抗冲击磁流变缓冲器原理及分析

　　在许多机械工程结构和系统中存在着冲击载荷,它们往往引起结构的振动、疲劳和破坏,一般多采用缓冲装置进行缓冲以减小这种冲击载荷的作用.传统的缓冲装置是根据典型的工况,以一定的结构技术设计缓冲器,预先制定了缓冲器的工作特性.由于实际工况的多变性和设计计算的误差,缓冲器的性能很难达到理想的工作性能.磁流变液体(Magnetorheological Fluids)在外加磁场的作用下能产生明显的磁流变效应,即液体的性质由液态向类固态转化.磁流变液体的粘度可调,具有连续、可逆、响应快、易于控制的特点,可与计算机控制结合,实现主动控制,在工程上具有良好的应用前景.磁流变液体是1948年由Rabinow发现的,与Winslow发现电流变液体处于同一时期.但是,除发现时所引起的轰动外,很长一段时间有关磁流变液体的研究较少.只是在最近,磁流变液体又引起了人们的重视.目前,磁流变液体已成功地应用于制动器、减振器和缓冲器等[1].磁流变液体的特性非常适用于主动控制,因而受到了各行各业的重视,将磁流变液体应用于机械系统的缓冲装置中,如汽车悬挂系统中的减振器、机械系统的缓冲器等.利用磁流变液体的流动阻尼可变和可控的特点,通过控制系统用主动控制的方法来控制缓冲装置中液体流动的阻尼,以适应外界载荷的变化,可获得良好的缓冲特性.作者根据磁流变液体的特点,介绍阻尼规律可控的缓冲器原理及有关的理论与技术.

　　1　原理与结构

　　常规缓冲器主要由空隙节流来产生阻尼,通过节流孔面积的变化调节阻尼.磁流变缓冲器利用磁流变液体粘度的变化迅速且可控的特性来实现其阻尼可控规律.这种缓冲器由缓冲装置、磁流变液体和控制系统组成.

　　1.1　结构原理

　　磁流变液体缓冲器的原理和结构形式如图1所示.该结构在外部设置一个带有芯杆(此芯杆上有线圈绕组)的旁路流液孔,液体流过时产生阻尼,并通过磁流变效应来调节阻尼力.工作时,活塞杆在缓冲器筒中往复运动,磁流变液体从旁路流液孔流过,相应地在流液孔处产生流动阻尼力.由控制单元调节施加在旁路流液孔中芯杆线圈上的电流,线圈在旁路流液孔的间隙内产生径向磁场.当活塞运动,挤压液体迫使其流动时,流过旁路流液孔的磁流变液体就会受到磁场的作用,由牛顿体变为粘塑体,使流体的流动阻力增加.由于粘塑体的屈服应力是磁场强度的函数,因此通过调整线圈中的电流强度来调整磁场强度,就可以调整流体的流动阻力,即可调整缓冲器阻尼力.

　　1.2　控制系统

　　控制系统由传感器、控制单元和调节电源组成,控制系统的组成如图2所示.