徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能研究

胡國良 張佳偉 鐘 芳 喻理梵

(華東交通大學(xué)載運(yùn)工具與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南昌 330013)

0 引言

1948年美國學(xué)者RABINOW[1]首次提出磁流變液的概念。磁流變液在磁場作用下可由流體狀態(tài)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變成半固體狀態(tài)，并且該變化瞬時(shí)可逆。借助于磁流變液的流變性能，以磁流變液為工作介質(zhì)的磁流變智能器件受到廣泛關(guān)注。

磁流變閥是一種典型的磁流變智能器件，其閥體與閥芯相對(duì)固定，只需控制輸入電流，就可調(diào)節(jié)阻尼間隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，進(jìn)而獲得可控的進(jìn)出口壓降，具有操作簡單、響應(yīng)速度快、可調(diào)范圍大等優(yōu)點(diǎn)[2-4]。近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)磁流變閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究[5-14]。如增加激勵(lì)線圈的數(shù)量，由單線圈變?yōu)殡p線圈或多線圈；或者改變流道結(jié)構(gòu)，由軸向流變?yōu)閺较蛄骰蚧旌狭?；抑或采用有限元法、響?yīng)曲面法來優(yōu)化磁流變閥結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到提高壓降的目的。然而以上研究中磁流變閥的進(jìn)出口壓降均小于2.5 MPa，所設(shè)計(jì)的磁流變閥只能應(yīng)用于低壓小流量系統(tǒng)，一定程度上限制了磁流變閥的應(yīng)用范圍。

針對(duì)磁流變閥的壓降性能，課題組進(jìn)行了系列研究[15-20]。為提高磁流變閥壓降，設(shè)計(jì)了一種雙線圈式磁流變閥，同時(shí)試驗(yàn)分析了磁流變閥結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)壓降的影響[15]；為提高壓降可調(diào)范圍，設(shè)計(jì)了一種阻尼間隙在1～2 mm之間機(jī)械無級(jí)可調(diào)的磁流變閥，仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明可調(diào)范圍可達(dá)10倍[16]；在磁流變閥液流通道結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面，先后設(shè)計(jì)了一種混合流動(dòng)式磁流變閥和一種兩級(jí)徑向流蜿蜒式磁流變閥，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩種閥均具有較大的壓降[17-18]；同時(shí)，通過仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了圓環(huán)流和徑向流兩種流道結(jié)構(gòu)對(duì)磁流變閥壓降性能的影響[19]；另外，在常規(guī)徑向流磁流變閥結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過改變材料屬性，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型徑向流磁流變閥，可提供4.2 MPa的壓降[20]。

本文將常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥[20]作為旁通控制閥應(yīng)用于單出桿液壓缸系統(tǒng)中，構(gòu)成一種徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)。同時(shí)通過理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)分析對(duì)所設(shè)計(jì)的徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力性能分析，以期為磁流變閥的工業(yè)應(yīng)用作進(jìn)一步探索。

1 工作原理

傳統(tǒng)的磁流變阻尼器是在阻尼器缸體內(nèi)置一勵(lì)磁線圈，通過控制輸入電流大小，改變阻尼間隙處磁場強(qiáng)度，獲得可控阻尼力。該磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)緊湊，但所能達(dá)到的輸出阻尼力較小。為獲得更大的阻尼力和可調(diào)范圍，一般采用增加勵(lì)磁線圈或延長有效阻尼間隙的方法，容易導(dǎo)致阻尼器體積增大，且維修拆卸困難?；诖?，設(shè)計(jì)的徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)如圖1所示，主要由徑向流磁流變閥、單出桿液壓缸和蓄能器通過液壓管組合而成。旁通磁流變閥的結(jié)構(gòu)有效解決了傳統(tǒng)磁流變阻尼器為達(dá)到較大輸出阻尼力導(dǎo)致外形尺寸偏大的問題；同時(shí)旁通式結(jié)構(gòu)靈活性大，可通過更換不同結(jié)構(gòu)的磁流變閥達(dá)到不同的動(dòng)力性能。另外該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、綜合成本低。

