磁流变液阻尼器的电流驱动器设计与实验测试

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智能磁流变(RM)阻尼器的实验研究

前言
磁流变（ＭＲ）是一种电流变（Ｒ）的磁模拟液Ｅ液材料，在外加磁场作用下能产生可逆的流动阻力的
１ＭＲ阻尼器阻尼特性实验
本文对所制作的原型阻尼器进行了系列实验＝
阻尼器如图１所示，径约８ｒ－全长约外０ｍｎ５ｃ行程＝３ｍｍ，大电流可达３间隙约０ｍ，０最Ａ．
，
ｔｅＭＲｄｍｐｒａｅｔｅｎｔｒｆｒｐｄｙａｄｒｖｒｉｌｈｎｅｔｅｄｍｐｉｇｃａａｔｒｔｓｈｓｐ — ｈａｅｓｈｖｈａｕｅｏａｉｌｎｅｅｓｂｙｃａｇｈａｎｈｒｃｅｉｉＩｉａｓｃｐｒｉｔｄｃｓｔｅｅｐｒｅｔｒｇａ，ｒｓｎｓｔｅｃｎｅｎｎａａｏｈＲｄｍｐｒ，ｎｏｄｃｓｅｒｕｅｈｘｅｉｎｏｒｍｐｅｅｔｈｏｃｒｉｇｄｔｆｔｅＭａｅｓａｄｃｎｕｔｎｏｍｐ
几种磁流变阻尼器．对阻尼器进行了阻尼特性及并
阻尼器阻尼特性实验过程为：液压伺服系统驱动磁流变阻尼器的活塞相对于缸体以固定的频率和振幅作简谐振动；阻尼器施加一定的电流，对测量活
相关性能的实验研究
（中科技大学土木工程学院．华武汉４０７）３０４
摘要：磁流变（）ＭＲ液是种新型的智能材料，ＭＲ阻尼器具有在外加０ＮＯＮ快速可逆地改变阻尼而ａ特性的特点本文针对所作的ＭＲ阻尼器实验研究介绍ｒ实验过程及相关数据．并对其进行了分析实验表明：ＮＰ阻尼器具有良好的阻尼可控制特性Ｉ．是结构消能臧振控制的理想元件关键词：流变液ｉ尼器磁阻中图分类号：ｒ５＿Ｈ文献标识码：Ａ

磁流变液流变性能测试仪的设计与研究的开题报告

磁流变液流变性能测试仪的设计与研究的开题报告一、课题背景及研究意义磁流变液是一种具有特殊性能的流体，其粘度可以通过外部磁场的作用而发生变化。

利用这种特殊性能，磁流变液可广泛应用于工程制造、运动控制等领域。

然而，磁流变液的流变性能测试仪设计及研究仍存在一定的不足。

因此，本文旨在研究磁流变液流变性能测试仪的设计与研究，为后续相关领域的研究提供参考和支持。

二、研究目标本文的研究目标为设计与研究一种能够测试磁流变液流变性能的测试仪。

具体目标如下：1.设计一种可实现对磁流变液流变性能测试的仪器；2.选择合适的测试方法，研究影响磁流变液流变性能的各种因素；3.通过实验数据的分析与处理，探索磁流变液流变性能测试的规律和特点。

三、研究内容及方法本文的研究内容涵盖磁流变液的基本性质、流变性能测试方法和测试仪的设计等方面。

研究方法主要包括理论研究和实验研究两种。

1. 理论研究基于相关理论，研究磁流变液的基本性质和流变特性，分析影响磁流变液流变性能的各种因素，探究流变规律。

2. 实验研究基于已有的磁流变实验平台，设计制造一种可测试磁流变液流变性能的测试仪。

通过实验数据的分析和处理，研究流变特性和变形等规律。

四、研究进度安排第一年1. 研究磁流变液的物理特性和流变特性，分析影响磁流变液流变性能的各种因素。

2. 磁流变实验平台搭建，测试磁流变液的基本性质和流变特性。

3. 设计制造一种可测试磁流变液流变性能的测试仪。

第二年1. 研究测试仪的测试方法和流变规律。

2. 进行实验研究，获取相关数据。

3. 数据分析和处理。

第三年1. 继续对实验数据的分析处理，并总结规律和结论。

2. 撰写论文，完成相关论文撰写。

五、预计研究成果1. 设计并制造一种可测试磁流变液流变性能的测试仪。

2. 掌握磁流变液的物理特性和流变特性，研究流变规律和特性。

3. 完成与论文相关的学术交流和成果报告。

六、结语本文将以磁流变液流变性能测试仪的研究为主要内容，探索磁流变液流变性能的规律、特性和实验方法等相关问题。

磁流变阻尼器的电流驱动器设计与实验研究

磁流变阻尼器的电流驱动器设计与实验研究石志涛;张进秋;岳杰;刘义乐【摘要】采用Buck型变换器和电流模式PWM开关控制方案,设计了车用磁流变阻尼器的电流驱动器,研究了其硬件电路组成,介绍了磁流变阻尼器的电流驱动器的性能测试系统并进行了测试实验.%In this paper.a current driver applied on magnetorheological fluid damper for armored vehicle, using Buck DC - DC converter and current mode PWM,is designed,the schematic of the hardware circuit as well as the schematic of the experimental testing system are explored, and its performance is tested.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】3页(P18-20)【关键词】磁流变阻尼器;电流驱动器;Buck型变换器;PWM【作者】石志涛;张进秋;岳杰;刘义乐【作者单位】装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072;装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072;装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072;装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TM5020 引言由于具有结构简单、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调和易于实现计算机控制等优点，磁流变阻尼器在建筑结构振动控制、车辆悬挂系统振动控制等技术领域得到广泛应用［1－2］。

磁流变阻尼器需要驱动器根据要求实时精确地调节磁流变阻尼器中线圈的励磁电流。

根据参考文献［1］对励磁线圈的等效电路分析可知，磁流变阻尼器采用电流源驱动时的响应时间较采用电压源驱动时短得多。

磁流变液阻尼器三段线性变阻尼模型及试验验证

摘要：自行研发了一个最大出力约为１０ｋＮ的磁流变液阻尼器（ＭＲＦＤ），基于阻尼器的力学性能试验结果，分析最大阻尼力随速度和电流的变化规律．提出了一种适用于控制器设计的简便高效ＭＲＦＤ唯象模型一三段线性变阻尼恢复力模型．并对模型参数进行识别，数值与试验结果对比分析表明该模型可较精确地模拟ＭＲＦＤ的非线性力学性能基于该三段线性变阻尼恢复力模型可方便数值求解阻尼器逆模型，阻尼器力学模型的研究思路可应用于其他具体研发的磁流变液阻尼器中。关键词：磁流变液阻尼器；力学模型；性能试验；参数识别中图分类号：ＴＢ５３５文献标志码：Ａ文章编号：１００１—８６６２（２０１８）０２—００８８—０６ＤＯＩ：１０．１３５１２／ｊ．ｈｎｄｚ．２０１８．０２．０１３
磁流变液阻尼器三段线性变阻尼模型及试验验证
龚微１，２，熊世树３，郑鑫城
（（１．广州大学工程抗震研究中心，广州５１０４０５；２．广东省地震工程与应用技术重点实验室，广州５１０４０５；３．华中科技在学土木工程与力学学院，武汉４３００７４）
收稿日期：２０１７—１２—２５作者简介：龚微（１９８９一），女，博士研究生，助理研究员，主要从事结构振动控制相关工作。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｏｎｇｗｅｉ＠ｇｚｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
第２期
龚微等：磁流变液阻尼器三段线性变阻尼模型及试验验证
８９
ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｉｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒＯ± ｔｈｅＭＲＦＤ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｄａｍｐｅｒｂｙｅｍｐｌｏｙｉｎｇｔｈｅｔｈｒｅｅ——ｓｅｇｍｅｎｔｌｉｎｅａｒｖａｒｉａｂｌｅｄａｍｐｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｅｌｆ—ｍａｄｅＭＲＦＤｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｔｈｅｒｓｐｅｃｉｆｃＭＲＦＤｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｇｎｅｔｏ－ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｆｌｕｉｄｄａｍｐｅｒ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌ；Ｐｒｏｐｅｒｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；Ｐａｒａｍｅｔｅｒｊｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ

磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源设计

磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源设计1、引言?汽车悬架系统阻尼特性的合理匹配对提高乘坐舒适性和操纵稳定性起着至关重要的作用。

目前，国外汽车制造商普遍采用更换不同阻尼特性的一系列阻尼器或者机械式可调阻尼器，主观与客观评价相结合的方法进行悬架阻尼参数的实验匹配[1～2]，国内汽车企业尚需国外技术支持。

但该匹配法只能实现压缩阻尼与复原阻尼联动调节（或阻尼离散调节），很难实现悬架阻尼参数的最优与自动匹配，因此，研究具有自主知识产权和创新特色的自1、引言?汽车悬架系统阻尼特性的合理匹配对提高乘坐舒适性和操纵稳定性起着至关重要的作用。

但该匹配法只能实现压缩阻尼与复原阻尼联动调节（或阻尼离散调节），很难实现悬架阻尼参数的最优与自动匹配，因此，研究具有自主知识产权和创新特色的自动匹配方法，对提高我国汽车悬架的开发能力具有重要的现实意义。

阻尼可调的磁流变阻尼器具有传统的被动液力阻尼器无可比拟的优点[3]，利用它来代替人工调节机械式可调阻尼器研究汽车悬架阻尼参数的最优与自动匹配是一种较理想的选择。

汽车悬架阻尼参数自动匹配的理论方法与关键实现技术涉及一系列问题需要解决，研制成功能辨识汽车阻尼器运行状态（复原与压缩工况）的可控状态敏感电流源是关键技术之一，对于特定的汽车磁流变阻尼器，针对给定的激励条件，通过调节励磁电流实现阻尼器压缩与复原阻尼参数的独立调节，使汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性达到最优，获取阻尼器在该激励下的阻尼特性，为成功开发出汽车悬架阻尼参数自动匹配装置奠定坚实的技术基础。

2、系统组成及软硬件设计2.1 系统工作原理及组成系统的工作原理是：在某一时刻，通过对固定于阻尼器活塞杆和工作腔上的传感器来的数据进行分析，判断出阻尼器与上一时刻比较是处于拉伸或是压缩状态，根据不同的状态，动态改变通过阻尼器励磁线圈的电流，引起内部磁场变化，从而达到改变其阻尼力的目的。

磁流变阻尼器阻尼力建模及实验分析

前言
性动态特性% 但是模型由强非线性方程构成% 参数过
磁流变液是多不便于数值处理 "(8XDWS<9[W<=<XBM8=V=IB] " (5k# #
%
&
一种流变特性随外界磁场强度改变而变化的智能材料% 其流变特性为剪切应力随磁场强度的增加而增加& 通过对外界磁场强弱的控制% 可在毫秒级的时间内改变磁流变液体的流变力学特性)#E!*% 这一特性对于动力学主动和半主动控制非常有用& 由磁流变液制成的阻尼器"减震器# 结构简单' 响应速度快' 功耗低' 阻尼力大且连续可调% 是一种典型的可控流体阻尼器% 适用于结构振动控制' 飞机起落架及车辆悬架系统等& 通过对电流的控制可以很容易地实现对磁场以及流变力学特性的控制% 使得磁流变液阻尼器成为最佳的半
'#"&"%% *[BD8( !>T98]I8SW4W`89SHWDS% *B\B=)\B8SB<D 6DB\W9CBSK<V*[BD8% /B8DABD %""%""% *[BD8#
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态特性( 有的虽然能较好地模拟磁流变阻尼器的非线
图#P多环槽式阻尼器结构
收稿日期 !"#'E"!E"! 基金项目国家自然科学基金资助项目"$##G!"#%# 作者简介薛建海"#?F!$#% 男% 硕士研究生% 讲师% 主要从事液压技术研究& .EH8B=! aIWAB8D[8BLM88M:DWS&

磁性液体阻尼器的实验研究与分析

第４１卷
第１期１
液体的工作模式发生了变化，一组和二组实验都是
在压力驱动模式下工作，而第三组实验是在剪切模式下工作，时阻尼通道由活塞和筒壁组成，相此且对运动，由实验结果得出，同等条件下，模式的在此阻尼力要小些。由于筒壁固定不动，产生阻尼的面
时为了方便实验，阻尼器外部设置有一对磁铁，在来产生固定的磁场对磁性液体作用。首先进行第一组实验，过电机产生稳定的正通
液体，是随后一段时间并未受到人们的关注，但直
到２０世纪９０年代初期人们才开始不断研究，并取得了相当大的成就，决了磁性液体的制备、降解沉与凝聚稳定等问题。目前，已制备有铁、、镍锰及铁氧体作为磁性微粒的各种磁性液体，投入商用。并而在磁性液体的应用方面，阻尼减振器件是一个非
图２不同磁场方向下振幅与加速度曲线图
从图２中可以看出，然输入激励为正弦振虽
动，但振幅曲线和加速度曲线却发生了变化。３种情况下，感应线垂直于活塞杆时振幅最小，磁加速
度也最小；４。时，幅和加速度处于居中位成５角振置；行于活塞杆时振幅和加速度均最大。这说平明，直时活塞所受到的阻尼力最大，５角时次垂４。

磁流变阻尼器的电流驱动器的设计与测试

阻尼器线圈中励磁电流的瞬态响应时间，计适合是一种阻尼可控器件，工作原理是其调节其励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场，阻尼使
ＡｂｔａｔＤｙｍｉｅｐｏｓｔｍｅｓａｉｏｒａｃａａｔｒｓｉｆｄｔｒｎｎｇｔｅｅｆｒｎｃｏＲｓｒｃｎａｃｒｓｎｅｉｉｎｍｐｔｎｔｈｒｃｅｉｔｃｏｒｅｅｍｉｉｈｐｒｏｍａｅｆＭｄｍｐｅｎｐａｔｃｌｅｉｅｒｎｐｉａｉｎ．Ｄｙｍｉｅｐｓｉｅｉｌｓｌｅａｅｏｈｒｖｉｌｃａｒｉｒｃｉａｎｇｎｅｉｇａｐｌｔｏｓｃｎａｃｒｓｏｎｅｔｍｓｃｏｅｙｒｌｔｄｔｔｅｄｉｎｇｅｅ — ｔｏｉｓＣｏｐｒｎｇｗｉｈｖｏｔｇｒｖｒ，ａｃｒｎｉｅａａｔｃｌｙｒｄｅｔｒｎｓｅｔｒｓｏｅｔｍｅｒｎｃ．ｍａｉｔｌａｅｄｉｅｕｒｅｔｄｒｖｒｃｎｄｒｍａｉａｌｅｕｃｈｅｔａｉｎｅｐｎｓｉｏｈｅＭＲｍｐｒｅｅｔｏｇｎｅｉｏ１ｃｒｎｔＢａｅｎｔｅｈｏｆＰＷＭ，ａｃｒｅｄｉｅｓｅｆｔｄａｅｌｃｒｍａｔｃｃｉｕｒｅ．ｓｄｏｈｅｍｔｄｏｕｒｎｔｒｖｒｗａｄ－ｓｇｄｆｒａｏｂｉｅＭＲａｉｎｅｏｕｔｍｏｌｄｍｐｅ．Ｅｘｐｒｍｅｔｌｒｓｔｈｏｔａｈｅｄｅｉｎｅｕｒｎｔｄｒｖｅｓｌｎｅｒｙｒｅｉｎａｅｕｌｓｓｗｈｔｔｓｇｄｃｒｅｉｒｉｉａｌｃｔｏｌｂｌ．ＩｓｏｐｕｕｒｎｔｃｎｂｅｖａｉｄｂｔｅｏｎｒｌａｅｔｕｔｔｃｒｅａｒｅｅｗｅｎＯＡｎｄ２５Ａｏｉｏｕｌ．Ｔｈｅｒｓｏｎｅｔｍｅｆｔａ．ｃｎｔｎｕｓｙｅｐｓｉｓｏｈｅｃｒｎｉｅｄｅｃｉａｉｎａａｔｖｔｏｎａｅａｕｔ３０ｎｄ１．２ｍｓｒｓｃｉｅｙｕｒｅｔｄｒｖｒｕｎｒａｔｖｔｏｎｄｄｅｃｉａｉｒｂｏ．１ｍｓａ３０ｅｐｅｔｖｌ．ＫｅｒｓｄｍｐｅｃｒｎｒｖｒＰＷＭｒｓｏｅｔｍｅｙｗｏｄａｒｕｒｅｔｄｉｅｅｐｎｓｉ

