CN105002998A - 一种变力粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变力粘滞阻尼器，包括一主缸；分别安装在主缸的两端的密封装置，密封装置将主缸的内腔形成密封腔；一设置在主缸内可轴向移动的活塞；穿过活塞和密封装置的活塞杆，活塞杆与活塞固定连接；填充在封腔内的阻尼介质；在活塞上设置有阻尼通孔；阻尼通孔内安装有侧壁上开有长槽的阻尼长轴；长槽分为主长槽、第一辅长槽和第二辅长槽，第一辅长槽和第二辅长槽分别设置在阻尼长轴的两个端部；两个辅长槽的槽深均与主长槽的槽深不同；本发明无需外接控制器和传感器，具有在根据工况需要位移到设定位置时，出力即变大或缩小，该阻尼器在地震或强风等灾害所带来的振动在超出或不足设计规范所规定的范围时，仍能够起到保护建筑物的作用。

Description

一种变力粘滞阻尼器

技术领域

本发明属于用于抗震减振技术领域的阻尼器，具体涉及一种变力粘滞阻尼器。

背景技术

粘滞阻尼器现已在建筑结构和桥梁等领域逐渐使用，用于新建建筑物的振动控制，以及用于现有建筑的抗震加固。目前，已有很多工程使用了粘滞阻尼器，主要是在高层建筑、高耸结构、体育馆、桥梁和铁道等建筑物。粘滞阻尼器的控制机理是将结构的部分振动能量通过阻尼材料消耗掉，达到缓解外载的冲击、减少结构振动以及保护结构安全的目的。

目前国内外所使用的粘滞阻尼器，其消能的阻尼力受制于较多的技术指标，包括阻尼系数、指数、速度和位移等，为使粘滞阻尼器实现较好的阻尼效果，目前常用的方法是采用在粘滞阻尼器的外部附加各类控制器和传感器来对其进行控制，使阻尼器整体的减振系统相当复杂；而且这些控制器和传感器通常都需要采用外供电源来保证其正常工作，但是，由于地震或强风等灾害的不可预知性，当地震来袭时往往会出现供电中断的现象，使控制器和传感器失去作用，因此该类粘滞阻尼器在实际的工程应用中受到一定的限制。

在现有技术中，粘滞阻尼器的出力是按照一定的技术规范进行设计的，但在现实生活中，地震或强风等灾害带来的振动往往偏离我们的设计规范所规定的范围，因此在地震或强风等灾害中，当振动超过设计规范所规定的范围时，会出现粘滞阻尼器的位移超出设计范围，使粘滞阻尼器被破坏而失去保护建筑物的作用。地震或风等外力对建筑物结构进行冲击时，建筑物会发生摇摆，使粘滞阻尼器的活塞产生往复移动，在移动到粘滞阻尼器的两个端部时，粘滞阻尼器所受到的载荷是最小的，在载荷最小时，有时达不到可以使活塞移动的最小力量，活塞不能产生移动，阻尼器不能消耗掉外部载荷所传递给建筑物的能量，这种情况粘滞阻尼器降低了对外部输入能量的消除，从而降低了对建筑物的保护作用。另外，在每一次灾害中，建筑物所受到的振动既有大的也有小的，当小的振动不在设计规范所规定的范围时，粘滞阻尼器不产生位移，无法消除外界传递给建筑物的能量，粘滞阻尼器无法起到保护建筑物的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种变力粘滞阻尼器，该变力粘滞阻尼器无需外接控制器和传感器；其具有在根据工况需要位移到设定位置时，出力即变大或缩小，该阻尼器在地震或强风等灾害所带来的振动在超出或不足我们的设计规范所规定的范围时，仍能够起到保护建筑物的作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变力粘滞阻尼器，包括一主缸；分别安装在主缸的两端的第一密封装置和第二密封装置，第一密封装置和第二密封装置将主缸的内腔形成密封腔；一设置在主缸内可轴向移动的活塞，活塞将上述密封腔分为第一密封腔和第二密封腔；依次穿过第一密封装置、活塞和第二密封装置的活塞杆，活塞杆与活塞固定连接；填充在第一密封腔和第二密封腔内的阻尼介质；

