本发明属于磁流变阻尼器,具体涉及一种自适应压磁磁流变阻尼器。主缸内壁中段设置环形永磁铁,环形永磁铁两侧分别设置导磁环;超磁致伸缩棒的左右两端分别设置左右导磁块;主缸活塞杆的一端穿过主缸左端与左导磁块固接,副缸活塞杆一端穿过主缸右端与右导磁块固接,另一端伸入副缸内;副缸活塞杆位于副缸内的一端通过弹簧与副缸右壁连接;主缸内充满磁流变液,活塞外周壁与导磁环及环形永磁铁内周壁之间留有磁流变液流动通道。本发明不需要额外配置控制电源,结构简单,避免了供电线圈产热的问题,且地震作用下电源中断时仍能正常工作,提高了设备的安全性;利用超磁致伸缩棒的压磁效应改变磁回路中的磁感应强度,自适应调节阻尼器出力,省去各传感器,减小时滞效应,提高控制系统的有效性。
1.自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,主缸(1)内壁中段设置环形永磁铁(3),环形永磁铁(3)两侧分别设置导磁环(4);主缸(1)内,超磁致伸缩棒(6)的左右两端分别为左导磁块(51)和右导磁块(52),三者共同组成活塞;主缸活塞杆(9)的一端穿过主缸(1)左端与左导磁块(51)固接,副缸活塞杆(10)一端穿过主缸(1)右端与右导磁块(52)固接,另一端伸入副缸(2)内;副缸活塞杆(10)位于副缸(2)内的一端通过弹簧(11)与副缸右壁连接;主缸(1)内充满磁流变液(12),活塞外周壁与导磁环(4)及环形永磁铁(3)内周壁之间留有磁流变液流动通道(13);在左导磁块(51)和右导磁块(52)的左右两面均设置隔磁装置。
2.根据权利要求1所述的自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,所述环形永磁铁(3)的外径和导磁环(4)的外径相等,均等于主缸(1)的内径;环形永磁铁(3)的内径和导磁环(4)的内径相等。
3.根据权利要求1所述的自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,所述左导磁块(51)和右导磁块(52)与超磁致伸缩棒(6)连接的一面分别设置隔磁套筒(7),左导磁块(51)和右导磁块(52)分别与主缸活塞杆(9)、副缸活塞杆(10)连接的一面分别设置隔磁环(8);且两个隔磁套筒(7)、两个隔磁环(8)的径向圆环外径与两个导磁块的外径均相等,隔磁套筒(7)的轴向内径与超磁致伸缩棒(6)的外径相等,隔磁环(8)的内径与主缸活塞杆(9)的外径以及副缸活塞杆(10)的外径相等。
4.根据权利要求1所述的自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,所述主缸活塞杆(9)与主缸(1)之间、副缸活塞杆(10)与主缸(1)之间分别通过轴承连接,且分别设置密封装置。
5.根据权利要求1所述的自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,所述导磁环(4)、左导磁块(51)和右导磁块(52)均采用电工纯铁DT4或45号碳素钢,主缸(1)、副缸(2)、隔磁环(8)、隔磁套筒(7)、主缸活塞杆(9)和副缸活塞杆(10)均采用304系列不锈钢。
6.根据权利要求1所述的自适应压磁磁流变阻尼器,其特征在于,所述超磁致伸缩棒(6)为超磁致材料,具有压磁效应,超磁致伸缩棒受到的压力越大,其轴向相对磁导率越小;受到的压力越小,其轴向相对磁导率越大。技术领域
本发明属于磁流变阻尼器,具体涉及一种自适应压磁磁流变阻尼器。
背景技术
振动是一种常见的物理现象,随着科技的不断进步,在建筑结构、交通、机械等领域出现的振动问题引起人们的日益关注。为了有效克服和避免各种不利的振动,国内外学者先后提出了被动式、主动式和半主动式等振动控制系统。半主动控制是目前结构振动控制领域性价比最高、最具应用前景的控制技术,它将主动控制的思想和被动控制策略完美结合,在实施控制的同时节约了控制能源,并同时达到接近主动控制的效果,而且控制过程稳定可靠。 近年来以磁流变液为代表的新型智能材料的应用为半主动控制技术的发展注入了新的活力。磁流变液主要是由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性的微小磁性颗粒组成,为了保证其悬浮稳定性,通常还包括适量的外加剂。