CN104452576B - 速度位移双锁调节式粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种速度位移双锁调节式粘滞阻尼器。本发明包括缸体、活塞、活塞杆、粘性流体，缸体外筒两端的端盖、密封座、密封环；还包活塞杆轴肩、压紧螺母、左限位块、右限位块、左限位环、右限位环、左外压簧和左拉簧、右外压簧和右拉簧，活塞杆的阀芯、限流环座、左调节螺母、右调节螺母、左内压簧、右内压簧、左密封螺塞、右密封螺塞；所述左限位块、右限位块、左限位环、右限位环、活塞杆、左调节螺母、右调节螺母上加工有节流孔。本发明具有限速限位限压功能，能防止活塞与活塞缸体间发生刚性碰撞、调节阻尼力、并且降低阻尼力F中的α值。

Description

速度位移双锁调节式粘滞阻尼器

技术领域

本发明属于结构或桥梁的抗震减振技术领域，具体涉及一种速度位移双锁调节式粘滞阻尼器。

背景技术

高层建筑和大跨桥梁等大型结构在地震或风的作用下会发生大幅振动，结构的大幅振动将导致其部分构件的破坏或整体坍塌。为了减少地震或风对结构的影响，粘滞阻尼器被广泛应用于建筑结构和桥梁结构进行耗能减振。粘滞阻尼器在大跨度桥梁和超高层建筑结构中大量应用，对结构振动耗能减振起到关键性的作用。粘滞阻尼器的结构一般采用剪切阀式，如图1所示，图1中，29是缸体，30是活塞，31是活塞杆，32是节流孔，33是粘性流体。

阻尼器减振的效果取决于其耗能能力W，在结构的一个振动周期T内：

W＝2Fx(1)

其中F为平均阻尼力，x为结构振动一个周期内阻尼器活塞杆的行程。阻尼器活塞杆的一个行程内，阻尼力F的大小随活塞运动速度变化关系可近似表示为：

F＝cv^α(2)

其中c为阻尼器粘性系数，与活塞上节流孔的大小及活塞截面积之比有关；v为活塞杆与阻尼器缸体运动的相对速度，一般情况下，0＜α≤1，是粘滞阻尼器的一个重要性能指标，α越小，阻尼力越便于控制。

对于结构或桥梁在地震、风作用下的抗震或减振，目前主要采用粘滞阻尼器与其它隔震(隔振)措施共同完成。例如在桥梁主梁与桥墩间安装粘滞阻尼器，可有效抑制桥梁在强风作用下的振动，同时可以抑制一般地震对桥梁的破坏。但在超强台风或强地震作用下，阻尼器的耗能不足可能导致主梁振动位移过大而与桥墩发生碰撞或滑落，导致桥梁的严重破坏或损毁。高层建筑一般采用隔震支座和粘滞阻尼器结合进行地震的减隔震和强风作用下的减振，在超强台风或强地震作用下，结构柱可能发生过大的错动而导致整座大楼的坍塌。采用图1所示的阻尼器，当结构发生过大的振动(震动)时，活塞与活塞缸体间将发生刚性碰撞，从而导致阻尼器破坏，最终可能导致桥梁或房屋结构破坏。另外，现有粘滞阻尼器阻尼力F中α较大，导致阻尼器阻尼力F在正常工作阶段变化就比较大，不利于其耗能能力的充分发挥。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能防止活塞与活塞缸体间发生刚性碰撞、调节阻尼力、并且降低阻尼力F中的α值的速度位移双锁调节式粘滞阻尼器。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该速度位移双锁调节式粘滞阻尼器，包括缸体、活塞、活塞杆、缸体内的粘性流体；所述缸体的外筒两端从外至内设有端盖、密封座，密封座内的活塞杆外嵌套有密封环；活塞杆的一端封闭于端盖内，另一端伸出端盖；其特征在于：活塞杆上中部位于活塞左端加工有活塞杆轴肩，活塞右端的活塞杆上设有压紧螺母；活塞杆上位于活塞杆轴肩和压紧螺母的外侧分别设有左限位块和右限位块，左限位块和右限位块的内侧分别固连有左限位环和右限位环，左限位块、右限位块与活塞的两端面分别通过左外压簧和左拉簧、右外压簧和右拉簧定位；未工作状态下，左限位环和右限位环的端面分别靠近活塞杆轴肩和压紧螺母的端面并留有间隙，左限位环的内径与活塞杆轴肩的外径、右限位环的内径与压紧螺母的外径之间均为间隙配合；所述活塞杆为内空的圆筒状结构，其内腔中部设有一个阀芯；所述阀芯为中间直径较大两端直径较小的三段圆杆状结构，其直径较大中段杆部的中心段的外表面为圆弧面，其直径较大中段杆部除中心段外的两边的外表面为花键形；对应于阀芯直径较大中段杆部的中心段的活塞杆内装有限流环座，限流环座与该段阀芯为间隙配合；对应于阀芯直径较小的左、右段杆部的活塞杆内分别装有左调节螺母、右调节螺母，左调节螺母、右调节螺母的内侧面与阀芯直径较大中段杆部的两端面之间分别设有左内压簧、右内压簧；阀芯两端外侧的活塞杆内分别装有左密封螺塞和右密封螺塞；所述缸体的外筒内壁、外筒两端的密封座和密封环、活塞杆外壁所形成的空腔内装有粘性流体；所述活塞杆的内壁与左密封螺塞、右密封螺塞所形成的空腔内装有粘性流体；所述左限位块和右限位块上加工有轴向节流孔，所述左限位环和右限位环上加工有径向节流孔，所述活塞杆位于左限位块和右限位块内侧的一段圆筒壁上加工有径向节流孔，所述左调节螺母、右调节螺母上加工有轴向节流孔；所述缸体外筒内的左、右限位块，左、右限位环，活塞杆轴肩，压紧螺母，左、右外压簧，左拉簧、右拉簧组成限速限位装置；所述活塞杆内的限流环座，阀芯，左、右内压簧，左、右调节螺母组成限压装置。