在活塞上均匀设置有至少两个阻尼通孔，阻尼通孔的中心轴线与活塞的中心轴线平行；在阻尼通孔内安装有阻尼长轴，阻尼长轴的侧壁上设置有长槽，长槽沿阻尼长轴的轴向设置；阻尼长轴与阻尼通孔间隙配合；

长槽分为主长槽、第一辅长槽和第二辅长槽，主长槽设置在阻尼长轴的中间部，第一辅长槽和第二辅长槽分别设置在阻尼长轴的两个端部；第一辅长槽和第二辅长槽的槽深均与主长槽的槽深不同。

在将本发明变力粘滞阻尼器安装到高层建筑、高耸结构、体育馆、桥梁和铁道等建筑物时，将活塞杆和主缸分别连接到建筑物结构的设定点上即可。

本发明变力粘滞阻尼器的结构中取消了控制器和传感器等部件，不再需要外供电源来保证其正常工作。

本发明中，在活塞上设置了阻尼长轴，并在阻尼长轴上设置了轴向布置的长槽，长槽将活塞两侧的第一密封腔和第二密封腔连通；当结构受到风或地震等外荷载的冲击振动时，结构通过设定点带动活塞杆和活塞往复运动使得阻尼介质在以活塞为分隔的第一密封腔和第二密封腔之间迅速流动，在此过程中由于阻尼介质的分子间摩擦、阻尼介质与阻尼长轴之间的摩擦、阻尼介质与活塞之间的摩擦以及阻尼介质与活塞杆之间的摩擦的共同作用，阻尼介质在通过长槽与阻尼通孔围成的通道时产生巨大的节流阻尼，形成阻尼力；阻尼力在活塞的往复运动中使得外载的机械能转换为阻尼介质的内能，以热量的形式散发，从而消耗输入的外载振动能量，达到保护结构安全的目的。

在本发明中，长槽在沿阻尼长轴的轴向方向上分为主长槽、第一辅长槽和第二辅长槽，主长槽设置在阻尼长轴的中间部，第一辅长槽和第二辅长槽分别设置在阻尼长轴的两个端部；第一辅长槽和第二辅长槽的槽深均与主长槽的槽深不同。主长槽的槽深是根据建筑物的常规设计规范进行设定，第一辅长槽和第二辅长槽的槽深均是按照主长槽的槽深的一定比例进行设定。本发明变力粘滞阻尼器在建筑物上安装、调试完毕后，活塞处于密封腔的中间位置，当结构受到的风或地震等外荷载的冲击振动在常规设计规范内时，活塞在密封腔内移动时，主要处于主长槽的长度范围内；当结构受到的冲击振动不在常规设计规范内时，活塞在密封腔内移动时，可以偏离密封腔的中间位置到达密封腔的两端，这时，由于长槽两端的第一辅长槽或第二辅长槽的槽深均不同于主长槽的槽深，可以提供不同于常规设计规范所规定的阻尼力，使变力粘滞阻尼器继续发挥作用，使建筑物的仍能受到保护。

第一辅长槽和第二辅长槽的槽深与主长槽的槽深不同，分为如下两种情况：

一、第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要浅，其最佳比例范围是：

H12＝(0.3～0.5)H11，H13＝(0.3～0.5)H11，

上述H11为主长槽的槽深，H12为第一辅长槽的槽深，H13为第二辅长槽的槽深。

二、第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要深，其最佳比例范围是：

H22＝(2～3)H21，H23＝(2～3)H21，

上述H21为主长槽的槽深，H22为第一辅长槽的槽深，H23为第二辅长槽的槽深。

在第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要浅时，当活塞的位置从主长槽移动到第一辅长槽或第二辅长槽后，阻尼介质通道变小，阻尼介质通过阻尼介质通道的流速变大，阻尼力增加，变力粘滞阻尼器的出力升高；当建筑物的结构受到的振动超过设计范围时，活塞在移动到长槽的第一辅长槽或第二辅长槽的范围内时，变力粘滞阻尼器的出力增大，全部或部分抵消外界输入的能量，降低建筑物所受到的损害，继续起到保护建筑物的作用。

