一种基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器系统技术领域，具体是指一种基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器。

背景技术

主动与半主动减震系统是一种根据实际扰动输入，通过调节阻尼、刚度等参数实现理想的减震水平，广泛应用于车辆、机器人、机床等机械设备中。基于可变阻尼装置的半主动控制方式作为一种低耗能、低成本的半主动减震方式是一种应用较为广泛的振动控制方式，因此可变阻尼装置一直是可控减震系统设计的重点。

以车辆减震系统——悬架系统为例，目前应用较为广泛的可变阻尼装置主要为磁流变液减震器和基于阻尼阀开度的机械阻尼调节减震器。磁流变液具有能耗低、单位尺寸阻尼力大、响应速度快、阻尼力连续可调等优点，而得到了人们的广泛关注；但是目前由于制造技术的限制，磁变流体存在悬浮性以及变性等问题，限制了相关产品的广泛运用。基于阻尼阀开度的机械阻尼调节减震器虽然实现方式简单，但是却存在阻尼不可连续调节、系统频响速度慢、装置体积大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器，阻尼连续可调，有利于主动和半主动减震系统的设计。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器，包括磁场、磁流变橡胶环、液压缸、活塞杆；所述磁场包含导磁率高的磁场支架、线圈和线圈支架；所述的液压缸内充满液压油；所述磁流变橡胶环夹持于线圈支架和导磁率低的活塞杆中间；磁场、磁流变橡胶环、活塞杆组成的装置在液压缸内滑动，且将液压缸分隔成有杆腔和无杆腔两部分；所述磁场、磁流变橡胶环之间设有环形流道，该环形流道用于有杆腔与无杆腔之间的液压的流动；所述磁流变橡胶环在磁场的作用下发生变形，通过控制磁场大小可以调整环形流道面积，实现阻尼力调节。

在一较佳的实施例中：所述线圈缠绕于线圈支架上，所述磁场支架套设于所述线圈与线圈支架的外部；所述磁场支架的中心轴上安装有卡环用于固定线圈支架使线圈支架与磁场支架同轴设置。

在一较佳的实施例中：所述磁场支架上设置有安装槽，用于安装卡环；所述磁场支架的端部设置有连接件，用于连接所述活塞杆。

在一较佳的实施例中：磁流变橡胶环是由羰基铁粉和硅橡胶基质混合制成，并在环形模具内热催化固化工艺下制成，羰基铁粉颗粒在硅橡胶基质中的排布具有链状结构。

在一较佳的实施例中：所述活塞杆一端设有卡盘，用于固定磁流变橡胶环的轴向位置。

在一较佳的实施例中：所述液压缸底部设有橡胶隔膜，用于补偿有杆腔与无杆腔之间的体积差。

在一较佳的实施例中：所述磁场支架的外壁设有安装导向带的沟槽。

在一较佳的实施例中：所述磁场支架底部设有通孔。

在一较佳的实施例中：所述磁场在磁场支架和磁流变橡胶环之间产生闭合磁感线。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1、以磁流变橡胶作为作动器，通过改变磁场大小调节磁流变橡胶环的尺寸，以实现环形流道的面积大小，从而达到阻尼器的阻尼参数调节的目的，不仅可以实现阻尼连续可调，还具有较高的频响特性。

2、以磁流变橡胶作为作动器，通过改变磁流变橡胶环制作过程中材料配比，可以实现相同磁场条件下不同的模量、剪切系数等材料特性，从而改变阻尼器的阻尼特性，具有较高的设计灵活性，有利于半主动减震系统的设计。

3、以磁流变橡胶作为作动器，避免了以磁流变液作为被控元件出现的沉积变性等缺点，有利于提供稳定可靠的性能。

4、磁场、磁流变橡胶环、活塞杆可装配成一体且放置于液压缸内，不仅充当驱动和执行装置，同时还充当了液压缸主活塞受力作用，提高了系统的集成度。

附图说明

图1为本发明优选实施例中基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器的整体结构剖面图；

图2为本发明优选实施例中基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器当线圈不通电时，磁场支架与磁流变橡胶环俯视图；

