磁流变压力阀性能实验及数据分析

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压力控制阀是液压系统控制中的核心元件之-，其性能的好坏直接影响液压系统的动态静态性能和最大的工作能力，因此控制调节其调定压力平稳准确，切换是至关重要的。传统的压力阀是通过调节弹簧的初始预紧力来设定压力阀调定压力的，它主要根据经验进行调节，无法达到精确数字化控制和无极调压，因此制约了压力阀技术的发展，也限制了液压系统的工作范围 J。

磁流变液(Magnetorheological Fluids-MRF)是-种新兴的智能材料，流变液在无外加磁场时，可作为牛顿流体处理；在强外加磁场的作用下，其流变性(应变与应力的关系)发生剧烈变化，它的表观黏度增加，在强磁场的作用下甚至会表现出类似于固体的性质，其流动性几乎消失，当外加磁场撤去，又恢复为液态，这种 现 象 称 之 为 磁 流 变 效 应 (MagnetorheologicalEfect)L2.3。

磁流变液是非牛顿液体，其剪切应力和剪切速率之问呈现非线性关系，并且随外界磁场强度的变化而变化。正是基于磁流变液的这种性质，将其引入普通压力阀的控制。通过改变电信号，控制磁场大小，从而控制剪切应力、控制阻尼力，以实现压力控制数字化。

磁流变压力阀作为-种新型产品需要对其性能进行试验和分析。

1 配制磁流变液根据试验需要配制两种配方的磁流变液体，配方如表 1所示。

表1 磁流变液的配方成分 羟基 异丙醇 硅烷偶 硅油 SiO2铁粉的质名称 铁粉 联剂 量百分比配方- 150 g 52.5 inL 3.75 mL 56.25 mL 1.125 g 74%配方二 160 g 56 mL 4 mL 50 mL 1 g 78%室温下，按照表 1称量两种配比的成分，将铁粉和预处理液异丙醇、硅烷偶联剂分别放到两个 200 mL容积的烧杯，充分搅拌 5～6 h，使其充分反应；然后把两个烧杯放入温度为80℃的真空烤箱内烘烤7～9 h，直至预处理液挥发至尽；取出两个烧杯，这时羟基铁粉又结成块状，称量硅油和 SiO，，分别放人以上两个盛有铁粉 的烧杯，进行 14 h左右的研磨 ，最后再进行3～4 h的搅拌，直到 相均匀混合。成品如图1。

2 实验装置及实验原理本次实验旨在测试磁流变压力阀先导装置的性能以及其静态、动态性能。实验装置采用 自行研制的振动台。实物如图2。

收稿 日期 ：2012-09-12基金项 目：国家 自然科学基金(50975098)作者简介：王海霞(1978-)，女，辅泉州人，讲师，硕士 ，主要从事液压技术方面的教学和科研工作。

102 液压与气动 2013年第3期308.45(N)② 电流 1.5 A时，加速度标准差为 0.4651 X 10m/s ，装 置有效 质量为为 527 g，于是，阻尼力 为Fl R- l5 m 等 527×10 ×0.4651×10～ U245.11(N)。

③ 电流 1.5 A时，磁流变产生的附加阻尼力为F1-MR F1-～-ao0 - F1mRl5 308.45 - 245.11 63.3423(N)。

由此可得，1.5 A的电流可以产生 63牛顿力，可以达到由电流控制阻尼压力的效果。

(2)动态性能分析 以下通过处理采集到的位移信号进行压力阀动态性能的分析。处理程序见附件包。图7为电流为零时的位移原始数据和经过中数法处理过的信号时间序列。图8为电流为 1.5 A时的位移时间序列。

5之 0550-50 200 400 600 800 l000 1200 1400 1600 1800 2000t/msa)含有确定性成份的信号，卢0(A)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000t/msb)原始数据与确定性成分比较，卢0(A)。

- 2 L-- --J---J----L-------- ---- ---.---L-----0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000t/msC) 中数法处理后的有色噪声，I0(A)图 7 位移时 间序列50-55妄。

-50 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000t/msa)含有确定性成份的信号，/1.5(A)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000t/msb)原始数据与确定性成分比较，/1.5(A)f 喜0.2 l---- ----- --- -- -- ---- --- - -- ----- ---- - 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000t/msC)中数法处理后的有色噪声，/-1.5(A)图 8 位移时间序列以图7、8的数据建立合理的位移信号的时间序列模型，计算各个动态性能参数如下：① 无电流时：：theta 0.3529，：omega-n 355.6224，∞d：omega-d 332.7388，t ：risetime 0.0058，t。：peak～time 0.0094，t ：settingtime0.0319。

② 电流为 1.5 A时：：theta 0.4097，OJ ：omega-n 372.2895，d：omega-d 339.6117，t ：rise-time 0.0059，t。：peakjime 0.0093，t ：setting-time0.0262。

由动态性能参数可得，无电流时的阻尼系数为theta0.3529，电流 1.5 A时的阻尼系数 theta 0.4097，得出，装置在电流的控制下可以得到大的阻尼系数，从而产生较大阻尼力。再者，无电流时调整时间为0.0319 S，电流 1.5 A时为0.0262 S，由此可得，在电流的控制下，装置的响应时问比较短，动态稳定性好。

4 结论通过本次性能实验，得到以下结论：(1)在电磁场的作用下，该装置可以得到较大的附加阻尼力理；(2)施加不同的电流，可以获得不同的阻尼力，从而达到预期的数字化控制效果；(3)该装置具有很好的动态性能，阻尼系数大，响应时间短。