專利名稱：一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架及沖擊試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁流變減振器特性測(cè)試試驗(yàn)裝置，更具體地涉及 一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架及沖擊試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
磁流變液是一種輸出阻尼可控的智能材料，在外磁場(chǎng)的作用下，磁流 變液在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)從液態(tài)到固態(tài)的可逆轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換過程可 以通過改變磁場(chǎng)加以控制。相較于電流變液，磁流變液具有剪切屈服強(qiáng)度 高、工作電壓低、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。利用磁流變液的優(yōu)良特性制成 的磁流變減振器具有體積小、質(zhì)量輕、能耗小、輸出阻尼力大且可控、響 應(yīng)迅速、可調(diào)范圍寬等特點(diǎn)，是一種半主動(dòng)智能裝置。國(guó)外的科研單位和 研究人員已經(jīng)將磁流變減振器用于汽車懸架、航空航天、橋梁、建筑物等 的減振技術(shù)上，并已經(jīng)取得了很好的效果。此外，美國(guó)軍方已經(jīng)實(shí)驗(yàn)將磁 流變減振器用于武器裝備的反后坐中，目前此研究正在進(jìn)行中。
隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和方法的不斷改進(jìn)以及高新技術(shù)的應(yīng)用，工程中所 遇到的沖擊問題的強(qiáng)度越來(lái)越大，在航空、航天、軍工、交通運(yùn)輸和工程 建筑領(lǐng)域都不同程度的存在著亟待解決的沖擊問題，因而沖擊減振的研究 日益引起人們的關(guān)注和重視。磁流變減振器具有阻尼連續(xù)可調(diào)、動(dòng)態(tài)范圍 寬、響應(yīng)速度快、低功耗等特點(diǎn)，成為振動(dòng)控制中非常有應(yīng)用前景的智能 器件。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于磁流變減振器在隨機(jī)載荷(如汽車懸架、建筑和 橋梁抗震設(shè)計(jì))環(huán)境中得到了很好的研究和使用，然而沖擊載荷作用下的 磁流變減振器動(dòng)力學(xué)特性和半主動(dòng)控制策略研究仍存在空白。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架及沖擊 試驗(yàn)裝置，可以用于測(cè)試沖擊載荷作用下的磁流變減振器動(dòng)態(tài)特性，并驗(yàn) 證控制方法的有效性。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，
一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，其包括，二基座，若干導(dǎo)軌，水平
設(shè)置于二基座上；質(zhì)量塊，滑動(dòng)設(shè)置于導(dǎo)軌上；沖擊發(fā)生裝置，設(shè)置導(dǎo)軌 一端，與所述質(zhì)量塊配合；緩沖器，設(shè)置導(dǎo)軌另一端，對(duì)應(yīng)所述質(zhì)量塊； 磁流變減振器，與所述質(zhì)量塊相連。
進(jìn)一步，所述沖擊發(fā)生裝置包括電子打火裝置、火藥腔和密爆發(fā)生器， 所述電子打火裝置與所述火藥腔相連，所述火藥腔與所述密爆發(fā)生器相連 通，所述密爆發(fā)生器通過一管道與所述質(zhì)量塊相連。
又，所述的磁流變減振器為單桿缸筒形磁流變減振器，所述的質(zhì)量塊 通過其上設(shè)置一軸套與所述的磁流變減振器的缸筒固定連接，所述的磁流 變減振器的活塞桿與所述基座固定連接。