具体的，所述左密封螺塞和右密封螺塞与活塞杆内壁采用螺纹连接，其连接内侧面设有密封圈；所述限流环座与活塞杆内壁采用螺纹连接；所述左调节螺母和右调节螺母与活塞杆内壁采用螺纹连接。

本发明采用在活塞左右两边设置限位块、限位环、拉簧和压簧的方式，防止活塞与活塞缸体(两端密封座)间发生刚性碰撞。其原理为(以活塞右侧流体受压为例)：

采用拉簧和压簧共同作用设定限位块的位置，在限位块及与其刚性连接的限位环上设置不同孔径的节流孔。当阻尼器外筒(即缸体外筒)与活塞发生相对运动使得右侧的粘性流体受压，流体通过限位块节流孔、活塞的压紧螺母与限位环间的间隙、活塞杆节流孔、活塞杆内腔，并推动阀芯左移，流体通过阀芯右侧花键槽与节流环座间的间隙流向活塞左侧。通过调节限位块节流孔的孔径大小可以改变限位块两侧流体的压力差，同时通过压簧的刚度和长度改变可以调节限位块与活塞的距离，三者的有效配合，使得当阻尼器外筒与活塞发生相对运动的速度(与结构振动速度对应)超过限定值时，活塞压紧螺母进入限位环内，强迫流体改道通过限位环上的节流孔进入活塞杆内腔。由于限位环上节流孔的孔径小，使得活塞两侧压力差迅速增大，阻尼器阻尼力迅速提高，从而防止结构因快速相对运动而导致的碰撞或落梁问题。当阻尼器发生过大的变形时，限位块首先与阻尼器端部密封座接触，压缩限位块与活塞的距离，从而与限速的原理一样，迅速增大阻尼力，避免阻尼器发生刚性碰撞。调节限位块节流孔的孔径、压簧的刚度和长度、限位环节流孔的孔径及限位环的长度，可以根据需要调节阻尼器的最大限速、冲击系数(限速限位后的最大冲击力与正常工作时最大阻尼力的比值，冲击系数过大易导致阻尼器和结构的损坏，过小同样可能导致阻尼器最终的刚性碰撞)。当左侧流体受压时，原理同上。

本发明在活塞杆内的流体通道上设置限流环座、阀芯、压簧、调节螺母及密封螺塞，形成了流体限压内流通道。其中阀芯中间部分为圆截面，两端为小圆截面，其余部分为花键形截面，阀芯与限流环座采用间隙配合，但间隙小，保证阀芯可在限流环座中心孔内自由滑动，并阻止流体自由通过其间隙。当活塞右侧流体受压，流体压力差推动阀芯左移，当中部截面移出限流环座时，流体通过阀芯花键部位的花键槽流入左侧。通过调节左侧压簧的刚度与初始长度，可以达到调节流体流动时的压差，并且保持其基本稳定，从而达到调节阻尼力，并且降低阻尼力F中的α值的目的，由此提高阻尼器的耗能能力。

