充气式电流变减振器的设计和台架试验图文精.docx
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充气式电流变减振器的设计和台架试验图文精
晏华等:
充气式电流变减振器的设计和台架试验
充气式电流变减振器的设计和台架试验。
晏华1,潭文峰2,陈永光1,张国钢2,许平2,陈均斌1,陈勇1
(1.后勤工程学院油料应用与管理工程系,重庆400016;
2.四川宁江精密机械有限责任公司减振器研发中心,四川成都610106
摘要:
采用浮阀结构,研制外置充气式电流变减振器,进行了减振器台架试验。
结果表明,对不同的油液粘度、速度、电压,示功图平滑、饱满,没有空程。
在3kV和低速下,减振器阻尼力增大50%~400%,在0.6m/s以上阻尼力为零(或负增长,主要原因是高速下电致成纤链的破坏几率增加。
复原阻尼力与压缩阻尼力的分配可通过速度和电压的改变来调节。
关键词:
电流变减振器;减振器台架试验;汽车悬架;
电流变液;聚苯胺
中图分类号:
U463.33文献标识码:
A文章编号:
1001—9731(200605一0783一03
1引言
电流变技术在汽车悬架系统中的应用完全突破了通过调节机械结构来改变减振器阻尼力的思想。
它是通过调节减振器中液压介质的粘度来改变阻尼力,使其耗散振动的能力可以根据弹簧施加的振动大小进行调节,从而改善车辆悬架的整体性能,提高车辆的平顺性‘1’51。
目前国内外研制的电流变减振器主要有3种结构,分别是美国Lubrizol公司研制的浮阀结构[4]、德国Bayer公司研制的电流变阀结构嘲和北京理工大学研制的三套筒结构[6]。
电流变阀结构由于外加了一个支管,存在与现有的悬架系统不配套的问题;三套筒结构采用油缸补偿方式,没有充分发挥电流变液的效能。
浮阀结构模式是较为理想的电流变减振器。
针对电流变效应的特性和传统减振器的要求,我们开展了基于聚苯胺/硅油体系的电流变液研究,提出了极性固体颗粒/极性液滴双分散电流变液的概念和制备方法,研制了具有高的剪切应力和低漏电流双分散电流变液[7]。
分析了同心圆筒流动模式的电流变液减振器中电流变液流体的运动,建立其流场中的速度分布和流量计算,提出充气式减振器在压缩和复原过程中阻尼力的计算公式[8],设计了内置充气式电流变减振器¨]。
本文在内置充气式电流变减振器样机的基础上,研制具有实际应用价值的外置充气式电流变减振器,进行了减振器台架试验。
讨论了电流变减振器结构、电流变液性能对阻尼力和阻尼力分配的影响。
2实验
2.1电流变液制备和表征
聚苯胺的合成采用化学氧化法,合成的聚苯胺采用酸碱中和方法去掺杂,制备电流变材料。
准确称取去掺杂聚苯胺、基础油和添加剂,置于研钵中充分研均,制得电流变液。
用改制的NXS一11A型旋转粘度计和自行研制的自流高压电源测定电流变液的电流变性能‘川。
2.2电流变减振器台架性能测试
电流变减振器的台架实验是在四川宁江机械厂减振器测试中心进行的,测试所用台架型号为MYF一2型,见图1(a。
电流变减振器的结构为内置、外置充气式电流变减振器。
装入电流变液后,对减振器进行充气,测定内外筒的绝缘后,进行台架实验。
电源采用自行研制的便携式连续可调直流高压电源,在实验室内可直接应用商业或动力用电,也可直接应用车载蓄电池作为电源,电压在o~10kV范围内连续可调。
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cOmputer
图1电流变减振器的台架实验装置图和实验系统结构图
Fig1BenchtestdeviceandteststructureofERdamper
*基金项目:
重庆市科技攻关资助项目(20036677
收到初稿日期:
2005—12—15收到修改稿日期:
2006一02一07通讯作者:
晏华
作者简介:
晏华(1963一,男.四川成都人,教授.博士。
主要从事功能高分子材料、智能材料与结构研究。
万方数据
784
助锨台架实验方法是按汽车筒式减振器台架实验方法(QC/T545—1999进行,测取试件的示功图和速度特性曲线。
试件温度为(20士2℃,试件行程为(50±1mm,试验方向为铅垂方向,活塞振动最大速度分别为O.05、O.1、0.3、O.6、1.Om/s,减振器的一端固定,另一端实现近似的简谐波运动。
采用固定行程,变化频率的方法,测定速度特性曲线。
利用传感器取得活塞运动速率和相应的阻尼力信号。
按照上述条件加振,在运行3~5次内记录示功曲线和速度特性曲线。