在磁场作用下,它可在瞬间内(10毫秒左右)由流动性能良好的牛顿粘滞流体变为半固体,且这种变化连续、可控、可逆。1948年,美国工程师Rabinow首先发现了这种磁流变效应,并据此设计了磁流变离合器。磁流变阻尼器具备出力大,响应迅速,阻尼力连续可调,结构形式简单,适应范围广泛等诸多优势,研制至今,被公认为是最具发展前景的半主动控制装置之一。 现有基于磁流变阻尼器的半主动控制需要通过传感器采集速度或位移信号,按照主动控制算法计算确定最优控制力,根据磁流变阻尼器的结构参数,反算电流并由控制电源施加,使得阻尼器的出力尽可能接近主动最优控制力。存在以下问题:(1)在工作周期内,电源及传感器需不定期检查更换,增加了不必要的人 力和物力消耗,装置的整体寿命也因此缩短;(2)在控制中,需要根据传感器采集速度、位移的大小和方向,由运算器控制算法判定最优控制力进而得到控制电流的大小,最终由控制电源输出控制,因其结构复杂而增加了装置的不可靠性。
发明内容
本发明为了解决现有的基于传感器和控制电源的磁流变阻尼器,因其结构复杂而增加的不可靠性的问题,提出一种自适应压磁磁流变阻尼器。自适应压磁磁流变阻尼器不需要传感器和控制电源等部件即可工作,结构相对简单,具有更高的可靠性 本发明采用的技术方案为: 主缸内壁中段设置环形永磁铁,环形永磁铁两侧分别设置导磁环;主缸内,超磁致伸缩棒的左右两端分别为左导磁块和右导磁块,三者共同组成活塞;主缸活塞杆的一端穿过主缸左端与左导磁块固接,副缸活塞杆一端穿过主缸右端与右导磁块固接,另一端伸入副缸内;副缸活塞杆位于副缸内的一端通过弹簧与副缸右壁连接;主缸内充满磁流变液,活塞外周壁与导磁环及环形永磁铁内周壁之间留有磁流变液流动通道;在左导磁块和右导磁块的左右两面均设置隔磁装置。 所述环形永磁铁的外径和导磁环的外径相等,均等于主缸的内径;环形永磁铁的内径和导磁环的内径相等。 所述左导磁块和右导磁块与超磁致伸缩棒连接的一面分别设置隔磁套筒,左导磁块和右导磁块分别与主缸活塞杆、副缸活塞杆连接的一面分别设置隔磁环;且隔磁套筒、隔磁环的径向圆环外径与导磁块的外径相等,隔磁套筒的轴向内径与超磁致伸缩棒的外径相等,隔磁环的内径与主缸活塞杆外径以及副缸活塞杆的外径相等。 所述主缸活塞杆与主缸之间、副缸活塞杆与主缸之间分别通过轴承连接,且 分别设置密封装置。 所述导磁环、左导磁块和右导磁块均采用电工纯铁DT4或45号碳素钢,主缸、副缸、隔磁环、隔磁套筒、主缸活塞杆和副缸活塞杆均采用304系列不锈钢。 所述超磁致伸缩棒具有压磁效应,超磁致伸缩棒受到的压力越大,其轴向相对磁导率越小;受到的压力越小,其轴向相对磁导率越大。 本发明所述的自适应压磁磁流变阻尼器的实现过程如下:当主缸活塞杆推动活塞在主缸内运动时,与活塞相连的副缸活塞杆带动副缸内的弹簧作拉伸或压缩运动,弹簧产生的压力通过副缸活塞杆和右导磁块作用到超磁致伸缩棒上,由于超磁致伸缩棒的压磁效应,超磁致伸缩棒的轴向相对磁导率会发生变化。活塞越靠近副缸,副缸内的弹簧产生的压力越大,超磁致伸缩棒受到的压力也越大,相应轴向磁导率越低,磁感应强度越小,相应磁回路中的磁通越小,磁流变液流动通道中磁流变液的磁感应强度也越小,磁流变液的剪切应力相应降低,使活塞在主缸内运动时所受到的阻尼力也越小;反之,活塞越远离副缸,副缸内的弹簧产生的压力变小,超磁致伸缩棒受到的压力越小,相应轴向磁导率越大,磁感应强度越高,相应磁回路中的磁通越大,磁流变液流动通道中磁流变液的磁感应强度也越大,磁流变液的剪切应力相应增大,使活塞在主缸内运动时所受到的阻尼力也越大。也就是说,活塞在主缸内运动时所受到的阻尼力与活塞在主缸内的位置和相对运动速度有关,活塞靠近副缸时,阻尼器出力较小;活塞杆远离副缸时,阻尼器出力变大,即:该阻尼器根据超磁致伸缩棒所受的压力调整磁场的大小,根据活塞和缸筒的相对位置和运动速度调整其输出阻尼力的大小,使磁流变阻尼器输出的阻尼力与活塞与缸筒的相对位置有了一定的自适应性。 与现有的基于传感器及控制电源的磁流变阻尼器相比,本发明具有以下优点: 1.利用永磁体提供恒定磁场,不需要额外配置控制电源,结构简单,避免了供电线圈产热的问题;且地震作用下一旦供应电源损坏,本发明的自适应压磁磁流变阻尼器仍能正常工作,提高了设备的安全性。 2.