CN104847838B - 具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,它包括由上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸组成的MRG磁场闭合回路;由支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环组成的MRE磁场闭合回路;MRG高频工作部分和MRE低频工作部分共同组成本发明的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器。本发明可为土木工程和机械工程结构在遭遇低频地震及高频冲击不同激励时进行更有效的隔震减振,克服了传统橡胶隔震器出力调节范围有限、出力不可控的缺陷;与现有智能隔震器相比,本发明适用激励范围宽,对于高、低频不同激励均可有效进行隔震减振,挤压型设计使其具有低频激励下出力更大的特点。
Description
技术领域
本发明主要涉及结构隔震减振技术领域,尤其是涉及一种基于磁流变材料,具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能可调隔震器。
背景技术
隔震技术作为“以柔克刚,隔震消能”的结构振动控制新途径之一,具有技术简单、造价低、性能可靠的优点,是国内外研究和应用最早的抗震减振方法,隔震装置在应用中取得了良好效果,但所暴露出来的问题不容忽略。如:隔震体系主要依赖橡胶隔震层的柔韧性,对结构的位移响应和加速度响应不易同时控制;传统基础隔震技术仍属于被动控制技术,其性能较为单一,适应性不强,出力不可控,其减振效果明显依赖于输入激励的频谱特性和结构的动态特性,适用激励范围窄;在低频振动及高频冲击等恶劣环境激励下不能进行有效的隔震减振。
磁流变胶(Magnetorheological Gel,简称MRG)和磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,简称MRE)均是性能优异的智能材料,最突出的特征是它的力学性能、电学性能等可以由磁场控制,其磁场可控的性能称为磁流变效应。MRG是将磁性颗粒分散到凝胶基体中,形成一个性能较MRF更为稳定的胶状体系,克服了磁流变液(Magnetorheologcal Fluid,简称MR)的沉降问题。MRE是将微米级的铁磁性颗粒散布在高分子聚合物(如橡胶)中固化形成有序结构,它兼有MR材料和弹性体的优点,又克服了MR沉降、稳定性差等缺点。磁流变智能材料的优异性能使得它非常适用于主动、半主动控制装置,从而实现隔震减振器件的智能调控。
很多科研部门和研究机构对智能隔震器进行了探索和研究,国内专利:CN200910062822.1公开的“自适应调节剪切性能的叠层型智能隔震支座”、CN201120409690.8公开的“智能隔震橡胶支座”、CN201310600630.8公开的“一种新型智能隔震橡胶支座”等,它们中部分装置克服了传统隔震器的缺点,但是有些采用的材料是传统橡胶,利用敏感元件及外部智能测试方法进行隔震器集中监测和自动监测,实现开环的智能隔震;有些采用MRE智能材料,利用励磁线圈产生磁场进行激励的方法对隔震器进行闭环实时控制,但是主要还是采用叠层MRE的剪切模式实现智能出力。这些设计的隔震器要么没有真正实现闭环的智能控制,要么存在不适应振动频率相差较大恶劣激励环境的问题。
发明内容
技术问题:针对现有技术存在的技术问题,本发明涉及一种统一了低频地震及高频冲击不同激励进行隔震减振的智能隔震器,克服了传统橡胶隔震器出力调节范围有限、出力不可控的缺陷;与现有智能隔震器相比,本发明适用激励范围宽,对于高、低频不同激励均可有效进行隔震减振,挤压型设计使其具有低频激励下出力更大的特点。
技术方案:
一种具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,包括上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸、支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、MRG励磁线圈、限位挡环、磁流变胶MRG、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE、MRE励磁线圈及圆形橡胶垫片;上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸、MRG励磁线圈、限位挡环、磁流变胶MRG组合成MRG高频工作部分,结构形式如图2所示;支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE及MRE励磁线圈组合成MRE低频工作部分,结构形式如图