基于电流变弹性体的主被动一体减振器 【技术领域】
本发明属于结构振动隔离与控制技术领域，具体涉及一种基于电流变弹性体的主被动一体减振器。
背景技术
目前常用的减振技术主要有被动隔振和主动减振。被动隔振是在振源与受控对象之间串加一个弹性元件、阻尼元件甚至惯性元件以及它们组合构成的子系统来隔离振动的直接传递，从而减弱或隔绝振动能量的传递，实现减振降噪的目的。被动隔振器的优点是结构简单、易于实现、经济性好、可靠性高，不需要消耗附加能量，具有普遍的适用性。但这种方法的结构参数一经设定，就不能改变。在某一环境条件下工作最优的参数，在其他环境下不能保证最优，缺乏控制上的灵活性。而且由于稳定性的限制，被动隔振也无法对低频振动进行衰减。为了克服上述缺点，人们提出了主动减振的概念。
主动减振是在被动隔振的基础上，并联或串联能产生满足一定要求的作动器，或者用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件，通过适当控制作动器的运动，达到减振的目的。主动减振按形式可分为完全主动控制和主被动一体控制。但是由于完全主动振动控制的结构较复杂、需消耗大量的能源，因而限制了它在工程实际中的应用。
电流变流体(Electrorheological Fluids)作为一种流变特性可控的智能材料，在电场的作用下，其物理特性可发生连续、迅速和可逆的变化。含有电流变流体的智能结构由于能在外加电场的作用下快速可逆地改变结构的阻尼或刚度，且具有响应速度快、工作能耗低和控制方式简单等优点，在结构的振动主被动一体控制中获得了广泛关注。近年来，已有人利用电流变流体的特性来设计减振器，如中国专利200610127952.5利用电流变流体的表观粘度可受外加电场强度控制的特点来调节减振器的阻尼，以实现车辆悬架系统的半主动控制。但所使用的电流变流体一般是由固体颗粒分散于载液中制成的悬浮液材料。这类材料在使用过程中存在易沉降、稳定性差和密封困难等缺点，有一定的局限性。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电流变弹性体的主被动一体减振器，使其可用于结构振动的主被动一体控制，并能控制简便，性能稳定。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：该基于电流变弹性体的主被动一体减振器，包括壳体，壳体的底座封闭，壳体的上端设有端盖；壳体的内部设有活塞，活塞的上端固连有一根连接杆，连接杆从端盖的通孔中伸出并与被控对象固连；在外壳内设有套筒，外壳与套筒之间通过过盈配合固定，套筒与活塞之间设有电流变弹性体，电流变弹性体固连于套筒与活塞之间；电源导线从端盖的小孔中引出，并将活塞和套筒连接到外部高压控制电源上，被控对象上安装有传感器，传感器也连接到外部高压控制电源上；所述壳体、端盖和连接杆均为绝缘材料制作，套筒和活塞为导电性能良好的导电材料制作。
所述电流变弹性体是一种新型的电流变材料，是一种刚度和阻尼受外加电场控制的智能固体材料，其主要组成成分包括作为基体材料的橡胶类阻尼材料和分散其中的高介电常数电导颗粒。
本发明采用的电流变弹性体是由高分子聚合物(如橡胶或树脂等)和可极化的电导颗粒在外加电场作用下固化而成。在施加外电场作用时，弹性体内部的电导颗粒沿电场方向极化后，会产生相互作用力，使材料的弹性、剪切储能模量与损耗因子等发生变化，宏观表现即为阻尼和刚度可控。电流变弹性体在克服了现有电流变液的易沉降、稳定性差等缺点的同时，保留了电流变材料刚度、阻尼可控的特性，兼有电流变液和弹性体的优点。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)由于采用了电流变弹性体作为阻尼材料，具有阻尼和刚度连续可调性，可实现结构振动的主被动一体控制功能。
(2)减振器利用电流变弹性体中颗粒不能游移，弹性体不会流动的特点，提高了减振器的稳定性，长期使用也不会降低减振效果。
(3)电流变弹性体减振器无需密封装置，结构非常简单。
(4)电流变弹性体减振器的控制方法简单，控制能耗很小。
【附图说明】
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1的工作原理结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，是本发明的实施例的结构示意图，从图1中可见，该减振器包括壳体3，壳体3的底座封闭，其上端设有端盖2；壳体3的内部设有活塞5，活塞5的上端通过螺纹连接有连接杆1，连接杆1从端盖2的通孔中伸出。在外壳3内设有套筒4，外壳3与套筒4之间通过过盈配合固定，套筒4与活塞5之间设有电流变弹性体6，电流变弹性体6通过粘胶固定在套筒4与活塞5之间；电源导线7连接活塞5和套筒4并从端盖2的小孔中引出。壳体3、端盖2和连接杆1均为绝缘材料制作，套筒4和活塞5为导电性能良好的铜质材料制作。外壳3、电流变弹性体6、套筒4和活塞5均为圆柱形，通过活塞5的运动使电流变弹性体6承受剪切载荷作用。电源导线7通电后，在套筒4与活塞5之间产生电场，电场作用于电流变弹性体6上。电流变弹性体6属于一种新型的电流变材料，是一种刚度和阻尼可受外加电场控制的智能固体材料，其主要组成成分包括作为基体材料的橡胶类阻尼材料和分散其中的高介电常数电导颗粒。
参见图2，连接杆1从端盖2的通孔中伸出后与被控对象10连接。从图中还可见，电源导线7连接到外部高压控制电源8上，被控对象10上安装有传感器9，传感器9也连接到外部高压控制电源8上。因此，被控对象10的振动载荷通过连接杆1和铜质活塞5作用在电流变弹性体6上，电流变弹性体6受剪切载荷作用，外部高压控制电源8通过电源导线7控制施加于套筒4与活塞5之间的电压大小，使电流变弹性体6的刚度和阻尼发生变化，这样就可控制电流变弹性体6的功耗，从而达到所需的主被动一体减振的效果。
另外，从图2中还可看到，在壳体3的底座外凸台上设有用于安装螺钉的通孔，通过该通孔可以用螺钉将整个减振器安装在所需的位置上。