三種結(jié)構(gòu)的雙線圈型磁流變閥結(jié)構(gòu)設(shè)計與磁場仿真

胡國良　彭珣

【摘要】本文分析了磁流變閥的工作原理，設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)的雙線圈型磁流變閥，確定了其主要結(jié)構(gòu)尺寸。接著利用MAXWELL軟件對這三種結(jié)構(gòu)的閥工作狀態(tài)下的磁場進行了仿真，依據(jù)仿真結(jié)果，對比三種結(jié)構(gòu)磁流變閥的磁力線分布圖，找出一種相對優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】雙線圈型磁流變閥；結(jié)構(gòu)設(shè)計；磁場仿真

0.引言

如今液壓系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應用于機械加工、建筑施工、航空航天等領(lǐng)域，液壓閥作為液壓系統(tǒng)的控制元件，直接影響到整個液壓系統(tǒng)的工作性能。磁流變閥是一種流量控制閥。他沒有相對移動的零部件，主要由勵磁線圈、鐵芯、液流阻尼通道等部分組成[1]，在液流阻尼通道中流有磁流變液[2]，通過改變線圈中電流的大小來控制磁場強度，從而控制磁流變液的粘度，達到控制流量與流速的作用。

近年來磁流變閥得到廣泛的研究。白俄羅斯的Gorodkin提出了一種用于減振的磁流變節(jié)流閥模型，并研究和分析了處于不同電流強度下該閥的阻尼特性[3]。新加坡南洋理工大學的Li對磁流變閥進行了有限元仿真，表明磁流變閥的理論最大壓降可達1.9MPa[4]。美國馬里蘭大學的Yoo提出了一種小體積高效率的磁流變閥[5]，并且對系統(tǒng)的性能進行了初步的分析[6]。湖北工學院的陳剛設(shè)計出了一種磁流變減壓閥，提出了該閥的數(shù)學模型，并對磁流變減壓閥進行了仿真[7]。湖北師范學院的潘言全設(shè)計了一種磁流變液控制系統(tǒng)，分析了該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，為傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的研究提供了新的思路[8]。桂林空軍學院的張琳等將4個相同的磁流變閥組成對稱的橋式結(jié)構(gòu)，對該系統(tǒng)進行了建模與仿真，提出了磁流變閥在液壓控制系統(tǒng)中的一種新的應用方向[9]。

本文提出了三種結(jié)構(gòu)的雙線圈型磁流變閥，對其進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計與磁場仿真，以尋求相對優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.磁場仿真

根據(jù)對三種結(jié)構(gòu)的磁流變閥磁場仿真的結(jié)果，外側(cè)圓環(huán)型的磁力線盡可能多的垂直穿過了液流通道，其工作區(qū)域在環(huán)形液流通道的兩端與中部，此三處阻尼間隙內(nèi)的磁感應強度最強。內(nèi)側(cè)圓環(huán)型的工作區(qū)域也是在兩端與中部，但是磁力線垂直穿過液流通道的程度較弱，施加相同磁動勢時其磁感應強度較低。圓盤圓環(huán)型的工作區(qū)域僅在擁有導磁圓盤的兩端，其中部幾乎沒有垂直穿過液流通道的磁力線?？芍哂型鈧?cè)圓環(huán)間隙的磁流變閥為三種雙線圈型磁流變閥中最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

3.結(jié)論

本文設(shè)計了三種結(jié)構(gòu)的雙線圈型磁流變閥，利用MAXWELL軟件對其進行了磁場仿真，得出了三種結(jié)構(gòu)的磁力線分布圖。根據(jù)磁流變液的工作原理，得出具有外側(cè)圓環(huán)間隙結(jié)構(gòu)的雙線圈型磁流變閥磁力線垂直穿過阻尼間隙的程度最好，磁場的利用率最高，是三種結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。[科]

【參考文獻】

［１］王代華,艾紅霞.磁流變復合液壓執(zhí)行器及其效率研究[J].功能材料,2006,Vol.37(7):1183-1186.

［２］裴暢貴.磁流變液特性分析[J].機械管理開發(fā),2007,Vol.2.

［３］W Kordonsky,S R Gorodkin.Magnetorheological fluid based seal[C].In: Bullogh W A,Proceedings of the 5th international conference on ER fluids, MR Suspensions and Associated Technology Singapore:World Scientific,2000:721-727.

［４］W H Li, H Du,N Q Guo.Finite Element Analysis and Simulation Evaluation of a Magnetorheological Valve[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2003,Vol.21:438-445.

［５］Jin H Yoo,Norman M Wereley.Performance of a Magnetorheological Hydraulic Power Actuation System[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures,2004,Vol.15:847-858.

［６］J H Yoo,J Sirochi,N M Wereley.A Magnetorheological Piezohydraulic Actuator[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures,2005,Vol.16:945-953.

［７］陳剛,潘言全,官建國,付志泉.磁流變液減壓閥的設(shè)計與分析[J].液壓與氣動,2003,Vol.11:35-37.

［８］潘言全.一種新型控制閥的性能研究[J].液壓與氣動,2005,Vol.6:70-71.

［９］張琳,李彥希,王希榮.一種新型磁流變閥控系統(tǒng)的設(shè)計[J].液壓與氣動,2006,Vol.9:28-30.

［１０］Lord Corporation,MR Fluid[EB/OL],http://www.lord.com/products-and-solutions/magneto-rheological(mr)/product.xml/1645.

［１１］趙博,張洪亮.ANSOFT 12在工程電磁場中的應用[M].北京：中國水利水電出版社,2010.