磁流变液阻尼器设计与性能测试

深圳职业技术学院学报２１第３期００年
ＪｕｎａｈｅｈｅｙｅｈｃｏｒｌＳｎｚｎＰｏｌｔｃｎｉｏｆＮｏ．２０３，０１
磁流变液阻尼器设计与性能测试
陈红，刘栋材，付帅，魏晓辉
型和磁路设计模型，设计ＭＲＦ阻尼器的经验；基于ＮＩ字化测试系统检测ＭＲ数Ｆ阻尼器控制移动滑台振动的效果．实验结果证实ＭＲＦ阻尼器能快捷方便地调节阻尼、高精度控制移动滑台的振动，ＭＲＦ阻尼器振动控制装置具有教学实用价值．关键词：耗能器；磁流变液；振动控制装置；Ｎ检测Ｉ
（圳职业技术学院机电工程学院，广东深圳５８５）深１０５
摘
要：自动化生产中，自动检测设备的使用越来越广泛，为保证检测精度，这类设备都需要控制气动和
电动振动对检测的干扰和影响．为此本文设计了ＭＲＦ可控阻尼器及可调振动滑台装置，总结基于ＭＲＦ力学模
美国Ｌｒｏｄ公司在第五届国际电流变液、磁流变液
及其相关技术研讨会上，展示了一种应用ＭＲＦ生产的卡车座位减振器，全长１ｍ，磁场区域５ｃ在
且有较低的粘度．在强磁场作用下，Ｆ表现为宾ＭＲ汉姆（ｉｇａＢｎｈｍ）固塑体，其流动性可用宾汉姆方
最大阻尼和最小阻尼之比可达１左右，０倍并且耗电很小，最大功率仅为２Ｗｌ．２ｌＪ

逆变型磁流变阻尼器的设计及性能试验

的改变，而，过调节电流的大小和方向，以实现从通可
的革命。近年来，在智能材料研究领域出现了一个重
要的分支——磁流变液（ｇｅ — ｅｌｇａＦｕｄ）Ｍａｎｔｒｏｉｌｌｉ。ｏｈｏｃ通过国内外大量的研究，得了一定的研究成果。在取研究磁流变液自身特性的同时，由其制成的ＭＲ（ｇＭａ－ｎｔ．ｅｌｉ１阻尼器的试验研究和工程应用开展得ｅｒｏｏｃ）ｏｈｇａ
维普资讯
振
第２５卷第５期
动
与
冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
逆变型磁流变阻尼器的设计及性能试验
杜修力牛东旭廖维张贾鹏
（京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北北京１０２）００２
作性能，并采用修正的Ｂｕ．ｎ模型，ｏｃＷｅ结合试验结果，定了其中的模型参数。所得到的结论：１将永久磁场和电流磁确（）场结合起来从而实现阻尼器的逆向控制的设计思路时可行的，铜制隔磁环的设置保证了磁力线沿理论设计的路径穿行，又使线圈避免与磁流变液的长期接触腐蚀从而提高其耐久性；２所采用的修正的Ｂｕ — ｎ型能较好地模拟阻尼器（）ｏｃＷｅ模的高频性能，为此种阻尼器在高频波下的应用提供了理论依据；３试验结果表明：（）阻尼力一位移滞回曲线比较饱满，阻尼力一速度曲线基本符合理论假定。在１５Ｈ５～０频段内，正的Ｂｕ— ｎ模型中的各参数取值较为稳定。修ｏｃＷｅ关键词：逆变型磁流变阻尼器，高频波，振动特性，性能试验

磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源设计

磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源设计磁流变液阻尼器是一种常见的非线性可控液阻性器件，通过改变流体的流动性来调节机械系统的阻尼特性。

