磁流變液傳動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)門窗中的應(yīng)用

陳巍+陳冬+楊輝靜

摘要：磁流變液傳動(dòng)是一種新型動(dòng)力傳遞技術(shù)，是以磁流變液為傳動(dòng)介質(zhì)，利用磁流變液獨(dú)特的流變特性實(shí)現(xiàn)智能可控的傳動(dòng)方式，連續(xù)、可逆、迅速和易于控制的特點(diǎn)?；诖帕髯円簜鲃?dòng)技術(shù)的自動(dòng)門窗閉合器克服了傳統(tǒng)液壓門窗閉合器和電動(dòng)門窗閉合器的缺點(diǎn)，具有響應(yīng)速度快（一般為毫秒級(jí)）、傳動(dòng)部件摩損較小、控制簡(jiǎn)單（通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速）、控制能源消耗低（2～50W）、控制電壓低（2～25V）、對(duì)外界雜質(zhì)的干擾不敏感等特點(diǎn)，具有巨大的市場(chǎng)推廣方面的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵字：磁流變液自動(dòng)門窗

隨著人們生活水平的日益提高，人們對(duì)物質(zhì)生活的要求越來(lái)越高。當(dāng)今社會(huì)只能樓宇的建設(shè)越來(lái)越多，其中門窗的自動(dòng)控制就是當(dāng)中主要的組成部分。在樓宇建筑中給人們帶來(lái)更貼心的呵護(hù)和更安全的保障。它在遇到雨天、霧霾天或屋內(nèi)煙量過(guò)大等情況時(shí)，根據(jù)自動(dòng)控制器的指令自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的門窗的開(kāi)啟或關(guān)閉。

磁流變液傳動(dòng)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型動(dòng)力傳遞技術(shù)，其傳動(dòng)是基于磁流變液的磁流變效應(yīng)，是以磁流變液為傳動(dòng)介質(zhì)，利用磁流變液獨(dú)特的流變特性實(shí)現(xiàn)智能可控的傳動(dòng)方式。磁流變液傳動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度以改變磁流變液的剪切屈服應(yīng)力，進(jìn)而調(diào)節(jié)傳遞轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的大小。磁流變液是一種形態(tài)和性能受外加磁場(chǎng)約束和控制的固液二相功能材料，其在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)表現(xiàn)為流動(dòng)良好的牛頓流體，但在外加磁場(chǎng)作用下，流體的流變特性發(fā)生巨大變化，其表觀黏度可在10ms內(nèi)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并呈現(xiàn)類似固體的力學(xué)性能，且黏度變化是連續(xù)可逆的，即一旦去掉磁場(chǎng)后，又變成可以流動(dòng)的液體。磁流變效應(yīng)連續(xù)、可逆、迅速和易于控制的特點(diǎn)是磁流變液在很航空、航天、汽車工業(yè)、液壓傳動(dòng)、密封、精密加工、生物技術(shù)、醫(yī)療等多領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，高層和超高層建筑日益增多，室內(nèi)的中庭及步行街等也逐漸增多。這些高層和超高層建筑的出現(xiàn)，對(duì)建筑物的自動(dòng)化管理提出了更高的要求。自動(dòng)門窗，外觀設(shè)計(jì)美觀又兼具自然采光和消防中自然排煙作用的，廣泛應(yīng)用于各種建筑，尤其具有中庭的高層和超高層建筑。磁流變液傳動(dòng)裝置是一種利用磁流變液傳動(dòng)技術(shù)卡法的動(dòng)力傳輸裝置?；诖帕髯円簜鲃?dòng)的自動(dòng)門廠閉合器首先解決了傳統(tǒng)液壓門窗閉合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工要求高、不易控制、響應(yīng)慢、工作噪聲大以及無(wú)法滿足自動(dòng)控制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了建筑內(nèi)自動(dòng)可控的要求。其次，相對(duì)于電動(dòng)門窗閉合器，降低了成本，減少了體積。第三，具有響應(yīng)速度快（一般為毫秒級(jí)）、傳動(dòng)部件摩損較小、控制簡(jiǎn)單（通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速）、控制能源消耗低（2～50W）、控制電壓低（2～25V）、對(duì)外界雜質(zhì)的干擾不敏感等特點(diǎn)，是一種較理想的動(dòng)力傳輸器件，控制性能優(yōu)于電動(dòng)門窗閉合器，因此應(yīng)用于自動(dòng)門窗閉合控制方面非常具有優(yōu)勢(shì)。