本實(shí)用新型還提供一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其包括，臺(tái)架， 該臺(tái)架包括，二基座及水平設(shè)置于二基座上的若干導(dǎo)軌；質(zhì)量塊，滑動(dòng)設(shè) 置于所述導(dǎo)軌上；沖擊發(fā)生裝置，設(shè)置所述導(dǎo)軌一端，與所述質(zhì)量塊配合; 緩沖器，設(shè)置導(dǎo)軌另一端，對(duì)應(yīng)所述質(zhì)量塊；磁流變減振器，與所述質(zhì)量 塊相連；若干傳感器，分別設(shè)置于所述質(zhì)量塊，或所述磁流變減振器上， 或所述臺(tái)架上；沖擊信號(hào)處理器，與所述傳感器電性連接；電流控制器， 分別與所述傳感器和磁流變減振器電性連接；所述沖擊信號(hào)處理器采集、 處理來(lái)自所述傳感器信號(hào)后輸出電壓信號(hào)給所述電流控制器，所述電流控 制器根據(jù)所述電壓信號(hào)通過調(diào)節(jié)輸出電流以控制所述磁流變減振器產(chǎn)生 的阻尼力大小。
進(jìn)一步，所述沖擊發(fā)生裝置包括電子打火裝置、火藥腔和密爆發(fā)生器， 所述電子打火裝置與所述火藥腔相連，所述火藥腔與所述密爆發(fā)生器相連 通，所述密爆發(fā)生器通過一管道與所述質(zhì)量塊相連。
又，本實(shí)用新型所述的磁流變減振器為單桿缸筒形磁流變減振器，所 述的質(zhì)量塊通過其上設(shè)置一軸套與所述的磁流變減振器的缸筒固定連接， 所述的磁流變減振器的活塞桿與所述基座固定連接。
再有，所述傳感器包括加速度傳感器，所述加速度傳感器安裝在所述
所述傳感器還包括沖擊力傳感器和壓力傳感器，所述沖擊力傳感器安裝于所述磁流變減振器的活塞桿上，所述壓力傳感器安裝于所述磁流變減 振器的缸筒上。
所述傳感器還包括速度和位移傳感器，所述速度和位移傳感器安裝于 支架上。
本實(shí)用新型的有益效果
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，可以為上述問題的 研究提供通用試驗(yàn)平臺(tái)。在試驗(yàn)平臺(tái)下可分析計(jì)算磁流變減振器的動(dòng)力學(xué) 特性，進(jìn)行控制策略仿真和相應(yīng)的試驗(yàn)論證，功能齊全，能較好地揭示振 動(dòng)控制的性能，為沖擊環(huán)境下的磁流變減振器半主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn) 驗(yàn)證以及其它武器系統(tǒng)振動(dòng)控制研發(fā)提供有效的技術(shù)分析手段與試驗(yàn)保 障。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一密爆發(fā)生器，利用密爆發(fā)生器通過火藥爆炸所產(chǎn)生 的沖擊力作為沖擊源，沖擊載荷作用力大小可通過填入火藥腔的火藥大小 與質(zhì)量多少來(lái)控制，沖擊力在一定范圍連續(xù)可控，可實(shí)現(xiàn)的沖擊力幅值范
圍達(dá)到最大10000N。
設(shè)計(jì)的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架導(dǎo)軌具有很高的平行度，滑動(dòng)于導(dǎo) 軌的質(zhì)量塊可根據(jù)試驗(yàn)工況不同，按需要自行調(diào)節(jié)質(zhì)量大小。
將磁流變減振器用于沖擊環(huán)境下的復(fù)雜機(jī)電裝備減振抗沖設(shè)計(jì)，目前 尚未見具體技術(shù)方案的報(bào)道。沖擊載荷激勵(lì)下的磁流變減振器控制是一門
多學(xué)科交叉的復(fù)雜性課題，理論模型、沖擊減振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和半主 動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等專題仍存在許多有待繼續(xù)研究的問題。
本實(shí)用新型利用設(shè)計(jì)的長(zhǎng)行程磁流變沖擊減振器阻尼力的可控性，實(shí) 現(xiàn)了火炮后坐力或后坐行程的減小，改善對(duì)火炮平穩(wěn)性的控制，提高火炮 擊射精度和毀傷率，減輕火炮重量，提高快速機(jī)動(dòng)性能的。
