多级径向流动型磁流变液减振器理论与实验

　　引　言

　　磁流变液减振器是一种能够实时调节阻尼力的阻尼装置,可用于轨道车辆垂向振动控制、横向振动控制、抗蛇行振动控制等领域。石家庄铁道学院、西南交通大学、同济大学铁道学院、香港中文大学等都进行了相关研究工作[1～6],这些工作都是建立在磁流变液减振器基础上,其可控阻尼性能直接影响到控制效果。在磁流变液减振器的研究过程中,有不少学者研究了基于混合或流动模式的直筒型磁流变液减振器,研究表明其有效阻尼通道长度较短,存在磁场利用率不高的问题。针对轨道车辆抗蛇行振动减振器阻尼力的特点,提出一种多级径向流动型的磁流变液减振器。

　　国内外对于径向流动型的磁流变液减振器的研究较少。J L Livesey研究了两平行圆盘间粘性流体的径向流动[7],并指出惯性效应的影响; P GMorgan和A Saunders对于J L Livesey的结论进行了相应的实验性研究[8];Na和Hansen考虑了Sisko模型应用于牛顿流体冥律流体中[9];Dai和Bird研究了两固定圆盘间的宾汉流体径向流动的数值解[10];Reza Majidi等人研究了YPL流体的径向流动[11]。

　　因此深入研究多级径向流动型的磁流变液减振器准稳态与非稳态设计理论,对轨道车辆抗蛇行磁流变液减振器研究开发具有学术意义和实用价值。

　　1　磁流变液减振器的工作原理

　　大多数传统磁流变液减振器采用轴向混合模式或流动模式,其有效阻尼通道短,为了增加阻尼调节范围则要求磁场发生器体积大,导致磁场利用率不高。本文针对以上问题提出一种有效增加阻尼通道长度的多级径向流动型的磁流变液减振器,如图1所示。阻尼调节器是磁流变液减振器的重要组成部隔板,形成了多级径向流动阻尼通道,磁流变液在阻尼调节器中的流动方向垂直于磁场方向,满足磁路设计准则。工作时活塞杆由于外力的作用下,迫使磁流变液从工作缸一腔的导油管流入阻尼调节器,通过多级径向流动回到另一腔,在流动中形成了压降,对活塞杆产生相应的阻尼力。控制阻尼调节器的激励电流,改变径向流动通道中的磁场强度,进而控制磁流变液的流动特性,实现控制磁流变液减振器的阻尼力。

　　2　磁流变液减振器的理论分析

　　2.1　磁流变减振器的流体力学分析

　　磁流变液通过旁通式径向流动形成压降,作用在活塞有效面积上产生阻尼力,有

　　F=$PõA(1)

　　式中　$P为工作缸两腔的压降;A为磁流变液作用在活塞上的有效面积。忽略摩擦等损失的压降以及磁流变液在管道中流动损失的压降,工作缸两腔的压降可近似看作磁流变液在阻尼调节器中产生的压降。