[发明专利]一种通用型复合间隙磁流变阻尼单元及磁流变阀

说明书

技术领域

本发明涉及磁流变液体和液压控制以及磁流变阻尼通道优化设计技术领域，更具体地涉及一种通用性高、具有复合阻尼间隙，阻尼性能最优化的磁流变液压控制单元，该阻尼控制单元可用于机械、车辆、建筑、航空航天等领域中的压降和流量控制。

背景技术

磁流变液是一种新型智能材料。磁流变液在磁场作用下，可以瞬间从流动良好的牛顿流体转变为Bingham半固体状态，而且这种变化连续、可控、可逆。基于磁流变液的优良特性，国内外对其应用进行了大量的研究。这些研究多集中于磁流变阻尼器和磁流变阀，而其中的关键部件，就是一种阻尼控制元件，可将其归类为磁流变阻尼控制单元。利用磁流变液效应设计的磁流变阀，可通过改变励磁线圈的电流来控制加载于磁流变液中的磁场，以改变流体的流动特性，形成压差，从而改变流量或提供阻尼力。相比传统液压阀，磁流变阀具有响应速度快，易于控制，具有更宽的压降和阻尼调节范围宽等优点。此外，由于磁流变液阀中无移动的机械部件，因此结构简单，噪声低，能耗小，耐磨损，工作稳定可靠。磁流变阀现已被广泛应用。

目前磁流变阀的研究的一个核心课题是提高进出口压差的可调范围。而此范围与两方面的因素有关。第一，阻尼间隙内的磁感应强度；第二，磁流变液在磁流变阀内部的液流通道的长度。因此，在磁流变结构设计中，首先要考虑的是磁流变液在磁流变阀阻尼间隙内的流动方向必须与磁场方向垂直；其次是尽可能增大磁流变液在磁流变阀内部的液流通道。一般情况下，可从以下两个方面入手来提高磁流变阀进出口压力差的可调范围。一是提高阻尼间隙内的磁感应强度，常用的方法是减小磁流变阀的阻尼间隙宽度。但这种方法有其本身的限制条件：当磁流变液久置未用，再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼间隙，导致磁流变阀失效。另一方面提高阻尼间隙的长度，但这种方法会受安装空间以及阀本身的结构尺寸等条件限制而很难实现。因此，设计一种性能稳定且结构相对紧凑的磁流变阀，使磁流变阀的进出口压差更大、压力控制范围更宽，是本行业亟需解决的问题。

近年来，磁流变阀的设计和应用得到了一定的发展。如中国专利200810065763.9(一种非直线液流通道的磁流变阀)与中国专利200810065316.3(一种螺旋液流通道的磁流变阀)通过在磁流变阀定位盘和导磁盘的对应端面上设置非直线形液流通道或螺旋液流通道来增加磁流变液流动路径的长度。但却忽略磁场强度和磁感线分布对磁流变效应的影响，其有效阻尼间隙在励磁线圈的两侧，没有很好的利用磁力线的分布及走向，实际上无法有效地提高阀进出口压差的可调范围，另外阻尼间隙部分离励磁线圈较远，会降低磁感应强度造成响应时间变慢，性能不稳定等不良影响。中国专利200410022657.4(具有两种液流阻力通道的磁流变液控制阀)同时采用圆环形和圆盘形液流阻力通道。增加了液流阻力通道的剪切面积，在小的激励电流的作用下液流阻力就开始变化，对磁流变液流量的控制范围扩大，但是这种阀结构中的圆环形液流通道并没有充分利用线圈磁场，降低了压差调节范围，圆盘形液流通道与磁感线的重合度较小，增加了液流通道的被动阻尼，延长了系统响应时间，大大降低了阻尼单元应发挥的效果。

发明内容

本发明专利提供了一种具有复合阻尼间隙的磁流变流体控制的基本单元以及参数最优化设计方法，依据所提供的参数最优化方法设计的复合间隙磁流变液阻尼单元可广泛应用在磁流变控制阀与磁流变阻尼减震器等领域，实现对磁流变液的压降和流量的高响应、轻噪声、稳定可靠的控制。