基于磁流變液的自動(dòng)門窗閉合器的這些特點(diǎn)都非常符合消防自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，將停止全部非消防電源的供電，消防電源主要由備用電源提供，節(jié)能及控制的可靠性高是對(duì)所有被控設(shè)備的基本要求。自動(dòng)門窗作為自然排煙的重要組成部分，其控制的快速性使門窗以最快的速度開(kāi)啟或關(guān)閉，為消防防火和滅火爭(zhēng)取更多時(shí)間，能更好的控制火勢(shì)的蔓延。

在磁流變液應(yīng)用中，影響磁流變液性能的主要是其沉降穩(wěn)定性及剪切屈服應(yīng)力。可用的表面活性劑主要有不同粒徑的SiO2粒子、油酸和月桂酸等。通過(guò)添加表明活性劑課改變磁性顆粒表面的性能，增加顆粒間的靜電排斥作用力，從而改善磁流變液體系的穩(wěn)定性。通過(guò)添加納米固體顆粒，可增大磁流變液的分散介質(zhì)密度，大大降低分散介質(zhì)和磁性顆粒間的密度差，是兩相材料相互融合的更加匹配，同時(shí)由于納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，能在磁流變液中做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)并碰撞磁流變液中的大顆粒分子，阻止大磁性顆粒的沉降，從而提高磁流變液的穩(wěn)定性?？商砑拥募{米固體顆粒主要有納米級(jí)的Fe3O4磁性顆粒，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明平均粒徑10nm的Fe3O4磁性顆?？梢杂行Ц纳拼判灶w粒在載液中分散性能，大大提高制品的穩(wěn)定性。在添加觸變劑的作用下，磁流變液中的磁性顆粒能形成觸變網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以阻止磁性顆粒的直接接觸，減緩磁流變液的團(tuán)聚，觸變劑還能黏附在磁性顆粒的表面，降低磁性顆粒的表觀黏度，從而減緩磁性顆粒的沉降?？捎勉f類潤(rùn)滑劑與觸變劑復(fù)合使用制備具有良好流變性能的磁流變液?？蛇x擇高嶺土和納米SiO2為觸變劑，對(duì)硅油基磁流變液的摩擦磨損性能有影響。

磁流變液技術(shù)最早由美國(guó)學(xué)者Rabinow于1948年研究出磁流變材料，并與1951年申請(qǐng)了磁流變液傳動(dòng)技術(shù)先關(guān)專利。直至20世紀(jì)80年代各國(guó)的研究人員才從電流變材料的研究流回歸磁流變材料的研究，并在近年得到迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的磁流變液技術(shù)的研究應(yīng)用，多集中在阻尼器等振動(dòng)控制領(lǐng)域，而對(duì)磁流變液傳動(dòng)技術(shù)的研究應(yīng)用相對(duì)較少。磁流變液技術(shù)具有廣大的應(yīng)用空間，需進(jìn)行更多的應(yīng)用研究，以填補(bǔ)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的空白。

基于磁流變液技術(shù)的自動(dòng)門窗閉合器提高了門窗閉合器的功能和特性，并能與其他檢測(cè)元件結(jié)合，形成智能控制，不僅能應(yīng)用于公共建筑，還能應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，具有巨大的市場(chǎng)推廣方面的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]申玉良，楊紹普，劉旭東發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇磁流變液離合器控制研究工程機(jī)械 2006，（2）：23-25.

[2]劉新華磁流變液傳動(dòng)技術(shù)北京：科技出版社 2015.9.

[3]胡利永基于回轉(zhuǎn)式磁流變液阻尼器的張力控制研究吉林：吉林大學(xué)，2010.

[4]中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此份制動(dòng)器，JB/T5989-1992.

作者簡(jiǎn)介：

1、陳巍（1971.04-）女，漢族，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事電氣自動(dòng)化教育研究

2、陳冬（1982.12-）男，漢族，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事機(jī)電一體化教育研究

3、楊輝靜（1978.10-）女，漢族，四川人，講師，學(xué)士，主要從事機(jī)電一體化教育研究