磁流變減振器采用長(zhǎng)行程單桿磁流變減振器，采用多階線圈產(chǎn)生磁 場(chǎng)，有效MRF為600ml，功耗為18w，可輸出最大阻尼力為6000N。本實(shí) 用新型的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置布置了沖擊力信號(hào)傳感器、減振器加 速度信號(hào)、位移信號(hào)及速度信號(hào)傳感器、減振器腔內(nèi)壓力信號(hào)傳感器，基 于檢測(cè)的各物理量信號(hào)，可研究在沖擊載荷作用下的磁流變減振器動(dòng)態(tài)特 性，并驗(yàn)證控制方法的有效性。另外，沖擊試驗(yàn)臺(tái)架中包括有緩沖裝置，可有效保護(hù)磁流變阻尼器在 惡劣工況下的過載問題。雙態(tài)控制策略、比例控制策略、PID控制策略和 模糊控制策略試驗(yàn)驗(yàn)證本實(shí)用新型在沖擊載荷作用下有很好的可控性，磁
流變減振器行程可以縮短50%，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間大約60ms;
本實(shí)用新型基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和控制理論交叉的獨(dú)特視角，建立一種磁 流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，可以為上述問題的研究提供通用試驗(yàn)平臺(tái)。在 試驗(yàn)平臺(tái)下可分析計(jì)算磁流變減振器的動(dòng)力學(xué)特性，進(jìn)行控制策略仿真和 相應(yīng)的試驗(yàn)論證，功能齊全，能較好地揭示振動(dòng)控制的性能，為沖擊環(huán)境 下的磁流變減振器半主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證以及其它武器系統(tǒng)振 動(dòng)控制研發(fā)提供有效的技術(shù)分析手段與試驗(yàn)保障。


圖1為本實(shí)用新型磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本實(shí)用新型磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
參見圖l、圖2，本實(shí)用新型的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其包括， 臺(tái)架l、質(zhì)量塊2、沖擊發(fā)生裝置3、緩沖器4、磁流變減振器5、加速度 傳感器6、沖擊力傳感器7、壓力傳感器8、速度和位移傳感器9;沖擊信 號(hào)處理器10，
臺(tái)架1 ，其包括二基座101及水平設(shè)置于二基座101上的若干導(dǎo)軌102; 質(zhì)量塊2，滑動(dòng)設(shè)置于所述導(dǎo)軌102上；
沖擊發(fā)生裝置3，設(shè)置所述導(dǎo)軌一端，包括電子打火裝置31、火藥腔 和密爆發(fā)生器，所述電子打火裝置與所述火藥腔相連，所述火藥腔與所述 密爆發(fā)生器相連通，所述密爆發(fā)生器通過一管道與所述質(zhì)量塊相連；
緩沖器4，設(shè)置導(dǎo)軌102另一端，對(duì)應(yīng)所述質(zhì)量塊2;
磁流變減振器5，其為單桿缸筒形磁流變減振器，采用多階線圈產(chǎn)生 磁場(chǎng)，通過改變線圈輸入電流的大小可以改變磁流變減振器5所產(chǎn)生的阻 尼力的大??；質(zhì)量塊3通過其上設(shè)置的軸套12與磁流變減振器5的缸筒 固定連接，磁流變減振器5的活塞桿與臺(tái)架1基座101固定連接；傳感器，包括加速度傳感器6、沖擊力傳感器7、壓力傳感器8、速度
和位移傳感器9;加速度傳感器6安裝在質(zhì)量塊2上，用于測(cè)量磁流變減 振器5運(yùn)動(dòng)部分的加速度；沖擊力傳感器7安裝于磁流變減振器5的活塞 桿上，用于監(jiān)測(cè)磁流變減振器5傳遞到臺(tái)架1基座101上的力；壓力傳感 器8安裝于磁流變減振器5的缸筒上，用于測(cè)量磁流變減振器5工作腔壓 力的變化；速度和位移傳感器9安裝于基座101上，用于測(cè)量磁流變減振 器5運(yùn)動(dòng)部分的速度和位移；