在第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要深时，当活塞的位置从主长槽移动到第一辅长槽或第二辅长槽后，阻尼介质通道变大，阻尼介质通过阻尼介质通道的流速变小，阻尼力减小，变力粘滞阻尼器的出力降低；在地震或风等外力对建筑物机构进行冲击时，建筑物发生摇摆，在变力粘滞阻尼器的活塞移动到密封腔的两个端部时，由于第一辅长槽或第二辅长槽的槽深比主长槽要深，此时变力粘滞阻尼器的出力变小，使活塞在小载荷下仍能够产生移动，继续吸收外部输入的能量，最大限度地减少外部载荷对建筑物的损害；另外，在每次灾害的后期，建筑物所受到的振动也变的较小，但是变力粘滞阻尼器的活塞也已偏离阻尼长轴的中间部位，移动长槽的第一辅长槽或第二辅长槽的范围内，小的振动也可以使活塞发生移动，从而消耗掉传递给建筑物的能量，变力粘滞阻尼器可以继续起到保护建筑物的作用。

为延长本发明的使用时间，活塞在主缸内的移动要灵活，活塞要在主缸内灵活移动，除了各个部件的加工精度要保证外，阻尼长轴上的长槽的开设最好在一定的范围内，主长槽的与阻尼长轴的轴正交的截面积与阻尼长轴未开槽时的径向截面积之比需控制在一定的范围内，其最佳比例范围是：S2＝(0.03～0.10)S1，上述S1为阻尼长轴未开槽时的径向截面积，S2为主长槽的与阻尼长轴的轴正交的截面积。

S2具体的设定可以根据实际的情况进行设定。

变力粘滞阻尼器的主要工作范围是在设计规范所规定的范围内，因此第一辅长槽和第二辅长槽在长槽中所占比例应当控制在一定的范围内，最佳范围是：

L2＝(0.1～0.2)L1，L3＝(0.1～0.2)L1，

其中，L1为阻尼长轴的长度，L2为第一辅长槽的长度，L3为第二辅长槽的长度。

阻尼通孔的数量可以根据活塞的端面的大小进行合理的布置，阻尼通孔的数量最少为2个，阻尼通孔的数量太多会增加活塞的加工难度，增加设备的制造成本，一般情况下，阻尼通孔的数量不要超过8个。

合理设置每根阻尼长轴上的长槽的数量，可以使设备的操作方便，加工制造的成本也得到有效的控制，每根阻尼长轴上的长槽的最多不要超过12个。

为有效地增加变力粘滞阻尼器的抗漏能力，延长变力粘滞阻尼器的使用寿命，在活塞与主缸的内壁之间设置有主密封件。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构简图。

图2是图1中A—A处的剖面图。

图3是本发明变力粘滞阻尼器中的阻尼长轴的第一种结构示意图。

图4是本发明变力粘滞阻尼器中的阻尼长轴的第二种结构示意图。

图中标记：

2—活塞杆，4—主缸，5—阻尼长轴，6—活塞，8—副缸，

11—活塞杆耳环，12—缸体耳环，31—锁紧螺母，32—第一端盖，

42—第二端盖，51—长槽，61—阻尼通孔，

71—第一密封腔，72—第二密封腔，81—防护腔。

具体实施方式

实施例1：

参阅图1，一种变力粘滞阻尼器，包括一主缸4；分别安装在主缸4的两端的第一密封装置和第二密封装置，第一密封装置和第二密封装置将主缸4的内腔形成密封腔；一设置在主缸4内可轴向移动的活塞6，活塞6将上述密封腔分为第一密封腔71和第二密封腔72；依次穿过第一密封装置、活塞6和第二密封装置的活塞杆2，活塞杆2与活塞6固定连接；填充在第一密封腔和第二密封腔内的阻尼介质。

参阅图2，在活塞2上均匀设置有至少两个阻尼通孔61，阻尼通孔61的中心轴线与活塞2的中心轴线平行；在阻尼通孔61内安装有阻尼长轴5，阻尼长轴5的侧壁上设置有长槽51，长槽51沿阻尼长轴5的轴向设置；阻尼长轴5与阻尼通孔61间隙配合。