图3为本发明优选实施例中基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器当线圈通电时，磁场支架与磁流变橡胶环俯视图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参见图1所示，一种基于磁流变橡胶环的可控液压阻尼器，包括磁场、磁流变橡胶环9、液压缸、活塞杆1；所述磁场由磁场支架5、线圈支架8、线圈9、卡环10、导向带4组成；所述磁流变橡胶环9由碳基铁粉和硅橡胶基质制成的环形橡胶件，并在环形模具内热催化固化工艺下制成，羰基铁粉颗粒在硅橡胶基质中的排布具有链状结构；所述液压缸由密封圈2、液压缸体3、橡胶隔膜6、液压缸端盖7组成。

各组成部件的相互连接关系如下：

线圈9缠绕于线圈支架8上后，套入磁场支架5，在磁场支架5的中心轴上安装卡环10以固定线圈支架8的在磁场支架5上轴向位置，之后将磁流变橡胶环11套与磁场支架8的中心轴上，所述磁场支架5的中心轴上安装有卡环用于固定线圈支架使线圈支架8与磁场支架5同轴设置。所述活塞杆1一端设有卡盘，用于固定磁流变橡胶环11的轴向位置。并将活塞杆1通过螺纹与磁场支架5连接；所述磁场支架5的外壁设有安装导向带4的沟槽，在磁场支架5外侧面套上导向带4后从下往上套入，使活塞杆穿过液压缸体3上端面装有密封圈2的中心孔后，将橡胶隔膜6放在液压缸体3下端面上，用于补偿有杆腔与无杆腔之间的体积差；然后将液压缸端盖7旋入液压缸体3上。

所述磁场包含导磁率高的磁场支架5、线圈9和线圈支架8；所述的液压缸3内充满液压油；所述磁流变橡胶环11夹持于线圈支架8和导磁率低的活塞杆1中间；，所述磁场支架5底部设有通孔；磁场9、磁流变橡胶环11、活塞杆1组成的装置在液压缸3内滑动，且将液压缸3分隔成有杆腔和无杆腔两部分；所述磁场、磁流变橡胶环11之间设有环形流道，该环形流道用于有杆腔与无杆腔之间的液压的流动；所述磁场在磁场支架和磁流变橡胶环之间产生闭合磁感线。所述磁流变橡胶环11在磁场9的作用下发生变形，通过控制磁场9大小可以调整环形流道面积，实现阻尼力调节。

本发明的具体工作原理如下：

当车辆行驶时,路面扰动引起阻尼器的活塞杆1及其连接部件与液压缸体3发生相对位移，迫使有杆腔和无杆腔的油液通过环形缝隙12发生相互流动，油液通过环形缝隙产生的粘性摩擦力导致有杆腔与无杆腔之间压力存在压差，从而形成阻尼力，起到耗散路面扰动能量、衰减振动的效果。

通过调节环形缝隙12的面积大小可以调节阻尼器的阻尼系数，从而实现阻尼调节的目的。当线圈9不通电时，磁流变橡胶环11不受磁场作用，处于初始尺寸，如图2所示。当橡胶9通电时，磁流变橡胶环11受到图3中箭头所示的磁场作用，外直径扩大，减小了环形缝隙12的面积，增大阻尼器的阻尼系数。随着电流逐渐增大，环形缝隙12逐渐减小直至关闭。

由于活塞杆1导致有杆腔与无杆腔之间存在面积差，当阻尼器工作时，进入有杆腔与流出无杆腔的油液体积差将通过橡胶隔膜6的膨胀或回弹进行体积补偿。

本发明的具体控制过程如下：

本发明通过调整线圈8的通电电流大小改变磁流变橡胶环11所受的磁场强度大小，从而改变油液流通的环形缝隙12的面积，改变阻尼系数实现理想的减震水平。当减震系统需要更大的阻尼力时，则加大线圈8的通电电流。反之，则减小。此外，本发明还可以通过改变制备磁流变橡胶环时的材料配比，控制磁流变橡胶环在相同磁场强度条件下的具有不同模量、剪切系数等材料属性，从而控制阻尼器的阻尼系数。

综上所述，本发明的设计重点在于：

一种基于磁流变橡胶的可控液压阻尼器，以磁流变橡胶环作为作动装置，通过线圈通电后产生的磁场改变磁流变橡胶环11的外径，从而改变油液的环形缝隙12面积，达到阻尼系数调节的功能。通过调整通电电流的大小，可以连续的调节环形缝隙12的面积大小，可以实现阻尼连续可调的功能，同时使用磁场的驱动方式可以提高控制的频率响应速度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。