一種磁流變閥控缸液壓系統的制作方法

本實用新型涉及一種磁流變閥，尤其涉及一種磁流變閥控缸液壓系統。

背景技術：

隨著電子技術與信息技術為代表的高新技術的發展，液壓控制系統也向著小型化、智能化、經濟化和可靠性高的方向發展。而傳統液壓閥作為液壓控制系統的核心元件，需有相對運動零件，結構復雜，易磨損，控制困難，且有響應速度慢、可靠性差等缺點，因此限定了它在一些領域的使用。

磁流變液在磁場作用下，能夠從自由流動的牛頓流體轉變為類似于固體的粘塑性體，呈現出可控的剪切屈服應力，同時撤去磁場后又恢復為自由流動的液體狀態，且這種變化是在幾毫秒內完成的。利用磁流變液的這種磁流變效應制成的磁流變閥，可通過改變外加電流的大小來調節磁流變閥的控制壓力、流量及液流的流動方向，實現磁流變系統的智能控制，很好地解決了由于油液污染、零件相對運動而引起的液壓缸工作穩定性差、響應速度慢等問題。

磁流變閥控缸液壓系統是一種新型的液壓控制系統，目前有關它的測試系統研究和應用比較少見，而傳統的閥控液壓缸控制系統有較多相對運動零件，需精密加工，且智能控制困難，可靠性差。因此，設計出一種結構簡單、智能控制簡單、響應速度快、操作簡單的磁流變閥控缸液壓系統是一個亟需解決的問題，同時也為磁流變閥的工程應用奠定基礎。

