复合驱动式磁流变阀输出特性及其在减振器上的应用基础研究

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磁流变阀是以磁流变液作为工作介质的液压控制调节元件,与传统液压阀不同的是阀芯与阀体无相对运动,具有加工精度要求低、结构相对简单、易于控制等优点。但是,现有磁流变阀的安全可靠性较低并且能耗较大,限制了磁流变阀的应用范围,基于此,本文创新设计了一种复合驱动式磁流变阀,其工作磁场由励磁线圈产生的电磁场与环形永磁场共同施加,在无激励电流的情况下依然能保有一定的工作性能,并将其应用于减振器,进行了阻尼特性研究,主要内容包括:(1)创新设计了一种复合驱动式磁流变阀,设计了具体结构尺寸,计算和分析了磁路分布,验证了结构的合理性。同时对磁流变阀的整个有效流道进行了分析,将其划分为轴向圆管流道、径向圆盘流道以及轴向圆环流道,分别计算每一段流道的压降,建立了阀的总压降数学模型。(2)在Maxwell中建立了磁流变阀的二维模型,仿真分析了磁流变阀关键尺寸对磁力线走向、磁场分布以及各个阻尼间隙处磁感应强度的影响,同时利用压降数学模型分析了阀的总压降在各个参数下随电流的变化规律。仿真结果表明:环形磁铁产生的永磁场对总磁场强度具有有效的提升;环形磁铁的厚度决定了压降随电流增长的速率,而环形磁铁内径仅对无激励电流情况下的压降初值有影响;径向间隙越大则在同等电流下,间隙处的平均磁感应越小,压降也就越小;磁流变阀的压降随着流量的增大而增大,电流大小对压降随流量的增长速率没有影响。此外,以阀的压降以及可调系数为目标函数,运用modeFRONTIER软件与Maxwell联合对影响阀性能的相关参数进行优化,确定阀的最终结构尺寸,并与优化前的磁流变阀性能进行对比分析。(3)搭建了复合驱动式磁流变阀特性实验台,开展了压降性能实验,结果表明:负载的变化对压降的影响较小;加载阶段的磁流变阀压降整体比卸载阶段小,表明磁流变阀依然存在迟滞现象;仿真压降与实测压降存在一定的差距,但是压降随电流变化的趋势均一致。(4)提出了一种双出杆外置式磁流变阀控减振器,建立了其输出阻尼力的数学模型并利用Simulink对减振器的动力性能进行仿真分析,仿真结果表明在不同的振幅、频率下,减振器均能保持较高的输出阻尼力,并且阻尼力在电流不变的情况下随着振幅、频率即振动速度的增大而增大,同时在无激励电流的情况下,该减振器依然能够保持一定的阻尼力,保证了减振器的安全可靠,也验证了本文所设计的复合驱动式磁流变阀与减振器相互结合的可行性。
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