它具有工作简单，响应速度快，可调性强等优点，在机械系统的振动控制、减震、减噪等方面得到了广泛应用。

而磁流变液阻尼器的控制电源则是控制其工作状态的重要装置之一，其中运行状态敏感电流源的设计是至关重要的一环。

磁流变液阻尼器的控制原理是激励电流在磁场作用下，使磁流变液体的相对平行排列方向随着电流强度的变化发生扭曲，产生较大的黏滞阻力。

在实际应用中，通常需要精确控制其工作状态，以满足不同的工作需求。

其中，运行状态敏感电流源会自动调节磁流变液阻尼器的控制电流，从而控制其阻尼特性。

因此，合理设计运行状态敏感电流源能够有效提高机械系统的控制精度和响应速度。

在磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源设计中，需考虑以下几个方面：1.稳定性。

由于磁流变液阻尼器的控制电流对其阻尼特性有着重要的影响，因此控制电源的稳定性非常关键。

此处所指的稳定性主要包括输出电流的稳定性和输出电压的稳定性。

在满足精度要求的同时，稳定性也需要与效率权衡。

控制电源的稳定性不足会导致阻尼器工作不稳定，在实际应用中的效果可能会失去控制，甚至出现不可预测的后果。

2.控制特性。

在设计运行状态敏感电流源时，需要考虑控制特性与磁流变液阻尼器的要求。

如，在振动控制领域的应用中，需要快速、准确地响应振动频率的变化，否则会限制系统的调节性能。

因此，在设计控制特性时，需要结合实际应用场景进行调整。

3.保护措施。

在实际使用过程中，如遇到电源异常、短路等情况，可能会导致磁流变液阻尼器的工况发生异常，引起设备损坏。

因此，在设计运行状态敏感电流源时，需要考虑保护措施，如过流保护、过温保护等，避免发生安全事故。

为了满足这些设计要求，目前常见的电路方案主要有：线性限流电路、PWM电路、阻容限流等。

其中，线性限流电路具有结构简单、稳定可靠等优点，但是由于能耗较大，响应速度不及PWM电路。

新型磁流变液体阻尼器的设计

新型磁流变液体阻尼器的设计田玲;王焱玉;唐鸣【摘要】提出一种用于流体传动系统的磁流变液流动式阻尼器的设计方案,采用阻尼缸和阻尼阀并联的结构形式,阻尼阀长度不受系统气缸行程的限制.阻尼阀采用双线圈磁路设计,相对于普通阻尼器而言,该流动式阻尼器减少了导磁轴的横截面积,降低了漏磁的影响,具有体积小和结构紧凑的特点.实验结果表明该阻尼器用于实时气动伺服系统中能够实现系统的精确定位,其实时控制的稳定性、精确性、可靠性和快速响应性都有较大提高.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2007(027)002【总页数】4页(P270-273)【关键词】磁流变液体(MRF);磁流变(MR)阻尼器;气动伺服系统【作者】田玲;王焱玉;唐鸣【作者单位】桂林电子科技大学,机电与交通工程系,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,机电与交通工程系,广西,桂林,541004;桂林航天工业高等专科学校,机械系,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,机电与交通工程系,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TH703.62流体传动装置广泛应用于各工业领域，但传统的气动位置伺服控制系统由于其工作介质具有较大的可压缩性，因而控制系统刚性差、抗负荷能力低，速度稳定性差、响应慢，系统的运行速度和定位精度较低［1］.在要求快速响应和高精度定位的闭环系统中控制难度大：电－气比例伺服控制系统虽可实现多点定位，但系统元件多，结构复杂不易调节，且元件对空气的清洁度等性质非常敏感，因而国内外在气动伺服控制方面的研究较少.根据实际需求，笔者设计出一种采用流动模式的分体式阻尼器，该阻尼器具有体积小、结构紧凑、重量轻、阻尼力调节范围大等特点，可配合气动执行元件实现半主动控制，具有良好的速度平稳性和较高的位置控制精度.1 MR 阻尼器的结构将MR 阻尼器引入到气动伺服系统中与气压系统执行元件串联，通过对外加磁场大小的调节控制阻尼器的制动力从而达到调节回路流动阻尼的目的. MR 阻尼器与各种传感器结合构成的闭环控制系统节对控制对象的位移、速度、方向等参数进行控制和调节以实现精确的传动控制. 因此MR 阻尼器是整个系统的核心部件，其性能好坏直接影响到整个系统的工作性能.根据气动控制原理采用流动模式的分体式结构设计MR 阻尼器( 图1) ，包括磁流变液( MRF) 阻尼缸和MRF 阻尼阀2 个部分.其中MRF 阻尼缸的结构参数为：缸径25 mm，活塞杆直径10 mm.为了减小阻尼器的体积，改善漏磁，MRF 阻尼阀采用三段式［2］( 双线圈反并联绕制) 形式.2 MRF 阻尼阀的结构和磁路设计图1 MR 阻尼器的结构Fig.1 Structure of the MR damperMRF 阻尼阀的性能主要取决于结构、磁路以及磁流变液体的性能［3］( 图2) .阻尼阀的磁力线走向为：先通过阀芯，经过侧翼后穿过阀体与侧翼间的磁流变液到达阀体，再穿过侧翼与阀体间的磁流变液到达另一侧翼，最后回到阀芯，其中两线圈产生的磁场方向相反，以保证磁场在MR 阻尼器的中间侧翼为叠加.阻尼器参数包括环形间隙g、阀芯直径Dcore、磁轭直径Din、阀体外径Dout、侧翼长度lactive、阀芯总长lcore、阀体厚度lthickness.图2 MR 阻尼器的磁路设计Fig.2 Sketch of magnet circuit of MR damper2.1 参数的初步确定(1) 工作间隙g［4］. 在忽略漏磁的情况下，图2中各段的理论磁场强度为其中：Φ 为闭合磁路的磁通量，处处相等;μ0 为真空磁导率;μr i 为各传输介质的相对磁导率;si 为磁路各断面面积;Bi 为各段磁感应强度.要提高MR 阻尼器的阻尼力需要提高磁流变液体工作区域的磁场强度. 环形间隙处断面与其他区域相比，磁通量Φ 相同，断面的面积相差不大而其相对磁导率却小得多，因此整个磁路中间隙处的磁场强度远远大于其它区域，即磁路的磁动势主要集中在间隙处，提高磁感应强度即可提高阻尼器的阻尼力.由于磁流变液的相对磁导率远小于阀芯和阀体，因此较小的环形间隙将有利于产生较大的磁通密度，通常环形间隙值g =0.25 ～2 mm. 本设计中选择g=1 mm.(2) 工作间隙lg 的有效长度：根据文献［4］可确定lg为5 mm.(3) 漏磁系数σ 和磁阻系数f 取值：σ 的下限为2.0，上限为无穷大;f 的取值范围为1.1 ～1.5.根据经验确定σ = 2.2，f = 1.2.2.2 磁路材料的选用材料的选择主要针对阀芯和阀体两部分［5］.设计要求阻尼器线圈通以不大电流时可以获得较大的磁场强度，并使磁流变液工作区间( 环形间隙) 处的磁场强度最大，而非工作区间的能量损失最小; 不通电流时，阻尼器内剩磁小，阻尼力能在尽可能短的时间内迅速下降. 因此磁芯应选择磁导率高、矫顽力小、磁饱和度高的材料，考虑到系统要求和成本，磁芯和磁轭选用低碳钢，轴、轴套和端盖材料选用紫铜. 各材料的相对磁导率分别为：低碳钢，μs = 1 000;磁流变液，μMRF =2.5;线圈和紫铜，μcoil = μcopper = 1.2.3 工作点的选择(1) 磁芯工作点的选择. 根据低碳钢的B－H曲线，选择其工作点为B=1.25.(2) 磁流变液体工作点的选择. 磁流变液体的工作点影响其最大阻尼力，因此其值需根据系统所需阻尼力和液体的恢复力模型来确定.2.3.1 计算系统所需最大阻尼力［6］设定系统执行元件的目标位移为xt，阻尼器施加阻尼力FMRF 时的位移为xa，执行元件在该点的运行速度为va. 根据能量守恒有：其中，xt－xa = Δx 为系统控制误差即定位精度.由式(1) 可得设气动伺服系统的定位精度0.1 mm，得到系统在其高速时要精确定位所需的最大阻尼力FMRF 为1000 N.2.3.2 计算磁流变液体的工作点对于流动式阻尼器，当其激磁线圈产生磁场时，环形间隙中的磁流变液体产生屈服剪应力，活塞两端的压差为式中：q 为流过MR 阻尼器环形间隙的MRF 流量;D为磁流变液体的动力粘度.此时阻尼力为其中：q = Av，A 为MR 阻尼器环形间隙的面积，v 为MRF 速度;η 为MRF 的动力粘度.根据已知参数得到磁流变液体所需最大剪应力为τy =40.4 kPa. 本文选用的磁流变液体为哈尔滨工业大学的TiderMRF 27/50，其本构关系为应用广泛的Bingham 模型，该模型表述简单、物理意义明显，对于控制策略还不充分的阻尼器来说，其用于阻尼器的设计，简单且具有一定的精度.根据MRF 的本构关系式中：C1 = 64.72，C2 = 1.63;τy 是MRF 的屈服强度.把τy = 40.4 kPa 代入式(5) ，计算得磁流变液体工作点为B = 0.6 T，即间隙处MRF 磁感应强度为0.6 T.阻尼器产生的阻尼力满足系统要求.2.3.3 阻尼阀结构参数的计算为使环形间隙处的磁场强度达到工作点，并考虑漏磁，磁芯和磁轭处的磁通满足式中：Φ 为磁通量;As、Ag 分别为磁芯和间隙的截面积;Bs、Bg 分别为磁芯和间隙的磁感应强度;σ 为漏磁系数.式中：Hs 和Hg 分别为磁芯和间隙的磁场强度;ls 和lg 分别为磁芯和间隙的总长度;f 为磁阻系数. 而磁感应强度与磁场强度的关系为式中：真空磁导率μ0的值取4π ×10－7 H/m.由式(6) ～(8) 计算得阻尼阀的结构参数为：铜芯直径D1 = 5 mm，阀芯直径Dcore = 12 mm，磁轭直径Din = 28 mm，环形工作间隙g = 1 mm，缸体外径Dout = 40 mm，环形工作间隙长度lg = 5 mm，线圈总长度l = 40 mm，阀芯总长度lcore = 60 mm.2.3.4 阻尼阀安匝数的计算由磁路基尔霍夫定律得式中：N 为线圈匝数;I 为线圈电流;li 为磁路各段的平均长度.由于阀芯、阀体等材料的磁导率要比磁流变液高3 个数量级，式(9) 右端求磁路长度中可只考虑工作间隙中磁流变液材料一项，磁路其它各段可忽略，则式(9) 可近似写为得到阻尼阀的安匝数为424，取为450. 当电流的上限值取为1.5 A 时，阻尼阀线圈的匝数为300.3 磁路的有限元仿真3.1 建立磁路模型阻尼阀为轴对称式结构，则取阻尼阀四分之一的部分采用二维轴对称模型［6］.模型中磁流变液、阀芯、线圈、阀体、绝缘体( 线圈与磁流变液间) 材料分别用A1、A2、A3、A4、A5 表示，其相对磁导率分别为：μr( A1) = 2.5，μr( A2) = μr( A3) = μr( A5) = 1，μr( A5) = 1 000模型单元类型选为PLANE53 ( 二维8 节点实体单元) 和远场PLANE110，并指定各材料类型.如上所述得到阻尼阀的模型图( 图3A) ，并根据磁场的分布规律对模型进行网格划分( 图3B) .对模型加载电流，通过后处理获得阻尼阀的磁路磁通量如图4. 磁场大部分落在间隙区，作用于磁流变液体产生的阻尼力可以满足阻尼器的工作要求，表明设计参数合理. 同时可知，环形间隙处磁通密度受到阻尼器阀芯直径、侧翼长度影响较大，尤其对前者的变化更为敏感.图3 磁路网格划分及模型Fig.3 Grids and model of magnet circuit图4 阻尼阀磁路磁场分布图Fig.4 Magnetic field distributing of the damper4 MR 阻尼器的性能测试采用济南试金集团有限公司生产的微机控制万能实验机对磁流变阻尼器进行阻尼力的测试实验，检验阻尼器在不同电流、速度下，磁流变阻尼器的阻尼特性，为MR 阻尼器气动控制系统控制策略的选择提供依据.实验的电流控制在0 ～1.5 A，采用电流递增和递减的方式每隔0.1 A 测量一次，速度分别选用10、20、50、100、200、400 mm/s. 通过实验数据分析，选择低、中、高3 类数据分别进行2次拟合，获得运行速度分别为20、100、400 mm/s时的电流与阻尼力的关系曲线.图5 不同速度下电流与阻尼力的关系曲线Fig.5 Curves of currents to damper forces at different velocity如图5 所示，MR 阻尼器阻尼力随电流强度、活塞速度幅值增加而增加. 开始时，随着电流增大阻尼力增大的幅值较大，当电流增加到1. 0 A左右的时候，磁场随电流增大而逐渐达到饱和，此时阻尼力增加的幅值变小; 无输入电流时，磁流变阻尼器产生的最大阻尼力随速度增加而增加，低速时仅为70 N. 电流I =1 A、速度为20 mm/s时，磁流变阻尼器产生的最大阻尼力为700 N; 速度为400 mm/s 时，磁流变阻尼器产生的最大阻尼力为900 N，基本满足系统需要.5 结论根据理论推导和计算得到各项参数，设计出MR 阻尼器，并进行了有限元磁路仿真和实验检测，从仿真结果和实验数据可知： MR 阻尼器结构紧凑、工作性能良好. 阻尼力的调节范围大，在气动伺服系统中实现了高精度的位置控制.【相关文献】［1］Mark R J. Pneumatic motion control using magnetorheological fluid technology ［C］//27th International Symposium on Smart Actuates and Transducers ( ICAT) ，1999.［2］关新春，李金海，欧进萍. 剪切阀式磁流变液减振器磁路的设计方法［J］. 机械设计与制造，2003(3) ：97－99.［3］ Magnetic Circuit Design. Designing with MR Fluids ［Z］.California： LORD corp，1999.［4］邓长华，任建亭. 磁流变阻尼器优化设计与性能分析［J］. 机械科学与技术，2002，21 (2) ：9－13.［5］Ahmadian M，Pare C A. Quarter car experimental analysis of alternative semiactive control methods ［J］. Journal of Intelligent Material System and Structure，2000 (11) ：267－612.［6］Li W H，Du H，Guo N Q. Finite element analysis and simulation evaluation of a magnetorheological valve ［J］. Advance Manufacturing Technology，2003，21 (3) ：438－445.。