减振器实验系统结构图如图1(b所示。
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查成的活塞上下油液体积变化,避免减振器运动中空程的形成。
当减振器的活塞上下运动时,活塞上下腔的电流变液通过内筒上下部所开的小孔,经过内外筒之间的环型间隙,使上下腔的电流变液相互交换,在间隙通道中产生阻尼力,并且通过改变加在内外筒间的电场强度来控制通过其中的电流变液的粘度,从而改变阻尼力。
在活塞向下运动中,液体由下腔经过间隙流入上腔,下腔压力大于上腔压力,使活塞向下的运动受阻;在活塞向上运动中,液体由上腔经过问隙流入下腔,上腔压力大于下腔压力,使活塞向上的运动受阻。
因此,活塞上下运动都将消耗很大的振动能量,使振动消失,并且这种耗散振动能量的能力随着外加电场强度的变化而变化。
由于气室的外置,为工作缸留出了更大的空间,这样不但使行程增大满足电流变减振器上车的需要,而且增加了电流变液的工作区域,使电流变液发挥更大的效能。
3减振器设计
电流变液体减振器设计的指导思想是应用电流变技术改进现有的减振器,使之成为一种阻尼可调的主动式减振器。
就传统减振器设计而言,弹性元件与减振器要相互匹配。
为了实现电压调节减振器阻尼力大小,在减振器结构上尽可能让大部分的电流变液通过
外加电场的间隙,确保电流变液发挥最大的效能;作为正极和负极的两部分要有很高的绝缘性。
以避免击穿和电晕现象;在压缩行程和回复行程中不出现空程;压缩行程时的阻尼力小于回复行程时的阻尼力。
为了满足减振器对压缩阻尼力和复原阻尼力的范围要求,以及对减振器行程的要求,在充气往复式电流变减振器样机的基础上,通过新型的外置充气式结构,设计、加工具有实际意义的电流变减振器,见图2。
与内置充气式电流变减振器的最大改进就是气室外置。
图2外置充气式电流变减振器的结构图Fig20utergas—filledelectro—rheologicaldamper外置充气式电流变减振器由工作缸和汽缸组成,它们之间由软质高压管连接。
工作缸主要包括内筒、外筒、活塞、活塞杆、上导向绝缘组件、下密封绝缘组件等零部件。
内筒上部与下部沿周边均布小孔,内筒套于外筒中,内外筒之间留有一定的间隙,保证电流变液的流动,通过上下绝缘套使内外简不能直接接触而保证绝缘。
下密封组件中的金属弯管与内筒作为正极,外筒作为负极。
与金属弯管连接的螺母引出导线与电源相连,外筒上的螺母接地,在内外筒间形成径向均匀的电场。
在内筒、间隙、金属弯管、软质高压管和汽缸左侧充满电流变液。
汽缸主要包括充气气门芯、汽缸、浮动活塞、螺母、软质高压管等零件。
浮动活塞右侧充人一定压力的气体,其主要目的是补偿活塞杆运动造4结果和讨论
4.1电流变液性能
限制现有电流变液的工程应用的3大问题:
屈服应力不高、粒子沉降和磨蚀,单一的非均相电流变液和均相电流变液都不能解决全部问题。
如果在电流变液中同时存在易于极化的固体颗粒和液滴,在极性颗粒与极性液滴之间又存在强烈的相互作用,这样的固/液双分散体系利用了均相和非均相电流变液的优点,克服单一体系存在的弊端,可能是很好的电流变液。
我们提出了极性固体颗粒/极性液滴双分散体系的概念和方法,用来制备高性能电流变液[7],该体系由聚苯胺、极性液滴和硅油组成。
聚苯胺采用低温化学氧化法合成,以提高聚苯胺的分子量和电导率,从而增大聚苯胺与基础油的介电率失配常数。
低温合成的聚苯胺不能直接用于电流变液,需经过去掺杂处理,调节其电导率大小和分布。
我们采用了分步滴加的去掺杂技术,以NaOH溶液为去掺杂剂,确保制备的去掺杂聚苯胺颗粒具有良好的壳核结构,其中壳的电导率低,核的电导率高。
表l是台架试验所用双分散体系电流变液的主要电流变性能。
表1台架试验用电流变液的电流变性能TablelERpropertiesofERFforbenchtest
零场粘度电场粘度屈服应力漏电流样品
(Pa・s(Pa・s(Pa(mA
19.5841134
台架1“1.8366
(2kV/mm(2kV/mm
13.464891
台架3“O.8168
(2kV/mm(2kV/mm
4.2减振器台架试验
图3为外置充气式电流变减振器的复原阻尼力、压缩阻尼力随外加电场的变化情况,其中内外筒的间
万方数据
晏华等:
充气式电流变减振器的设计和台架试验
隙为1mm,使用的电流变液为18样品。
控制范围。
外加电压,kV
图3减振器复原阻尼力和压缩阻尼力随外加电场的变化情况
Fig3Changeofreboundandcompressdampingforcewithelectricfieldstrengthatdifferentvelocity
