專利名稱：拉伸型磁流變緩沖器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及緩沖技術領域，尤其涉及一種可用于車輛、航空航天、重型機械和兵器等的拉伸型磁流變緩沖器。
背景技術：
緩沖是指在諸如車輛、航空航天設備、重型機械或兵器等器械受到高速沖擊時緩和其機械振動，使其受力平緩的過程。在實際中，存在各式各樣的沖擊情形，例如飛機著陸、槍炮發(fā)射、電梯下墜、機床部件快速往復運動等，這些沖擊情形都會使機械設備受到很大的沖擊，機械設備的零部件會產(chǎn)生很大的動應力，甚至有可能直接導致零部件損壞，因此在機械設備受到?jīng)_擊時，有必要采取緩沖措施?，F(xiàn)有技術中，磁流變液緩沖器是一種新型的智能器件，其阻尼力大小可以通過控制勵磁線圈電流大小進行調節(jié)，因此具有很廣泛的應用范圍。但是，現(xiàn)有的磁流變液緩沖器都是將阻尼通道設置在工作缸與活塞的間隙處、且為直線形式，其形成的阻尼通道有效長度很短，輸出的阻尼力很小，阻尼力調節(jié)范圍不大，很難滿足高速沖擊下的緩沖要求。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種拉伸型磁流變緩沖器?？梢蕴岣咦枘嵬ǖ赖挠行чL度，輸出的阻尼力大，能夠滿足高速沖擊下的緩沖要求。在本發(fā)明的各種實施例中，提供了一種拉伸型磁流變緩沖器，包括工作缸1、活塞I和活塞桿，所述活塞I設置在所述工作缸I中，將所述工作缸I分為腔室I和腔室II，所述腔室I和腔室II均填充有磁流變材料，所述活塞桿的一端固定在所述活塞I上、另一端穿過所述腔室II并伸出所述工作缸I，所述活塞I上設置有勵磁線圈和多級徑向阻尼通道，當所述工作缸I受到?jīng)_擊時，位于所述腔室II內的磁流變材料通過所述多級徑向阻尼通道流入所述腔室I中。進一步，所述活塞I內部設置有油腔，所述油腔的兩端通過出油孔與所述腔室I和腔室II連通，所述油腔的內部被多片隔離板間隔為相互連通的所述多級徑向阻尼通道。進一步，所述隔離板包括兩種結構一種結構的隔離板與所述油腔壁固定，且與所述活塞桿間存在間隙；另一種結構的隔離板與所述活塞桿固定，且與所述油腔壁之間存在間隙；所述兩種結構的隔離板依次間隔重復設置，從而將所述油腔內部分為相互連通的所述多級徑向阻尼通道。進一步，所述活塞I上設置有凹槽，所述勵磁線圈纏繞在所述凹槽內，所述勵磁線圈產(chǎn)生的磁場垂直穿過所述多級徑向阻尼通道。進一步，還包括工作缸II，所述工作缸II設置在所述工作缸I外、與所述工作缸I共同構成雙缸結構，所述工作缸I與工作缸II之間留有間隙，所述腔室I與腔室II分別通過孔I和孔II與所述間隙連通，且在所述間隙內設置有單向閥，所述孔1、間隙、單向閥和孔II構成將所述腔室I內的磁流變材料流往所述腔室II的單向通道。
進一步，所述單向閥包括過孔、擋片和彈簧，在所述工作缸I的外壁上具有一凸起，所述彈簧的兩端分別固定在所述凸起和所述擋片上，給所述彈簧施加預緊力時，所述彈簧將所述擋片貼合在所述過孔上，以阻止磁流變材料流過所述過孔。進一步，還包括活塞II，所述活塞II設置在所述工作缸I中，將所述腔室I分為腔室III和腔室IV，所述腔室III由所述活塞1、活塞II以及工作缸I的內壁構成，填充有磁流變材料，所述腔室IV由所述活塞II和工作缸I的內壁構成、且所述腔室IV中填充有壓縮氣體。進一步，還包括壓力傳感器，用于檢測所述腔室II內的壓力信息；控制器，用于根據(jù)所述壓力傳感器檢測到的壓力信息，輸出相應的電流控制信號;可控電源，用于根據(jù)所述控制器的電流控制信號，向所述勵磁線圈輸出相應的電流。進一步，所述活塞桿內部設置有引線孔，導線的一端與勵磁線圈連接，另一端穿過所述弓丨線孔后連接至所述可控電源。進一步，所述磁流變材料為磁流變液或磁流變粘彈性流體。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明的各種實施例中，由于在活塞I上設置多級徑向阻尼通道，因此與傳統(tǒng)的將阻尼通道設置在工作缸與活塞的間隙處、且為直線形式的結構相比，可以提高阻尼通道的有效長度，從而使得本發(fā)明的拉伸型磁流變緩沖器可以輸出很大的阻尼力，從而滿足高速沖擊下的緩沖要求。


