CN103485436A - 自复位型压电半主动摩擦阻尼器 - Google Patents

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朱军强
王社良
朱熹育
展猛
赵歆冬
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Abstract

自复位型压电半主动摩擦阻尼器，包括由顶盖和小箱组成的外壳，还包括套筒，套筒的一端置于小箱底面上的底座上，另一端设置在顶盖底面下的顶座且与顶座间留有一定空隙，压电陶瓷驱动器放置于套筒中，压电陶瓷驱动器的导线通过套筒侧面的小槽及小箱侧壁上狭长的孔槽伸出到阻尼器外与外接电源连接，压电陶瓷驱动器的两端均设置有垫片，挡板用固定螺钉固定于小箱侧壁，预压力通过顶盖上的预紧螺钉施加，平衡拉杆穿过挡板与套筒侧壁连接，连接拉杆通过六角螺母固定于小箱侧壁，作动拉杆穿过小箱侧壁与套筒连接，复位弹簧分别置于平衡拉杆和作动拉杆上，该发明控制系统简单，压电陶瓷驱动器性能稳定，预压力施加方便，输入能量小而出力大，并且活塞可以自复位。

Description

自复位型压电半主动摩擦阻尼器
技术领域
本发明主要服务于抗震技术领域，具体涉及一种自复位型压电半主动摩擦阻尼器。
背景技术
传统结构抗震体系主要是从结构自身出发，通过加大构件截面尺寸，提高构件材料强度来增加结构的刚度，或者依靠某些附加构件的破坏来消耗和储存能量，从而达到提高抵御地震作用的能力，这种做法既增加了经济投入，抗震效果也不是很理想。
普通摩擦阻尼器一般是基于被动控制进行消能减震。为大震作用下设置的普通摩擦阻尼器，在小震作用下由于力较小，活塞不能滑动，所以不能起到耗能减震作用；反之，小震作用下的摩擦阻尼器，在大震作用下减震能力不够，也达不到预想的结果；由于没有复位功能，不能循环使用，每次地震后都需重新调节或更换，从而也增加了经济成本和工作的复杂性。
自复位型压电半主动摩擦阻尼器基于压电陶瓷驱动器的逆压电效应，通过施加电压使压电陶瓷驱动器产生形变，从而改变摩擦接触面上的正压力来实时改变阻尼器的摩擦力，达到对结构进行半主动控制的目的。基于弹簧的复位功能，阻尼器可以多次循环使用，从而达到高效和经济的效果。
我国专利号为CN101250909A的专利公布了一种压电摩擦智能阻尼器，但预压力施加不方便；其次，没有采取更有效的措施保护压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器易侧向受力发生剪切破坏；同时，初始预压力与压电陶瓷驱动器施加压力不是叠加的关系，出力效果不理想。
专利号为ZL201220633674.1的专利公布了一种压电半主动摩擦耗能器，虽然对上述阻尼器有了大的改进，但没有考虑活塞滑动时，压电陶瓷驱动器的导线处理问题，且没有复位功能，无法循环使用。
发明内容
为了克服上述的缺点，本发明的目的在于提供一种自复位型压电半主动摩擦阻尼器，具有自复位，重量轻，控制系统简单，输入能量小而出力大等特点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
自复位型压电半主动摩擦阻尼器，包括由顶盖6和小箱10组成的外壳，其特征在于，还包括套筒4，套筒4的一端设置在位于小箱10底面上的底座7上，另一端设置在顶盖6底面下的顶座8下方且与顶座8间留有一定空隙，压电陶瓷驱动器3设置于套筒4中，压电陶瓷驱动器3的两端均设有垫片2，顶盖6上设置有用于施加预压力的预紧螺钉1，位于小箱10一侧的平衡拉杆12穿过挡板11与套筒4的侧壁连接，连接拉杆9通过六角螺母15固定于小箱10的该侧侧壁，位于小箱10另一侧的作动拉杆5穿过小箱10侧壁与套筒4的侧壁连接，平衡拉杆12和作动拉杆5上均设置有复位弹簧13。
所述小箱10左右两侧侧壁各有一条狭长孔槽以及用来固定挡板11的固定螺钉。
所述套筒4的数量有多个，平衡拉杆12和作动拉杆5分别与两端的套筒4的侧壁连接。
所述挡板11中间留有圆形孔洞以使平衡拉杆12穿过，同时用来限制复位弹簧13的位置和改变阻尼器的量程。
所述复位弹簧13长度比阻尼器量程略长。
所述平衡拉杆12的轴线方向与套筒4轴线方向垂直。
所述套筒4内部为圆形通道，压电陶瓷驱动器3与套筒4的内侧壁间留有空隙。
所述垫片2置于套筒4中压电陶瓷驱动器3的上下端部并与顶座8和底座7接触。
所述平衡拉杆12、顶座8、底座7、垫片2以及套筒4构成阻尼器的活塞机构，该活塞机构的高度略高于外壳净高，从而可以通过调节顶盖6上的预紧螺钉1使得活塞机构与外壳间产生预压力，得到所需的摩擦力。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1，小箱侧壁上留有狭长孔洞，在活塞滑动时压电陶瓷驱动器的导线跟着一起滑动，避免了导线被拉断的风险。
2，活塞具有复位功能，可以在地震中多次循环使用。
3，压电陶瓷驱动器受到套筒的保护，不易发生剪切破坏。
4，阻尼器输入能量小而出力效果好，因为压电陶瓷驱动器刚度大，且垫片使压电陶瓷驱动器端部受力均匀，约束效果更好。
5，控制系统简单，通过简单调整预紧螺钉即可达到所需的预压力，且与压电陶瓷驱动器的压力是叠加的关系。
6，平衡拉杆穿过挡板滑动左右自由滑动，保证了阻尼器活塞的受力方向与小箱外壳的水平轴线平行。
附图说明
图1为本发明阻尼器总剖面图。
图2为本发明阻尼器俯视图。
具体实施方式：
下面通过附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明是一种自复位型压电半主动摩擦阻尼器，外壳由顶盖6和小箱10组成；顶盖6与小箱10底面的内表面贴有耐磨碳纤维摩阻材料，顶盖6的下表面设置顶座8，小箱10底面上设置底座7；在两槽型支座中间放置多个并列的套筒4；套筒内放置压电陶瓷驱动器3，压电陶瓷驱动器3两端各设有垫片2，压电陶瓷驱动器3的电源线由套筒4外壁开的小槽导出，并通过小箱10侧壁上的孔洞与外部电源连接；挡板11用固定螺钉14固定于小箱10的侧壁；预压力通过顶盖6上的预紧螺钉1施加；平衡拉杆12通过限位挡板11固定于左侧套筒4的外壁上，连接拉杆9固定于小箱10的左侧壁上，作动拉杆穿过小箱10侧壁与右侧套筒4连接，复位弹簧13分别设置于平衡拉杆12和作动拉杆5上。顶座8、底座7、垫片2以及套筒4构成活塞机构，该活塞机构的高度略高于外壳净高。
该阻尼器既可以作为被动摩擦阻尼器，也可以作为智能变摩擦阻尼器。该阻尼器可以根据结构所需的最大阻尼力的大小选取不同数量的压电陶瓷驱动器。其原理是地震时，作动拉杆受到结构的作用带动活塞机构沿着外壳进行滑动，通过摩擦来耗能减震，同时由于弹簧的复位功能，该阻尼器在一次地震后，仍可恢复到最初位置，不需调节或更换下次地震仍可使用。
当其作为被动摩擦阻尼器时，因为活塞机构的高度略高于外壳的净高，所以可以通过调节顶盖6上的预紧螺钉来使得活塞与外壳间产生预压力，从而达到地震时结构所需的最大摩阻力。
当其作为智能变摩擦阻尼器时，当系统获得结构的地震反应状态时，通过智能控制算法分析出需要输出多大的阻尼力，通过控制施加电压的大小来改变活塞与阻尼器外壳的正压力，从而得到所需的摩擦力。