一种磁流变阻尼器的可控电流驱动器及其应用

器寿命的长短取决于密封大电路，ｖ、和构成放大电路，磁 Ⅵ、２ Ⅵ和设计、料选择和磁流变液的化学稳定性。材组成调整电路，４Ｒ５和Ｒ７成电流Ｒ、、组取样电路，Ｌ和Ｒ是磁流变阻尼器的简化９工２磁流变阻尼器的可控电流驱动器的设计的电感和电阻。作原理是辅助电源为电思路流比较放大电路、大器和调整电路提供放磁流变阻尼器的阻尼力是通过对其内工作电压，流比较放大电路的输出端连电部励磁线圈电流的调节来实现的。于计接放大器，大器的输出连接调整电路，由放调算机或单片机功率有限，此电流的调节整电路的输出连接电流取样电路，流取因电需要通过一个能将计算机或单片机发出样电路连接电流比较放大电路的反相输入０～５啪控制信号瞬间转变为可输出电压端。另外，制电压信号连接与电流取样电控为几十伏（以线圈电阻大小而定）电流最大路相连的电位器，位器的输出端连接电、电可达几个安培（线圈线径决定）驱动器流比较放大电路的同相输入端。流取样以的电来实现。类驱动器可以有电压源和电流电路的输出端为电源的直流输出端。此源两种形式。谓电压源驱动器是指在驱所在可控电流驱动器中，流比较放大电动器可能范围内，论电阻是多少，动器电路的运算放大器的反相端电压高低反映无驱均提供电动势为某一设定值的电源；电了输出电流的大小，相端电压是通过输而反流源驱动器是指在电源可能范围内，论出电流流过电流取样电路产生的电压降，无电阻是多少，动器均提供电流为某一设当计算机控制器的控制电压改变时，驱比较定值的电源。下分析表明采用电流源驱放大电路同相输入端的基准值随之变化，以动电源做为磁流变阻尼器的驱动器时，其运算放大器输出端电压相应变化，出电输响应时间比采用电压源的驱动器短得多。压也会随之变化，电流取样电路的电压降１磁流变阻尼器的结构本设计采用电流源驱动器，动器要变化，驱从而改变恒定的输出电流值。样可这磁流变阻尼器是Ｌｒ公司开发的挤压求在外加控制电压０Ｖ的情况下，ｏｄ～５能输出以通过控制电压来改变电流比较放大电路模式汽车座椅悬架阻尼器。阻尼器为单筒０２该～Ａ的电流。同相输入端的基准值来调节电流的变化。式，用压缩氮气作为补偿，活塞上分布采在有环行阻尼孔，电磁线圈绕制在活塞上，通３磁流变阻尼器的可控电流驱动器的工４结语过活塞杆Ｉ电源线，阻尼器直径为作原理出该由于磁场的控制可以通过控制激磁电４ｍｍ，ｌ两连接孔中心距离为１９ｍ，塞行７ｒ活ａ磁流变阻尼器的可控电流驱动器由整流来获得，以磁流变阻尼器的驱动器要能所程为 ± ２ｍｍ，尼器使用磁流变液流滤波、助电源、制信号、流比较放精确调节磁流变器件的驱动电流。磁流变９阻辅控电在７０ｍｍ在阻尼通道中发生流变效应的磁大电路，大调整电路，００，放电流取样电路组阻尼器工作的情况下，要连续输出力，需这流变液为３０在输入电流为ｌ０ｍｍ，时，入成。图１可以可知：和ｖｃ是辅助需要提供连续可调的电流，且电流随外部输从中ｃ一并功率为５该阻尼器使用５０次无故障电源提供的电压，Ｃ和Ｃ构成电流比较放环境下要求磁流变阻尼器需要输出力的改１ＸＩ，变而相应的连续变化。目前用于磁流变阻尼器的电流驱动器是供实验用的，般采用手一动调节电流值，而且不能与外部控制算法接ｌ不Ｅ，能提供连续可控的电流，对磁流变这阻尼器工作需要来说很不方便，样的磁流这变阻尼器还不能应用到实际工业生产中。本文设计的磁流变阻尼器的可控电流驱动器因为采用计算机控制电流比较放大电路的基准电压来调节输出电流的大小，得控制使更加方便，且还易与外部控制算法接口，而能更好的发挥磁流变阻尼器半主动控制的优点。另外它还有体积小，量轻，功耗重低（合磁流变器件的低功耗要求）特点，适的使用安全可靠，便携带。方

磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究

磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究磁流变材料阻尼器是一种先进的阻尼器，在波浪荡漾、地震或机械振动等方面有广泛的应用。

它能够通过施加磁场来改变其内部阻尼阻力，以达到减振和减震的效果。

在本文中，我们将探讨磁流变材料阻尼器的设计和性能研究。

一、磁流变材料阻尼器的工作原理磁流变材料阻尼器的工作原理基于其材料本身的特性。

其外观类似于一个圆柱形的管子，内部则填充有磁流变材料。

当施加磁场时，磁流变材料会发生磁致变形，从而改变管子内部的液体位置和流动。

在运动过程中，液体会产生阻力，从而达到减震和减振的作用。

二、磁流变材料阻尼器的性能研究磁流变材料阻尼器的性能研究涉及到其结构设计和使用效果。

以下是该阻尼器的性能分析：1、阻尼器的结构设计阻尼器的结构设计对其性能具有重要影响。

通常，设计者会考虑以下主要因素：外部形状、内部填充材料和磁场生成器。

以外部形状为例，可以设计成不同形状，如梯形、V形或菱形。

这些形状对于磁流变材料的分布和内部阻尼效果具有明显的影响。

此外，内部填充材料的选择也至关重要，不同的材料具有不同的粘度和导电性能，因此对阻尼器的实际性能会产生重要的影响。

2、使用效果的测试除了设计结构以外，测试阻尼器的使用效果同样至关重要。

例如，可以通过实验来测量阻尼器在减震和减振方面的效果以及其对于振动频率和波形的响应。

此外，还可以对阻尼器的耐久性进行测试，以确保其能够在长时间内稳定工作。

三、磁流变材料阻尼器的应用磁流变材料阻尼器广泛应用于工业和车辆领域，如摩托车减震器、建筑物和桥梁结构减震器、汽车悬挂器等等。

在汽车领域，磁流变材料阻尼器已经被广泛应用于各大汽车制造商的高端品牌车型。

例如，美国福特公司的F-150皮卡车已经采用了该技术。

磁流变材料阻尼器可以大幅度提高车辆的行驶舒适性和安全性，从而更好地吸引消费者。

四、结论磁流变材料阻尼器是一项重要的技术，其在各大领域的应用也正在不断增加。

设计良好的阻尼器不仅可以提高机器和设备的性能，还可以减少因振动产生的损坏和磨损。

磁流变液在阻尼器中的应用研究

磁流变液在阻尼器中的应用研究近年来，随着科学技术的发展，磁流变液技术在工程领域逐渐引起了人们的广泛关注。

尤其是在阻尼器这一领域，磁流变液的应用已经展现出了重要的潜力。

本文将探讨磁流变液在阻尼器中的应用研究。

一、磁流变液的基本原理首先，我们需要了解磁流变液的基本原理，才能更好地理解其在阻尼器中的应用。

磁流变液是一种由磁性颗粒悬浮于基础液体中形成的材料，其颗粒尺寸一般在微米量级，可以通过改变磁场来调节其粘度和流变性能。

磁流变液的粘度在磁场的作用下可以迅速改变，由此产生的阻尼效应可以用于减震系统中，使得结构在受到外力作用时能够更好地吸收能量，提高系统的稳定性和安全性。

除此之外，磁流变液还具有响应速度快、控制精度高等优点。

二、磁流变液阻尼器的工作原理在磁流变液阻尼器中，磁流变液被置于活塞和缸体之间的空间中，当磁场作用于磁流变液时，磁性颗粒会发生聚集，从而改变阻尼器的粘度。

通过控制磁场的强弱，可以实现阻尼力的调节。

阻尼器的工作原理可以简单描述为：当外力作用在结构上时，结构会振动，并传递给阻尼器；磁流变液在磁场的作用下改变其粘度，产生阻尼力，从而减缓结构的振动；最终，通过阻尼器的作用，结构的振幅逐渐降低，直至停止。

三、磁流变液阻尼器的应用研究在智能材料和结构领域，磁流变液阻尼器的应用研究日趋深入。

下面就几个典型的应用案例进行介绍。

1. 汽车减振系统中的应用近年来，汽车工程领域对于减少车辆的振动和噪音越来越关注，因此磁流变液阻尼器在汽车减振系统中的应用得到了广泛研究。

通过在车辆悬挂系统中引入磁流变液阻尼器，可以在不同的行驶条件下实现对车辆振动的主动控制，提高乘坐的舒适性。

2. 桥梁结构的减震控制桥梁作为交通工程中重要的基础设施之一，其结构的安全性和稳定性对于保障交通运输的顺利进行至关重要。

磁流变液阻尼器的应用可以有效地减少桥梁结构在地震和风力作用下的振动，并降低应力和变形。

通过控制磁场的强度，可以使桥梁结构在受到外力作用时表现出更好的抗震性能。

剪切盘式磁流变液阻尼器设计及磁路检测

磁流变液（Ｍａｇｎｅｔ０ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａ１Ｆｌｕｉｄｓ）是近十年来迅速发展的一种智能材料，通常是一种将微米尺寸的可磁化颗粒分散于母液中构成的悬浮液。无磁场时为牛顿流体，而在强磁场作用下其在瞬间由液体变为粘塑体，其流变性质发生急剧变化，表现出类似固体的力学性质。其固一液转换在毫秒量级内完成，而且去除磁场后这种材料又迅速恢复其流动性，因而其应用前景极为广泛。
用于衡量磁流变液阻尼器的控制效率。
１
２
３
１磁漉变液数学模型
１．１微观模型
对于磁流变液的微观结构已经有学者进行了较深入分析，在这里我们假设在上下滑板间充满磁流变液，在外加磁场的作用下，磁流变液中的磁性微粒形成链状结构，链的末端吸附于
２０１３￣
２１期总第１４１期
Ｓ＿Ｌ＿Ｃ０ＮＶＡＬＬＥＹ
剪切盘式磁流变液阻尼器设计及磁路检测
崔治，葛友华，张桢，卢倩（盐城工学院机械工程学院，江苏盐城２２４０５１）
摘要磁流变液阻尼器是新型的智能化吸能装置，文章采用宾汉模型研究纯剪切盘式磁流变液阻尼器的力矩计算模型，并引入磁致力矩与粘性力矩比例，对此类阻尼器磁路设计进行分析，用ＡＮＳＹＳ软件分析工作面的复合式磁路设计磁场分布情况。关键词磁流变液；阻尼器；力矩；复合式磁路中图分类号：ＴＢ５３５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１ — ７５９７（２０１３）２１ — ００１７ — ０２

