双级线圈活塞式磁流变阻尼器的研制

　　引言

　　磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,简称MRD)是新型智能化阻尼装置,在汽车、机械及土木工程等领域均有广泛的应用。随着应用的推广,对MRD的阻尼性能的要求越来越严格,人们希望设计出结构既紧凑阻尼性能又高的阻尼器。传统的MRD采用的单级线圈活塞式结构虽然便于加工,但其阻尼性能的提高却受到轴向与径向结构尺寸的限制;而且,采用单线圈也存在磁场强度分布不均匀的缺点。

　　为解决以上问题,本文将已研制的单级线圈活塞式MRD的励磁线圈改进为2个励磁线圈,并就2种MRD的阻尼性能进行比较。

　　1　两种活塞式MRD结构参数

　　图1a为单级线圈活塞式MRD结构简图,侧翼A和B轴向总长度L为MRD有效工作长度,D3为MRD阀体内径;h为环形间隙高度;D为MRD阀芯直径。图1b为双级线圈活塞式MRD结构简图,与图1a相比,MRD所用材料、轴向总长度、径向尺寸均不变;线圈总匝数N不变,但由单级分为匝数等同的双级;有效工作长度L不变,但L被两段励磁线圈分成A、B、C三段。

　　2　两种活塞式MRD性能试验方案

　　该项试验研究中的主要设备有:压电传感器、力传感器、多通道电荷电压滤波积分放大器、智能信号自动采集分析仪、数字式控制仪、振动台、DASP2000软件、电动振动系统(带有信号发生器)及微机等。基本方法是通过对MRD输入绝对加速度,改变MRD的输入电流大小,从而改变其阻尼力,利用力传感器对阻尼力进行测量、数据处理,来获得MRD的各项指标。试验系统由两部分组成:振动激励系统和测试系统。

　　图2为MRD实验系统简图,系统由信号发生器发生信号通过功率放大控制激振器的振动量级,MRD用夹具固定在基架上,活塞杆与固定在振动器基座上的力传感器连接,基座上安装了加速度传感器,通过功率放大器和数据采集仪进行数据采集,从而可获得试验结果。为了数据采集方便,把采样频率决定为大于10f1(f1为输入信号)的频率。试验的基础信号激励采用振动频率为5 Hz正弦输入,采样频率为512 Hz,采样点为1024。通过对由加速度传感器测得的数据进行二次积分,计算出阻尼器的位移量、运动速度再计算出对应每一个相对位移及阻尼器的阻尼力。试验中,驱动活塞相对于MRD缸体以固定频率和振幅作简谐运动;对MRD施加一个常电流,阻尼阀阀芯线圈产生恒定磁场,测量MRD缸体相对于活塞的阻尼力、加速度,经数据采集系统采集后存储在计算机的硬盘。在不同的电流下,重复测量和采集。振动器的频率和振幅及对MRD施加电流的试验条件如表1。

　　3　两种活塞式MRD试验结果分析

　　根据试验数据可分别得到单线圈活塞式MRD及双线圈活塞式MRD试验位移与阻尼力的关系曲线图(图3a、3b)。通过对两个图的比较可知,当外加电流为零时,双线圈活塞式MRD与单线圈活塞式MRD在相同位移时产生的阻尼力变化不大,这正符合零场阻尼力(即外加电流为零)小的要求;而随着外加电流的增大,双线圈活塞式MRD与单线圈活塞式MRD相比,在相同位移时,双线圈活塞式MRD产生的阻尼力明显提高,当外加电流为1.0 A时,双线圈活塞式MRD产生的最大阻尼力是单线圈活塞式MRD产生的最大阻尼力的1.44倍。由此可见,相同试验条件下,双线圈活塞式MRD比单线圈活塞式MRD能产生更好的阻尼效果。