参数自适应型蓄能器磁流变液工作腔的分析

    降低能耗和减少振动一直是液压控制系统需要解决的两个难题,液压蓄能器是解决这两个问题的一个很重要的元件.蓄能器的性能与其结构类型、参数设置和安装位置有关.常规蓄能器能够在一定程度上改善系统的性能,但是具有一定局限性.主要原因是现有蓄能器在实际使用时,其参数是按一定结构分级选取的,一旦选定就不能做大范围的调整,在液压系统中不能满足其性能要求.本文提出一种参数可变蓄能器,其充气压力、总容积、进油口阻尼系数及工作介质———磁流变液的阻尼系数均可实现自动控制及调整[1-3].本文主要对其工作腔的性能进行研究.

    1　参数可变蓄能器装置的工作原理

    图1所示为本文中设计的参数可变蓄能器工作原理示意图.参数可变蓄能器装置分为两部分:第一部分为机械部分,该部分为参数可变蓄能器的主要工作本体,涉及到气腔、磁流变液腔和油腔,该样机综合了皮囊式蓄能器和活塞式蓄能器的优点,增加了磁流变液腔,同时增加了气体参数在线调整装置和在线调整进油口阻尼装置.第二部分为两级计算机控制系统,采用“上位机+下位机”结构,二者之间的通信由3个“RS232-RS485”转换模块9构成网络协议实现.下位机采用DSP(digital signal proces-sor)控制器,完成对采集信号的处理和对系统的控制运算;上位机采用PC机,完成对系统初始化、数据显示、参数设置及程序编写等工作.

    样机通过压缩气体存储系统中的瞬时多余能量,而由气体弹簧力、磁流变液阻尼力和进油口阻尼力与系统压力构成平衡,充气压力、充气容积、磁流变液阻尼系数和进油口阻尼系数均可根据系统工况在线调整,克服了现有蓄能器的不足.

    气腔和油腔之间有磁流变液腔16,油腔活塞6安装有动密封,防止磁流变液泄漏,在蓄能器壳体3外部,与16相对应的位置缠绕电磁线圈4,其电流由可编程控制电源10控制.电流变大,磁场变大,磁流变液阻尼系数增大,反之减小.

    2　MRF工作腔元件的结构设计

    2.1　磁流变液腔结构及磁路设计

    综合对比各种磁流变阻尼器结构的优缺点,并结合参数可变蓄能器装置本体,设计其液腔结构及磁路,如图2所示.

    图中l为线管长度,N为线管中线圈匝数,i为线管载流电流.载流密绕直螺线管缠绕在样机高压壳体外,壳体中安装阻尼板,阻尼板中加工有均布的通油通道,高压壳体和阻尼板由软磁材料制成.阻尼板安装在电磁线圈中部,而且阻尼板厚度与线管长度相比较小,可以认为阻尼板处的磁场是均布的[4].如果将阻尼板上所有阻尼孔等效为相同通流面积的一个大圆孔,那么从工作原理上可以认为该部分属于阀式磁流变阻尼器.同时,在工作过程中,阻尼板固定在高压壳体中,磁流变液通过阻尼板上均布加工的油孔流动,产生阻尼效应.磁感应强度B越大,阻尼效应越明显.