CN2890490Y - 磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置，它在常规磁流变液阻尼器的基础上附加一个装置，该装置包括：小型旋转电机、螺纹定位装置和自动控制器，其特点是：旋转电机与磁流变液阻尼器中的活塞杆从一头联结形成刚体，螺纹定位装置将阻尼器中的活塞杆与外部结构从另一头联结，自动控制器输出连接旋转电机用来控制旋转电机。本实用新型在原有的磁流变液阻尼器上安装了附加控制装置，与原阻尼器一起工作，能够彻底解决磁流变液的磁性颗粒沉降问题，具有构造简单、控制稳定、成本增加不多的优点。

Description

磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置

                    技术领域

本实用新型属于机械制造和结构工程领域，是一种自动搅拌装置，特别是一种磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置。

                    背景技术

磁流变液阻尼器是近年发展起来的一种优秀的半主动控制装置。该装置的最大特点是利用了磁流变液在磁场作用下能在10^-2秒级的时间内从牛顿流体转变成具有一定屈服强度的粘塑性体的智能特性来制作MR可调阻尼器的调节阀。由于MR阻尼器具有结构简单、出力大、调节容易和控制效果好等特点，可克服主动控制装置费用高、能耗大和装置复杂的缺点，因此它非常适合在许多需要减振的工程结构上应用，为大型工程结构的振动控制展现了美好的发展前景。由于磁流变液中磁性颗粒相对于分散介质具有粒径粗、比重大(一般是分散介质的7～8倍)，长期静置后磁流变液易发生硬块或膏状沉降而导致流动性能丧失或降低。当前，对于磁流变液的稳定性和磁性颗粒的沉降理论已经从材料学上做了相当的研究，得出的结论是减小颗粒的粒径，增大分散介质的粘度能够降低颗粒沉降的速度，但是随着颗粒直径的降低，磁流变液的强流变效应也逐步减弱，甚至基本消失。因此，许多研究表明：磁性颗粒与分散介质之间的密度差是磁流变液客观存在的特征，磁性颗粒的沉降是一个无法从材料组成上彻底解决的问题。沉降问题极大的限制了磁流变液优良性能的应用范围。对应用于经常处于运动状态结构的磁流变液阻尼器(例如汽车座椅阻尼器、火车减振阻尼器、桥梁悬索阻尼器以及健身器材阻尼器等装置)，磁流变液的沉降不会带来很大影响；而对主要处于静置状态结构的磁流变液阻尼器(例如结构抗震阻尼器、间断使用机械设备的减振器等)，液体的沉降问题就显得格外重要，往往磁流变液在恢复流动状态之前，结构就已经遭受了严重的损坏。

                      发明内容

本实用新型的目的是提供一种在常规磁流变液阻尼器上附加机械装置，形成自动控制的搅拌器来解决磁流变液阻尼器液体沉降问题的磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置，以克服上述的不足。

为了实现上述目的，本实用新型在常规磁流变液阻尼器的基础上附加一个装置，该装置包括：小型旋转电机、螺纹定位装置和自动控制器，其特点是：旋转电机与磁流变液阻尼器中的活塞杆从一头联结形成刚体，螺纹定位装置将阻尼器中的活塞杆与外部结构从另一头联结，自动控制器输出连接旋转电机用来控制旋转电机。

上述自动控制器与阻尼器的控制器合并为一个控制装置。

本实用新型在原有的磁流变液阻尼器上安装了附加控制装置，与原阻尼器一起工作，能够彻底解决磁流变液的磁性颗粒沉降问题，具有构造简单、控制稳定、成本增加不多的优点。

                      附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。

                    具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型(图1)由常规磁流变液阻尼器1、小型旋转电机3、螺纹定位装置4和自动控制器2所组成。首先，通过磁流变液阻尼器1上的传感器来感知外部动力作用情况。当阻尼器1没有受到外部动力作用时，自动控制器2会周期性的按照确定的控制策略给小型旋转电机3发出控制信号，电机3会带动磁流变液阻尼器1中的活塞杆5一起转动和平动，对阻尼器1中的磁流变液6实施搅拌，防止磁性颗粒的沉降。小型旋转电机3的旋转时间和圈数由阻尼器1的冲程长度和螺旋定位装置4来决定。当传感器感知有外部动力作用时，自动控制器2会立刻发出信号使阻尼器1的活塞杆5恢复原始位置并切换启动磁流变液阻尼器1的控制器让阻尼器1参与减振工作。

