雙級(jí)混合式磁油節(jié)能減震器

宋新宇 劉樹龍 楊柳 楊尚宇

摘 要：通過對(duì)近幾年的汽車磁電減震器的分析，設(shè)計(jì)了一種雙級(jí)混合式磁油節(jié)能減振器。該減振器在普通減振器的基礎(chǔ)上，把環(huán)形磁鐵、纏繞線圈的鼠籠等發(fā)電設(shè)備集中于缸筒中，根據(jù)道路情況的不同，自動(dòng)調(diào)整并形成最優(yōu)磁油阻尼，減少車身晃動(dòng)和傾斜，達(dá)到高效吸振的目的，通過光耦傳感器檢測(cè)活塞桿的位置，二級(jí)減振由電磁繼電器控制線圈的開閉，實(shí)現(xiàn)壓縮比伸張反應(yīng)快的效果，并且利用了封閉缸筒的磁屏蔽性能有效地防止了磁泄漏，最大程度上回收原本被浪費(fèi)掉的振動(dòng)能。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;減震器;汽車

引言

國內(nèi)現(xiàn)有一種具有能量轉(zhuǎn)換功能的汽車磁電減振器，但是現(xiàn)有汽車磁電減振器不具有能量回收的功能或者回收率非常低。鑒于傳統(tǒng)減振器振動(dòng)能不可回收的缺點(diǎn)，我們?cè)趥鹘y(tǒng)減振器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，設(shè)計(jì)了一種汽車減振裝置和電壓轉(zhuǎn)換裝置“節(jié)能磁油雙級(jí)混合式減振器”，用來回收浪費(fèi)掉的汽車振動(dòng)能。它解決了現(xiàn)有汽車減振器無能量回收功能或者回收率低的問題。汽車磁電減振器的外定子是圓筒形，內(nèi)定子是圓柱形，內(nèi)定子和外定子固定在定子端蓋上，內(nèi)定子位于外定子的腔體內(nèi)，內(nèi)定子繞組和外定子繞組組成星形連接的三相繞組，圓筒形的振子上間隔固定有極靴和永久磁鋼，振子插入內(nèi)定子與外定子之間的環(huán)形腔體內(nèi)，并與內(nèi)定子、外定子之間都留有氣隙，定子繞組的四個(gè)端子通過接線端引出;與汽車磁電減振器配合使用的電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端子與汽車磁電減振器的接線端相對(duì)應(yīng)，整流電路將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車磁電減振器的外定子是圓筒形，內(nèi)定子是圓柱形，內(nèi)定子和外定子固定在定子端蓋上，內(nèi)定子位于外定子的腔體內(nèi)，內(nèi)定子繞組和外定子繞組均是星形連接的三相繞組，圓筒形的振子上間隔固定有極靴和永久磁鋼，振子插入內(nèi)定子與外定子之間的環(huán)形腔體內(nèi)，并與內(nèi)定子、外定子之間都留有氣隙，定子繞組的六個(gè)端子通過接線端引出;

1.1油針的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的基于磁流變?cè)淼臏p震器結(jié)構(gòu)如 圖 1 所示。該減震器的油針使用的是光滑表面圓錐 形結(jié)構(gòu)，其作用是在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，油針可以在運(yùn)動(dòng)行 程中改變油孔的面積，從而達(dá)到根據(jù)行程調(diào)節(jié)阻尼 力的目的。 針對(duì)這種油針阻尼力變化不大的缺點(diǎn)，本文根據(jù)流體力學(xué)阻尼力產(chǎn)生機(jī)理，即油針在阻尼通導(dǎo)中 往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在阻尼通道上下壓差的作用下，磁流變 液在流經(jīng)阻尼槽后，其體積膨脹，速度也會(huì)降低，加 之矩形截面內(nèi)漩渦的耗散作用，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量，從 而實(shí)現(xiàn)增加阻尼力的作用。通過以上分析，本文設(shè)計(jì) 了兩種不同結(jié)構(gòu)的、帶有周向環(huán)槽的圓錐形和圓柱 形油針，其結(jié)構(gòu)如表 1 所示。

