全阻尼通道有效的磁流变阻尼器.pdf

本发明公开了全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，它在缸筒上连接有上、下两个端盖，一个活塞杆通过设置在所述的端盖上的密封圈插在所述的钢筒内，不锈钢阻磁盘安装在所述的活塞盘的两端，所述的活塞盘为多个并且与磁芯套筒交替地套装在所述的活塞杆上，所述的磁芯套筒外侧缠绕有励磁线圈，在所述励磁线圈外套有一对引磁套环，在所述的一对引磁套环之间插有阻磁套环。采用该阻尼器在阻尼通道全长一定的条件下极大的提高了有效长度所占比例，基本实现了全阻尼通道有效，所述阻尼器在外形几何尺寸一定的情况下最大出力提高一倍以上。使用该种结构形式的磁流变阻尼器能够以更为精巧的外形实现更大的阻尼器出力，极大的提高了半主动控制系统的使用效率。

1.  全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，它包括缸筒、磁芯套筒、活塞盘、在所述的缸筒上连接有上、下两个端盖，一个活塞杆通过设置在所述的端盖上的密封圈插在所述的钢筒内，不锈钢阻磁盘安装在所述的活塞盘的两端，其特征在于：所述的活塞盘为多个并且与磁芯套筒交替地套装在所述的活塞杆上，处于中间位置的活塞盘为两两设置，所述的磁芯套筒外侧缠绕有励磁线圈，在所述励磁线圈外套有一对引磁套环，在所述的一对引磁套环之间插有阻磁套环。

2.  根据权利要求1所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的阻磁套环的纵剖面为楔形。

3.  根据权利要求1所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，其特征在于：所述的引磁套环使用电工软铁制作，阻磁套环使用不导磁类不锈钢制作。

