一种磁流变阀控缸液压系统的制作方法

本实用新型涉及一种磁流变阀，尤其涉及一种磁流变阀控缸液压系统。

背景技术：

随着电子技术与信息技术为代表的高新技术的发展，液压控制系统也向着小型化、智能化、经济化和可靠性高的方向发展。而传统液压阀作为液压控制系统的核心元件，需有相对运动零件，结构复杂，易磨损，控制困难，且有响应速度慢、可靠性差等缺点，因此限定了它在一些领域的使用。

磁流变液在磁场作用下，能够从自由流动的牛顿流体转变为类似于固体的粘塑性体，呈现出可控的剪切屈服应力，同时撤去磁场后又恢复为自由流动的液体状态，且这种变化是在几毫秒内完成的。利用磁流变液的这种磁流变效应制成的磁流变阀，可通过改变外加电流的大小来调节磁流变阀的控制压力、流量及液流的流动方向，实现磁流变系统的智能控制，很好地解决了由于油液污染、零件相对运动而引起的液压缸工作稳定性差、响应速度慢等问题。

磁流变阀控缸液压系统是一种新型的液压控制系统，目前有关它的测试系统研究和应用比较少见，而传统的阀控液压缸控制系统有较多相对运动零件，需精密加工，且智能控制困难，可靠性差。因此，设计出一种结构简单、智能控制简单、响应速度快、操作简单的磁流变阀控缸液压系统是一个亟需解决的问题，同时也为磁流变阀的工程应用奠定基础。

技术实现要素：

为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提出一种磁流变阀控缸液压系统。该磁流变阀控缸液压系统提供一种以磁流变阀代替传统液压阀作为控制元件对液压缸进行控制的液压测试实验系统。该系统用四个结构和性能相同的单线圈圆环型磁流变阀组成对称和匹配的惠斯通桥式结构，用来充当控制系统的方向阀，液压缸工作状态的切换和运动速度可通过对加载在磁流变阀上电流的通断和大小来控制。该系统采用磁流变阀来替代传统液压阀，具有很大的控制优势，无相对运动的零件，既克服了一般液压传动系统液压油带来的污染、响应慢、机械连接要求精确、密封性要求强、不能实时采集、控制等问题，又能得到较高的控制精度和快速的跟踪性能，这对拓展磁流变技术的应用领域有重大意义；同时该测试系统可完成精确的磁流变阀控缸性能测试实验，实时采集液压缸两端压力相关数据，并且采集卡中数字化信号可以直接导入计算机，通过计算机进行处理分析并显示，同时可以通过计算机设置相应关键参数对系统进行控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：油箱(1)、电机(2)、齿轮泵(3)、电源Ⅰ(4)、电源Ⅱ(5)、磁流变阀Ⅰ(6)、磁流变阀Ⅱ(7)、磁流变阀Ⅲ(8)、磁流变阀Ⅳ(9)、位移传感器(10)、液压缸(11)、压力传感器Ⅰ(12)、压力传感器Ⅱ(13)、压力传感器Ⅲ(14)、蓄能器(15)、电源Ⅲ(16)、采集卡(17)、计算机(18)；电机(2)和齿轮泵(3)通过联轴器刚性连接；齿轮泵(3)出口端分别与蓄能器(15)出口端、压力传感器Ⅲ(14)进口端、磁流变阀Ⅲ(8)进口端及磁流变阀Ⅳ(9)进口端相连通；磁流变阀Ⅳ(9)出口端分别与磁流变阀Ⅱ(7)进口端、压力传感器Ⅱ(13)进口端及液压缸(11)上腔相连通；磁流变阀Ⅲ(8)出口端分别与磁流变阀Ⅰ(6)进口端、压力传感器Ⅰ(12)进口端及液压缸(11)下腔相连通；磁流变阀Ⅱ(7)出口端分别与磁流变阀Ⅰ(6)出口端、齿轮泵(3)进口端及油箱(1)相连通；磁流变阀Ⅰ(6)、磁流变阀Ⅱ(7)、磁流变阀Ⅲ(8)和磁流变阀Ⅳ(9)组成对称和匹配的惠斯通电桥，磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)为一组，磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)为另外一组；电源Ⅰ(4)分别与磁流变阀Ⅰ(6)的励磁线圈和磁流变阀Ⅳ(9)的励磁线圈相连通，可为磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)提供同样大小的工作电流；电源Ⅱ(5)分别与磁流变阀Ⅱ(7)的励磁线圈和磁流变阀Ⅲ(8)的励磁线圈相连通，可为磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)提供同样大小的工作电流；电源Ⅲ(16)分别与压力传感器Ⅰ(12)、压力传感器Ⅱ(13)、压力传感器Ⅲ(14)和位移传感器(10)的电气接口相连通，可为压力传感器Ⅰ(12)、压力传感器Ⅱ(13)、压力传感器Ⅲ(14)和位移传感器(10)提供工作电流；压力传感器Ⅰ(12)可实时监测液压缸(11)下腔处的压力；压力传感器Ⅱ(13)可实时监测液压缸(11)上腔处的压力，压力传感器Ⅲ(14)可实时监测齿轮泵(3)的出口压力，位移传感器(10)可实时监测液压缸(11)的位移；采集卡(17)通过相应的端口设置，可实时采集压力传感器Ⅰ(12)获取的液压缸(11)下腔的压力电信号、压力传感器Ⅱ(13)获取的液压缸(11)上腔的压力电信号、压力传感器Ⅲ(14)获取的齿轮泵(3)出口压力电信号和位移传感器(10)获取的液压缸(11)活塞位移电信号；采集卡(17)和计算机(18)通过数据线相连接，采集卡(17)将获得的电信号数字化导入计算机(18)中；计算机(18)对采集到的电信号进行数据分析处理。磁流变阀Ⅰ(6)、磁流变阀Ⅱ(7)、磁流变阀Ⅲ(8)和磁流变阀Ⅳ(9)均为结构相同的单线圈圆环型磁流变阀；所述单线圈圆环型磁流变阀主要包括：阀体左端盖(601)、左定位销(602)、左定位块(603)、左导向块(604)、阀芯(605)、励磁线圈(606)、阀体(607)、右导向块(608)、右定位块(609)、右定位销(610)及阀体右端盖(611)；阀体左端盖(601)中心通孔处攻有内螺纹，可直接与液压管道螺纹连接；左端盖(601)与阀体(607)间隙配合，两者通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；左定位块(603)与阀体(607)过渡配合，其左端由左端盖(601)压紧；左导向块(604)左端紧贴左定位块(603)，其右端紧贴阀芯(605)；左定位块(603)、左导向块(604)及阀芯(605)通过左定位销(602)固定连接；阀体右端盖(611)与阀体(607)右端面间隙配合，两者通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；右定位块(609)与阀体(607)过渡配合，其右端由右端盖(611)压紧；右导向块(608)右端贴紧右定位块(609)，左端贴紧阀芯(605)；右定位块(609)、右导向块(608)及阀芯(605)通过右定位销(610)固定连接；阀芯(605)上加工有绕线槽；励磁线圈(606)缠绕于阀芯(605)的绕线槽中，其引线经由左定位块(603)及阀体左端盖(601)上的引线孔引出；阀体右端盖(611)中心通孔处攻有内螺纹，可直接与液压管道螺纹连接。采集卡(17)的数据模拟量输入为-10V~10V的电压信号；压力传感器Ⅰ(12)、压力传感器Ⅱ(13)和压力传感器Ⅲ(14)分别为两线制电流输出。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