3所示;上盖板与限位挡环通过螺栓连接;上盖板与MRG工作盘通过MRG磁轭棒连接;MRG底盘与MRG工作缸通过螺栓连接;圆形橡胶垫片与MRG底盘、支撑盘两者均通过胶结方式连接;支撑盘与下盖板通过MRE磁轭棒连接;下盖板与MRE支撑缸通过螺栓连接;内衬缸、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE及MRE支撑缸通过硫化方式处理成挤压型MRE整体,挤压式极板环结构形式如图4所示;MRG高频工作部分和MRE低频工作部分共同组成本发明的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器;上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸组成MRG磁场闭合回路,由MRG励磁线圈(11)激励产生磁场,如图5上部回路所示;支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环组成MRE磁场闭合回路,由MRE励磁线圈(20)激励产生磁场,如图5下部回路所示。
MRG工作盘与MRG底盘之间的间隙即为MRG工作通道,内部充满磁流变胶MRG,为保证磁路并减少磁漏,在MRG励磁线圈周围布置MRG隔磁铜环,MRG隔磁铜环与MRG工作缸之间也充满磁流变胶MRG,上盖板与MRG工作缸之间设置O型密封圈。在水平向高频小位移激励时,上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG励磁线圈、限位挡环和MRG隔磁铜环组成的整体受力机构与MRG底盘、MRG工作缸两者组成的受力机构之间发生水平向小位移错动,同时磁流变胶MRG在MRG工作通道中被挤压流动。MRG励磁线圈两端穿过MRG导线孔与外部电源连接,通过调节MRG励磁线圈中电流改变MRG工作通道中磁流变胶MRG的“硬化”-磁流变效应,从而表现可调的抗冲击能力,调节能力的大小由MRG励磁线圈中通入电流大小决定。
在水平向低频大位移激励时,MRG工作盘与MRG工作缸内侧接触,限位挡环与MRG工作缸外侧接触,MRG高频工作部分形成一个受力整体机构,随着位移增大,MRG底盘与支撑盘之间发生错动,并对圆形橡胶垫片施加水平向剪切力,MRG高频工作部分的MRG底盘、MRG工作缸与内衬缸内侧接触,并传递水平力。支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环组成MRE磁场闭合回路,为保证磁路并减少磁漏,在MRE励磁线圈周围布置下盘隔磁铜环,并设置环状隔磁间隙,由MRE励磁线圈激励产生磁场。内衬缸、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE及MRE支撑缸通过硫化方式处理成挤压型MRE整体,在挤压型MRE整体上部布置MRE柔性保护环片,下部设置MRE隔磁支撑片。内衬缸外侧水平向挤压该挤压型MRE,从而传递水平力。MRE励磁线圈两端穿过MRE导线孔与外部电源连接,通过调节MRE励磁线圈中电流改变挤压式极板环之间环状磁流变弹性体MRE的“硬化”-磁流变效应,从而表现上述水平力的智能调节,实现可调的减振能力,调节能力的大小由MRE励磁线圈中通入电流大小决定。最终实现隔震器的智能高频抗冲及低频减振。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明针对现有隔震器在振动频率相差较大的低频振动及高频冲击等恶劣环境激励下不能进行有效的隔震减振的缺陷,采用阻尼可调性能优异的MRG材料和刚度可调同时可保持弹性体的优点的MRE材料,分别设计适用高频抗冲击的MRG高频工作部分和适用低频减振的MRE低频工作部分。MRG高频工作部分和MRE低频工作部分共同组成本发明的智能隔震器,从而适用激励范围宽,同时具备高频抗冲及低频减振的优点。
2、本发明针对现有被动隔震器采用橡胶材料、高阻尼材料传统材料,其控制技术性能单一、适应性不强、出力调节范围有限、出力不可控,并且其减振效果明显依赖于输入激励的频谱特性和结构的动态特性,适用激励范围窄的缺陷,采用MRG和MRE智能材料,利用励磁线圈产生磁场进行激励的方法对隔震器实现真正闭环智能控制。
3、本发明针对现有MRE智能隔震器采用叠层型而出力不够大,并且最大阻尼力不能随位移增大而相应增大的问题,采用挤压型方式可使隔震器低频激励下的出力在位移增大时迅速增大,其出力明显更为优异。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明隔震器的MRG高频工作部分示意图;
图3为本发明隔震器的MRG高频工作部分示意图;
图4为本发明隔震器的挤压式极板环示意图;
图5为本发明隔震器磁路示意图。
图中:
1- 上盖板 15- MRG隔磁铜环