长槽51分为主长槽、第一辅长槽和第二辅长槽，主长槽设置在阻尼长轴5的中间部，第一辅长槽和第二辅长槽分别设置在阻尼长轴5的两个端部；第一辅长槽和第二辅长槽的槽深均与主长槽的槽深不同。

参阅图3，第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要浅，其最佳比例范围是：

H12＝(0.3～0.5)H11，H13＝(0.3～0.5)H11，

上述H11为主长槽的槽深，上述H12为第一辅长槽的槽深，上述H13为第二辅长槽的槽深。

在本实施例中：

H12＝0.3H11，H13＝0.3H11；

S2＝0.03S1；

L2＝0.1L1，L3＝0.1L1，

上述S1为阻尼长轴5未开槽时的径向截面积，S2为主长槽的与阻尼长轴的轴正交的截面积。

L1为阻尼长轴的长度，L2为第一辅长槽的长度，L3为第二辅长槽的长度。

在本实施例中，阻尼通孔的数量为2个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为1个。

实施例2：

本实施例中，H12＝0.5H11，H13＝0.5H11；

S2＝0.10S1；

L2＝0.2L1，L3＝0.2L1，

本实施例中所有符号的意义同实施例1。

阻尼通孔的数量为5个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为12个。

实施例3：

本实施例中，H12＝0.3H11，H13＝0.5H11；

S2＝0.07S1；

L2＝0.1L1，L3＝0.2L1，

本实施例中所有符号的意义同实施例1。

阻尼通孔的数量为8个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为8个。

实施例4：

参阅图4，第一辅长槽和第二辅长槽的槽深较主长槽的槽深要深，其最佳比例范围是：

H22＝(2～3)H21，H23＝(2～3)H21，

上述H21为主长槽的槽深，上述H22为第一辅长槽的槽深，上述H23为第二辅长槽的槽深。

在本实施例中，H22＝2H21，H23＝2H21。

S2＝0.03S1；

L2＝0.1L1，L3＝0.15L1，

阻尼通孔的数量为8个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为5个。

本实施例中符号S1、S2、L1、L2、L3的意义同实施例1。

实施例5：

本实施例中，H22＝3H21，H23＝3H21。

S2＝0.07S1；

L2＝0.15L1，L3＝0.2L1，

本实施例中所有符号的意义同实施例4。

阻尼通孔的数量为3个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为3个。

实施例6：

本实施例中，H22＝3H21，H23＝2H21。

S2＝0.1S1；

L2＝0.2L1，L3＝0.1L1，

本实施例中所有符号的意义同实施例4。

阻尼通孔的数量为4个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为10个。

实施例7：

本实施例是在实施例6基础上进行的改进，在主长槽与第一辅长槽之间设置有第一过渡槽，第一过渡槽的槽底由主长槽的槽底倾斜延伸到第一辅长槽的槽底。

当然主长槽与第二辅长槽之间也可以设置有第二过渡槽，使第二过渡槽的槽底由主长槽的槽底倾斜延伸到第二辅长槽的槽底。

在上述任何实施例中，均可在主长槽与第一辅长槽之间设置设置过渡槽，也可在主长槽与第二辅长槽之间设置设置过渡槽。

为了方便地将本发明变力粘滞阻尼器安装固定在建筑物的结构上，在本实施例中还设置了连接在主缸上的缸体耳环12和连接在活塞杆上的活塞杆耳环11。

在本实施中，还设置了副缸8，副缸8安装在主缸4的一端，副缸8设置有供活塞杆2伸入的防护腔81。

在本实施例中，第一密封装置设置在主缸朝向活塞杆耳环的一端，第一密封装置包括第一端盖32和将第一端盖32压紧的锁紧螺母31，在第一端盖32与主缸4的内壁之间安装有橡胶密封圈。第二密封装置设置在主缸4朝向缸体耳环12的一端，第二密封装置包括第二端盖42，在本实施例中，副缸8与主缸4的连接采用螺纹连接，副缸8连接在主缸4的内壁上，副缸8还作为第二密封装置的一部分，将第二端盖42压紧，在第二端盖42与主缸4的内壁间安装有密封件。