圖1 徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of radial flow MR valve controlled cylinder system1.蓄能器 2.單出桿液壓缸 3.徑向流磁流變閥 4.液壓管5.液壓缸活塞桿 6.液壓缸活塞頭

由圖1可知，閥體、液壓缸體及液壓管內(nèi)充滿磁流變液，液壓缸活塞頭將缸筒分為復(fù)原腔Ⅰ與壓縮腔Ⅱ。閥控缸系統(tǒng)工作可分為壓縮行程與復(fù)原行程兩部分，壓縮行程時(shí)，液壓缸活塞桿帶動(dòng)活塞頭向右運(yùn)動(dòng)，壓縮腔Ⅱ體積變小，迫使壓縮腔Ⅱ內(nèi)的磁流變液流經(jīng)磁流變閥進(jìn)入復(fù)原腔Ⅰ；復(fù)原行程時(shí)，液壓缸活塞桿帶動(dòng)活塞頭向左運(yùn)動(dòng)，復(fù)原腔Ⅰ體積變小，迫使復(fù)原腔Ⅰ內(nèi)的磁流變液流經(jīng)磁流變閥進(jìn)入壓縮腔Ⅱ，通過控制磁流變閥中的勵(lì)磁線圈輸入電流大小，可改變閥體內(nèi)阻尼間隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度，流經(jīng)磁流變閥的磁流變液剪切應(yīng)力增加，進(jìn)而控制磁流變閥進(jìn)出口壓降，使復(fù)原與壓縮兩腔出現(xiàn)壓力差，活塞頭的位移一定程度被抑制，從而起到阻尼作用。由于單出桿液壓缸復(fù)原腔Ⅰ與壓縮腔Ⅱ磁流變液體積不相等，因此引入蓄能器進(jìn)行液體補(bǔ)償。壓縮行程時(shí)，液壓缸體積空間減小，蓄能器收縮，補(bǔ)償液壓缸容積變化；復(fù)原行程時(shí)，液壓缸體積空間變大，蓄能器放大，補(bǔ)償液壓缸容積變化。

圖2為常規(guī)型徑向流磁流變閥結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)物加工圖，主要包括端蓋、導(dǎo)磁圓盤、閥體、繞線架、阻尼圓盤和定位盤。導(dǎo)磁圓盤、閥體和繞線架均為導(dǎo)磁材料，磁力線依次穿過閥體、繞線架和導(dǎo)磁盤形成閉合回路，同時(shí)垂直于徑向圓盤阻尼間隙。從圖2可看出，徑向流磁流變閥阻尼間隙包括兩段中心小孔流、兩段徑向圓盤間隙流和兩段軸向圓環(huán)間隙流，可為閥控缸系統(tǒng)提供較大的壓降[19]。

圖2 常規(guī)型徑向流磁流變閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of typical radial flow MR valve1.端蓋 2.導(dǎo)磁圓盤 3.閥體 4.繞線架 5.阻尼圓盤 6.定位盤

圖3 常規(guī)型徑向流磁流變閥實(shí)物圖Fig.3 Prototype pictures of typical radial flow MR valve1.端蓋 2.導(dǎo)磁圓盤 3.繞線架 4.閥體 5.阻尼圓盤 6.定位盤

圖4 改進(jìn)型徑向流磁流變閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagrams of improved radial flow MR valve1.端蓋 2.導(dǎo)磁圓盤 3.閥體 4.繞線架 5.阻尼圓盤 6.定位盤 7.隔磁盤 8.隔磁環(huán)

圖4為改進(jìn)型徑向流磁流變閥結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)物加工圖。由圖4、5可知，該閥是在常規(guī)型徑向流磁流變閥的基礎(chǔ)上，加入了隔磁盤和隔磁環(huán)結(jié)構(gòu)，從而扭轉(zhuǎn)磁力線走向，使軸向圓環(huán)間隙流道同時(shí)暴露于磁場中，達(dá)到混合流磁流變閥的效果。與常規(guī)型徑向流磁流變閥相比，改進(jìn)型徑向流磁流變閥能為閥控缸系統(tǒng)提供更大的壓降[20]。

