基于simulink磁流变液制动器性能仿真与分析

　　1　引言

　　磁流变液简称MRF是一种新型智能材料,具有流变过程迅速、能耗低、温度适应性强、流变效果显著等优点[1]。在近10年的工程应用中,因具有 好的可控性和可逆性备受工业界关注。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体[2]。在磁场作用下,磁流变液可在 瞬间(毫秒级时间内)由流体状态变为具有一定剪切屈服强度的Bingham类塑性固体。磁场一旦撤消,磁流变液又能迅速恢复到流体状态。磁流变液制动器正 是以磁流变液的流变特性为基础,利用Bingham类塑性固体内部剪切应力代替传统制动器的机械摩擦副,产生制动力矩。制动时通过调节磁场强弱,就可改变 磁流变液制动器制动力矩的大小,这在机电工程中,非常易于实现自动化、智能化控制,具有很大的应用价值和工程实际意义。当前,磁变液的母液一般有甲基硅 油、矿物油、水或人造油等。磁性颗粒主要有羟基铁粉、铁钴合金粉末、铁镍合金粉末等,颗粒直径一般1~5μm。在磁流变液制动器上,为了达到较大的制动力 矩,磁流变液一般由甲基硅油和羟基铁粉按一定比列混合而成[3]。

　　2　磁流变液制动器原理和基本结构

　　2·1　原理

　　根据磁流变液在工作机械中传力的特点,磁流变液器件的工作模式一般有流动模式、剪切模式、挤压模式和混合模式4种[4]。磁流变液制动器的工作 机理基于剪切模式,剪切模式的原理如图1所示。磁流变液处于2个相对移动的极板间,在磁场作用下,磁流变液转变为Bingham类塑性固体,随着极板的相 对移动,产生制动阻力,该阻力由磁流变液的粘性力和剪切屈服力2部分组成。

　　在此种模式下,磁流变液的剪切屈服力主要受外加的磁场控制,其反应速度在毫秒级时间内。粘性力主要由磁流变液的粘度、工作面积和相对运动速度决定。

　　2·2　基本结构

　　目前,磁流变液制动器的基本结构一般有圆盘型和圆筒型2种。从原理上说,这2种磁流变液制动器是相同的。圆盘型磁流变液制动器结构如图2所示 [5],一般由固定壳体、制动圆盘、励磁线圈和磁流变液组成。线圈通以直流电产生磁场,壳体和转盘为导磁材料,壳体形成的空壳中注满磁流变液。圆盘型磁流 变液制动器的工作部位以圆盘的盘面为主,其制动圆盘可以是1个也可以有多个。若有2个或多个制动圆盘,为了保证穿过磁流变液的磁场具有足够的强度和均匀 度,在磁路布置要做特别考虑,图3为两盘式圆盘型磁流变液制动器结构,它采用导磁内筒来均衡磁场[6]。