CN105114513A - 速度位移双锁限压式粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种速度位移双锁限压式粘滞阻尼器。本发明的技术要点是，活塞左、右端面上分别均匀加工有两个限压孔和两个限速限位孔，左端面上的限压孔与右端面上的限速限位孔对应并通过活塞节流孔连通，左端面上的限速限位孔则与右端面上的限压孔对应并通过活塞节流孔连通；限压孔的外端口上设有限压螺母，限压孔的内端面上设有限压阀芯，限压螺母与限压阀芯之间设有限压弹簧；限速限位孔的外端口上设有内限位螺母和外限位螺母，内限位螺母和外限位螺母内套装有底板中心设有限速限位阀芯，限速限位阀芯的内端面与限速限位孔内端面之间设有限速限位弹簧。本发明结构简单、安装方便，能充分发挥粘滞阻尼器的耗能能力。

Description

速度位移双锁限压式粘滞阻尼器

技术领域

本发明属于建筑、桥梁结构的耗能减振技术领域，具体涉及一种速度位移双锁限压式粘滞阻尼器。

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。粘滞阻尼器的结构一般采用剪切阀式，如图1所示。图1中，31为缸体，32为活塞，33为活塞杆，34为节流孔，35为粘滞流体。

阻尼器减振的效果处决于其耗能能力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，速度指数α(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振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。

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，但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。目前虽然出现了调压式粘滞阻尼器，通过在活塞杆内设置流体通道和限压调节装置，减小了粘滞阻尼器阻尼力F中α值，但这种在活塞杆内设置流体通道和限压调节装置的阻尼器结构形式复杂，制作和安装困难。

发明内容

本发明的目的在于解决现有粘滞阻尼器在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的问题，提供一种能防止活塞与活塞缸体间发生刚性碰撞，且结构简单、安装方便、能充分发挥粘滞阻尼器耗能能力的速度位移双锁限压式粘滞阻尼器。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该速度位移双锁限压式粘滞阻尼器，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；活塞通过活塞杆上的轴肩和压紧螺母固定；所述活塞的左、右端面上分别均匀加工有两个限压孔和两个限速限位孔，左端面上的限压孔与右端面上的限速限位孔相对应并通过活塞节流孔连通，左端面上的限速限位孔则与右端面上的限压孔相对应并通过活塞节流孔连通；所述限压孔的外端口上设有带节流孔的限压螺母，限压孔的内端面上设有中心带有节流孔、与活塞节流孔相抵端为花键形的限压阀芯，限压螺母与限压阀芯之间设有限压弹簧；所述限速限位孔的外端口上依次设有内限位螺母和外限位螺母，内限位螺母和外限位螺母内套装有底板中心设有节流孔、侧壁设有限速限位槽的凹形限速限位阀芯，限速限位阀芯的凹形口朝向限速限位孔内端面，限速限位阀芯的凹形口内端面与限速限位孔内端面之间设有限速限位弹簧。

具体的，所述限压螺母为一个圆形块状构件，其中心及其上均匀设有共五个节流孔。

具体的，所述限压阀芯为一个凸圆台形构件，其中心设有节流孔，其底部直径大于活塞节流孔直径，并且其底部四周延伸为四个呈十字形的花键。

具体的，所述限速限位阀芯为一个凹槽形圆筒状构件，其底板中心设有节流孔，其圆筒侧壁上均匀设有四个轴向的限速限位槽。

本发明针对现有的粘滞阻尼器在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的问题，采用在活塞上设置多个单向限速限位阀和压簧的方式，防止活塞与活塞缸体间发生刚性碰撞。其原理为(以活塞右侧流体受压为例)：

采用压簧和限位螺母共同作用设定限速限位阀芯的位置，在限速限位阀芯侧壁设置节流槽即限速限位槽，底板设置节流孔。当阻尼器外筒与活塞发生相对运动使得右侧流体受压，流体通过限速限位阀芯侧壁节流槽和底板节流孔、冲开限压阀芯、通过限压螺母上的节流孔流向活塞左侧。通过调节限速限位阀芯节流槽和节流孔的大小可以改变限速限位阀芯两侧流体的压力差，同时通过压簧的刚度改变限速限位阀芯所能承受的压力，二者的有效配合，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，限速限位阀芯进入活塞孔内，强迫流体只能通过限速限位阀芯底板节流孔和外限位螺母与限速限位阀芯间的细小间隙，由于底板节流孔孔径和外限位螺母与限速限位阀芯间的细小间隙尺寸小，使得活塞两侧压力差迅速增大，阻尼器阻尼力迅速提高，防止阻尼器发生刚性碰撞。当阻尼器发生过大的变形时，限速限位阀芯首先与阻尼器端部密封座接触，压缩限速限位阀芯进入活塞内，强迫流体只能通过外限位螺母与限速限位阀芯间的细小间隙、限速限位阀芯侧壁限速限位槽、冲开限压阀芯、通过限压螺母上的节流孔流向活塞左侧，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。调节限速限位阀芯侧壁节流槽和底板节流孔尺寸、压簧刚度和长度，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。

在活塞内流体通道上设置限压螺母、限压阀芯、限压弹簧，形成了流体限压内流通道。其中限压阀芯为花键形截面，限压阀芯受限压弹簧挤压堵住活塞节流孔。当活塞右侧流体受压，流体压力差推动限压阀芯左移，流体通过限压阀芯与节流孔间隙，经花键部位的间隙槽流入左侧。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。