全阻尼通道有效的磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及磁流变阻尼器件，所提出的一种全阻尼通道有效的磁流变阻尼器是一种性能良好的耗能减振装置，可普遍适用于高层建筑结构、大跨度空间建筑结构、桥梁结构以及其他土木工程结构的减振控制中。
背景技术
磁流变液是由细小的软磁性颗粒分散于磁导率较低的载液中形成的剪切屈服强度可随外加磁场变化而具有可控流变特性的悬浮液体；在磁场作用下，磁流变液可在毫秒级时间内实现由牛顿流体到Bingham半固态的可逆变化，撤去磁场后，又可以恢复原态。采用这种智能材料制作的磁流变阻尼器具有出力大、体积小、响应快、结构简单、阻尼力连续可调、易于与计算机结合实现智能化控制等优点。传统的剪切阀式磁流变阻尼器的活塞上由于需要缠绕线圈，因而活塞与缸筒间的阻尼通道分为有效长度和无效长度两部分，活塞端部与缸筒间的阻尼通道属于有效长度，而励磁线圈与缸筒间的阻尼通道成为无效长度。依据剪切阀式磁流变阻尼器的磁场分布特点，阻尼器工作时磁通仅会流经阻尼通道的有效长度部分，而无效长度部分由于没有磁通经过，该处磁流变液不会产生剪切屈服强度，所以，按照Bingham平板模型，阻尼器的最大出力与阻尼通道有效长度成正比，与无效长度无关。由此可见，为了提高阻尼器的最大出力，当阻尼通道长度一定时，应当尽量减小线圈挖槽所占据的无效长度，从而提高有效长度在阻尼通道总长中所占的比例，最理想的结果就是阻尼通道全长均为有效长度。但是，由于线圈自身直径及匝数的限制，线圈挖槽宽度(即无效长度)不可能无限制的减小，通常会占阻尼通道总长的一半以上，阻尼器最大出力也会因此损失一半以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，在阻尼通道全长一定的条件下极大的提高了有效长度所占比例，基本实现了全阻尼通道有效，所述阻尼器在外形几何尺寸一定的情况下最大出力提高一倍以上。使用该种结构形式的磁流变阻尼器能够以更为精巧的外形实现更大的阻尼器出力，极大的提高了半主动控制系统的使用效率。
本发明的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，它包括缸筒、磁芯套筒、活塞盘、在所述的缸筒上连接有上、下两个端盖，一个活塞杆通过设置在所述的端盖上的密封圈插在所述的钢筒内，不锈钢阻磁盘安装在所述的活塞盘的两端，所述的活塞盘为多个并且与磁芯套筒交替地套装在所述的活塞杆上，处于中间位置的活塞盘为两两设置，所述的磁芯套筒外侧缠绕有励磁线圈，在所述励磁线圈外套有一对引磁套环，在所述的一对引磁套环之间插有阻磁套环。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、本发明通过在阻尼器活塞外侧增设引磁套环和阻磁套环，在阻尼通道全长不变的情况下极大的提高了有效长度所占比例，基本实现了全阻尼通道有效，所述阻尼器在外形几何尺寸一定的情况下最大出力提高一倍以上。使用该种结构形式的磁流变阻尼器能够以更为精巧的外形实现更大的阻尼器出力，极大的提高了半主动控制系统的使用效率；
2、活塞各零部件之间采用模块化装配结构，且同一阻尼器可选装多种尺寸的引磁套环和阻磁套环，并据此改变阻尼通道的有效长度，调整阻尼器的出力范围。因而阻尼器可以根据实际工程需要选装成不同的出力规格，而不需对阻尼器进行重新设计。
附图说明
图1是全阻尼通道有效的磁流变阻尼器整体结构示意图；
图2是全阻尼通道有效的磁流变阻尼器单节段局部结构示意图；
图3是全阻尼通道有效的磁流变阻尼器磁路结构示意图；
图4是全阻尼通道有效的磁流变阻尼器工作状态磁力线分布示意图；
图5(a)是引磁套环与阻磁套环立体示意图；
图5(b)是引磁套环与阻磁套环剖面示意图；
图6(a)-(d)是全阻尼通道有效的磁流变阻尼器选装不同规格引磁套环与阻磁套环的单节段局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
如图1和图2所示，所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器，它包括缸筒3、活塞杆2、磁芯套筒8、活塞盘5、阻尼通道7、端盖4、磁流变液10、励磁线圈9、不锈钢阻磁盘14、密封圈12、引磁套环11、阻磁套环13、底盖6和耳环1。所述的活塞盘5为多个，处于中间位置的活塞盘5为两两设置，各节段活塞盘5与磁芯套筒8依次套装于活塞杆2上，磁芯套筒8外侧缠绕励磁线圈9，在励磁线圈9与阻尼通道7之间安放一对引磁套环11，两引磁套环11之间最好使用一楔形阻磁套环13隔离，不锈钢阻磁盘14安装于活塞两端，用以固定活塞部件并防止漏磁现象。端盖4与缸筒3密封固定，活塞放入缸筒3后，活塞杆2通过密封圈12插入两侧端盖4。活塞与两侧端盖4之间的空腔内注入磁流变液10，活塞与缸筒3之间的环形通道成为阻尼通道7，活塞杆2一端与底盖6端部安装耳环1，以便于阻尼器实际安装。
图3为所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器工作状态磁路结构示意图。从图3中可以看出，励磁线圈9产生的总磁通在流经活塞盘5时发生分流，其中一部分磁通直接在活塞盘5处通过阻尼通道7流向缸筒3，另一部分磁通首先流向引磁套环11，再经由引磁套环11上方的阻尼通道7流向缸筒3。按照上述磁通流动方式，该阻尼器活塞盘5及引磁套环11两处上方的阻尼通道7均是有效工作长度，即阻尼通道7的有效工作长度基本覆盖活塞全长，实现了全阻尼通道有效。同时，为了避免磁通经由两引磁套环11之间直接形成回路，造成漏磁现象，在两个引磁套环11之间安放阻磁套环13，阻磁套环的纵截面优选的为楔形。
图4为所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器工作状态磁力线分布示意图。从图4可以看出，当阻尼器处于工作状态时，阻尼通道7处的磁通分布较为均匀，活塞盘5及引磁套环11上方的阻尼通道7都均属于有效工作长度，即阻尼通道7的有效工作长度基本覆盖活塞全长，实现了全阻尼通道有效。依据Bingham平板模型，阻尼器最大出力与阻尼通道的有效长度成正比，而所述阻尼器由于实现了阻尼通道7全长度有效，因而阻尼通道7有效长度较同尺寸传统剪切阀式磁流变阻尼器提高一倍以上，阻尼器最大出力因而同样提高一倍以上。使用该种结构形式的磁流变阻尼器能够以更为精巧的外形实现更大的阻尼器出力，极大的提高了半主动控制系统的使用效率。
图5(a)是引磁套环与阻磁套环立体示意图，图5(b)是引磁套环与阻磁套环剖面示意图，从图中可以看出，引磁套环11中部为楔形剖口，安放阻磁套环13，此处设置阻磁套环13的目的在于防止磁通经由两引磁套环11之间直接形成回路，而不再流经阻尼通道7，造成漏磁现象。阻磁套环13选择楔形剖面目的在于：一方面顶端开口较小可以最大程度的保证全阻尼通道7有效，减少开口处的无效长度；另一方面底部开口较大可以尽可能减少阻磁套环13处的漏磁而不影响引磁套环11的工作。引磁套环11的厚度需要根据阻尼器实际尺寸进行计算，以该处材料不发生磁饱和现象为准。
图6(a)-(d)为全阻尼通道有效的磁流变阻尼器选装不同规格引磁套环11与阻磁套环13的单节段局部结构示意图，图6(a)为最大出力模式，即全阻尼通道有效型，按照此种安装模式，阻尼器出力规格最高。从图6(b)至图6(d)，引磁套环11顶部开口逐步加大，阻尼通道7的有效长度逐步减小，阻尼器出力规格递减。图6(d)不再安装引磁套环11，励磁线圈9上方仅套一阻磁套环13，此时，阻尼通道7有效长度最短，阻尼器出力规格最小。所述阻尼器活塞各零部件之间采用此种模块化装配结构，同一阻尼器可选装多种尺寸的引磁套环11和阻磁套环13，并据此改变阻尼通道7的有效长度，调整阻尼器的出力范围。因而阻尼器可以根据实际工程需要选装成不同的出力规格，而不需对阻尼器进行重新设计。
所述的活塞盘5与磁芯套筒8采用高相对磁导率的电工软铁制做，活塞杆2采用45号钢制做，不锈钢阻磁盘14采用高强度非导磁类不锈钢制作。缸筒3、端盖4和底盖6可以采用45号钢制作。
所述的全阻尼通道有效的磁流变阻尼器中引磁套环11使用相对磁导率高的电工软铁制作，阻磁套环13使用不导磁类不锈钢制作。通过引磁套环11和阻磁套环13改变传统阻尼器的磁路走向，以实现全阻尼通道有效。
所述的阻磁套环13剖面为楔形，一方面顶端开口较小可以最大程度的保证全阻尼通道7有效，减少开口处的无效长度；另一方面底部开口较大可以尽可能减少阻磁套环13处的漏磁而不影响引磁套环11的工作。