通過參考附圖以及考慮下面的詳細說明，本領域技術人員可以更容易地理解本發(fā)明，更好地理解它的各種特征和優(yōu)點。圖1是本發(fā)明的拉伸型磁流變緩沖器的實施例的結構示意圖。
具體實施例方式請參考圖1，是本發(fā)明的拉伸型磁流變緩沖器的實施例的結構示意圖。其包括工作缸16、活塞14和活塞桿11。其中，活塞14設置在工作缸16中，將工作缸16分為腔室121和腔室1122，活塞桿11的一端固定在活塞14上、另一端穿過腔室1122并伸出工作缸16。上述結構中，活塞14上設置有勵磁線圈5和多級徑向阻尼通道23。具體地，活塞14內部設置有油腔，油腔的兩端通過出油孔(左出油孔15、右出油孔16)與腔室121和腔室1122連通，油腔的內部被多片隔離板17間隔為相互連通的多級徑向阻尼通道23。優(yōu)選方式中，隔離板17包括兩種結構一種結構的隔離板17與油腔壁固定，且與活塞桿11間存在間隙。另一種結構的隔離板17與活塞桿11固定，且與油腔壁之間存在間隙。將上述兩種結構的隔離板17依次間隔重復設置，從而將油腔內部分為相互連通的多級徑向阻尼通道23。同時，在活塞I 4上設置有凹槽，勵磁線圈5纏繞在凹槽內，在勵磁線圈5通電的情形下，其產(chǎn)生的磁場垂直穿過多級徑向阻尼通道23。上述結構中，拉伸型磁流變緩沖器可以為圓筒形，相應地工作缸16為圓筒結構，活塞14采用環(huán)形活塞，油腔為環(huán)形油腔。上述結構中，活塞桿11伸出工作缸16時，對其與工作缸16之間的連接處進行密封處理。上述結構中，腔室121和腔室II22均填充有磁流變材料7，該磁流變材料可以為磁流變液或磁流變粘彈性流體，優(yōu)選為磁流變粘彈性流體。磁流變液是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。但磁流變液長期靜置會產(chǎn)生沉降問題，磁流變效應會極大地降低，使拉伸型磁流變緩沖器工作不穩(wěn)定甚至導致工作失效。磁流變粘彈性流體是一種全新的可控流體材料，其載體液采用硅級粘彈性流體，溫度適應范圍寬(-70至230攝氏度)，剪切屈服應力可達120千帕，響應時間約為50毫秒，磁控粘度調節(jié)范圍寬(約15至20倍)，在外加載荷作用下體積可壓縮10%至15%，長期不發(fā)生沉降。上述結構中，當工作缸I受到?jīng)_擊時，活塞桿11帶動活塞14向右運動，腔室II中的磁流變材料在活塞4的擠壓下，通過右出油孔16流入活塞14內的油腔，在油腔內部沿徑向形成多級回流與源流的組合，最后從左出油孔15流出進入腔室121中。上述結構中，由于采用多級徑向阻尼通道，因此與傳統(tǒng)的將阻尼通道設置在工作缸與活塞的間隙處、且為直線形式的結構相比，增大了多級徑向阻尼通道的有效長度，使得磁流變材料在多級徑向阻尼通道中，會阻止活塞14向右運動并形成極大的阻尼力，滿足了高速沖擊下的緩沖要求。請繼續(xù)參考圖1，該拉伸型磁流變緩沖器還包括工作缸1113。工作缸1113設置在工作缸16外，工作缸1113與工作缸16共同構成雙缸結構。并且，工作缸16和工作缸1113之間留有間隙，腔室121與腔室1122分別通過孔114和孔1112與該間隙連通。在該間隙內還設置有單向閥3。上述中的孔114、間隙、單向閥3和孔1112構成了將腔室121內的磁流變材料運往腔室1122的單向通道。上述結構中，在工作缸16的外壁上具有凸起，單向閥3就設置在該凸起處。具體地，單向閥3包括過孔、擋片和彈簧18。彈簧18的兩端分別固定在凸起和擋片上。當給彈簧18施加預緊力時，彈簧18將擋片貼合在過孔上，以阻止磁流變液流過過孔。上述結構中，工作缸1113也可以為圓筒結構。上述結構中，當活塞桿11在外部沖擊力作用下帶動活塞14向右運動時，活塞14擠壓腔室1122的磁流變材料7，使得腔室1122體積變小，壓力增大；腔室I體積增大，壓力減小。