1.2與汽車磁電減振器配合使用的電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端子與汽車磁電減振器的接線端相對(duì)應(yīng)，整流電路將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出。

3.磁流變減振器中沒有細(xì)小的閥門結(jié)構(gòu)，也不是通過液體的流動(dòng)阻力達(dá)到減振效果。

1.3兩活塞桿壓縮時(shí)，光耦傳感器得到一個(gè)信號(hào)，然后控制電磁繼電器將“下發(fā)電機(jī)”線圈斷開，實(shí)現(xiàn)下活塞桿壓縮無磁阻，快速壓縮，此時(shí)只有“上發(fā)電機(jī)”發(fā)電;伸張時(shí)光耦傳感器再把“下發(fā)電機(jī)”的線圈閉合，實(shí)現(xiàn)緩慢伸張，兩個(gè)“直線發(fā)電機(jī)”都發(fā)電，然后將電能儲(chǔ)存。

2減振原理：

2.1平路行駛時(shí) （行程：0—20mm）——一級(jí)減振，汽車振動(dòng)幅度小，減振器壓縮力小，此時(shí)只有上活塞桿上下振動(dòng)，僅靠磁減振，雙向發(fā)電將汽車振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能然后給蓄電池充電;

2.2顛簸路行駛時(shí)（行程：20—100mm）——二級(jí)減振，設(shè)定速度和位置閥值，汽車行駛在顛簸小的路面時(shí)，速度和位置閥值小于設(shè)定值，減振器的節(jié)能發(fā)電機(jī)處于“發(fā)電”狀態(tài)，此時(shí)汽車振動(dòng)幅度較大、減振器受壓縮力較大，上下活塞桿都振動(dòng)，執(zhí)行“磁+油”減振。

汽車行駛在顛簸大的路面時(shí)，速度和位置閥值大于設(shè)定值，減振器的節(jié)能發(fā)電機(jī)處于“電動(dòng)機(jī)”工作狀態(tài)，增加運(yùn)動(dòng)阻尼，減小車身振幅，使行車更加舒適。如圖1

3 結(jié)論

隨著磁流變技術(shù)綜合性能的不斷提高， 磁流變 液這一智能流體材料將會(huì)在汽車上大量應(yīng)用， 預(yù)計(jì) 在本世紀(jì)初將會(huì)出現(xiàn)以智能流體為標(biāo)志的汽車時(shí) 代。智能流體將使汽車結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化 。磁流變 液減振器在隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)， 衰減路面不平度的沖 擊和改善駕駛員座椅的振動(dòng)品質(zhì)方面大顯身手， 使 汽車行駛平順性得到很大的提高， 車內(nèi)噪聲也將大 大降低;基于磁流流變技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控 制系統(tǒng)既能夠有效調(diào)控駕駛員和乘員放腳空間底板 以及轉(zhuǎn)向盤等局部構(gòu)件的振動(dòng)水平， 使乘員倍感舒 適， 又可以主動(dòng)控制車內(nèi)主要結(jié)構(gòu)板件的振動(dòng)形態(tài) 和振動(dòng)強(qiáng)度， 有效改善車內(nèi)的聲學(xué)品質(zhì)。可見， 日 趨成熟的磁流技術(shù)可以在汽車上廣泛應(yīng)用， 并導(dǎo)致 汽車結(jié)構(gòu)的重大變化。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

宋新宇（1998-），男，山東省煙臺(tái)市人，學(xué)士，研究方向：機(jī)械電子工程

劉樹龍（1983-），男，山東省臨沂人，碩士，副教授，研究方向：軟件工程

楊柳（1999-），男，山東省臨沂市人，學(xué)士，研究方向：機(jī)械工程技術(shù)

楊尚宇（1999—），男，山東省濟(jì)寧人，本科學(xué)士，研究方向：機(jī)械工程技術(shù)

該項(xiàng)目由青島黃海學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目《雙級(jí)混合式磁油節(jié)能減震器》（X202013320094）支持。

（青島黃海學(xué)院? ?青島? ?266427）