沖擊信號(hào)處理器IO，與所述傳感器電性連接；
電流控制器ll，分別與所述加速度傳感器6、沖擊力傳感器7、壓力 傳感器8、速度和位移傳感器9和磁流變減振器5電性連接；所述沖擊信 號(hào)處理器10采集、處理來(lái)自所述傳感器信號(hào)后輸出電壓信號(hào)給所述電流 控制器11，所述電流控制器11根據(jù)所述電壓信號(hào)通過調(diào)節(jié)輸出電流以控 制所述磁流變減振器5產(chǎn)生的阻尼力大小。
試驗(yàn)過程如下
將火藥裝入火藥腔，利用沖擊發(fā)生裝置3的電子打火裝置引爆火藥腔 內(nèi)的火藥，火藥爆炸的能量可產(chǎn)生沖擊載荷，由于密爆發(fā)生器的腔體通過 一管道與質(zhì)量塊2相連，火藥爆炸產(chǎn)生的沖擊氣流通過該管道推動(dòng)質(zhì)量塊 2沿導(dǎo)軌102向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，質(zhì)量塊2將帶動(dòng)通過兩個(gè)軸套12固定的磁 流變減振器5 —同沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
期間，通過改變火藥顆粒大小與填入質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)沖擊載荷力的控制。 當(dāng)質(zhì)量塊2移動(dòng)到導(dǎo)軌102末端時(shí)，如果沖擊產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)還沒有結(jié)束，緩 沖器4將阻止質(zhì)量塊2和磁流變減振器5向后運(yùn)動(dòng)，直至停止。
沖擊過程中的沖擊力信號(hào)、加速度信號(hào)、磁流變減振器腔內(nèi)壓力信號(hào)、 位移信號(hào)和速度信號(hào)都可以通過傳感器得到。位移、速度傳感器安裝在支 架上保持不動(dòng)，加速度傳感器安裝于質(zhì)量塊上實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)，磁流變減振器腔 內(nèi)的壓力傳感器安裝于減振器缸筒上實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)，沖擊力傳感器安裝于活塞 桿的固定端。試驗(yàn)過程中，沖擊信號(hào)處理器不斷采集傳感器信號(hào)，通過各 種運(yùn)算以分析沖擊載荷作用下的減振器動(dòng)態(tài)特性，并經(jīng)過一定的控制算法 得出輸出的電壓信號(hào)，輸出給電流控制器，電流控制器根據(jù)所述電壓信號(hào) 通過調(diào)節(jié)輸出電流以控制磁流變減振器產(chǎn)生的阻尼力大小。綜上所述，本實(shí)用新型利用密爆發(fā)生器作為沖擊源，研究了磁流變減 振器在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)磁流變減振器的腔內(nèi)壓力和位移在 沖擊載荷下的特性作分析和研究，并驗(yàn)證了沖擊載荷控制方法的有效性。
權(quán)利要求1.一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，其特征在于，包括，二基座，若干導(dǎo)軌，水平設(shè)置于二基座上；質(zhì)量塊，滑動(dòng)設(shè)置于導(dǎo)軌上；沖擊發(fā)生裝置，設(shè)置導(dǎo)軌一端，與所述質(zhì)量塊配合；緩沖器，設(shè)置導(dǎo)軌另一端，對(duì)應(yīng)所述質(zhì)量塊；磁流變減振器，與所述質(zhì)量塊相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，其特征在于，所述 沖擊發(fā)生裝置包括電子打火裝置、火藥腔和密爆發(fā)生器，所述電子打 火裝置與所述火藥腔相連，所述火藥腔與所述密爆發(fā)生器相連通，所 述密爆發(fā)生器通過一管道與所述質(zhì)量塊相連。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，其特征在于， 所述的磁流變減振器為單桿缸筒形磁流變減振器，所述的質(zhì)量塊通過 其上設(shè)置一軸套與所述的磁流變減振器的缸筒固定連接，所述的磁流 變減振器的活塞桿與所述基座固定連接。