利用超磁致伸缩棒的压磁效应改变磁回路中的磁感应强度,出力与阻尼器活塞与缸筒的相对位置和运动速度有关,自适应调节阻尼器出力,可以省去用于检测被控对象主体与承载体之间相对运动速度的各种相对位置传感器或加速度传感器,避免现有半主动控制系统从数据采集、传输、计算及控制指令输出等环节,减小时滞效应,提高控制系统的有效性。同时节省人力物力,降低半主动控制系统在设备及安装与维护方面的成本造价。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。 图2为本发明的闭合工作磁回路示意图。 图中标号: 1-主缸;2-副缸;3-永磁铁;4-导磁环;51-左导磁块;52-右导磁块;6-超磁致伸缩棒;7-隔磁套筒;8-隔磁环;9-主缸活塞杆;10-副缸活塞杆;11-弹簧;12-磁流变液;13-磁流变液流动通道;14、16-密封装置;15、17-轴承;18-活塞。
具体实施方式
本发明提供了一种自适应压磁磁流变阻尼器,下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。 本发明的结构如图1所示,主缸1内壁中段设置环形永磁铁3,环形永磁铁3两侧分别设置导磁环4。左导磁块51、右导磁块52和超磁致伸缩棒6组成活塞18,活塞18外周壁与导磁环4内周壁之间留有磁流变液流动通道13。活塞杆包括主缸活塞杆9和副缸活塞杆10,主缸活塞杆9的一端与主缸1内的左导磁块 51固定,主缸活塞杆9的另一端通过主缸1断面的密封装置14和轴承15从主缸1一端伸出,副缸活塞杆10的一端与右导磁块52固定,副缸活塞杆10的另一端通过主缸1断面的密封装置16和轴承17从主缸1一端伸出与副缸2内的弹簧相连。环形永磁铁3在轴向分为两磁极。环形永磁铁3的外径和导磁环4的外径相等,都等于主缸1的内径;环形永磁铁3的内径和导磁环4的内径相等,大于左导磁块51及右导磁块52的外径以留出磁流变液流动通道13。副缸2内的弹簧11一端与副缸活塞杆10固定,一端与副缸2的缸筒固定。左导磁块51和右导磁块52与超磁致伸缩棒6连接的一面分别设置隔磁套筒7,左导磁块51和右导磁块52分别与主缸活塞杆9、副缸活塞杆10连接的一面分别设置隔磁环8;隔磁套筒7、隔磁环8的径向圆环外径与导磁块的外径相等,隔磁套筒7的轴向内径与超磁致伸缩棒6的外径相等,隔磁环8的内径与主缸活塞杆9外径以及副缸活塞杆10的外径相等。 导磁环4、左导磁块51和右导磁块52采用电工纯铁DT4或45号碳素钢,主缸1、副缸2、隔磁套筒7、隔磁环8、主缸活塞杆9和副缸活塞杆10均采用304系列不锈钢。超磁致伸缩棒6为超磁致伸缩材料。 本发明所示的自适应压磁磁流变阻尼器的实现过程如下:当主缸活塞杆9推动活塞18在主缸1内运动时,与活塞18相连的副缸活塞杆10带动副缸2内的弹簧11作拉伸或压缩运动,弹簧11产生的压力通过副缸活塞杆10和靠近副缸2的右导磁块52作用到超磁致伸缩棒6上,由于超磁致伸缩棒6的压磁效应,超磁致伸缩棒6的轴向的相对磁导率会发生变化。活塞18越靠近副缸2,副缸2内的弹簧11产生的压力越大,超磁致伸缩棒6受到的压力也越大,相应磁导率越低,磁感应强度越小,如图2所示的闭合工作磁回路中的磁通越小,磁流变液流动通道13中磁感应强度也越小,磁流变液12的剪切应力相应降低,使活塞18 在主缸1内运动时所受到的阻尼力也越小;反之,活塞18越远离副缸2,副缸2内的弹簧11产生的压力变小,超磁致伸缩棒6受到的压力越小,相应轴向磁导率越大,磁感应强度越高,如图2所示磁回路中的磁通越大,磁流变液流动通道13中磁流变液12的磁感应强度也越大,磁流变液12的剪切应力相应增大,使活塞18在主缸1内运动时所受到的阻尼力也越大。也就是说,活塞18在主缸1内运动时所受到的阻尼力与活塞18在主缸1内的位置和两者的相对运动速度有关,活塞18靠近副缸2时,磁流变液12 流动通道13中的磁感应强度较小,磁流变液流动通道13中的磁流变液处于粘滞流体状态,阻尼器出力较小;活塞18远离副缸2时,磁流变液流动通道13中的磁感应强度变大,磁流变液流动通道13中的磁流变液由粘滞流体状态逐渐向半固体状态改变,阻尼器出力变大,即:该阻尼器根据超磁致伸缩棒6所受的压力调整磁场的大小,根据活塞18和主缸1的相对位置和相对运动速度调整其输出阻尼力的大小,使输出的阻尼力与活塞18与主缸1的相对位置有了一定的自适应性。