（1）该磁流变阀控缸液压系统采用四个单线圈圆环型磁流变阀连接成惠斯通电桥结构接入到系统中，通过对磁流变阀的电流关断控制来实现液压缸系统工作状态的切换，以磁流变液的控制原理制成的磁流变阀作为控制阀，无相对运动零件，制造成本降低，可直接由电信号控制，响应速度快，稳定性高，智能控制精确。

（2）该磁流变阀控缸液压系统是一种以磁流变液智能材料为工作介质的液压控制系统，通过该系统可对磁流变阀压降特性及液压缸控制系统的性能和效率进行测试分析，可以测得不同电流下液压缸的运动特性；并且工作人员可通过计算机人机界面直观观察及处理分析结果；并能方便地实现相应关键参数的设置、数据修改、保存、传送、清除等。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型磁流变阀结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1所示为实用新型结构示意图，主要包括：油箱(1)、电机(2)、齿轮泵(3)、电源Ⅰ(4)、电源Ⅱ(5)、磁流变阀Ⅰ(6)、磁流变阀Ⅱ(7)、磁流变阀Ⅲ(8)、磁流变阀Ⅳ(9)、位移传感器(10)、液压缸(11)、压力传感器Ⅰ(12)、压力传感器Ⅱ(13)、压力传感器Ⅲ(14)、蓄能器(15)、电源Ⅲ(16)、采集卡(17)及计算机(18)。

图2所示为磁流变阀结构示意图，主要包括：阀体左端盖(601)、左定位销(602)、左定位块(603)、左导向块(604)、阀芯(605)、励磁线圈(606)、阀体(607)、右导向块(608)、右定位块(609)、右定位销(610)及阀体右端盖(611)。磁流变阀采用单线圈圆环型结构，将四个磁流变阀进行连接形成惠斯通电桥结构。当给线圈通入电流时，因电磁感应现象，磁力线经过阀体(607)、阀芯(605)形成闭合磁场回路，磁场的方向与磁流变液的流动方向垂直，流经阻尼间隙内的磁流变液由于磁场作用黏度增大，形成沿磁场方向排列的链状体，屈服应力增强。磁流变液流过这两段阻尼间隙，就必须克服这种链状排列的分子间的力，从而导致磁流变液流经阀的阻力增大，可减慢或阻止液体的流动，从而产生压力差。通过调节线圈中电流大小，可改变磁流变液的屈服应力，控制磁流变阀流经阻尼间隙的关断力，当磁流变阀的关断力达到一定值后，磁流变液被阻止通过，此时流经磁流变阀的流量为零。

本实用新型工作原理如下：

如图1和图2所示，四个相同的单线圈圆环型磁流变阀构成对称和匹配的惠斯通电桥，充当控制系统的方向阀，其中磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)为一组，磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)为另外一组，电源Ⅰ(4)和电源Ⅱ(5)分别为两组磁流变阀提供工作电流，液压缸活塞由于两边的压力差上下移动，当给磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)通入电流时，磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)工作，由于磁流变液的磁流变特性，经过磁流变阀Ⅰ(6)和磁流变阀Ⅳ(9)的液体很少，大部分由磁流变阀Ⅲ(8)进入液压缸的下腔，引起液压缸(11)的活塞向上运动并推动上腔的磁流变液通过磁流变阀Ⅱ(7)进入油箱(1)。

当给磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)通入电流时，磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)工作，由于磁流变液的磁流变特性，经过磁流变阀Ⅱ(7)和磁流变阀Ⅲ(8)的液体很少，大部分由磁流变阀Ⅳ(9)进入液压缸的上腔，引起液压缸(11)的活塞向下运动并推动下腔的磁流变液通过通过磁流变阀Ⅰ(6)进入油箱(1)。