foroutergas—filledERdamper
在O.05m/s和3000V时,复原阻尼力和压缩阻尼力分别增大785%和71%,o.1m/s为389%和83%,O.3m/s为99%和50%,O.6m/s为44%和30%,1.0m/s为5%和1%。
在低速下,复原阻尼力和压缩阻尼力随外加电场的变化十分明显,并呈线性关系;在速度达到O.6m/s后,阻尼力随外加电场的变化幅度减少;速度为1.0m/s时,阻尼力表现为零增长。
高速运动时,由于内摩擦剧烈使油液温度升高,导致其粘度降低。
更主要的是,剪切力的增加,使在电场中电流变液成纤的几率减少,破坏的几率增大。
使高速运动下的电流变效应降低,阻尼力增加缓慢,甚至负增长。
在内置充气式电流变减振器的阻尼特性变化中,复原阻尼力比压缩阻尼力小,随着速度和电压的增加,这种分配并没有改变。
在外置充气式电流变减振器中,其复原阻尼力与压缩阻尼力的分配发生变化。
随着速度的增加或电压的升高,复原阻尼力会超过压缩阻尼力。
这是由于构成阻尼力的电致阻尼力与气室阻尼力的比例,在新的结构中发生改变。
所以通过速度和电压的改变,可以调节复原阻尼力与压缩阻尼力的分配,为减振器的控制提供了手段。
图4为外置充气式电流变减振器的复原阻尼力、压缩阻尼力随外加电场的变化情况,使用的电流变液为38样品。
在高剪切力作用下,其阻尼力的下降更为严重。
通过重复试验发现,导致高速下阻尼力出现负增长的根本原因是电致成纤的破坏,而温衰和剪切变稀的影响较小。
结果说明,提高电流变液的屈服应力和降低电流变液对剪切力的敏感性,更有利于高剪切速率下的阻尼力随外加电压的响应,提高对阻尼力的
外加电压,kV
图4减振器复原阻尼力和压缩阻尼力随外加电场的变化情况
Fig4Changeofreboundandcompressdampingforcewithelectricfieldstrengthatdifferentvelocity
foroutergas—filledERdamper
5结论
本文采用浮阀结构模式,设计和加工了外置充气式电流变减振器,进行了减振器台架试验。
结果表明,对不同的油液粘度、速度、电压和测试温度,减振器的示功图平滑、饱满,没有空程。
在3kV/mm和低速下,减振器阻尼力增大50%~400%,速度在O.6m/s以上阻尼力为零或负增长,主要原因是电致成纤链的破坏。
通过速度和电压的改变,可以调节复原阻尼力与压缩阻尼力的分配。
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万
方数据
余淼等:
基于小波变换的磁流变悬架模糊控制算法789
号频率分布,控制兼顾悬架低频振动和高频振动,同时调节簧载质量加速度和轮胎动载荷,从理论上可以得到汽车平顺性和操纵稳定性的最优配置,是一种非常有应用前景的算法。
实车道路试验证明,基于小波变换的模糊控制算法无论是抑制车身振动还是车轴振动都取得了良好的控制效果,并且比天棚阻尼控制更具优势。
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Wavelet-b嬲edfu觋ycont.砌a190I.ithmformagne鼢rheolo酉cal(MRs删i伽YUMiao,LIAOChang—rong,LIRui,CHENWen—min,HUANGShang—lian
(Dept.ofOptoelectronicEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China
Abstract:
Vibrationsignalofautomotivebodyisdecomposedinvariousfrequencyviawavelettransform.Thede—composedresultsarefuzzifiedasinputsoffuzzycontroller.ControlruIesisselectedaccordingtofrequencyspec—trumofvibrationsignalanddampmatchingforvehiclesuspension.TheforceofMRdamperwillbeadjustedforsemi—activesuspensionbythecontr01lerinreal—time.Theresultsofroadtestindicatethatthewavelet—basedfuzzycontrolalgorithmhasgoodperformancetoreducevibrationvehiclebodyandaxes.Theresonantpeakval—uesofthemhaVedropped5dB.ThisaIgorithmhascomparati、,eadvantageinperformancethanskyhook.Sincethealgorithmonlyneedonesensortomeasuretheaccelerationofvehiclebodywithoutforecastingroadprofile,itisoneofmostpromisingcandidateforautomotiveapplications.
KeywOrds:
waVeIettransform;fuzzycOntrOI;magneto-rheOlOgicaIdamper;semi—activesuspensiOn
■}和和和■扣和扣和和和和和和扣扣■和和和和■扣扣扣扣和扣和扣和■扣和和扣和■■■’叶■■卜和和和扣■■(上接第785页[9]晏华,陈永光.等.充气式电流变减振器[P].专利号zL[8]晏华,万平,张斌.聚苯胺/极性液体双分散体系电03233495.8・2003.
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YANHual,TANGWe”fen92,CHENYong—guan91,ZHANGGuo—gan92,
XUPin2,CHENJun-binl,CHENYon91
(1.DepartmentofPetrochemistry,LogisticEngineeringUniversity,Chongqing400016,China;
2.Research&DevelopmentCentre,NingjiangMechanicalCo.,Chengdu610106,China
Abstract:
Anewgas—filledelectro—rheological(ERdamperswasdesigned,constructedandtested.ThemainstructureparametersofinfluencingERdamperperformancearediscussed,somedesignprinciplesofERdamperweregiVen.TheERdampersweretestedinVibrationtable,theeffectofvelocity,electricfieldstrength,differ—entcompositionofERfluidsandtemperatureondampingforcewereexplored.Inallcases,theforce~displace—mentloopsweresmoothness.Atelectricfieldstrengthof3.0kV,thedampingforcewas50%~400%asmuchasthatinabsenceelectricfield.Athighervelocity,thedampingforcewasdecreasedduetothebreakingofchains.
一
Keywords:
ERfluid;polyaniline;ERdamper;autosuspension;dampingforce
万方数据
充气式电流变减振器的设计和台架试验
作者:
晏华,潭文峰,陈永光,张国钢,许平,陈均斌,陈勇,YANHua,TANGWen-feng,CHENYong-guang,ZHANGGuo-gang,XUPin,CHENJun-bin,CHENYong
作者单位:
晏华,陈永光,陈均斌,陈勇,YANHua,CHENYong-guang,CHENJun-bin,CHENYong(后勤工程学院,油料应用与管理工程系,重庆,400016,潭文峰,张国钢,许平,TANGWen-feng,ZHANG
Guo-gang,XUPin(四川宁江精密机械有限责任公司,减振器研发中心,四川,成都,610106
刊名:
功能材料
英文刊名:
JOURNALOFFUNCTIONALMATERIALS
年,卷(期:
2006,37(5
被引用次数:
0次
参考文献(9条
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