基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器

技术领域

    本发明涉及一种吸振器，尤其涉及一种基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器。

背景技术

在人们的日常生活以及工作中，普遍存在着振动。生活中，头顶悬挂的旋转着的电扇、行驶在公路上的汽车以及运行在轨道上的机车等；工作中，工厂里加工工件的机床、建筑工地里随风摆动的桁架等。而振动的存在给人们的生活造成了影响，甚至危及到人们的人生安全，所以减小乃至消除振动成为人们不断研究的课题。

现如今人们发明的减振器基于三种模式：被动控制模式、主动控制模式、半主动控制模式。吸振是减振的形式之一。基于被动控制模式的吸振器，其应用最为广泛，结构简单，成本低，但其吸振器的固有频率不可调，当与激振频率相同或者相差很小时，能达到很好的减振效果；当其固有频率与激振频率相差较大时，则减振效果很差甚至会是振动恶化。基于主动控制模式的吸振器，其吸振器是通过传感器来实时采集振动物体信息来直接提供力抵消振动所产生的力，但所需响应快，有外部能源支持，成本比较高。半主动模式控制的吸振器，其吸振器是通过传感器来实时采集振动物体信息以改变自身的固有频率，从而无需消耗很多的能源且能达到很好的减振效果。

随着科技的发展，传统的、固有频率狭窄的吸振器已经不能满足需要，吸振器的发展向着宽频、多频发展。专利NO.201120197689.3所设计的一种具有多固有频率的吸振器，其吸振器底座上安装了多个有效长度不同的弹簧板且在弹簧板上安装重量不同的质量块，质量块在弹簧板上的位置可调，故可以扩大其固有频率，其缺点是调节其固有频率过程繁琐，且在振动过程中不可实时调节；消耗的外界能源较大，且由于使用到了永磁铁，其使用具有局限性；主动控制需要提供外部能量并且其对于主动力的控制比较复杂，要求响应速度快，成本比较高。

磁流变液作为一种新型的智能材料，其性能表现在其的流变特性随着磁场的变化而变化——当无磁场时其表现为流变状态，但随着磁场的增强，其流变性能呢个发生变化，并逐渐趋向于固态。由于这一性能，其被用于设计阻尼器、离合器以及阀门等。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器，包括有振动基、壳体、吸振质量块、两个弹簧、置物板和三叉支杆，所述的壳体顶端开口，壳体底端通过螺钉与所述的振动基顶端固定连接，壳体内部底面的左右两侧分别设有底座，底座上方分别设有油缸，油缸上设有活塞杆，所述的两个弹簧的内部分别设有导向装置，弹簧的顶部和底部分别固定有顶板和底板，所述的两个活塞杆的顶端分别与两个弹簧的底板固定连接，两个弹簧的顶板通过销钉分别与所述的三叉支杆的两个杆连接，所述的置物板底部为中空的，中空部分两边分别开有椭圆形凹槽，所述的三叉支杆的顶杆通过销钉与置物板连接，所述的置物板位于壳体的顶端，所述的吸振质量块通过螺钉与置物板固定连接，所述的壳体的内部两底座之间还设有左、右带活塞圆筒和一个磁流变阀，所述的带活塞圆筒中间带有活塞，活塞左右两侧的圆筒口分别为进油口和进液口，所述的两个油缸的出油口分别通过油管连接左、右带活塞圆筒的进油口，所述的磁流变阀内部充满磁流变液，磁流变阀的缸体外侧缠绕有通电线圈，产生磁场，磁流变阀的左右两侧的出口通过连接管分别与左、右带活塞圆筒的进液口连接，在所述的振动基和置物板的上方分别安装有振动传感器，两振动传感器均与一数据采集与处理系统连接，所述的通电线圈与一功率放大器连接，所述的数据采集与处理系统和功率放大器均与控制器连接。

所述的磁流变阀为内部充满磁流变液的缸体，缸体左右两端设有连接管接头。

本发明使用了磁流变液的流通特性来控制吸振器系统的阻尼以及刚度，从而改变吸振器的固有频率。在壳体中，磁流变阀左右两边分别连接着一组由弹簧与油缸串联组成的减振系统。当线圈不通电流时，磁流变阀上没有磁场，磁流变液呈现出流动状态，磁流变阀两边的减振系统的刚度可以看成串联状态；当线圈通电饱和时，磁流变阀内的磁流变液表现出固态的性质，两边的液体不再流动，则磁流变阀两边的减振系统的刚度可以看成并联状态。当电流大小处于0值与饱和状态之间时，其系统的刚度在串联状态与并联状态之间。并且，所通电流大小影响着磁流变液的流通特性，以此也改变了系统的阻尼。