2- MRG磁轭棒 16- 挤压式极板环
3- MRG工作盘 17- 环状磁流变弹性体MRE
4- MRG底盘 18- MRE柔性保护环片
5- MRG工作缸 19- 下盘隔磁铜环
6- 支撑盘 20- MRE励磁线圈
7- MRE磁轭棒 21- 环状隔磁间隙
8- 下盖板 22- MRE隔磁支撑片
9- 内衬缸 23- 圆形橡胶垫片
10- MRE支撑缸 24- O型密封圈
11- MRG励磁线圈 25- MRG导线孔
12- MRG工作通道 26- MRE导线孔
13- 限位挡环 27- MRG高频工作部分
14- 磁流变胶MRG 28- MRE低频工作部分
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,包括上盖板(1)、MRG磁轭棒(2)、MRG工作盘(3)、MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)、支撑盘(6)、MRE磁轭棒(7)、下盖板(8)、内衬缸(9)、MRE支撑缸(10)、MRG励磁线圈(11)、限位挡环(13)、磁流变胶MRG(14)、挤压式极板环(16)、环状磁流变弹性体MRE(17)、MRE励磁线圈(20)及圆形橡胶垫片(23),其特征在于:上盖板(1)、MRG磁轭棒(2)、MRG工作盘(3)、MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)、MRG励磁线圈(11)、限位挡环(13)、磁流变胶MRG(14)组合成MRG高频工作部分(27);支撑盘(6)、MRE磁轭棒(7)、下盖板(8)、内衬缸(9)、MRE支撑缸(10)、挤压式极板环(16)、环状磁流变弹性体MRE(17)及MRE励磁线圈(20)组合成MRE低频工作部分(28);上盖板(1)与限位挡环(13)通过螺栓连接;上盖板(1)与MRG工作盘(3)通过MRG磁轭棒(2)连接;MRG底盘(4)与MRG工作缸(5)通过螺栓连接;圆形橡胶垫片(23)与MRG底盘(4)、支撑盘(6)两者均通过胶结方式连接;支撑盘(6)与下盖板(8)通过MRE磁轭棒(7)连接;下盖板(8)与MRE支撑缸(10)通过螺栓连接;内衬缸(9)、挤压式极板环(16)、环状磁流变弹性体MRE(17)及MRE支撑缸(10)通过硫化方式处理成挤压型MRE整体;MRG高频工作部分(27)和MRE低频工作部分(28)共同组成本发明的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器。上盖板(1)、MRG磁轭棒(2)、MRG工作盘(3)、MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)组成MRG磁场闭合回路;支撑盘(6)、MRE磁轭棒(7)、下盖板(8)、内衬缸(9)、MRE支撑缸(10)、挤压式极板环(16)组成MRE磁场闭合回路。
工作原理:本发明的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器由MRG高频工作部分(27)和MRE低频工作部分(28)共同组成。本发明隔震器上盖板(1)、MRG磁轭棒(2)、MRG工作盘(3)、MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)组成MRG磁场闭合回路,由MRG励磁线圈(11)激励产生磁场,如图5上部回路所示。MRG工作盘(3)与MRG底盘(4)之间的间隙即为MRG工作通道(12),内部充满磁流变胶MRG(14),为保证磁路并减少磁漏,在MRG励磁线圈(11)周围布置MRG隔磁铜环(15),MRG隔磁铜环(15)与MRG工作缸(5)之间也充满磁流变胶MRG(14),上盖板(1)与MRG工作缸(5)之间设置O型密封圈(24)。在水平向高频小位移激励时,上盖板(1)、MRG磁轭棒(2)、MRG工作盘(3)、MRG励磁线圈(11)、限位挡环(13)和MRG隔磁铜环(15)组成的整体受力机构与MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)两者组成的受力机构之间发生水平向小位移错动,同时磁流变胶MRG(14)在MRG工作通道(12)中被挤压流动。MRG励磁线圈(11)两端穿过MRG导线孔(25)与外部电源连接,通过调节MRG励磁线圈(11)中电流改变MRG工作通道(12)中磁流变胶MRG(14)的“硬化”-磁流变效应,从而表现可调的抗冲击能力,调节能力的大小由MRG励磁线圈(11)中通入电流大小决定。
