主动悬架减震器1.doc

3 三种主动悬架减震器 3.1 电流变减震器 3.1.1 电流变效应 电流变效应是指某些特殊流体的表观粘度、剪切应力等在施加外电场以后随电场强度的变化而急剧变化，而且这种变化是可逆的。 电流变液是极性且易于极化的分散介质均匀分散在绝缘连续介质中形成的悬浮液或乳浊液, 其流变特性和物理状态随外加电场的变化而改变【9】。 由于电流变技术本身涉及多种学科，不同的研究学者采用不同的材料和配比得到不同的试验结果，但是绝大多数学者较为赞同场致极化理论【10】, 认为电流变流体在外加静电场的作用下, 均匀悬浮于其中的电介质粒子产生极化, 被极化的粒子相互吸引,按电场方向形成规则的键状结构, 破坏了未加电场时的布朗运动规律, 增加了液体的粘性,并使之产生屈服强度。在电场的作用下，这类悬浮液的表观粘度在毫秒级的时间内, 原来可以流动的液体变稠、变硬, 直至停止流动, 达到固化, 此时的电流变液具有固体的特征,既保持一定的形状、表现出具有明显的屈服应力或体现固体特征的弹性模量有明显的变化。电场撤消后,电流变液立即变稀, 恢复原来流动的液体状态。这一现象称为电流变效应。它是电流变液在电场作用下,从流动性能良好的牛顿流体变成为屈服应力很高的粘弹塑性体的结果。 3.1.2 流体性能分析 电流变流体多为两相多组分的悬浮液，这种悬浮液一般由基础液、固体颗粒和使粒子表面活化和增加粒子悬浮稳定的添加剂组成【11】。固体颗粒一般有无机非金属粒子、有机半导体材料粒子、高分子有机半导体材料粒子和复合材料粒子等形式。 各种电流变液体的组成成分各不相同，但从基本构成上来讲，绝大多数电流变液是由细微的固体颗粒均匀分散在非极性低粘度绝缘液体中制得的悬浮体，为了进一步改善电流变液的性能，还适当加一些添加剂【12】。优秀的电流变液体一般都具备以下特性： （1）高沸点、低凝点，以便应对长时间处于工况的要求；粘度低，以便于在没有施加电场时液体粘度低阻尼小，一般在没有施加电场时液体可以当做牛顿流体处理； （2）应有足够宽的工作温度，并能保证在此温度范围内有有效稳定的电流变效应； （3）固体颗粒具有较高的相对介电常数和较强的极性，与基础液的比重适当防止沉淀，适当的颗粒大小和适当的形状； （4）基础液一般需要高电阻和低电阻率，即绝缘性良好，密度尽可能的大并且化学性能稳定； （5）电流变效应明显，在没有施加电场时具有低的抗剪切应力和表观粘度，当施加了电场后能够快速响应没有迟滞现象并且具有较高的抗剪切应力和表观粘度； （6）对达到固化状态的电场强度要求不大，过高的电场强度增加电能的消耗，电场过高还可能击穿电流变流体，使得流体变质减少使用寿命； （7）对外界的条件如温度、湿度的变化以及长期存储等都不敏感，使得在长期的使用和存储过程中性能保持稳定，不会退化或变质。 3.1.3 电流变减震器工作模式 电流变减震器按其工作流体的流动形态可以分为三类【13】：流动模式、剪切模式和复合模式。 图1.1 电流变阻尼器工作原理图 （1）流动模式 正负极板保持不动（如图1.1），电流变液流过极板间隙，通过改变施加于极板的电场强度，可以改变流过极板的电流变液的粘度，从而导致进出口两端的压差发生变化，从而可以调节阻尼器的阻尼。流动模式的阻尼器主要由活塞杆、活塞体、工作电极和蓄能器组成，它与剪切模式的阻尼器结构上最大的差别就是活塞体与工作电极正极是分离的。这种阻尼器极板的面积可以设计的很大，提供较大的阻尼，对于重工的选择比较合适，如果阻尼器由旁通则阻尼器的体积就相对比较大【12】，另外这种阻尼器的零电场的阻尼都相对比较大，阻尼可控的范围就窄了。流动模式的优点就是正负极板之间没有相对运动，极板定位要求也比较低，极板之间的间距可以设计的很小，可以获得较高的电场强度易于加工。 （2）剪切模式 剪切模式的电流变减震器是利用活塞壁与筒壁的相对运动剪切电流变液体而获得阻尼的【14】。剪切模式阻尼器是由活塞杆、活塞体、电极和工作缸组成的，活塞沿垂直于电场方向运动，利用电流变液与电极表面的摩擦产生阻尼，通过电场控制电压改变电流变液的粘度和屈服应力来控制阻尼力的大小。剪切模式的阻尼器结构简单，加工方便，零电场时阻尼力和屈服应力都相对较小，阻尼可控的范围较大。由于极板是运动的，一般极板的结构尺寸都比较小，相对运动的极板面积有限，因此阻尼力的绝对值较小。 （3）复合模式 复合模式综合了剪切和流动模式的特点, 阻尼力一部分来自活塞体对电流变液的剪切作用, 一部分来自活塞体与工作缸间隙对流体的节流作用（如图1.1）。复合模式阻尼器也是有活塞杆、活塞体、工作缸和蓄能器组成。通过控制电极之间的电压从而改变电场强度，这样流