Claims (10)

1.自复位型压电半主动摩擦阻尼器，包括由顶盖（6）和小箱（10）组成的外壳，其特征在于，还包括套筒（4），套筒（4）的一端设置在位于小箱（10）底面上的底座（7）上，另一端设置在顶盖（6）底面下的顶座（8）下方且与顶座（8）间留有一定空隙，压电陶瓷驱动器（3）设置于套筒（4）中，压电陶瓷驱动器（3）的两端均设有垫片（2），顶盖（6）上设置有用于施加预压力的预紧螺钉（1），位于小箱（10）一侧的平衡拉杆（12）穿过挡板（11）与套筒（4）的侧壁连接，连接拉杆（9）通过六角螺母（15）固定于小箱（10）的该侧侧壁，位于小箱（10）另一侧的作动拉杆（5）穿过小箱（10）侧壁与套筒（4）的侧壁连接，平衡拉杆（12）和作动拉杆（5）上均设置有复位弹簧（13）。
2.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述小箱（10）左右两侧侧壁各有一条狭长孔槽以及用来固定挡板（11）的固定螺钉。
3.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述套筒（4）的数量有多个，平衡拉杆（12）和作动拉杆（5）分别与两端的套筒（4）的侧壁连接。
4.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述挡板（11）中间留有圆形孔洞以使平衡拉杆（12）穿过，同时用来限制复位弹簧（13）的位置和改变阻尼器的量程。
5.按照权利要求1或4所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述复位弹簧（13）长度比阻尼器量程略长。
6.按照权利要求5所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述平衡拉杆（12）的轴线方向与套筒（4）轴线方向垂直。
7.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述套筒（4）内部为圆形通道，压电陶瓷驱动器（3）与套筒（4）的内侧壁间留有空隙。
8.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦耗能器，其特征在于，所述垫片（2）置于套筒（4）中压电陶瓷驱动器（3）的上下端部并与顶座（8）和底座（7）接触。
9.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述平衡拉杆（12）、顶座（8）、底座（7）、垫片（2）以及套筒（4）构成阻尼器的活塞机构，该活塞机构的高度略高于外壳净高，从而可以通过调节顶盖（6）上的预紧螺钉（1）使得活塞机构与外壳间产生预压力，得到所需的摩擦力。
10.按照权利要求1所述自复位型压电半主动摩擦阻尼器，其特征在于，所述顶盖（6）与小箱（10）底面的内表面贴有耐磨碳纤维摩阻材料。
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