磁流变阻尼器结构设计及其阻尼特性试验研究

ＷＵＸｉａｏｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＨａｉｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＱｉｕｊｕ，ＱＩＵＱｉｎｇｚｈａｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）
ｍａｔｅｒｉａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｕｆｉｄａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｓｉｎｇｌｅｌｅｖｅｒｓｈｅａｒｖａｌｖｅｔｙｐｅｏｆｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｄａｍｐｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｄ．ＵｓｉｎｇＩｎｓｔｒｏｎ８８００ｍａｔｅｉａｒｌｓｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｃｏｕｌｄｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｄａｔａｏｆｄａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｕｒｒｅｎｔ，￣ｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｎｔｈｅｄａｔａｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｄａｍｐｅｒｃｏｕｌｄｍｅｅｔｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｉｔｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｒｅｓｅａｒｅｈｏｆｄｒｕｍｗａｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ．

磁流变液减震器的设计开发和试验验证

磁流变液减震器的设计开发和试验验证
周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【期刊名称】《中国工程机械学报》
【年(卷),期】2007(005)001
【摘要】首先根据磁流变液减震器工作原理,即磁流变液减震器通过线圈电流改变磁场调节磁流液在阻尼通道中的流动实现对减振器阻尼力的控制,并根据此原理试制出了减震器.其次根据减震器试验标准,对设计的减震器进行台架试验;在试验过程中对力传感器和位移传感器进行了标定,然后采集力信号及位移信号,并对试验数据进行了分析.
【总页数】4页(P82-85)
【作者】周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【作者单位】同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TH13
【相关文献】
1.起落架磁流变缓冲器与验证试验设计研究 [J], 刘冲冲;刘小川;牟让科;崔荣耀
2.基于ADAMS的磁流变减震器起落架仿真模块开发 [J], 田静;孔令帅;祝世兴
3.基于磁流变减震器的起落架落震仿真平台开发 [J], 祝世兴;许晓龙
4.飞机起落架磁流变减震器的设计与试验研究 [J], 祝世兴;卢铭涛;杨永刚;田静;陈
帮
5.新型机床磁流变减震器的设计及其减震性能研究 [J], 刘薇娜;吴欣宇
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磁流变液减震器的设计开发和试验验证

收稿日期:2006-10-20作者简介:周金宏(1952-),男,高级工程师,博士生导师.E -mail:zhouhong@mai 磁流变液减震器的设计开发和试验验证周金宏,郭岩峰,闵坚,陈栋华(同济大学中德学院,上海 200092)摘要:首先根据磁流变液减震器工作原理,即磁流变液减震器通过线圈电流改变磁场调节磁流液在阻尼通道中的流动实现对减振器阻尼力的控制,并根据此原理试制出了减震器.其次根据减震器试验标准,对设计的减震器进行台架试验;在试验过程中对力传感器和位移传感器进行了标定,然后采集力信号及位移信号,并对试验数据进行了分析.关键词:磁流变减震器;工作原理;台架试验;标定;分析中图分类号:T H 122 文献标识码:B 文章编号:1672-5581(2007)01-0082-04Design and verification of the magnethorheological damperZ H O U Hong ,G UO Yan -f eng,MIN Jian,C H EN Dong -hua(Chinese -German S chool,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract :In this paper,a novel damper is developed based on working principles of the m agnethorheological (MR)damper,viz.,based on the notion that the coil current can alternate the magnetic field,the mag -nethorheological liquid flow is adjusted in damping channels so as to control its damping forces.Afterw ards,a bench test is conducted according to damper testing standards.In the testing process,a dynamom eter and a displacem ent transducer are demarcated.Finally,the force and displacement signals are sampled and ana -lyzed.Key words :m agnetorheolog ical damper;w orking principle;bench test;demarcation;analysis目前一般使用的减震器为固定的橡胶减震器,这种减震器只能适应某一特定的运行状况.为了提高行驶安全性及舒适性,必须设计一种能够适应不同行驶状况的减震器.为此目的开始研究主动减震器及相应的试验台.通过应用磁流变液来实现所要求的主动特性.磁流变减震器是一种阻尼可控器件,其工作原理是调节励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,使阻尼通道中磁流液的流动特性发生变化,从而改变减振器的阻尼力.磁流变减振器具有调节范围宽、功耗低、响应速度快、结构简单等特点,在汽车、建筑、航空航天等领域具有广阔的应用前景.1 磁流变液减震器的设计及制造1.1 传统磁流变阻尼器的结构和工作原理磁流变阻尼器是以磁流变体这种新型的智能材料作为阻尼器的工作液,称之为磁流液,并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈,线圈产生的磁场作用于磁流液,通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流液的屈服应力,实现阻尼可调的目的.根据磁流液在阻尼器中的受力状态和流动形式的不同,磁流变阻尼器可分第5卷第1期2007年1月中国工程机械学报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCT ION MACHINERY Vol.5No.1 Jan.2007为流动模式、剪切模式、挤压模式以及这三种基本模式的任意组合.流动模式的磁流变阻尼器简化结构如图1a 所示,其上下极板固定不动,磁流液被限制在静止的两磁极之间,在压差作用下磁流液流过极板间隙,而流动阻力则通过磁场强度来控制.这种结构的阻尼器最为简单,但同等条件下最大阻尼力较小.剪切式磁流变阻尼器的简化结构如图1b 所示,磁极间有相对运动(移动或转动),这种运动使磁流液处于剪切状态,靠流体间的磨擦作用带动流体运动,通过改变磁场可连续改变切应力与切应变率的特性.挤压模式磁流变阻尼器的简化结构如图1c 所示,磁极在与磁场几乎平行的方向上移动,磁流变液处于交替拉伸、压缩状态,并发生剪切.虽然磁极的位移量较小(几毫米以下),但是产生阻力却很大,由于一个磁极要做与磁场平行的运动,所以该类阻尼器结构较为复杂[1].图1 磁流变阻尼器的基本工作模式Fig.1 Basic work model of the magnethorheological damper剪切阀式磁流变阻尼器工作于剪切和流动的组合模式,兼有剪切模式和流动模式的优点,具有结构简单、磁路设计比较方便、出力大等优良特性,应用前景更为广阔.其工作原理为阻尼器内腔充满了磁流液,活塞在工作缸内作往复直线运动,活塞与缸体发生相对运动,挤压磁流液迫使其流过缸体与活塞间的间隙时,在没有磁场作用下,磁流液以牛顿流体作粘性流运动,符合牛顿流体的本构关系;当加上磁场后,磁流液就会瞬间由牛顿流体转变为粘塑体,粘度呈数量级地提高,流体的流动阻力增加,表现为具有一定屈服应力的类似于固体的本构关系.此时磁场对磁流液材料的作用可用宾汉姆体(Bingham )本构关系进行如下描述:= y (B)sg n ( )+ , y=0, < y(1)式中: y 为与磁场有关的临界屈服应力;B 为磁感应强度; 为磁流液的塑性粘度; 为剪切率.根据剪切阀式磁流变阻尼器的结构,利用平板计算模型,可得阻尼力的计算公式为F(t)=12 LA2p Dh 3+L D h u (t)+3L A ph +L D y sgn [u(t)](2)图2 减震器装配图Fig.2 Installation diameter of the magnethorheological damper式中: 为磁流液的动力粘度;L 为活塞的长度;A p 为活塞受到压力的有效面积;D 为活塞的直径;h 为空气间隙(工作间隙)厚度;u(t)为活塞与缸体的相对流速.由式(2)可以看出剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力可以看作两项,其中第一项与流体的动力粘度和流速有关,基本反映的是普通流体的粘滞特性,可称之为粘性阻尼力;第二项与流体的屈服剪应力有关,可称之为库仑阻尼力,是磁流变阻尼器的可调阻尼力,反映了磁流变阻尼器特殊的电控特性[2].1.2 减震器的结构设计本文设计的减震器是基于流动模式,如图2所示.该减震器由左右轴、盖板密封、金属泡沫、壳体、线圈、线圈支架、盖板、防尘圈、防尘圈盖板、导向带、密封圈、油孔、端板、中间板、套筒及活塞杆组成.左右轴与活塞杆通过螺纹连接起来,然后通过两个端板及中间板将两个金属泡沫压紧,这样活塞杆运动的时候同时能带动金属泡沫一起运83 第1期周金宏,等:磁流变液减震器的设计开发和试验验证动.首先通过油孔将磁流液注入减震器内,在注入的时候要分几次进行,要等上次注入的磁流液完全进入金属泡沫内再接着注入,直到加满为止.然后拧紧油孔螺帽,在螺帽和油孔之间要加上密封圈,防止减震器运动的时候磁流液外泄.在线圈两端接上电流,通过改变电流来改变金属泡沫内的磁场强度,进而可以改变减震器的阻尼力.2 磁流变减震器试验及数据分析前文对磁流变减震器工作原理做了理论分析,本节主要对该减震器进行试验及试验数据分析研究.图3 减震器试验台图Fig.3 Diagram of of the m agnethorhe -ological damper s test bed 2.1 试验台设计图3是本文设计的减震器试验台架,主要包括激振器、减震器支架、位移传感器、力传感器.首先将减震器的左端通过螺栓与力传感器的右端连接起来,然后将力传感器的左端与激振器的右端连接起来.同样,减震器的右端通过螺栓与位移传感器的左端连接起来.值得注意的是,要将减震器的活塞杆置于中间位置,保持两边对称.使用正弦信号发生器产生正弦信号,正弦信号经功率放大器放大后接入激振器,那么激振器就可以带动减震器来回振动了.激振器的最大行程为13mm,能产生的最大作用力为445N.通过位移传感器及力传感器可以将测量过程中的位移信号和力信号记录下来,通过Matlab/XPC 数据采集系统可以对数据进行采集及记录.最后通过M atlab 对数据进行处理分析[3].2.2 传感器标定2.2.1 位移传感器标定在测量之间必须对位移传感器进行标定.使用三坐标铣床对位移传感器进行标定.三坐标铣床的测量精度为0.01mm,这对于位移传感器标定来说精度已经足够了.首先将位移传感器的一端固定在铣床的基座上,然后将传感器的活动端固定在铣床的钻头上,这样铣床运动多少传感器就会运动多少,从而可以借助铣床对位移传感器进行标定.图4 位移传感器标定Fig.4 Displacement sensor s calibration 标定时首先将位移传感器调到中间位置,记录下当时的电压值,然后使铣床沿z 轴向上运动,每次向上运动1mm,都要记录下当前的电压值.当铣床向上运动10m m 后停止,然后反方向运动,仍然要记录当前的电压值,将往返两次的电压值做算术平均,这样就可以得到位移与电压的关系,标定结果如图4所示.从图4中可以看出,在-7~+2mm 之间传感器线性较好,在测量时可以使用这一段.本文设计的磁流变液减震器行程为6mm ,所以此位移传感器的线性范围已经足够.2.2.2 力传感器标定将力传感器竖直放在台架上,上面不加任何载荷,用XPc 记录下1min 内的电压值,将此时的电压值进行调零;然后在传感器上放置1kg 标准铁块,同样用XPc 记录下1min 内的电压值,这个电压值就是10N 力对应的数值.这样就完成了对力传感器的标定.2.3 测量结果分析测量直接得到的数据有很多毛刺,要对测量结果进行分析,首先应该对数据进行拟合.图5是典型的测量结果曲线和拟合后得到的曲线.单次测量只能记录某一固定频率、固定电流值时的位移信号及力信号,为了对测量结果进行比较,必须使用不同的激振频率及电流值.首先将电流调为零,此时磁流液就是简单的牛顿流体,改变频率,从3Hz 逐渐增加到10Hz,记录不同频率下的最大阻尼力,然后不断增大电流,依次为0.5,1.0,1.5,2.0,2.5A,对于每一个电流值,重复上述过程,不断增加频率,同样记录该电流值、该频率下对应的最大阻尼力.最后84 中国工程机械学报第5卷将通上不同电流时测量出来的最大阻尼力减去没有电流时相应频率下的最大阻尼力,就可以得到对比曲线,如图6所示[4].图5 3Hz 时力信号测量曲线及拟合曲线Fig.5 Measure curve and fitting curve offorce signal in 3Hz 图6 不同电流时最大阻尼力改变量Fig.6 Variation of maxim um damping force in different electrical currents从图6可以看出,随着电流的增加,最大阻尼力不断增加.当通上电流时,磁流液就由牛顿流体转变成宾汉流体,从而表现出磁流变效应.随着电流的不断增大,磁流变效应越来越明显,这是由于磁流液的屈服应力不断增大,而磁流液必须首先克服此屈服应力才能流动,从而导致最大阻尼力不断增加.图7 5Hz 时不同电流对应的力位移曲线Fig.7 Force -placement curve corresponding different electrical currents in 5Hz另外频率对最大阻尼力也起着一定的作用,从图6可以看出,当频率从3H z 增大到7Hz 的过程中,最大阻尼力不断增加,这是由于随着频率的增加,运动速度越来越快,从而需要更多的能量来使减震器振动,导致最大阻尼力增加.但是当频率大于7H z 的时候,最大阻尼力反而随着频率的增加而降低.从图6中明显可以看出,激振频率为10H z 时,最大阻尼力下降很多.在前面章节已做过介绍,当线圈通上电流时,磁流变液中的磁性颗粒就会形成链状结构,由于这种链状结构的存在导致产生磁流变效应,从而使最大阻尼力增加,但是如果频率过高的话,这种链状结构就会遭到破坏,导致最大阻尼力下降.由此可见,试验测量的结果和建立的理论模型完全吻合.从图7对试验得到的力位移曲线可以看出,随着电流的增加,位移不断变小,最大阻尼力不断增加.这也与建立的理论模型一致.3 结语综上所述,通过试验得到的结果与前面章节进行的理论分析相一致,通上电流后,磁流变减震器的最大阻尼力明显增加,可以通过改变线圈电流从而改变减震器的阻尼特性.这就意味着,如果电流可控的话,那么磁流变减震器的阻尼力也是可控的,这对车辆减震有着重要的意义.参考文献:[1] 汪建晓,孟光.磁流变液研究进展[J].航空学报,2002,23(1):6-12.W ANG Jianxiao,M ENG Guang.Research of magnethorheology[J].Aviation Journal,2002,23(1):6-12.[2] W INS LOW W M.M ethod and means for translati ng electrical impulses i nto mechanical force:USA,2417850[P].1947-05-08.[3] W INS LOW W M.Induced fi bration of suspensions[J].Journal of Appli ed Physics,1949,20(9):1137-1140.[4] 余心宏,马伟增.磁流变减振系统参数辨识[J].化学物理学报,2001,14(5):65-88.YU Xinhong,M A Weizeng.Parameter identification of magnethorheological damper[J ].Ch emistry Physics Journal,2001,14(5):65-88.85 第1期周金宏,等:磁流变液减震器的设计开发和试验验证。