專利名稱：磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，是一種自動攪拌裝置，特別是一種磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置。
背景技術(shù)：
磁流變液阻尼器是近年發(fā)展起來的一種優(yōu)秀的半主動控制裝置。該裝置的最大特點(diǎn)是利用了磁流變液在磁場作用下能在10-2秒級的時(shí)間內(nèi)從牛頓流體轉(zhuǎn)變成具有一定屈服強(qiáng)度的粘塑性體的智能特性來制作MR可調(diào)阻尼器的調(diào)節(jié)閥。由于MR阻尼器具有結(jié)構(gòu)簡單、出力大、調(diào)節(jié)容易和控制效果好等特點(diǎn)，可克服主動控制裝置費(fèi)用高、能耗大和裝置復(fù)雜的缺點(diǎn)，因此它非常適合在許多需要減振的工程結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，為大型工程結(jié)構(gòu)的振動控制展現(xiàn)了美好的發(fā)展前景。由于磁流變液中磁性顆粒相對于分散介質(zhì)具有粒徑粗、比重大(一般是分散介質(zhì)的7～8倍)，長期靜置后磁流變液易發(fā)生硬塊或膏狀沉降而導(dǎo)致流動性能喪失或降低。當(dāng)前，對于磁流變液的穩(wěn)定性和磁性顆粒的沉降理論已經(jīng)從材料學(xué)上做了相當(dāng)?shù)难芯?，得出的結(jié)論是減小顆粒的粒徑，增大分散介質(zhì)的粘度能夠降低顆粒沉降的速度，但是隨著顆粒直徑的降低，磁流變液的強(qiáng)流變效應(yīng)也逐步減弱，甚至基本消失。因此，許多研究表明磁性顆粒與分散介質(zhì)之間的密度差是磁流變液客觀存在的特征，磁性顆粒的沉降是一個(gè)無法從材料組成上徹底解決的問題。沉降問題極大的限制了磁流變液優(yōu)良性能的應(yīng)用范圍。對應(yīng)用于經(jīng)常處于運(yùn)動狀態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變液阻尼器(例如汽車座椅阻尼器、火車減振阻尼器、橋梁懸索阻尼器以及健身器材阻尼器等裝置)，磁流變液的沉降不會帶來很大影響；而對主要處于靜置狀態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變液阻尼器(例如結(jié)構(gòu)抗震阻尼器、間斷使用機(jī)械設(shè)備的減振器等)，液體的沉降問題就顯得格外重要，往往磁流變液在恢復(fù)流動狀態(tài)之前，結(jié)構(gòu)就已經(jīng)遭受了嚴(yán)重的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種在常規(guī)磁流變液阻尼器上附加機(jī)械裝置，形成自動控制的攪拌器來解決磁流變液阻尼器液體沉降問題的磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置，以克服上述的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型在常規(guī)磁流變液阻尼器的基礎(chǔ)上附加一個(gè)裝置，該裝置包括小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)、螺紋定位裝置和自動控制器，其特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)與磁流變液阻尼器中的活塞桿從一頭聯(lián)結(jié)形成剛體，螺紋定位裝置將阻尼器中的活塞桿與外部結(jié)構(gòu)從另一頭聯(lián)結(jié)，自動控制器輸出連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)用來控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
上述自動控制器與阻尼器的控制器合并為一個(gè)控制裝置。
本實(shí)用新型在原有的磁流變液阻尼器上安裝了附加控制裝置，與原阻尼器一起工作，能夠徹底解決磁流變液的磁性顆粒沉降問題，具有構(gòu)造簡單、控制穩(wěn)定、成本增加不多的優(yōu)點(diǎn)。


附圖為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
本實(shí)用新型(圖1)由常規(guī)磁流變液阻尼器1、小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)3、螺紋定位裝置4和自動控制器2所組成。首先，通過磁流變液阻尼器1上的傳感器來感知外部動力作用情況。當(dāng)阻尼器1沒有受到外部動力作用時(shí)，自動控制器2會周期性的按照確定的控制策略給小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)3發(fā)出控制信號，電機(jī)3會帶動磁流變液阻尼器1中的活塞桿5一起轉(zhuǎn)動和平動，對阻尼器1中的磁流變液6實(shí)施攪拌，防止磁性顆粒的沉降。小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)時(shí)間和圈數(shù)由阻尼器1的沖程長度和螺旋定位裝置4來決定。當(dāng)傳感器感知有外部動力作用時(shí)，自動控制器2會立刻發(fā)出信號使阻尼器1的活塞桿5恢復(fù)原始位置并切換啟動磁流變液阻尼器1的控制器讓阻尼器1參與減振工作。
本實(shí)用新型的功能是可以定時(shí)對阻尼器1中的磁流變液6實(shí)施攪拌，讓液體保持懸浮狀態(tài)而不沉降。首先根據(jù)合適的控制策略由自動控制器2發(fā)出信號給小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)2，電機(jī)2帶動活塞5一起旋轉(zhuǎn)而對阻尼器1中的磁流變液6實(shí)施攪拌。然而，活塞5如果只轉(zhuǎn)動而不能在鋼筒7內(nèi)平動，就不能對液體6進(jìn)行徹底攪拌，磁流變液6還是會沉降。因此，本實(shí)用新型讓活塞桿5與外部結(jié)構(gòu)之間采用螺紋聯(lián)結(jié)形成螺紋定位裝置4，活塞桿5在轉(zhuǎn)動的同時(shí)由于螺紋的拉力使活塞桿5與阻尼器的外鋼筒7之間會產(chǎn)生相對平動，從而可以均勻攪拌阻尼器中的磁流變液6。在整個(gè)運(yùn)行過程中，需要解決下面幾個(gè)問題(1)確定磁流變液的攪拌間隔時(shí)間。小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)不可能每時(shí)每刻的運(yùn)轉(zhuǎn)，這需要消耗大量能源也失去了該裝置的意義。電機(jī)旋轉(zhuǎn)的間隔時(shí)間由磁流變液的穩(wěn)定性確定，不同的磁流變液其磁性顆粒沉降所需的時(shí)間也是不一樣的。當(dāng)液體還處于軟性沉降狀態(tài)而沒有進(jìn)入結(jié)決沉降狀態(tài)時(shí)，就需要對磁流變液攪拌一次，這樣液體就很容易再分散而恢復(fù)到均勻懸浮的狀態(tài)。