本发明的优点是：本发明吸振效果好，在一个固定的振动频率下，可以起到一个很好的减振作用；吸振器固有频率可调，可以根据不同的激振频率来调节自身的固有频率，以达到最好的减振效果；在振动的过程中，通过传感器的检测来不断的调整自己的固有频率，达到实时跟踪，以保证振动过程中一直保持最好的减振效果；由于是半主动控制，故消耗的外界能量少；结构简单，易于实现，可行性高；易于组合使用，对于多频率的振动可以组合使用多个吸振器。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中的磁流变阀及其它链结构件的剖视示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种基于磁流变液特性的变刚度变阻尼吸振器，包括有振动基1、壳体2、吸振质量块3、两个弹簧4、置物板5和三叉支杆6，所述的壳体2顶端开口，壳体2底端通过螺钉与所述的振动基1顶端固定连接，壳体2内部底面的左右两侧分别设有底座7，底座7上方分别设有油缸8，油缸8上设有活塞杆9，所述的两个弹簧4的内部分别设有导向装置10，弹簧4的顶部和底部分别固定有顶板11和底板12，所述的两个活塞杆9的顶端分别与两个弹簧4的底板12固定连接，两个弹簧4的顶板11通过销钉分别与所述的三叉支杆6的两个杆连接，所述的置物板5底部为中空的，中空部分两边分别开有椭圆形凹槽，所述的三叉支杆6的顶杆通过销钉与置物板5连接，所述的置物板5位于壳体2的顶端，所述的吸振质量块3通过螺钉与置物板5固定连接，所述的壳体2的内部两底座之间还设有左、右带活塞圆筒13和一个磁流变阀14，所述的带活塞圆筒13中间带有活塞，活塞左右两侧的圆筒口分别为进油口和进液口，所述的两个油缸8的出油口分别通过油管15连接左、右带活塞圆筒13的进油口，所述的磁流变阀14内部充满磁流变液16，磁流变阀14的缸体外侧缠绕有通电线圈17，产生磁场，磁流变阀14的左右两侧的出口通过连接管18分别与左、右带活塞圆筒13的进液口连接，在所述的振动基1和置物板5的上方分别安装有振动传感器19，两振动传感器19均与一数据采集与处理系统20连接，所述的通电线圈17与一功率放大器21连接，所述的数据采集与处理系统20和功率放大器21均与控制器22连接。

所述的磁流变阀14为内部充满磁流变液16的缸体，缸体左右两端设有连接管接头。

当振动基1受到外加频率开始振动时，由于惯性的作用，吸振质量块3以及置物板5随之一起振动，置物板5所连接的三叉支杆6在置物板5的凹槽内滑动，三叉支杆6的另两支杆则上下摆动 ，压缩与拉伸弹簧4，进而对油缸8施加力，则磁流变阀14内的磁流变液16左右流动。

在不施加电流的情况下，通过磁流变阀14的磁场为零。磁流变液16表现出其一般的流动性能，则此吸振器系统可以看成一个刚度由两个弹簧4串联、阻尼受油缸8以及磁流变液16共同影响的吸振系统。

在通以磁流变液16饱和电流时，磁流变液16表现出其固化的状态，磁流变阀14两端的液体无相互流动，此时吸振器系统可以看成一个刚度由两个弹簧4并联、阻尼受油缸8以及磁流变液16共同影响的吸振系统。

当所施加的电流大小在0值与饱和值之间时，其刚度处于串联状态与并联状态之间。

随着磁流变液流动特性的变化，吸振系统的阻尼也发生变化。

由于固有频率与刚度以及质量有关，故当吸振质量块3不变的情况下，改变刚度也就改变了吸振系统的固有频率。

在实际应用中，

（1）可以通过振动传感器19分别测出外加的激振频率以及吸振质量块3的振动频率，通过数据采集与分析系统20的对比分析，输出控制信号，经过功率放大器21作用于通电线圈17，以改变吸振系统的刚度和阻尼，从而改变固有频率。在不断振动的过程中，不断的进行比较，实时的达到最好的减振效果。

（2）在固定激振动频率的振动中，可以事先对吸振质系统的固有频率进行调节，使其在吸振时达到最佳效果。