技術實現要素：

為了克服背景技術中存在的問題，本實用新型提出一種磁流變閥控缸液壓系統。該磁流變閥控缸液壓系統提供一種以磁流變閥代替傳統液壓閥作為控制元件對液壓缸進行控制的液壓測試實驗系統。該系統用四個結構和性能相同的單線圈圓環型磁流變閥組成對稱和匹配的惠斯通橋式結構，用來充當控制系統的方向閥，液壓缸工作狀態的切換和運動速度可通過對加載在磁流變閥上電流的通斷和大小來控制。該系統采用磁流變閥來替代傳統液壓閥，具有很大的控制優勢，無相對運動的零件，既克服了一般液壓傳動系統液壓油帶來的污染、響應慢、機械連接要求精確、密封性要求強、不能實時采集、控制等問題，又能得到較高的控制精度和快速的跟蹤性能，這對拓展磁流變技術的應用領域有重大意義；同時該測試系統可完成精確的磁流變閥控缸性能測試實驗，實時采集液壓缸兩端壓力相關數據，并且采集卡中數字化信號可以直接導入計算機，通過計算機進行處理分析并顯示，同時可以通過計算機設置相應關鍵參數對系統進行控制。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案包括：油箱(1)、電機(2)、齒輪泵(3)、電源Ⅰ(4)、電源Ⅱ(5)、磁流變閥Ⅰ(6)、磁流變閥Ⅱ(7)、磁流變閥Ⅲ(8)、磁流變閥Ⅳ(9)、位移傳感器(10)、液壓缸(11)、壓力傳感器Ⅰ(12)、壓力傳感器Ⅱ(13)、壓力傳感器Ⅲ(14)、蓄能器(15)、電源Ⅲ(16)、采集卡(17)、計算機(18)；電機(2)和齒輪泵(3)通過聯軸器剛性連接；齒輪泵(3)出口端分別與蓄能器(15)出口端、壓力傳感器Ⅲ(14)進口端、磁流變閥Ⅲ(8)進口端及磁流變閥Ⅳ(9)進口端相連通；磁流變閥Ⅳ(9)出口端分別與磁流變閥Ⅱ(7)進口端、壓力傳感器Ⅱ(13)進口端及液壓缸(11)上腔相連通；磁流變閥Ⅲ(8)出口端分別與磁流變閥Ⅰ(6)進口端、壓力傳感器Ⅰ(12)進口端及液壓缸(11)下腔相連通；磁流變閥Ⅱ(7)出口端分別與磁流變閥Ⅰ(6)出口端、齒輪泵(3)進口端及油箱(1)相連通；磁流變閥Ⅰ(6)、磁流變閥Ⅱ(7)、磁流變閥Ⅲ(8)和磁流變閥Ⅳ(9)組成對稱和匹配的惠斯通電橋，磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)為一組，磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)為另外一組；電源Ⅰ(4)分別與磁流變閥Ⅰ(6)的勵磁線圈和磁流變閥Ⅳ(9)的勵磁線圈相連通，可為磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)提供同樣大小的工作電流；電源Ⅱ(5)分別與磁流變閥Ⅱ(7)的勵磁線圈和磁流變閥Ⅲ(8)的勵磁線圈相連通，可為磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)提供同樣大小的工作電流；電源Ⅲ(16)分別與壓力傳感器Ⅰ(12)、壓力傳感器Ⅱ(13)、壓力傳感器Ⅲ(14)和位移傳感器(10)的電氣接口相連通，可為壓力傳感器Ⅰ(12)、壓力傳感器Ⅱ(13)、壓力傳感器Ⅲ(14)和位移傳感器(10)提供工作電流；壓力傳感器Ⅰ(12)可實時監測液壓缸(11)下腔處的壓力；壓力傳感器Ⅱ(13)可實時監測液壓缸(11)上腔處的壓力，壓力傳感器Ⅲ(14)可實時監測齒輪泵(3)的出口壓力，位移傳感器(10)可實時監測液壓缸(11)的位移；采集卡(17)通過相應的端口設置，可實時采集壓力傳感器Ⅰ(12)獲取的液壓缸(11)下腔的壓力電信號、壓力傳感器Ⅱ(13)獲取的液壓缸(11)上腔的壓力電信號、壓力傳感器Ⅲ(14)獲取的齒輪泵(3)出口壓力電信號和位移傳感器(10)獲取的液壓缸(11)活塞位移電信號；采集卡(17)和計算機(18)通過數據線相連接，采集卡(17)將獲得的電信號數字化導入計算機(18)中；計算機(18)對采集到的電信號進行數據分析處理。磁流變閥Ⅰ(6)、磁流變閥Ⅱ(7)、磁流變閥Ⅲ(8)和磁流變閥Ⅳ(9)均為結構相同的單線圈圓環型磁流變閥；所述單線圈圓環型磁流變閥主要包括：閥體左端蓋(601)、左定位銷(602)、左定位塊(603)、左導向塊(604)、閥芯(605)、勵磁線圈(606)、閥體(607)、右導向塊(608)、右定位塊(609)、右定位銷(610)及閥體右端蓋(611)；閥體左端蓋(601)中心通孔處攻有內螺紋，可直接與液壓管道螺紋連接；左端蓋(601)與閥體(607)間隙配合，兩者通過螺釘固定連接，并通過密封圈進行密封；左定位塊(603)與閥體(607)過渡配合，其左端由左端蓋(601)壓緊；左導向塊(604)左端緊貼左定位塊(603)，其右端緊貼閥芯(605)；左定位塊(603)、左導向塊(604)及閥芯(605)通過左定位銷(602)固定連接；閥體右端蓋(611)與閥體(607)右端面間隙配合，兩者通過螺釘固定連接，并通過密封圈進行密封；右定位塊(609)與閥體(607)過渡配合，其右端由右端蓋(611)壓緊；右導向塊(608)右端貼緊右定位塊(609)，左端貼緊閥芯(605)；右定位塊(609)、右導向塊(608)及閥芯(605)通過右定位銷(610)固定連接；閥芯(605)上加工有繞線槽；勵磁線圈(606)纏繞于閥芯(605)的繞線槽中，其引線經由左定位塊(603)及閥體左端蓋(601)上的引線孔引出；閥體右端蓋(611)中心通孔處攻有內螺紋，可直接與液壓管道螺紋連接。采集卡(17)的數據模擬量輸入為-10V~10V的電壓信號；壓力傳感器Ⅰ(12)、壓力傳感器Ⅱ(13)和壓力傳感器Ⅲ(14)分別為兩線制電流輸出。