上述的第一端盖32和第二端盖42也可以采用螺纹连接在主缸4的缸体上。

在活塞6与主缸4的内壁之间设置有主密封件，在本实施例中，主密封件为嵌套在活塞6的圆周面上的轴向滑动金属圈。

在现有技术中，密封技术已非常成熟，本领域的技术人员根据实际需要可选择合适的密封件来对密封腔进行密封，使密封腔内的阻尼介质不外泄，以及使第一密封腔和第二密封腔内的阻尼介质不能通过活塞6与主缸4内壁之间的缝隙相互流动，在此不再赘述。

为将设备的功能发挥到最佳状态，阻尼长轴的长度较密封腔的长度不要短太多，阻尼长轴的长度较密封腔的长度最多短0.5mm。

实施例8：

表一为本发明变力粘滞阻尼器中单根阻尼长轴的试验数据，试验所采用的阻尼长轴的直径为22mm，F1、F2分别是活塞在主长槽和第一辅长槽段以同样的速度移动相同距离时所产生的阻尼力。

表一

由表1中的数据可以看出，活塞在同样的移动速度下移动相同的距离时，在不同的槽深下，所产生的阻尼力的差异是非常大的。

这说明，当建筑物的结构受到的风或地震等外荷载的冲击振动在常规设计规范内时，本发明可以正常发挥作用，当结构受到的冲击振动不在常规设计规范内时，活塞在移动到第一辅长槽或第二辅长槽后，可以提供不同于常规设计规范所规定的阻尼力，使变力粘滞阻尼器继续发挥作用，建筑物的仍能受到保护。

Claims (10)

1.一种变力粘滞阻尼器，

包括一主缸；

分别安装在主缸的两端的第一密封装置和第二密封装置，第一密封装置和第二密封装置将主缸的内腔形成密封腔；

一设置在主缸内可轴向移动的活塞，活塞将上述密封腔分为第一密封腔和第二密封腔；

依次穿过第一密封装置、活塞和第二密封装置的活塞杆，活塞杆与活塞固定连接；

填充在第一密封腔和第二密封腔内的阻尼介质；

其特征在于：

在活塞上均匀设置有至少两个阻尼通孔，阻尼通孔的中心轴线与活塞的中心轴线平行；

在阻尼通孔内安装有阻尼长轴，阻尼长轴的侧壁上设置有长槽，长槽沿阻尼长轴的轴向设置；阻尼长轴与阻尼通孔间隙配合；

长槽分为主长槽、第一辅长槽和第二辅长槽，主长槽设置在阻尼长轴的中间部，第一辅长槽和第二辅长槽分别设置在阻尼长轴的两个端部；第一辅长槽和第二辅长槽的槽深均与主长槽的槽深不同。

2.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：

H12＝(0.3～0.5)H11，

H13＝(0.3～0.5)H11，

所述H11为主长槽的槽深，

所述H12为第一辅长槽的槽深，

所述H13为第二辅长槽的槽深。

3.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：

H22＝(2～3)H21，

H23＝(2～3)H21，

所述H21为主长槽的槽深，

所述H22为第一辅长槽的槽深，

所述H23为第二辅长槽的槽深。

4.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：

S2＝(0.03～0.10)S1，

所述S1为阻尼长轴未开槽时的径向截面积，

所述S2为主长槽的与阻尼长轴的轴正交的截面积。

5.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：

L2＝(0.1～0.2)L1，

L3＝(0.1～0.2)L1，

所述L1为阻尼长轴的长度，

所述L2为第一辅长槽的长度，

所述L3为第二辅长槽的长度。

6.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：阻尼通孔的数量为2～8个；每根阻尼长轴上的长槽的数量为1～12个。

7.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：主长槽与第一辅长槽之间设置有第一过渡槽，第一过渡槽的槽底由主长槽的槽底倾斜延伸到第一辅长槽的槽底；

主长槽与第二辅长槽之间设置有第二过渡槽，第二过渡槽的槽底由主长槽的槽底倾斜延伸到第二辅长槽的槽底。

8.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：活塞与主缸的内壁之间设置有主密封件。

9.根据权利要求1所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：还包括连接在主缸上的缸体耳环和连接在活塞杆上的活塞杆耳环。

10.根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的变力粘滞阻尼器，其特征在于：还包括设置在主缸的一端的副缸，副缸设置有供活塞杆伸入的防护腔。