在磁流變材料7的擠壓作用下單向閥3關閉，腔室II22內的磁流變粘彈性流體7不能由孔1112并經(jīng)兩個工作缸的間隙回到腔室121。腔室1122內的磁流變材料7只能從右出油孔16進入活塞14，在活塞4內部沿徑向形成多級回流與源流的組合，最后從左出油孔15流出進入腔室121，從而實現(xiàn)緩沖。當一次緩沖結束并帶動活塞桿11向左復進時，腔室I的壓力增大，單向閥3打開，磁流變材料7通過孔1112、間隙、回流閥3、孔114組成的單向通道回到腔室121。同時復位時，不需要很大的阻尼力，此時勵磁線圈5不施加電流，活塞14中多級徑向阻尼通道內不產(chǎn)生磁場，磁流變材料7在零場粘度下提供的阻尼力大小已經(jīng)足夠滿足緩沖器復進力的要求。
請繼續(xù)參考圖1，在前述實施例中，由于活塞桿11向右運動時，活塞桿右端的一部分會被拉出工作缸16，可能導致磁流變材料7在多級徑向阻尼通道內發(fā)生空行程，因此需要對活塞桿11的體積進行補償。因此，在一種實施方式中，該拉伸型磁流變緩沖器還包括活塞112，該活塞112可以為浮動活塞?；钊?12設置在工作缸16中，將腔室121分為腔室III24和腔室IV25，其中腔室III24由活塞14、活塞112以及工作缸16的內壁構成，填充有上述的磁流變材料。腔室IV25由活塞112和工作缸16的內壁構成，其內部填充有壓縮氣體，形成體積補償裝置，其填充的壓縮氣體可以是氮氣。作為一種變形，也可以在腔室IV25中安裝壓縮彈簧，形成體積補償裝置。上述結構中，工作缸16中設置活塞112和活塞14，在位于活塞112與活塞14之間，兩工作缸間隙通道的末端處設置一透明隔膜。當活塞桿11牽引活塞14向右運動時，活塞桿11右端的一部分會被拉出工作缸16，此時腔室III24壓力變小，腔室IV25內的壓縮氣體會膨脹，推動活塞Π2向右移動，并且擠壓腔室III24內的磁流材料7，使磁流變材料7在多級徑向阻尼通道23中不發(fā)生空行程，達到補償活塞桿11體積的作用。請繼續(xù)參考圖1，該拉伸型磁流變緩沖器還包括壓力傳感器9、控制器19和可控電源20。其中壓力傳感器9設置在拉伸型磁流變緩沖器的右端蓋處，其用于檢測腔室II內的壓力信息，這些壓力信息包括壓力值及其變化特征?？刂破?9與壓力傳感器9連接，用于接收壓力傳感器9檢測到的壓力信息，并根據(jù)該壓力信息輸出相應的電流控制信號?？煽仉娫?0其輸入端與控制器19連接，輸出端通過導線10與勵磁線圈5連接，具體地活塞桿11的內部設置有引線孔，導線10的一端與勵磁線圈5連接，另一端穿過引線孔后連接至可控電源20的輸出端?？煽仉?0根據(jù)控制器19的電流控制信號，向勵磁線圈5輸出相應的電流，從而改變勵磁線圈5產(chǎn)生的磁場強度，進而調節(jié)阻尼力大小。另外，對于控制而言，由于磁流變材料具有非線性和滯后特性，因此在高速沖擊到來之前，提前給控制器1 9 一個信號，使其提前開啟控制。通過多次試驗整定控制系統(tǒng)參數(shù)，充分利用工作腔I右腔的壓力及其變化特征參數(shù)，結合可控電源20的輸出特性和阻抗特征，采用模擬控制信號對電流驅動單元進行實時控制，實現(xiàn)沖擊力傳遞平臺化。以上對本發(fā)明的拉伸型磁流變緩沖器的各種實施例進行了說明，可以理解的是，將上述實施例任意組合對本領域技術人員而言是顯而易見的。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種拉伸型磁流變緩沖器，包括工作缸1、活塞I和活塞桿，所述活塞I設置在所述工作缸I中，將所述工作缸I分為腔室I和腔室II，所述腔室I和腔室II均填充有磁流變材料，所述活塞桿的一端固定在所述活塞I上、另一端穿過所述腔室II并伸出所述工作缸I，其特征在于所述活塞I上設置有勵磁線圈和多級徑向阻尼通道，當所述工作缸I受到?jīng)_擊時，位于所述腔室II內的磁流變材料通過所述多級徑向阻尼通道流入所述腔室I中。
