16、导液孔151、导向座152和加液孔153。导向座152、液封件7和减振器盖8依次由内到外设置于储液缸10的开口并密封，导向座152连接工作缸11，导向座152上设有导液孔151和加液孔153，导液孔151连通第二工作腔6和储液腔12，磁流变液由加液孔153加入，导液孔151为了缩短磁流变液响应时间而设置，可以根据减振器的行程实时分配磁流变液的流量，导向座152、液封件7和减振器盖8上均设置用于活塞杆9穿过的通孔，液封件7可防止磁流变液的渗漏，在液封件7的内环与活塞杆9之间设置密封圈16。

如图5所示，活塞组件14包括励磁线圈13保护环4、励磁线圈13、活塞141、流通阀孔142、流通阀弹簧143、活塞固定螺母144、复原阀弹簧145、复原阀阀片146、复原阀孔147和流通阀阀片148。活塞141设于工作缸11内并连接活塞杆9，活塞141上设有两个用于安装励磁线圈13的外环形槽，励磁线圈13的外部设有隔绝磁流变液的励磁线圈13保护环4，流通阀孔142和复原阀孔147分别设于活塞141上，流通阀阀片148设于流通阀孔142的流向后方，流通阀弹簧143设于流通阀阀片148上，由流通阀孔142、流通阀阀片148和流通阀弹簧143构成流通阀，复原阀阀片146设于复原阀孔147的流向后方，复原阀弹簧145设于复原阀阀片146上，活塞固定螺母144固定复原阀弹簧145，由活塞固定螺母144、复原阀弹簧145、复原阀阀片146和复原阀孔147构成复原阀。其中，活塞组件14的外径与工作缸11的内径之间的间隙为1.8～2.2mm，本实施例中采用2mm，通过励磁线圈13中的电流大小来控制阻尼力；流通阀的流向为从第一工作腔2流向第二工作腔6且反向截止，复原阀的流向与流通阀的流向相反，即从第二工作腔6流向第一工作腔2且反向截止。

如图6所示，弹簧件17的设置不仅增强了该磁流变液减振器的抗压缩性能，同时也增强了抗拉伸性能。

如图7所示，展示了永磁盘5的位置、其磁场线分布及磁场力的方向，永磁盘5以N级相对设置，当处于拉伸状态时，通过相对的N级磁场产生的阻力来增加抗拉伸能力，进而提高了该磁流变液减振器的抗拉伸性能。

如图8所示，工作缸11与并列的三个永磁环3的设置，其产生的磁感线31，在第一工作腔2和第二工作腔6中产生作用，三个永磁环3间距相等，永磁环3的内环为磁场的N级，外环为磁场的S级，磁感线31从N级通向S级，磁感线31经过第一工作腔2、第二工作腔6和储液腔12，在电源断开情况下，保证减振器具有一定的阻尼力。

综合上述分析之后，归结于拉伸和压缩行程的实施方式：

拉伸行程：当电源接通情况下，活塞组件14上的励磁线圈13有电流通过，产生的磁感线31作用于磁流变液，当活塞杆9处于拉伸状态时，活塞组件14向第二工作腔6运动，一部分磁流变液通过活塞组件14与工作缸11之间的2mm间隙流向第一工作腔2，这时会根据电流的大小产生相应的拉伸阻尼力，由于间隙很小，另一部分的磁流变液会通过活塞组件14上的复原阀孔147流向第一工作腔2，还有一部分会经过导向座组件15上的导液孔151再经储液腔12、底阀座105上的压缩阀孔106流向第一工作腔2，使第一工作腔2中的磁流变液及时得到补偿，后者的两部分磁流变液的流量缩短了磁流变液的反应时间，提高了磁流变液减振器的效率和灵敏度。工作缸11上的永磁环3辅助励磁线圈13作用于磁流变液产生一定的阻尼力，同时由于弹簧件17的存在，具有一定的抗拉伸能力，使该磁流变液减振器具有较高的抗拉伸能力，可以应用在拉伸力要求较高的场合。

压缩行程：由于各个阀的反向截止功能，压缩行程的路径和拉伸行程的路径相反，当电源接通情况下，活塞组件14上的励磁线圈13有电流通过，产生的磁感线31作用于磁流变液，当活塞杆9处于压缩状态时，活塞组件14向第一工作腔2运动，一部分磁流变液通过活塞组件14与工作缸11之间的2mm间隙流向第二工作腔6，这时会根据电流的大小产生相应的压缩阻尼力，由于间隙很小，另一部分的磁流变液会通过活塞组件14上的流通阀孔142流向第二工作腔6，还有一部分会经过底阀座105上的补偿阀孔107再经储液腔12、导向座组件15上的导液孔151流向第二工作腔6，使第二工作腔6中的磁流变液及时得到补偿，同理，后者的两部分磁流变液的流量缩短了磁流变液的反应时间，提高了磁流变液减振器的效率和灵敏度。同时由于弹簧件17的存在，具有一定的抗压缩能力，使该磁流变液减振器具有较高的抗拉伸能力，也可以应用在压缩力要求较高的场合。