本實用新型與背景技術相比，具有的有益效果是：

（1）該磁流變閥控缸液壓系統采用四個單線圈圓環型磁流變閥連接成惠斯通電橋結構接入到系統中，通過對磁流變閥的電流關斷控制來實現液壓缸系統工作狀態的切換，以磁流變液的控制原理制成的磁流變閥作為控制閥，無相對運動零件，制造成本降低，可直接由電信號控制，響應速度快，穩定性高，智能控制精確。

（2）該磁流變閥控缸液壓系統是一種以磁流變液智能材料為工作介質的液壓控制系統，通過該系統可對磁流變閥壓降特性及液壓缸控制系統的性能和效率進行測試分析，可以測得不同電流下液壓缸的運動特性；并且工作人員可通過計算機人機界面直觀觀察及處理分析結果；并能方便地實現相應關鍵參數的設置、數據修改、保存、傳送、清除等。

附圖說明

圖1是本實用新型結構示意圖。

圖2是本實用新型磁流變閥結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

圖1所示為實用新型結構示意圖，主要包括：油箱(1)、電機(2)、齒輪泵(3)、電源Ⅰ(4)、電源Ⅱ(5)、磁流變閥Ⅰ(6)、磁流變閥Ⅱ(7)、磁流變閥Ⅲ(8)、磁流變閥Ⅳ(9)、位移傳感器(10)、液壓缸(11)、壓力傳感器Ⅰ(12)、壓力傳感器Ⅱ(13)、壓力傳感器Ⅲ(14)、蓄能器(15)、電源Ⅲ(16)、采集卡(17)及計算機(18)。

圖2所示為磁流變閥結構示意圖，主要包括：閥體左端蓋(601)、左定位銷(602)、左定位塊(603)、左導向塊(604)、閥芯(605)、勵磁線圈(606)、閥體(607)、右導向塊(608)、右定位塊(609)、右定位銷(610)及閥體右端蓋(611)。磁流變閥采用單線圈圓環型結構，將四個磁流變閥進行連接形成惠斯通電橋結構。當給線圈通入電流時，因電磁感應現象，磁力線經過閥體(607)、閥芯(605)形成閉合磁場回路，磁場的方向與磁流變液的流動方向垂直，流經阻尼間隙內的磁流變液由于磁場作用黏度增大，形成沿磁場方向排列的鏈狀體，屈服應力增強。磁流變液流過這兩段阻尼間隙，就必須克服這種鏈狀排列的分子間的力，從而導致磁流變液流經閥的阻力增大，可減慢或阻止液體的流動，從而產生壓力差。通過調節線圈中電流大小，可改變磁流變液的屈服應力，控制磁流變閥流經阻尼間隙的關斷力，當磁流變閥的關斷力達到一定值后，磁流變液被阻止通過，此時流經磁流變閥的流量為零。

本實用新型工作原理如下：

如圖1和圖2所示，四個相同的單線圈圓環型磁流變閥構成對稱和匹配的惠斯通電橋，充當控制系統的方向閥，其中磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)為一組，磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)為另外一組，電源Ⅰ(4)和電源Ⅱ(5)分別為兩組磁流變閥提供工作電流，液壓缸活塞由于兩邊的壓力差上下移動，當給磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)通入電流時，磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)工作，由于磁流變液的磁流變特性，經過磁流變閥Ⅰ(6)和磁流變閥Ⅳ(9)的液體很少，大部分由磁流變閥Ⅲ(8)進入液壓缸的下腔，引起液壓缸(11)的活塞向上運動并推動上腔的磁流變液通過磁流變閥Ⅱ(7)進入油箱(1)。

當給磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)通入電流時，磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)工作，由于磁流變液的磁流變特性，經過磁流變閥Ⅱ(7)和磁流變閥Ⅲ(8)的液體很少，大部分由磁流變閥Ⅳ(9)進入液壓缸的上腔，引起液壓缸(11)的活塞向下運動并推動下腔的磁流變液通過通過磁流變閥Ⅰ(6)進入油箱(1)。