本发明的特点体现在如下几点：

(1)利用限位块、限位环及其节流孔，压紧螺母、活塞的结合形成限位机构；

(2)利用限位块及其节流孔，限位环及其节流孔，压紧螺母，拉簧，压簧与活塞的结合形成限速机构；

(3)利用限位块节流孔尺寸，限位环内径及节流孔尺寸，压紧螺母外径，拉簧与压簧的长度与刚度的配合调节冲击系数；

(4)利用阀芯的特殊外形，并利用流体推动阀芯形成交替变化的流体通道；

(5)利用调节螺母、压簧、阀芯形成阻尼力限压调节机构。

因此，本发明能防止活塞与活塞缸体间刚性碰撞的发生；能调节流体流动时的压差，并且保持其基本稳定，从而达到调节阻尼力，并且降低阻尼力F中的α值的目的，由此提高阻尼器的耗能能力。本发明的应用可以消除刚性碰撞对阻尼器和结构的损坏，极大地降低了高层建筑和大跨桥梁等大型结构在地震或风的作用下的损失。并且，以每年在一座大跨度桥梁安装12个大型阻尼器和一栋超高层建筑安装60个中型阻尼器计，产值可达3000万元以上。

附图说明

图1是现有技术中粘滞阻尼器的剖面结构示意图。

图2是本发明实施例的剖面结构示意图。

图3是图1中的A-A剖视图。

图4是图1中的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图2、图3、图4，本实施例包括缸体的外筒4、活塞11、活塞杆28、缸体内的粘性流体5；外筒4的左端从外至内设有左端盖1、左密封座2，左密封座2内的活塞杆28外嵌套有左密封环3；外筒4的右端从外至内设有右端盖18、右密封座17，右密封座17内的活塞杆28外嵌套有右密封环34；左、右端盖与外筒内壁通过螺纹连接；左、右外密封座外圆周面上设有台阶，以与外筒内壁台阶配合定位，左、右外密封座与外筒内壁之间设有密封圈；活塞杆28的左端封闭于左端盖1内，右端伸出右端盖18。从图中可见，活塞杆28上中部位于活塞11左端加工有活塞杆轴肩10，活塞11右端的活塞杆28上设有压紧螺母13，从而将活塞11固定于活塞杆28上；活塞杆28上位于活塞杆轴肩10和压紧螺母13的外侧分别设有左限位块6和右限位块15，左限位块6和右限位块15的内侧分别固连有左限位环7和右限位环16，左限位块6、右限位块15与活塞11的两端面分别通过左外压簧8和左拉簧9、右外压簧12和右拉簧14定位；未工作状态下，左限位环7和右限位环16的端面分别靠近活塞杆轴肩10和压紧螺母13的端面并留有间隙，左限位环7的内径与活塞杆轴肩10的外径为间隙配合，右限位环16的内径与压紧螺母13的外径为间隙配合。活塞杆28为内空的圆筒状结构，其内腔中部设有阀芯22；阀芯22为中间直径较大两端直径较小的三段圆杆状结构，其直径较大中段杆部的中心段的外表面为圆弧面，其直径较大中段杆部除中心段外的两边的外表面为花键形；对应于阀芯直径较大中段杆部的中心段的活塞杆28内螺纹连接有限流环座23，限流环座23的内径与该段阀芯的外径为间隙配合；对应于阀芯直径较小的左、右段杆部的活塞杆28内分别螺纹连接有左调节螺母20、右调节螺母26，左调节螺母20、右调节螺母26的内侧面与阀芯直径较大中段杆部的两端面之间分别设有左内压簧21、右内压簧25；阀芯28两端外侧的活塞杆28内通过螺纹连接有左密封螺塞19和右密封螺塞27，其连接内侧面设有密封圈。从图2、图4中可见，左限位块6和右限位块15上加工有轴向节流孔24，左限位环7和右限位环16上加工有径向节流孔24，活塞杆28位于左限位块6和右限位块15内侧的一段圆筒壁上加工有径向节流孔24，左调节螺母20、右调节螺母26上加工有轴向节流孔24；从图3中可见，阀芯22上的花键槽也视为节流孔24。

本发明的阻尼器由活塞、活塞杆、端盖、外筒等形成阻尼器外腔；活塞杆壁节流孔、活塞杆内腔、限流环座中心孔、阀芯组成粘滞流体压力内流通道；活塞、限位块、限位环、外压簧、压紧螺母(或活塞杆轴肩)、端盖组成限速限位调节装置；阀芯、限流环座、内压簧、调节螺母组成限压调节装置。

