面向轨道车辆抗蛇行振动的磁流变脂阻尼器设计与台架测试

　　磁流变液减振器是一种实时调节的阻尼装置，可用于轨道车辆垂向振动控制、横行振动控制、抗蛇行振动控制等领域。石家庄铁道学院［1 －2］、西南交通大学［3］、同济大学［4］、香港中文大学［5 －6］等都进行了相关研究工作，研究表明磁流变液减振器的可控性能直接影响到控制效果。文献表明: 采用混合工作模式/流动模式的磁流变液减振器有效阻尼通道长度短，导致磁场利用率不高; 由于磁流变液沉降的问题导致阻尼器控制特性劣化。磁流变脂是由微米级铁磁性粒子、基础油、稠化剂、添加剂和填料组成的结构骨架的胶体分散体系，其流变性能在外磁场作用下能够发生连续可逆变化，不会发生悬浮相沉降与板结问题。鉴于磁流变脂材料进展和传统磁流变液减振器存在的问题，作者提出一种基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器设计方案。国内外对非牛顿流体径向流动研究的报道相对较少，Livesey［7］研究了粘性流体在两平行圆盘间的径向流动。Jackson 等［8］对于平板间的层流流动进行了理论与实验研究。Dai 等［9］研究两固定圆盘间的宾汉塑性流体的径向流动的数值解。目前，还未见关于径向流动模式的磁流变脂阻尼器设计理论报道，深入研究多级径向流动模式磁流变脂阻尼器设计方法，对磁流变脂阻尼调节装置的工程化研究具有重要的学术意义和潜在的实用价值。

　　1 基于多级径向流动模式的磁流变脂阻尼器

　　如图 1 所示的磁流变脂阻尼器，在外力作用下活塞迫使工作缸中的磁流变脂在阻尼调节器中往复流动，若忽略密封摩擦压力差和磁流变脂流动损失压力差，工作缸左右两腔之间压力差主要由阻尼调节器中磁流变脂流动特性决定。通过改变线圈励磁电流来控制通道磁场强度，以改变磁流变脂的流动特性，实现阻尼调节的目的。

　　多级导磁隔板、不导磁钢筒、励磁线圈、导磁端盖和导磁外筒等组成如图 2 所示阻尼调节器，流经调节器的磁流变脂在活塞推动下发生相应的轴向流动与径向汇流，在工作缸左右两腔之间形成压力差。磁流变脂径向流动区域中流动方向与磁场方向垂直，使磁流变脂的流动特性调节明显，是论文研究的关键。

　　2 磁流变脂尊静态径向流动模型

　　2. 1 磁流变脂径向流动微分方程

　　磁流变脂的径向流动存在两种情况: 磁流变脂从分级隔板中心的孔向四周径向流出( 源流) ，磁流变脂从四周径向地汇入中心的油孔( 汇流) ，阻尼调节器的每一级可看成是源流与汇流的对称组合。建立如图 3所示坐标系，r 为径向坐标，z 为纵坐标，o 为原点。环状分级隔板的外径为 r2，环状分级隔板的内孔半径为r1，两隔板间距为 2h。