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导磁型径向流磁流变阀的结构优化及性能研究

陈文 吴张永

陈文, 吴张永. 导磁型径向流磁流变阀的结构优化及性能研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 448-455. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200027
引用本文: 陈文, 吴张永. 导磁型径向流磁流变阀的结构优化及性能研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(3): 448-455. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200027
CHEN Wen, WU Zhangyong. Exploring Structural Optimization and Performance of Magnetic Flux Type Radial Flow Magnetorheological Valve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 448-455. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200027
Citation: CHEN Wen, WU Zhangyong. Exploring Structural Optimization and Performance of Magnetic Flux Type Radial Flow Magnetorheological Valve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(3): 448-455. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200027

导磁型径向流磁流变阀的结构优化及性能研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200027
详细信息
    作者简介:

    陈文(1989-), 硕士研究生, 研究方向为流体传动与控制, cw_astc@163.com

    通讯作者:

    吴张永, 教授, 博士生导师, zhyongwu63@163.com

  • 中图分类号: TH137.5

Exploring Structural Optimization and Performance of Magnetic Flux Type Radial Flow Magnetorheological Valve

  • 摘要: 针对典型径向流磁流变阀电源能耗过大的问题,使用不同软磁材料对阀芯进行分割式组合,提出并设计导磁型径向流磁流变阀结构。由于软磁材料的导磁性能不同,将软磁材料进行排列组合,从而使得阀芯处的磁能损耗降低,同时诱导磁场进入环形轴向间隙内,增加磁场对磁流变液的作用面积。采用拉格朗日乘子法结合拟牛顿法,对阀体基本结构进行优化设计,并且利用Maxwell对优化后的导磁型径向流磁流变阀进行仿真,仿真结果与理论结果接近,充分证明优化结果的可靠性。实验结果表明:导磁型径向流磁流变阀的电源能耗比典型径向流磁流变阀降低33.3%,并且在最大压降值为1.8 MPa时,体积减少37.7%。
  • 图  1  导磁径向流磁流变阀结构示意图

    图  2  导磁径向流磁流变阀的简易磁路模型

    图  3  磁流变阀左侧等值磁路图

    图  4  导磁径向流磁流变阀的基本结构尺寸

    图  5  磁力线仿真结果图

    图  6  磁感应强度H与磁场强度B仿真云图

    图  7  环形轴向流道内的磁感应强度分布

    图  8  盘形径向流道内的磁感应强度分布图

    图  9  流道宽度tatr对压降性能的影响

    图  10  基本结构参数R1R2对剪切压降性能的影响

    图  11  基本结构参数H1H2对剪切压降性能的影响

    图  12  基本结构参数D1D2D3对剪切压降性能的影响

    图  13  总激励电流NI对剪切压降性能的影响

    图  14  导磁径向流磁流变阀零件图与组装图

    图  15  导磁径向流磁流变阀压降性能测试平台

    图  16  导磁径向流磁流变阀粘性压降测试结果

    图  17  导磁径向流磁流变阀总电流与总压降关系

    表  1  不同ta(tr)值的最佳决策变量

    ta/mm tr/mm R1/mm D1/mm D2/mm D3/mm Δpy/MPa
    0.5 0.5 8.0 2.70 2.70 2.10 1.592
    0.6 0.6 8.0 2.67 2.67 2.08 1.230
    0.7 0.7 8.0 2.63 2.63 2.06 0.982
    0.8 0.8 8.0 2.58 2.58 2.04 0.803
    0.9 0.9 8.0 2.54 2.54 2.02 0.669
    1.0 1.0 8.0 2.49 2.49 1.99 0.566
    下载: 导出CSV

    表  2  不同ta(tr)值的最佳决策变量对应的HMA值和HMR

    ta/mm tr/mm HMA/(kA·m-1) HMR/(kA·m-1)
    0.5 0.5 41.0 9.1
    0.6 0.6 36.1 9.6
    0.7 0.7 32.0 9.96
    0.8 0.8 28.5 10.1
    0.9 0.9 25.6 10.2
    1.0 1.0 23.1 10.3
    下载: 导出CSV

    表  3  单因素基本结构尺寸的取值范围

    结构尺寸 取值/mm 结构尺寸 取值/mm
    ta [0.5, 1] H2 [12, 14]
    tr [0.5, 1] D1 [1.5, 3]
    R1 [8, 9.75] D2 [1.5, 3]
    R2 [3, 4] D3 [1.5, 3]
    H1 [3, 5]
    下载: 导出CSV

    表  4  相关电磁参数取值表

    参数 数值
    总激励电流NI 200 A
    端盖初始磁导率 160
    导磁环初始磁导率 8 000
    线圈架初始磁导率 1
    导磁盘Ⅰ初始磁导率 15
    导磁盘Ⅱ初始磁导率 100 000
    导磁盘Ⅲ初始磁导率 3
    磁流变液初始磁导率 5
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2019-10-18
  • 刊出日期:  2021-03-01

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