多線圈式磁流變阻尼器的研制與性能分析.pdf

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1、多線圈式磁流變阻尼器的研制與性能分析口張琳桂林空軍學(xué)院廣西桂林541o03摘要：傳統(tǒng)的磁流變阻尼器通常采用單級線圈活塞式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然簡單便于加工，但卻使磁流變阻尼器動態(tài)性能的提高受到限制。為此將原有的單線圈式磁流變阻尼器設(shè)計成三級并聯(lián)式線圈，并就加工的兩種阻尼器分別進(jìn)行電流響應(yīng)時間和阻尼性能實驗。實驗結(jié)果表明，采用三級并聯(lián)線圈可有效提高磁流變阻尼器的動態(tài)性能，且阻尼性能也得到一定程度的提高。關(guān)鍵詞：磁流變阻尼器(MRD)三級并聯(lián)線圈電流響應(yīng)時間阻尼性能中圖分類號：0361文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10O0—4998(200

2、8)11—0037—02近年來，隨著國外研究機構(gòu)不斷加大磁流變液工線圈匝數(shù)增大而增大，但是增大線圈匝數(shù)的同時也會程應(yīng)用的研究力度，國內(nèi)一些高校和研究所也開始把增大回路的電感。因此，設(shè)計方案中定線圈匝數(shù)Ⅳ(即目光投向磁流變液及其應(yīng)用的研究上。縱觀近幾年的電阻)為常量，決定r的參數(shù)只有電感。對于單級線有關(guān)文獻(xiàn)報告可以發(fā)現(xiàn)，涉及到如何改善MRD動態(tài)性圈(見圖2a)，其電感厶為：能方面的技術(shù)較少。而無論將MRD應(yīng)用于振動控制領(lǐng)：×10一(4)』域或流體傳輸領(lǐng)域，其動態(tài)性能的好壞將直接影響到整個系統(tǒng)的動態(tài)性能。動態(tài)響應(yīng)時間是衡量系統(tǒng)動態(tài)

3、K：——————上———～?1+O．9；+0．32上‘5，性能的一項重要性能指標(biāo)，本文將從動態(tài)響應(yīng)時間這廠一角度對如何提高磁流變液MRD的動態(tài)性能作些理式中：結(jié)構(gòu)參數(shù)f、r、z分別代表所繞線圈徑向厚度、平論與實驗探討(關(guān)于MRD的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理可參均半徑和有效線圈長度?？嘉墨I(xiàn)[1])。為提高M(jìn)RD的動態(tài)響應(yīng)時間，將單級線圈平均分成3個并聯(lián)小線圈，見圖2(b)，每個小線圈的有效長度1MRD電磁回路設(shè)計均為Z／3，總有效線圈長度不變，線圈電阻不變，則總MRD的反應(yīng)速度是決定系統(tǒng)動態(tài)性能的重要指電感厶為：標(biāo)。而MRD反應(yīng)速度的快

4、慢取決于MRD中電磁回路三=l++3～2(12+3+J7l3)(6)的響應(yīng)時間。忽略電磁鐵中的渦流效應(yīng)，則電磁回路可式中：三、、厶分別為3個小線圈由自感引起的電感；以簡化為由一電感和電阻串聯(lián)而成的電路，如圖1所z、，、分別為線圈1和2、2和3、1和3之間由互感示，其中回路中的電流需滿足方程：引起的電感。，】三(￡)+R(f)=(￡)(1)通過式(4)～(6)對兩種連接方式的電感進(jìn)行比較U可以發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)連接方式所產(chǎn)生的電感遠(yuǎn)小于單線圈式中：、是回路線圈的電感和電阻；是輸入電壓。所產(chǎn)生的電感。由此可以認(rèn)為，當(dāng)設(shè)計的MRD力學(xué)性假定

5、輸入電壓為一常量，則式(1)的解為：能在滿足使用要求時，可將MRD的單線圈改進(jìn)為三級()=(1一。一譬r)(2)并聯(lián)式線圈。利用這一技術(shù)可以提高M(jìn)RD的反應(yīng)速』L式(2)表明要花近3／的時間才能使電流達(dá)到度，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。穩(wěn)定值的95％，電流的這種指數(shù)響應(yīng)對大多數(shù)實際應(yīng)2兩種電磁回路MRD結(jié)構(gòu)參數(shù)用場合是不夠的。令動態(tài)響應(yīng)時間指標(biāo)：r=／(3)由式(2)可知，要使電流在盡可能短的時間內(nèi)達(dá)到指定值就應(yīng)使盡可能地小。根據(jù)式(3)，電磁回路的設(shè)計應(yīng)使回路中有較小的電感和較大的電阻。電阻隨收稿日期：2008年5月機械制造46

6、卷第53l期2oo8／11回圖3a為單線圈MRD結(jié)構(gòu)簡圖，側(cè)翼A和B軸向通過比較可知，當(dāng)，=0A時，兩種MRD在相同位移時總長度￡為MRD的有效工作長度，D為MRD閥體內(nèi)產(chǎn)生的阻尼力大小變化不大，這正符合零場阻尼力小徑，危為環(huán)形間隙高度；D為MRD閥芯直徑。圖3b為的要求；當(dāng)外加電流負(fù)載加大時，相同位移情況下，三三級并聯(lián)線圈MRD結(jié)構(gòu)簡圖，與圖3a相比，MRD所級并聯(lián)線圈MRD產(chǎn)生的阻尼力稍有增大；當(dāng)，=1．0A用材料、軸向總長度、徑向尺寸均不變；線圈總匝數(shù)Ⅳ時，三級并聯(lián)線圈MRD產(chǎn)生阻尼力是單線圈MRD產(chǎn)不變，但由單級分為匝

7、數(shù)等同的三級；有效工作長度生阻尼力的1．26倍。由此可見，相同實驗條件，三級并不變，但被三段線圈等分成A、B、c、D四段。聯(lián)線圈MRD較單線圈MRD有更好的阻尼性能。本文用于實驗的MRD結(jié)構(gòu)尺寸如下：L=32mm，D3=4Omm，=1mm，D=2Omm，D2=50mm，Ⅳ：l5O0(對于三級線圈式，每級線圈匝數(shù)Ⅳ=50O)。4結(jié)論動態(tài)響應(yīng)時間是衡量MRD動態(tài)性能的重要指標(biāo)3實驗結(jié)果及性能比較之一。本文從提高動態(tài)響應(yīng)時間角度進(jìn)行理論與實驗圖4給出了上面兩種不同電磁回路MRD電流響應(yīng)分析，證明了改變MRD電磁線圈的級數(shù)和連接方式可

8、時間的比較。對于單線圈MRD，電流響應(yīng)時間要近1s以提高M(jìn)RD的反應(yīng)速度。同時實驗結(jié)果也表明，在單的時間才能使電流達(dá)到目標(biāo)值的95％；而對于三級并線圈MRD基礎(chǔ)上改進(jìn)的三級并聯(lián)線圈MRD的阻尼聯(lián)線圈MRD，電流效果不僅沒有減弱，反而較單線圈MRD略有提高。響應(yīng)時間約為0．37