(2)確定旋轉(zhuǎn)電機(jī)的型號和每次攪拌的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。電機(jī)的選擇要根據(jù)磁流變液阻尼器型號的不同而不同，電機(jī)需具有足夠的能量來克服阻尼器活塞與鋼筒之間的摩擦而帶動活塞桿一起旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間要通過阻尼器活塞的沖程、螺紋定位裝置的螺紋厚度來確定，即電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)圈數(shù)等于活塞的沖程與螺紋厚度的比值。
(3)確定自動控制器的控制策略。該裝置的控制目標(biāo)是間斷的對旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)出控制信號，使其帶動活塞桿一起產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和平動，從而攪拌磁流變液阻尼器中的磁流變液來阻止磁性顆粒的沉降?？刂撇呗缘幕舅枷霝樵诖帕髯円哼€沒有進(jìn)入結(jié)塊沉降狀態(tài)時(shí)，對電機(jī)發(fā)出正向控制電流讓電機(jī)帶動活塞桿一起旋轉(zhuǎn)，由于螺紋定位裝置的拉力使活塞桿在轉(zhuǎn)動的同時(shí)向一個(gè)方向平動。當(dāng)活塞桿即將與外部鋼筒一邊的封蓋碰撞時(shí)，對電機(jī)發(fā)出反向控制電流讓活塞桿反向旋轉(zhuǎn)并且向著相反方向平動；當(dāng)活塞桿即將與外部鋼筒另一邊的封蓋碰撞時(shí)，對電機(jī)再發(fā)出正向控制電流讓活塞桿恢復(fù)到第一次的平動方向而回到原始位置后停止控制。以上過程完成了一次控制周期，根據(jù)磁流變液的沉降時(shí)間確定控制間隔時(shí)間，經(jīng)過該間隔時(shí)間后再重復(fù)上面的過程。
(4)確定旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器與磁流變液阻尼器的控制器之間的切換模式。為了保證磁流變液阻尼器工作的一致性，無論在何時(shí)刻都只允許一個(gè)控制器參與工作，這樣就涉及到控制器之間的切換問題。對于抵抗地震的磁流變液阻尼器，如果結(jié)構(gòu)沒有遭遇地震的時(shí)候，啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器按照(3)中規(guī)定的控制策略對磁流變液實(shí)施間斷性的攪拌；如果遭受地震侵襲時(shí)分兩種情況當(dāng)電機(jī)和活塞桿處于沉默期，則直接啟動磁流變液阻尼器的控制器使得阻尼器參與抗震工作中；當(dāng)電機(jī)和活塞桿處于運(yùn)轉(zhuǎn)期，就先讓旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器發(fā)出控制信號使活塞桿向著平衡位置平動，以最短的時(shí)間回到原始位置，然后再經(jīng)過切換停止旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器，同時(shí)啟動磁流變液阻尼器的控制器。由于活塞桿回到原始位置所需時(shí)間很短，因此不會對阻尼器的抗震性能帶來影響。對于間斷使用機(jī)械設(shè)備的減振器，可以直接先啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制器，使其運(yùn)轉(zhuǎn)一到兩個(gè)周期，這樣磁流變液就完全處于均勻懸浮的狀態(tài)，然后經(jīng)過切換啟動磁流變液阻尼器的控制器讓阻尼器參與減振工作。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置，它在常規(guī)磁流變液阻尼器(1)的基礎(chǔ)上附加一個(gè)裝置，該裝置包括小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)、螺紋定位裝置(4)和自動控制器(2)，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)與磁流變液阻尼器(1)中的活塞桿(5)從一頭聯(lián)結(jié)形成剛體，螺紋定位裝置(4)將阻尼器(1)中的活塞桿(5)與外部結(jié)構(gòu)從另一頭聯(lián)結(jié)，自動控制器(2)輸出連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)用來控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置，其特征在于自動控制器(2)與阻尼器(1)的控制器合并為一個(gè)控制裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁流變液阻尼器液體沉降的控制裝置，它在常規(guī)磁流變液阻尼器的基礎(chǔ)上附加一個(gè)裝置，該裝置包括小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)、螺紋定位裝置和自動控制器，其特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)與磁流變液阻尼器中的活塞桿從一頭聯(lián)結(jié)形成剛體，螺紋定位裝置將阻尼器中的活塞桿與外部結(jié)構(gòu)從另一頭聯(lián)結(jié)，自動控制器輸出連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)用來控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)。本實(shí)用新型在原有的磁流變液阻尼器上安裝了附加控制裝置，與原阻尼器一起工作，能夠徹底解決磁流變液的磁性顆粒沉降問題，具有構(gòu)造簡單、控制穩(wěn)定、成本增加不多的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01F15/00GK2890490SQ20062009516
公開日2007年4月18日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者瞿偉廉, 涂建維 申請人:武漢理工大學(xué)