三种结构的双线圈型磁流变阀结构设计与磁场仿真

胡国良　彭珣

【摘要】本文分析了磁流变阀的工作原理，设计了三种不同结构的双线圈型磁流变阀，确定了其主要结构尺寸。接着利用MAXWELL软件对这三种结构的阀工作状态下的磁场进行了仿真，依据仿真结果，对比三种结构磁流变阀的磁力线分布图，找出一种相对优异的结构。

【关键词】双线圈型磁流变阀；结构设计；磁场仿真

0.引言

如今液压系统已经广泛的应用于机械加工、建筑施工、航空航天等领域，液压阀作为液压系统的控制元件，直接影响到整个液压系统的工作性能。磁流变阀是一种流量控制阀。他没有相对移动的零部件，主要由励磁线圈、铁芯、液流阻尼通道等部分组成[1]，在液流阻尼通道中流有磁流变液[2]，通过改变线圈中电流的大小来控制磁场强度，从而控制磁流变液的粘度，达到控制流量与流速的作用。

近年来磁流变阀得到广泛的研究。白俄罗斯的Gorodkin提出了一种用于减振的磁流变节流阀模型，并研究和分析了处于不同电流强度下该阀的阻尼特性[3]。新加坡南洋理工大学的Li对磁流变阀进行了有限元仿真，表明磁流变阀的理论最大压降可达1.9MPa[4]。美国马里兰大学的Yoo提出了一种小体积高效率的磁流变阀[5]，并且对系统的性能进行了初步的分析[6]。湖北工学院的陈刚设计出了一种磁流变减压阀，提出了该阀的数学模型，并对磁流变减压阀进行了仿真[7]。湖北师范学院的潘言全设计了一种磁流变液控制系统，分析了该控制系统的结构与功能，为传统的液压控制系统的研究提供了新的思路[8]。桂林空军学院的张琳等将4个相同的磁流变阀组成对称的桥式结构，对该系统进行了建模与仿真，提出了磁流变阀在液压控制系统中的一种新的应用方向[9]。

本文提出了三种结构的双线圈型磁流变阀，对其进行了结构设计与磁场仿真，以寻求相对优异的结构。

1.结构设计

2.磁场仿真

根据对三种结构的磁流变阀磁场仿真的结果，外侧圆环型的磁力线尽可能多的垂直穿过了液流通道，其工作区域在环形液流通道的两端与中部，此三处阻尼间隙内的磁感应强度最强。内侧圆环型的工作区域也是在两端与中部，但是磁力线垂直穿过液流通道的程度较弱，施加相同磁动势时其磁感应强度较低。圆盘圆环型的工作区域仅在拥有导磁圆盘的两端，其中部几乎没有垂直穿过液流通道的磁力线。可知具有外侧圆环间隙的磁流变阀为三种双线圈型磁流变阀中最优结构。

3.结论

本文设计了三种结构的双线圈型磁流变阀，利用MAXWELL软件对其进行了磁场仿真，得出了三种结构的磁力线分布图。根据磁流变液的工作原理，得出具有外侧圆环间隙结构的双线圈型磁流变阀磁力线垂直穿过阻尼间隙的程度最好，磁场的利用率最高，是三种结构中的最优结构。[科]

【参考文献】

［１］王代华,艾红霞.磁流变复合液压执行器及其效率研究[J].功能材料,2006,Vol.37(7):1183-1186.

［２］裴畅贵.磁流变液特性分析[J].机械管理开发,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］陈刚,潘言全,官建国,付志泉.磁流变液减压阀的设计与分析[J].液压与气动,2003,Vol.11:35-37.

［８］潘言全.一种新型控制阀的性能研究[J].液压与气动,2005,Vol.6:70-71.

［９］张琳,李彦希,王希荣.一种新型磁流变阀控系统的设计[J].液压与气动,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］赵博,张洪亮.ANSOFT 12在工程电磁场中的应用[M].北京：中国水利水电出版社,2010.