4. 一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，臺(tái)架，其包括，二基座及水平設(shè)置于二基座上的若干導(dǎo)軌； 質(zhì)量塊，滑動(dòng)設(shè)置于所述導(dǎo)軌上；沖擊發(fā)生裝置，設(shè)置所述導(dǎo)軌一端，與所述質(zhì)量塊配合； 緩沖器，設(shè)置導(dǎo)軌另一端，對(duì)應(yīng)所述質(zhì)量塊； 磁流變減振器，與所述質(zhì)量塊相連； 若干傳感器，分別設(shè)置于所述質(zhì)量塊，或所述磁流變減振器上， 或所述臺(tái)架上；沖擊信號(hào)處理器，與所述傳感器電性連接；電流控制器，分別與所述傳感器和磁流變減振器電性連接；所述 沖擊信號(hào)處理器采集、處理來(lái)自所述傳感器信號(hào)后輸出電壓信號(hào)給所 述電流控制器，所述電流控制器根據(jù)所述電壓信號(hào)通過調(diào)節(jié)輸出電流 以控制所述磁流變減振器產(chǎn)生的阻尼力大小。
5. 如權(quán)利要求4所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述 沖擊發(fā)生裝置包括電子打火裝置、火藥腔和密爆發(fā)生器，所述電子打 火裝置與所述火藥腔相連，所述火藥腔與所述密爆發(fā)生器相連通，所 述密爆發(fā)生器通過一管道與所述質(zhì)量塊相連。
6. 如權(quán)利要求4所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的磁流變減振器為單桿缸筒形磁流變減振器，所述的質(zhì)量塊通過其上 設(shè)置一軸套與所述的磁流變減振器的缸筒固定連接，所述的磁流變減 振器的活塞桿與所述基座固定連接。
7. 如權(quán)利要求4所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述 傳感器包括加速度傳感器，所述加速度傳感器安裝在所述質(zhì)量塊上。
8. 如權(quán)利要求4所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述 傳感器還包括沖擊力傳感器和壓力傳感器，所述沖擊力傳感器安裝于 所述磁流變減振器的活塞桿上，所述壓力傳感器安裝于所述磁流變減 振器的缸筒上。
9. 如權(quán)利要求4所述的磁流變減振器沖擊試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述 傳感器還包括速度和位移傳感器，所述速度和位移傳感器安裝于支架上。
專利摘要一種磁流變減振器沖擊試驗(yàn)臺(tái)架及沖擊試驗(yàn)裝置，其包括，臺(tái)架，該臺(tái)架包括二基座及水平設(shè)置于二基座上的若干導(dǎo)軌；質(zhì)量塊，滑動(dòng)設(shè)置于導(dǎo)軌上；沖擊發(fā)生裝置，設(shè)置導(dǎo)軌一端，與質(zhì)量塊配合；緩沖器，設(shè)置導(dǎo)軌另一端，對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊；磁流變減振器，與質(zhì)量塊相連；傳感器，分別設(shè)于質(zhì)量塊，或磁流變減振器上，或臺(tái)架上；沖擊信號(hào)處理器，與傳感器電性連接；電流控制器，分別與傳感器和磁流變減振器電性連接；沖擊信號(hào)處理器采集、處理來(lái)自傳感器信號(hào)后輸出電壓信號(hào)給電流控制器，電流控制器根據(jù)所述電壓信號(hào)通過調(diào)節(jié)輸出電流以控制磁流變減振器產(chǎn)生的阻尼力大小。本實(shí)用新型可以用于測(cè)試沖擊載荷作用下的磁流變減振器動(dòng)態(tài)特性，并驗(yàn)證控制方法的有效性。
文檔編號(hào)G01M7/00GK201340331SQ200820157119
公開日2009年11月4日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者炅 王, 胡紅生 申請(qǐng)人:王 炅;胡紅生