如图7所示，当两块永磁体同名磁极之间的间隙处于一定值时，抗拉伸能力的具体计算方法如下：

1)通常，按照磁路计算基本原理中的磁路第一、第二基本方程式，两块永磁体同名磁极之间处在零间隙状态下的最大排斥力F_斥为：

其中，A_g是永磁体的磁极面积，B_g是永磁体的磁化强度，F_斥即F₁、F₂；

2)两块永磁体同名磁极之间并非是零间隙状态时，在考虑永磁体内磁阻和外部空间漏磁因的影响下，两块永磁体之间的排斥力的计算公式为：

其中，a是修正系数，通常取：3～5，间隙大时取大值，间隙小时取小值，L是两块永磁体同名磁极之间的间隙值；

3)永磁体厚度C＝2.5cm时，表面磁通密度增加最快。两块永磁体同名磁极之间的间隙L＝3cm时，通过实验并运用拟合的方法得出永磁排斥力和所用永磁体积之间的计算公式：

F_斥＝44.745+10.467V(3)

4)本例中，体积为： $V=\mathrm{\π}\frac{D^2}{4}C=3.14\×\frac{{10}^2}{4}\×2.5=196.25{\mathrm{cm}}^3,$ D为永磁体的直径，两块永磁体同名磁极之间的间隙L＝3cm时，得出永磁排斥力为：

F_斥＝44.745+10.467×196.25＝2098.894N(4)

该减振器的抗拉伸力由永磁盘5的永磁体间排斥力、阻尼力和外围弹簧件17的拉力三者组成，所以该减振器的抗拉伸性能较好。

因此，本实用新型设计结构巧妙、控制准确性高、响应时间短，灵敏度高，同时具有较高的抗拉伸性能，可广泛应用于压缩场合或具有低拉伸强度的场合，具有良好的工程适用性和较大的经济效益。

上面结合附图和实例对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，包括储液缸(10)、底阀组件(1)、工作缸(11)、导向座组件(15)、活塞组件(14)和活塞杆(9)，所述工作缸(11)的两端分别通过底阀组件(1)和导向座组件(15)设于储液缸(10)内，储液缸(10)与工作缸(11)之间形成储液腔(12)，所述活塞组件(14)设于工作缸(11)内，活塞组件(14)分别与底阀组件(1)、导向座组件(15)之间形成第一工作腔(2)和第二工作腔(6)，所述第一工作腔(2)、第二工作腔(6)和储液腔(12)之间相互连通并填充磁流变液，所述导向座组件(15)设有通孔，所述活塞杆(9)穿过通孔后连接活塞组件(14)，其特征在于，活塞组件(14)和导向座组件(15)上均设有一对同级相对的永磁盘(5)，储液缸(10)与活塞杆(9)之间套设有弹簧件(17)。

2.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述工作缸(11)上设有多个并列平行的永磁环(3)。

3.根据权利要求2所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述永磁环(3)的内环为N级，外环为S级。

4.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述底阀组件(1)包括底阀座(105)以及分别设于底阀座(105)上的压缩阀和补偿阀，所述底阀座(105)设于储液缸(10)与工作缸(11)之间，所述压缩阀的流向为从第一工作腔(2)流向储液腔(12)且反向截止，所述补偿阀的流向为从储液腔(12)流向第一工作腔(2)且反向截止。

5.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述导向座组件(15)还包括设于储液缸(10)上并依次连接的减振器盖(8)、液封件(7)和导向座(152)，所述导向座(152)连接工作缸(11)，导向座(152)上设有导液孔(151)和用于加入磁流变液的加液孔(153)，所述导液孔(151)连通第二工作腔(6)和储液腔(12)，所述减振器盖(8)、液封件(7)和导向座(152)通过通孔连接活塞杆(9)。

6.根据权利要求5所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述液封件(7)与活塞杆(9)之间设有密封圈(16)。

7.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述活塞组件(14)包括励磁线圈(13)和活塞(141)，所述励磁线圈(13)套设于活塞(141)上，所述活塞(141)设于工作缸(11)内并连接活塞杆(9)，活塞(141)上设有流通阀和复原阀，所述流通阀的流向为从第一工作腔(2)流向第二工作腔(6)且反向截止，所述复原阀的流向为从第二工作腔(6)流向第一工作腔(2)且反向截止。

8.根据权利要求7所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述励磁线圈(13)上设有隔绝磁流变液的励磁线圈保护环(4)。

9.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述活塞组件(14)的外径与工作缸(11)的内径之间的间隙为1.8～2.2mm。

10.根据权利要求1所述的一种具有高抗拉伸性能的磁流变液减振器，其特征在于，所述永磁盘(5)以N级相对设置。