在水平向低频大位移激励时,MRG工作盘(3)与MRG工作缸(5)内侧接触,限位挡环(13)与MRG工作缸(5)外侧接触,MRG高频工作部分(27)形成一个受力整体机构,随着位移增大,MRG底盘(4)与支撑盘(6)之间发生错动,并对圆形橡胶垫片(23)施加水平向剪切力,MRG高频工作部分(27)的MRG底盘(4)、MRG工作缸(5)与内衬缸(9)内侧接触,并传递水平力。支撑盘(6)、MRE磁轭棒(7)、下盖板(8)、内衬缸(9)、MRE支撑缸(10)、挤压式极板环(16)组成MRE磁场闭合回路,为保证磁路并减少磁漏,在MRE励磁线圈(20)周围布置下盘隔磁铜环(19),并设置环状隔磁间隙(21),由MRE励磁线圈(20)激励产生磁场,如图5下部回路所示。内衬缸(9)、挤压式极板环(16)、环状磁流变弹性体MRE(17)及MRE支撑缸(10)通过硫化方式处理成挤压型MRE整体,在挤压型MRE整体上部布置MRE柔性保护环片(18),下部设置MRE隔磁支撑片(22)。内衬缸(9)外侧水平向挤压该挤压型MRE,从而传递水平力。MRE励磁线圈(20)两端穿过MRE导线孔(26)与外部电源连接,通过调节MRE励磁线圈(20)中电流改变挤压式极板环(16)之间环状磁流变弹性体MRE(17)的“硬化”-磁流变效应,从而表现上述水平力的智能调节,实现可调的减振能力,调节能力的大小由MRE励磁线圈(20)中通入电流大小决定。最终实现隔震器的智能高频抗冲及低频减振。
Claims (4)
1.一种具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,包括上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸、支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、MRG励磁线圈、限位挡环、磁流变胶MRG、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE、MRE励磁线圈及圆形橡胶垫片;其特征在于:上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸、MRG励磁线圈、限位挡环、磁流变胶MRG组合成MRG高频工作部分;支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE及MRE励磁线圈组合成MRE低频工作部分;上盖板与限位挡环通过螺栓连接;上盖板与MRG工作盘通过MRG磁轭棒连接;MRG底盘与MRG工作缸通过螺栓连接;圆形橡胶垫片与MRG底盘、支撑盘两者均通过胶结方式连接;支撑盘与下盖板通过MRE磁轭棒连接;下盖板与MRE支撑缸通过螺栓连接;内衬缸、挤压式极板环、环状磁流变弹性体MRE及MRE支撑缸通过硫化方式处理成挤压型MRE整体;MRG高频工作部分和MRE低频工作部分共同组成具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器;上盖板、MRG磁轭棒、MRG工作盘、MRG底盘、MRG工作缸组成MRG磁场闭合回路,由MRG励磁线圈激励产生磁场;支撑盘、MRE磁轭棒、下盖板、内衬缸、MRE支撑缸、挤压式极板环组成MRE磁场闭合回路,由MRE励磁线圈激励产生磁场;
MRG工作盘与MRG底盘之间留有间隙,内部充满磁流变胶MRG;MRG隔磁铜环与MRG工作缸之间也充满磁流变胶MRG;MRG励磁线圈两端穿过MRG导线孔与外部电源连接,通过调节MRG励磁线圈中电流改变MRG工作通道中磁流变胶MRG的“硬化”-磁流变效应,从而表现可调的抗冲击能力;在水平向低频大位移激励时,MRG工作盘与MRG工作缸内侧接触,限位挡环与MRG工作缸外侧接触,MRG高频工作部分形成一个受力整体机构,随着位移增大,MRG底盘与支撑盘之间发生错动,并对圆形橡胶垫片施加水平向剪切力;MRG高频工作部分的MRG底盘、MRG工作缸与内衬缸内侧接触,并传递水平力;在MRE励磁线圈周围布置下盘隔磁铜环,并设置环状隔磁间隙,由MRE励磁线圈激励产生磁场;MRE励磁线圈两端穿过MRE导线孔与外部电源连接,通过调节MRE励磁线圈中电流改变挤压式极板环之间环状磁流变弹性体MRE的“硬化”-磁流变效应,从而表现上述水平力的智能调节,实现可调的减振能力。
2.根据权利要求1所述的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,其特征在于:MRG励磁线圈周围布置MRG隔磁铜环。
3.根据权利要求1所述的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,其特征在于:上盖板与MRG工作缸之间设置O型密封圈。
4.根据权利要求1所述的具备高频抗冲及低频减振特性的挤压型智能隔震器,其特征在于:挤压型MRE整体上部布置MRE柔性保护环片,下部设置MRE隔磁支撑片。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |