叶片式磁流变液减振器结构设计与优化

　　引　言

　　改善车辆悬挂特性是提高车辆乘坐舒适性和机动性的关键,尤其是战斗车辆,其行驶路况恶劣,对先进悬挂系统的需求更为迫切。美军在《陆军技术基础技术总体规划》列出2010年14项关键新技术中,内容之一就是先进的悬挂技术。可控悬挂技术包括主动、半主动悬挂技术。半主动悬挂具有与主动悬挂相近的性能,且造价低、耗能少、可靠性高,成为车辆悬挂领域的研究热点。磁流变减振器是实施结构半主动振动控制的理想装置,是车辆悬挂系统的一个重要发展方向[1]。美军在“悍马”越野车上进行的半主动悬挂系统性能测试表明,采用MRF减振器后,越野车在各种路况下的最高行驶速度可提高30%～40%,同时操作稳定性也能较大幅度的提升[2]。目前,我军大多数战斗车辆仍采用传统的液压减振器,不能根据路况实时调节阻尼特性,越野机动能力受限。笔者针对重型战斗车辆悬挂系统性能提升的需求,设计了叶片式磁流变减振器,以满足半主动悬挂系统的应用需求。

　　叶片式减振器对重型车辆具有独特的实用性,但缝隙的泄露问题是影响其性能提高的重要因素[3],设计时应考虑对泄露MRF的控制。受结构的限制,减振器内部布置励磁线圈的空间十分有限,在有限的空间内对励磁元件进行优化是MRFD设计的关键。

　　1　叶片式MRFD的结构设计

　　1.1　设计准则

　　MRFD在过程中必须遵循以下准则:

　　1)符合“fail-safe”设计思想,即若减振器的电磁或控制单元失效,MRFD降级为被动式减振器后,还能够提供达到或接近被动减振器的阻尼力矩;

　　2)由于加工误差或磨损,减振器在使用过程中不可避免会有泄露,设计时应尽量考虑将磁力线穿过主要的泄露区域,对泄露的液体进行控制,尽可能增大MRFD阻尼力的动态调节范围;

　　3)为了充分利用MR效应来改变减振器的阻尼力,应保证磁力线与节流阀内MRF的流动方向垂直[2];

　　4)整个磁路的磁动势应该主要降落于阻尼缝隙处。磁流变液的相对磁导率较小,绕组提供的磁动势主要消耗在阻尼缝隙处,提高该处的磁感应强度;

　　5)保持MRFD的结构尺寸与原减振器相同,以保证新设计的MRFD符合原车的安装要求。

　　1.2　设计方案

　　叶片式减振器由叶片、隔板和壳体3部分组成。MRFD的工作原理如下:当叶片旋转时,高压腔内的MRF经阻尼通道进入低压腔,在阻尼通道处布置可控磁场,使流经阻尼通道的MRF的剪切屈服强度发生变化,实现对阻尼力矩的控制。

　　阻尼通道有缝隙式和孔式两种。孔式阻尼通道中场强难以保证均匀,且绕组布置困难,需对原减振器进行较大改动。缝隙式阻尼通道的缝隙高度一致,磁场分布较均匀,笔者采用缝隙式阻尼通道。