圖5 改進(jìn)型徑向流磁流變閥實(shí)物圖Fig.5 Prototype pictures of improved radial flow MR valve1.端蓋 2.導(dǎo)磁圓盤 3.閥體 4.繞線架 5.阻尼圓盤 6.定位盤 7.隔磁盤 8.隔磁環(huán)

2 阻尼力數(shù)學(xué)模型

由于選用單出桿液壓缸，導(dǎo)致液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個(gè)方向上的阻尼力和速度也不等。圖6為單出桿液壓缸復(fù)原行程與壓縮行程工作原理示意圖。

圖6 單出桿液壓缸工作原理圖Fig.6 Working principle diagrams of single rod hydraulic cylinder

由圖6a可知，單出桿液壓缸復(fù)原行程阻尼力F1可表示為

F1=fc+fr+(p2A2-p1A1)

(1)

其中

fc=μFN

(2)

式中fc——缸體與活塞頭之間的摩擦力

fr——缸體與活塞桿之間的摩擦力

p1——壓縮腔壓力

p2——復(fù)原腔壓力

A1——壓縮腔有效工作面積

A2——復(fù)原腔有效工作面積

FN——活塞頭與液壓缸之間的壓力

μ——活塞頭與液壓缸之間的摩擦因數(shù)

其中活塞頭與液壓缸體之間相對(duì)潤滑，摩擦因數(shù)μ很小，同時(shí)fc?fr，因此可忽略。

壓縮腔與復(fù)原腔有效工作面積可表示為

(3)

(4)

式中Dc——液壓缸活塞頭直徑

dr——液壓缸活塞桿直徑

將式(3)、式(4)代入式(1)中，可得

(5)

同理，由圖6b可知，單出桿液壓缸壓縮行程阻尼力F2可表示為

(6)

復(fù)原行程中，流經(jīng)徑向流磁流變閥的流量可表示為

(7)

式中v1——活塞與液壓缸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度

壓縮行程中，流經(jīng)徑向流磁流變閥的流量可表示為

(8)

式中v2——活塞與液壓缸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度

無論在復(fù)原行程或壓縮行程，壓縮腔壓力p1和復(fù)原腔壓力p2分別由徑向流磁流變閥進(jìn)出口兩端壓力提供，因此徑向流磁流變閥控缸進(jìn)出口壓降即為磁流變閥兩端壓降，可表示為

Δp=p1-p2

(9)

3 仿真分析

3.1 磁流變液工作特性

徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)工作介質(zhì)為MRF-J01T型磁流變液。該磁流變液的特性參數(shù)曲線如圖7所示，從圖7可看出，磁流變液的剪切應(yīng)力τy隨磁場強(qiáng)度B增加而增加[19]。

圖7 磁流變液特性曲線Fig.7 Specification of MRF-J01T

利用最小二乘法對(duì)圖7所示τy-B曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得出磁場強(qiáng)度與剪切應(yīng)力的關(guān)系

τy=a3B3+a2B2+a1B+a0

(10)

式中，a3=-984.274 2 kPa/T3，a2=865.390 1 kPa/T2，a1=-48.464 4 kPa/T，a0=0.018 2 kPa。

3.2 徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力仿真分析

圖8所示為采用有限元法得到的常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥壓降隨電流變化曲線。由圖8可知，電流較小時(shí)，常規(guī)型徑向流磁流變閥壓降高于改進(jìn)型徑向流磁流變閥；但隨著電流的增加，常規(guī)型徑向流磁流變閥壓降增長速率變得緩慢；電流為1 A時(shí)改進(jìn)型徑向流磁流變閥壓降超過常規(guī)型徑向流磁流變閥；電流為1.2 A后，常規(guī)型徑向流磁流變閥剪切應(yīng)力達(dá)到飽和，壓降不再增加，而改進(jìn)型徑向流磁流變閥剪切應(yīng)力繼續(xù)增加。

圖8 改進(jìn)型和常規(guī)型徑向流磁流變閥仿真壓降對(duì)比Fig.8 Comparison of simulated pressure drop for typical and improved radial flow MR valve

圖9 常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力與位移關(guān)系Fig.9 Relationship of damping force and displacement under different applied currents

徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)工作時(shí)，活塞桿呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選取正弦激勵(lì)對(duì)其進(jìn)行阻尼力仿真。圖9和圖10分別為0.25 Hz振動(dòng)頻率激勵(lì)下的常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力隨位移變化曲線和阻尼力隨速度變化曲線。由圖9可看出，磁流變閥控缸系統(tǒng)示功特性曲線飽滿，呈“回”字型，仿真效果良好。另外，仿真分析時(shí)未考慮壓縮腔壓力p1和復(fù)原腔壓力p2分別對(duì)復(fù)原行程與壓縮行程的影響，示功特性曲線相對(duì)平衡位置對(duì)稱。由圖10可得，閥控缸系統(tǒng)阻尼力隨速度增大變化不明顯，隨輸入電流增大而增大；電流大于1 A時(shí)阻尼力增長減緩。輸入電流為1 A時(shí)，閥控缸系統(tǒng)最大阻尼力達(dá)3.2 kN；輸入電流1.25 A時(shí)，磁流變液剪切應(yīng)力達(dá)到飽和，閥控缸最大阻尼力達(dá)3.5 kN。

圖10 常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力與速度關(guān)系Fig.10 Relationship of damping force and velocity under different applied currents

圖11和圖12分別為振動(dòng)頻率0.25 Hz激勵(lì)下改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力隨位移變化和阻尼力隨速度變化關(guān)系曲線。由圖11可得，將常規(guī)型閥更換為改進(jìn)型閥之后，示功曲線仍然呈飽滿“回”字型，仿真效果良好。由圖12可知，改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力隨輸入電流增大而增大，電流1.25 A時(shí)，閥控缸系統(tǒng)最大阻尼力達(dá)4 kN。

圖11 改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力與位移關(guān)系Fig.11 Relationship of damping force and displacementunder different applied currents

圖12 改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力與速度關(guān)系Fig.12 Relationship of damping force and velocity under different applied currents

圖13為常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力隨電流變化對(duì)比曲線。由圖13可知，電流較小時(shí)常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力略大于改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸，但隨著電流持續(xù)增加，電流為1 A左右時(shí)常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力相等，且常規(guī)型閥控缸阻尼力開始增長緩慢，而改進(jìn)型閥控缸阻尼力持續(xù)增長。磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力曲線與圖8所示磁流變閥壓降曲線變化趨勢相同，仿真效果良好，進(jìn)一步說明通過更換不同的磁流變閥可使磁流變閥控缸系統(tǒng)達(dá)到不同的控制效果，體現(xiàn)了外控優(yōu)點(diǎn)。

圖13 常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力仿真對(duì)比Fig.13 Comparison of simulation of damping force with respect to current

4 動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)分析

4.1 動(dòng)力性能測試系統(tǒng)

圖14 徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.14 Prototype picture of radial flow MR valve controlled cylinder system1.蓄能器 2.液壓缸 3.徑向流磁流變閥 4.液壓管

設(shè)計(jì)了如圖14所示的徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)，并采用INSTRON疲勞拉伸機(jī)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力性能測試，搭建的動(dòng)力性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖15所示。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)、電源、疲勞拉伸機(jī)和主機(jī)。液壓缸下端固定在疲勞拉伸機(jī)夾具上，上端連接動(dòng)力桿及傳感器。電源用于給磁流變閥激勵(lì)線圈供電；疲勞拉伸機(jī)可為液壓缸提供不同振動(dòng)激勵(lì)，同時(shí)配備傳感器可將產(chǎn)生的阻尼力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給主機(jī)。

圖15 磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能測試臺(tái)Fig.15 Experimental test rig of radial flow MR valve controlled cylinder system1.電源 2.徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng) 3.疲勞拉伸機(jī) 4.主機(jī)

4.2 常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能

圖16 不同電流下阻尼力-位移關(guān)系Fig.16 Relationship of damping force and displacement at different currents