2.如權利要求1所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述活塞I內部設置有油腔，所述油腔的兩端通過出油孔與所述腔室I和腔室II連通，所述油腔的內部被多片隔離板間隔為相互連通的所述多級徑向阻尼通道。
3.如權利要求2所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述隔離板包括兩種結構一種結構的隔離板與所述油腔壁固定，且與所述活塞桿間存在間隙；另一種結構的隔離板與所述活塞桿固定，且與所述油腔壁之間存在間隙；所述兩種結構的隔離板依次間隔重復設置，從而將所述油腔內部分為相互連通的所述多級徑向阻尼通道。
4.如權利要求2所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述活塞I上設置有凹槽，所述勵磁線圈纏繞在所述凹槽內，所述勵磁線圈產(chǎn)生的磁場垂直穿過所述多級徑向阻尼通道。
5.如權利要求1-4中任一項所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于還包括工作缸II，所述工作缸II設置在所述工作缸I外、與所述工作缸I共同構成雙缸結構，所述工作缸I與工作缸II之間留有間隙，所述腔室I與腔室II分別通過孔I和孔II與所述間隙連通，且在所述間隙內設置有單向閥，所述孔1、間隙、單向閥和孔II構成將所述腔室I內的磁流變材料流往所述腔室II的單向通道。
6.如權利要求5所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述單向閥包括過孔、擋片和彈簧，在所述工作缸I的外壁上具有凸起，所述彈簧的兩端分別固定在所述凸起和所述擋片上，給所述彈簧施加預緊力時，所述彈簧將所述擋片貼合在所述過孔上，以阻止磁流變材料流過所述過孔。
7.如權利要求1-4中任一項所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于還包括活塞II，所述活塞II設置在所述工作缸I中，將所述腔室I分為腔室III和腔室IV，所述腔室III由所述活塞1、活塞II以及工作缸I的內壁構成，填充有磁流變材料，所述腔室IV由所述活塞II和工作缸I的內壁構成、且所述腔室IV中填充有壓縮氣體。
8.如權利要求1-4中任一項所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于還包括壓力傳感器，用于檢測所述腔室II內的壓力信息；控制器，用于根據(jù)所述壓力傳感器檢測到的壓力信息，輸出相應的電流控制信號；可控電源，用于根據(jù)所述控制器的電流控制信號，向所述勵磁線圈輸出相應的電流。
9.如權利要求8所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述活塞桿內部設置有引線孔，導線的一端與勵磁線圈連接，另一端穿過所述引線孔后連接至所述可控電源。
10.如權利要求1-4中任一項所述的拉伸型磁流變緩沖器，其特征在于所述磁流變材料為磁流變液或磁流變粘彈性流體。
全文摘要
本發(fā)明提供的拉伸型磁流變緩沖器，包括工作缸I、活塞I和活塞桿，其中活塞I設置在工作缸I中，將工作缸I分為腔室I和腔室II，腔室I和腔室II均填充有磁流變材料，活塞桿的一端固定在活塞I上、另一端穿過腔室II并伸出工作缸I，活塞I上設置有勵磁線圈和多級徑向阻尼通道，當工作缸I受到?jīng)_擊時，位于腔室II內的磁流變材料通過多級徑向阻尼通道流入腔室I中。由于在本發(fā)明中，在活塞上設置多級徑向阻尼通道，因此可以提高拉伸型磁流變緩沖器受沖擊時阻尼通道的有效長度，使其輸出較大的阻尼力，以滿足高速沖擊下的緩沖要求。
文檔編號F16F9/32GK103032510SQ201210533419
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者廖昌榮, 鞠銳, 廖崢, 周治江, 謝磊 申請人:重慶大學