本实用新型的功能是可以定时对阻尼器1中的磁流变液6实施搅拌，让液体保持悬浮状态而不沉降。首先根据合适的控制策略由自动控制器2发出信号给小型旋转电机2，电机2带动活塞5一起旋转而对阻尼器1中的磁流变液6实施搅拌。然而，活塞5如果只转动而不能在钢筒7内平动，就不能对液体6进行彻底搅拌，磁流变液6还是会沉降。因此，本实用新型让活塞杆5与外部结构之间采用螺纹联结形成螺纹定位装置4，活塞杆5在转动的同时由于螺纹的拉力使活塞杆5与阻尼器的外钢筒7之间会产生相对平动，从而可以均匀搅拌阻尼器中的磁流变液6。在整个运行过程中，需要解决下面几个问题：

(1)确定磁流变液的搅拌间隔时间。小型旋转电机不可能每时每刻的运转，这需要消耗大量能源也失去了该装置的意义。电机旋转的间隔时间由磁流变液的稳定性确定，不同的磁流变液其磁性颗粒沉降所需的时间也是不一样的。当液体还处于软性沉降状态而没有进入结决沉降状态时，就需要对磁流变液搅拌一次，这样液体就很容易再分散而恢复到均匀悬浮的状态。

(2)确定旋转电机的型号和每次搅拌的运转时间。电机的选择要根据磁流变液阻尼器型号的不同而不同，电机需具有足够的能量来克服阻尼器活塞与钢筒之间的摩擦而带动活塞杆一起旋转。电机的旋转时间要通过阻尼器活塞的冲程、螺纹定位装置的螺纹厚度来确定，即电机的运转圈数等于活塞的冲程与螺纹厚度的比值。

(3)确定自动控制器的控制策略。该装置的控制目标是间断的对旋转电机发出控制信号，使其带动活塞杆一起产生转动和平动，从而搅拌磁流变液阻尼器中的磁流变液来阻止磁性颗粒的沉降。控制策略的基本思想为：在磁流变液还没有进入结块沉降状态时，对电机发出正向控制电流让电机带动活塞杆一起旋转，由于螺纹定位装置的拉力使活塞杆在转动的同时向一个方向平动。当活塞杆即将与外部钢筒一边的封盖碰撞时，对电机发出反向控制电流让活塞杆反向旋转并且向着相反方向平动；当活塞杆即将与外部钢筒另一边的封盖碰撞时，对电机再发出正向控制电流让活塞杆恢复到第一次的平动方向而回到原始位置后停止控制。以上过程完成了一次控制周期，根据磁流变液的沉降时间确定控制间隔时间，经过该间隔时间后再重复上面的过程。

(4)确定旋转电机的控制器与磁流变液阻尼器的控制器之间的切换模式。为了保证磁流变液阻尼器工作的一致性，无论在何时刻都只允许一个控制器参与工作，这样就涉及到控制器之间的切换问题。对于抵抗地震的磁流变液阻尼器，如果结构没有遭遇地震的时候，启动旋转电机的控制器按照(3)中规定的控制策略对磁流变液实施间断性的搅拌；如果遭受地震侵袭时分两种情况：当电机和活塞杆处于沉默期，则直接启动磁流变液阻尼器的控制器使得阻尼器参与抗震工作中；当电机和活塞杆处于运转期，就先让旋转电机的控制器发出控制信号使活塞杆向着平衡位置平动，以最短的时间回到原始位置，然后再经过切换停止旋转电机的控制器，同时启动磁流变液阻尼器的控制器。由于活塞杆回到原始位置所需时间很短，因此不会对阻尼器的抗震性能带来影响。对于间断使用机械设备的减振器，可以直接先启动旋转电机的控制器，使其运转一到两个周期，这样磁流变液就完全处于均匀悬浮的状态，然后经过切换启动磁流变液阻尼器的控制器让阻尼器参与减振工作。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1、一种磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置，它在常规磁流变液阻尼器(1)的基础上附加一个装置，该装置包括：小型旋转电机(3)、螺纹定位装置(4)和自动控制器(2)，其特征在于：旋转电机(3)与磁流变液阻尼器(1)中的活塞杆(5)从一头联结形成刚体，螺纹定位装置(4)将阻尼器(1)中的活塞杆(5)与外部结构从另一头联结，自动控制器(2)输出连接旋转电机(3)用来控制旋转电机(3)。

2、如权利要求1所述的磁流变液阻尼器液体沉降的控制装置，其特征在于：自动控制器(2)与阻尼器(1)的控制器合并为一个控制装置。