本发明的安装过程如下：在活塞杆内腔中位安装限流环座,限流环座与活塞杆内壁用螺纹连接；将阀芯穿过限流环座中心孔插入活塞杆内，从活塞杆左端将左内压簧和左调节螺母依次套在阀芯左端圆杆上，左调节螺母与活塞杆内壁采用螺纹连接；从活塞杆左端将左密封螺塞压入，密封螺塞与活塞杆内壁采用螺纹连接；从活塞杆右端将右内压簧和右调节螺母依次套在阀芯右端圆杆上,右调节螺母与活塞杆内壁采用螺纹连接。

将活塞杆穿入活塞，通过活塞杆轴肩与压紧螺母将活塞固定；限位环与限位块固联(统称限位块)，从活塞杆左侧套入左外压簧、左限位块，并采用左拉簧连接左限位块与活塞，通过左外压簧与左拉簧定位左限位块；从活塞杆右侧套入右外压簧、右限位块，并采用右拉簧连接右限位块与活塞，通过右外压簧与右拉簧定位右限位块。

在外筒左端先压入左密封座、左密封环，再将左端盖与外筒用螺纹连接；将活塞杆及已安装零件从阻尼器外筒右端压入；再在右端活塞杆内加入粘性流体，压入右密封座、右密封环，再用右端盖与阻尼器外筒用螺纹连接；从活塞杆右端将右密封螺塞压入，右密封螺塞与活塞杆内壁采用螺纹连接。

本发明还可有另外的替代方案，比如，在缸体外另增设一导流管,导流管内设置与本方案活塞杆内基本一致的构造。因此，凡是不脱离本发明技术构思的等同技术特征的变换或置换，均应属于本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种速度位移双锁调节式粘滞阻尼器，包括缸体、活塞、活塞杆、缸体内的粘性流体；所述缸体的外筒两端从外至内设有端盖、密封座，密封座内的活塞杆外嵌套有密封环；活塞杆的一端封闭于端盖内，另一端伸出端盖；其特征在于：活塞杆上中部位于活塞左端加工有活塞杆轴肩，活塞右端的活塞杆上设有压紧螺母；活塞杆上位于活塞杆轴肩和压紧螺母的外侧分别设有左限位块和右限位块，左限位块和右限位块的内侧分别固连有左限位环和右限位环，左限位块、右限位块与活塞的两端面分别通过左外压簧和左拉簧、右外压簧和右拉簧定位；未工作状态下，左限位环和右限位环的端面分别靠近活塞杆轴肩和压紧螺母的端面并留有间隙，左限位环的内径与活塞杆轴肩的外径、右限位环的内径与压紧螺母的外径之间均为间隙配合；所述活塞杆为内空的圆筒状结构，其内腔中部设有一个阀芯；所述阀芯为中间直径较大两端直径较小的三段圆杆状结构，其直径较大中段杆部的中心段的外表面为圆弧面，其直径较大中段杆部除中心段外的两边的外表面为花键形；对应于阀芯直径较大中段杆部的中心段的活塞杆内装有限流环座，限流环座与该段阀芯为间隙配合；对应于阀芯直径较小的左、右段杆部的活塞杆内分别装有左调节螺母、右调节螺母，左调节螺母、右调节螺母的内侧面与阀芯直径较大中段杆部的两端面之间分别设有左内压簧、右内压簧；阀芯两端外侧的活塞杆内分别装有左密封螺塞和右密封螺塞；所述缸体的外筒内壁、外筒两端的密封座和密封环、活塞杆外壁所形成的空腔内装有粘性流体；所述活塞杆的内壁与左密封螺塞、右密封螺塞所形成的空腔内装有粘性流体；所述左限位块和右限位块上加工有轴向节流孔，所述左限位环和右限位环上加工有径向节流孔，所述活塞杆位于左限位块和右限位块内侧的一段圆筒壁上加工有径向节流孔，所述左调节螺母、右调节螺母上加工有轴向节流孔；所述缸体外筒内的左、右限位块，左、右限位环，活塞杆轴肩，压紧螺母，左、右外压簧，左拉簧、右拉簧组成限速限位装置；所述活塞杆内的限流环座，阀芯，左、右内压簧，左、右调节螺母组成限压装置。

2.根据权利要求1所述速度位移双锁调节式粘滞阻尼器，其特征在于：所述左密封螺塞和右密封螺塞与活塞杆内壁采用螺纹连接，其连接内侧面设有密封圈；所述限流环座与活塞杆内壁采用螺纹连接；所述左调节螺母和右调节螺母与活塞杆内壁采用螺纹连接。