實(shí)驗(yàn)時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)電源旋鈕，為徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)提供不同大小的加載電流，進(jìn)而得到所需輸出阻尼力。同時(shí)，設(shè)置疲勞拉伸機(jī)參數(shù)用于提供不同頻率和位移的振動(dòng)激勵(lì)。圖16為不同電流下常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力隨位移的變化曲線。由圖16可知，常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力-位移關(guān)系曲線與仿真曲線趨勢基本一致，隨著激勵(lì)電流的增大，阻尼力-位移曲線在縱軸上都表現(xiàn)為由內(nèi)向外分布，這是因?yàn)殡S著外加激勵(lì)電流的增大，徑向流磁流變閥兩端的屈服壓降也會(huì)增大，進(jìn)而引起徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)的阻尼力逐漸增大。同時(shí)，阻尼力在0到1 A時(shí)增長迅速，1 A以后增長緩慢，這是由于電流為1.2 A時(shí)，容腔內(nèi)的磁流變液剪切應(yīng)力達(dá)到飽和，磁流變閥兩端壓降達(dá)到最大值，繼續(xù)增大電流對(duì)阻尼力的影響變小。另外，該曲線并不像仿真曲線一樣呈規(guī)則的圓滑飽滿的“回”字分布，在復(fù)原和壓縮行程中分別存在一定程度的缺失，主要原因在于系統(tǒng)中磁流變液灌注不充分，導(dǎo)致系統(tǒng)中混有一定體積的空氣，在拉伸和壓縮過程中不能及時(shí)補(bǔ)償液壓缸內(nèi)缺失的磁流變液出現(xiàn)一段空程，活塞得不到來自磁流變液傳遞的阻尼力，因此呈現(xiàn)出不同程度缺失。

圖17為不同振幅下阻尼力變化關(guān)系，圖18為不同頻率下阻尼力變化關(guān)系。從圖17、18可看出，同一頻率下，阻尼力隨振幅增大而增大；同一振幅下，阻尼力隨頻率增大而增大，但變化均不是很大。主要原因在于，通入電流時(shí)，磁流變閥在磁場作用下既有粘滯壓降又有屈服壓降，其中屈服壓降與電流相關(guān)，電流不變時(shí)，磁流變閥的屈服壓降也保持不變。而粘滯壓降與磁流變液的流量相關(guān)，即磁流變液的流動(dòng)速度越大，粘滯壓降也越大。由于振幅和頻率的增大，閥控缸內(nèi)磁流變液的流動(dòng)速度增大，使磁流變閥的粘滯壓降增大，從而增大輸出阻尼力。

圖17 不同振幅下阻尼力-位移關(guān)系Fig.17 Relationship of damping force and displacement at different amplitudes

圖18 不同頻率下阻尼力-位移關(guān)系Fig.18 Relationship of damping force and displacement at different frequencies

4.3 改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能

圖19 不同電流下阻尼力-位移關(guān)系Fig.19 Relationship of damping force and displacement at different currents

圖19所示為不同電流下改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力隨位移的變化曲線。由圖19可知，改進(jìn)型徑向流磁流變閥阻尼力-位移關(guān)系曲線與仿真曲線基本趨勢一樣，阻尼力隨輸入電流的增大而增大。與常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)不同的是，電流大于1 A時(shí)，阻尼力仍持續(xù)增長。另外，在復(fù)原和壓縮行程中實(shí)驗(yàn)曲線也存在一定程度的缺失。

圖20為不同振幅下阻尼力變化關(guān)系，圖21為不同頻率下阻尼力變化關(guān)系。從圖20、21可看出，改進(jìn)型閥控缸系統(tǒng)與常規(guī)型閥控缸系統(tǒng)變化趨勢相同，阻尼力均隨活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度增加而增大。

圖20 不同振幅下阻尼力-位移關(guān)系Fig.20 Relationship of damping force and displacement at different amplitudes

圖21 不同頻率下阻尼力-位移關(guān)系Fig.21 Relationship of damping force and displacement at different frequencies