因此，本发明通能有效防止粘滞阻尼器在结构发生过大的振动(震动)时，活塞与活塞缸体间发生刚性碰撞的问题，同时，能灵活调节阻尼力，有效降低阻尼力F中的α值，由此提高阻尼器的耗能能力。

附图说明

图1是现有采用剪切阀式的粘滞阻尼器的结构示意图。

图2是本发明实施例的粘滞阻尼器的结构示意图。

图3是图2中A-A剖面视图。

图4是图2中限压螺母的横剖面视图。

图5是图2中限压阀芯的俯视图。

图6是图5的D-D剖面视图。

图7是图2中限速限位阀芯的纵剖面视图。

图8是图5的C-C剖面视图。

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1、图2，本实施例的粘滞阻尼器包括缸体、活塞20、活塞杆18、缸体内的粘性流体5；缸体的外筒4左端从外至内设有左端盖1、左密封座2，左密封座内的左密封环3，缸体的外筒4右端从外至内设有右端盖17、右密封座16，右密封座内的右密封环23；活塞杆18的左端封闭于左端盖1内，右端伸出右端盖17；活塞20通过活塞杆18上的轴肩19和压紧螺母21固定。从图1、图2中可见，活塞20的左、右端面上分别均匀加工有两个限压孔9和两个限速限位孔11，左端面上的限压孔9与右端面上的限速限位孔11相对应并通过活塞节流孔10连通，左端面上的限速限位孔11则与右端面上的限压孔9相对应并通过活塞节流孔10连通。限压孔9的外端口上设有限压螺母6，参见图4，限压螺母6为一个圆形块状构件，其中心及其上均匀设有共五个节流孔。限压孔9的内端面上设有限压阀芯8，参见图5、图6，限压阀芯8为一个凸圆台形构件，其中心设有节流孔，其底部直径大于活塞节流孔直径，并且其底部四周延伸为四个呈十字形的花键。限压螺母6与限压阀芯8之间设有限压弹簧7。限速限位孔11的外端口上依次设有内限位螺母12和外限位螺母13，内限位螺母12和外限位螺母13内套装有限速限位阀芯15，参见图7、图8，限速限位阀芯15为一个凹槽形圆筒状构件，其底板中心设有节流孔，其圆筒侧壁上均匀设有四个轴向的限速限位槽22，限速限位阀芯15的凹形口朝向限速限位孔11的内端面，限速限位阀芯15的凹形口内端面与限速限位孔11内端面之间设有限速限位弹簧14。

从以上描述可知，本实施例的阻尼器由活塞20、活塞杆18、左、右端盖、外筒4等形成阻尼器外腔；活塞20开有四个孔形成流体通道；每个活塞孔根据不同孔径分为三部分，中间孔径最小的为活塞节流孔10，两边分别为限压孔9、限速限位孔11；限速限位阀芯15及其侧壁限速限位槽22和底部节流孔、限速限位弹簧14、内限位螺母12、外限位螺母13组成限速限位调节装置；限压阀芯8、限压弹簧7、活塞节流孔10、限压螺母6组成限压调节装置。

本实施例的装配过程如下：

在活塞节流孔一端限压孔内塞入限压阀芯、限压弹簧，限压螺母与活塞限压孔通过螺纹连接。

在活塞节流孔另一端限速限位孔内塞入限速限位弹簧，将限速限位阀开口端与内限位螺母通过螺纹连接，开口朝内，压入限速限位阀，通过螺纹将外限位螺母连接限速限位孔口。

以相同的方式在另三个活塞节流孔处安装限压和限速限位装置，其中有两处限压装置在活塞节流孔左侧，另两处限压装置在活塞节流孔右侧。

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。

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。

从以上描述可知，本发明的阻尼器结构简单、安装方便。

Claims (4)

1.一种速度位移双锁限压式粘滞阻尼器，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；活塞通过活塞杆上的轴肩和压紧螺母固定；其特征在于：所述活塞的左、右端面上分别均匀加工有两个限压孔和两个限速限位孔，左端面上的限压孔与右端面上的限速限位孔相对应并通过活塞节流孔连通，左端面上的限速限位孔则与右端面上的限压孔相对应并通过活塞节流孔连通；所述限压孔的外端口上设有带节流孔的限压螺母，限压孔的内端面上设有中心带有节流孔、与活塞节流孔相抵端为花键形的限压阀芯，限压螺母与限压阀芯之间设有限压弹簧；所述限速限位孔的外端口上依次设有内限位螺母和外限位螺母，内限位螺母和外限位螺母内套装有底板中心设有节流孔、侧壁设有限速限位槽的凹形限速限位阀芯，限速限位阀芯的凹形口朝向限速限位孔内端面，限速限位阀芯的凹形口内端面与限速限位孔内端面之间设有限速限位弹簧。

2.根据权利要求1所述速度位移双锁限压式粘滞阻尼器，其特征在于：所述限压螺母为一个圆形块状构件，其中心及其上均匀设有共五个节流孔。

3.根据权利要求1所述速度位移双锁限压式粘滞阻尼器，其特征在于：所述限压阀芯为一个凸圆台形构件，其中心设有节流孔，其底部直径大于活塞节流孔直径，并且其底部四周延伸为四个呈十字形的花键。

4.根据权利要求1所述速度位移双锁限压式粘滞阻尼器，其特征在于：所述限速限位阀芯为一个凹槽形圆筒状构件，其底板中心设有节流孔，其圆筒侧壁上均匀设有四个轴向的限速限位槽。