4.4 常規(guī)型與改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能對(duì)比分析

圖22所示為常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力對(duì)比曲線圖，其中加載電流分別為0.25、0.5、0.75、1、1.25 A。由圖22a、22b、22c可知，當(dāng)電流較小時(shí)，常規(guī)型磁流變閥控缸系統(tǒng)產(chǎn)生的阻尼力會(huì)大于改進(jìn)型磁流變閥控缸系統(tǒng)。由圖22d可知，當(dāng)電流達(dá)到1 A時(shí)，常規(guī)型磁流變閥控缸系統(tǒng)與改進(jìn)型磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力曲線趨于重合，此時(shí)兩種閥控缸系統(tǒng)復(fù)原行程下阻尼力可達(dá)3.6 kN，壓縮行程阻尼力為5 kN。由圖22e可知，當(dāng)電流為1.25 A時(shí)，改進(jìn)型磁流變閥控缸系統(tǒng)所產(chǎn)生的阻尼力大于常規(guī)型磁流變閥控缸系統(tǒng)，改進(jìn)型磁流變閥控缸系統(tǒng)復(fù)原行程阻尼力達(dá)4.2 kN，壓縮行程阻尼力達(dá)5.8 kN，常規(guī)型磁流變閥控缸系統(tǒng)復(fù)原行程阻尼力只有3.8 kN，壓縮行程阻尼力只有5 kN。

圖22 常規(guī)型與改進(jìn)型磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力對(duì)比Fig.22 Damping force of typical and improved radial flow MR valve controlled cylinder systems

圖23 常規(guī)型和改進(jìn)型徑向流磁流變閥實(shí)驗(yàn)壓降對(duì)比Fig.23 Pressure drop of typical and improved radial flow MR valve controlled cylinder systems

圖23所示為改進(jìn)型與常規(guī)型徑向流磁流變閥壓降實(shí)驗(yàn)對(duì)比[20]。當(dāng)加載電流較小時(shí)，常規(guī)型徑向流磁流變閥壓降大于改進(jìn)型徑向流磁流變閥壓降，從而常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力大于徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)；隨著電流的增大，當(dāng)電流達(dá)到0.9 A時(shí)，常規(guī)徑向流磁流變趨于飽和，然而此時(shí)的改進(jìn)型徑向流磁流變閥還遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，壓降增大的趨勢依舊明顯，因此改進(jìn)型徑向流磁流變閥的壓降隨電流增大仍然保持增大，并在1 A時(shí)與常規(guī)型徑向流磁流變閥一樣，此時(shí)常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力等于改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)；當(dāng)電流超過1 A，改進(jìn)型徑向流磁流變閥所得到的壓降超過常規(guī)型徑向流磁流變閥的壓降，進(jìn)而改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)阻尼力大于常規(guī)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)。

上述分析說明徑向流磁流變閥兩端的壓降決定著徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)的輸出阻尼力。磁流變閥所能產(chǎn)生的壓降越大，其形成的旁通型閥控缸系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的阻尼力越大，也驗(yàn)證了具有更高壓降可調(diào)范圍的改進(jìn)型徑向流磁流變閥所形成的閥控缸系

統(tǒng)能達(dá)到更好的阻尼性能。因此可通過更換具有不同壓降可調(diào)范圍的磁流變閥來滿足閥控缸系統(tǒng)不同輸出阻尼力的需求。

5 結(jié)論

(1)常規(guī)型與改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力均隨電流增加而增大，磁流變閥作為核心元件旁通控制阻尼器能夠?qū)崿F(xiàn)阻尼力連續(xù)可調(diào)，得到良好減振效果。

(2)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力隨頻率和振幅變化不大，說明磁流變閥作為核心元件旁通控制阻尼器受活塞桿運(yùn)動(dòng)速度影響很小。

(3)徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)動(dòng)力性能測試結(jié)果表明，加載電流1.25 A時(shí)，常規(guī)型閥控缸系統(tǒng)最大阻尼力可達(dá)5 kN，改進(jìn)型閥控缸系統(tǒng)最大阻尼力可達(dá)5.8 kN，說明徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)具有良好的動(dòng)力性能。

(4)對(duì)比分析不同加載電流下常規(guī)型與改進(jìn)型徑向流磁流變閥控缸系統(tǒng)輸出阻尼力，得知不同類型的磁流變閥控缸系統(tǒng)具有不同的動(dòng)力性能，進(jìn)一步說明可通過更換具有不同壓降可調(diào)范圍的磁流變閥來滿足系統(tǒng)不同輸出阻尼力的需求。

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