CN106641084B - 一种单出杆阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种单出杆阻尼器,属于结构振动控制装置技术领域。包括缸体,分为工作腔室和补偿腔室,两腔室间通过与缸体密封的浮动活塞间隔,工作腔室内填充STF液体;活塞杆一端置于缸体内工作腔室,其端部连接工作活塞,另一端置于缸体外,连接上连接件;补偿腔室内设置弹性件,弹性件一端连接浮动活塞,另一端连接置于缸体端部的橡胶活塞上,当剪切速率较大,工作腔内瞬时振动速度较大时,STF发生剪切增稠产生阻尼力,从而实现工程结构抗冲减振;当剪切速率较小,工作腔室瞬时振动速度较小时,补偿腔室内的弹性件弹性补偿阻尼器初始刚度,从而实现工程结构减振耗能。本发明带有弹性补偿腔室,提供适宜的补偿刚度,达到阻尼器抗冲减振效果。

Description

一种单出杆阻尼器
技术领域
[0001]本发明属于结构振动控制装置技术领域,特别是涉及一种单出杆阻尼器。
背景技术
[0002]在工程实际中,如土木工程、航天工程、车辆工程等多方面中,抗冲减振控制装置 都起着重要的作用。尤其在工程结构领域,自然环境中存在多种动荷载,如地震、爆炸、浮冰 或轮船撞击、碰撞、强风以及冰荷载等。依据荷载变化的快慢不同,这些动荷载可分为周期 性荷随机荷载以及冲击荷载。工程结构在实际环境中,这些动荷载及其组合往往对其造 成大幅振动甚至破坏。因此,复杂荷载环境下的工程结构抗冲减振控制问题尤为重要。
[0003] STF也是一种新型的智能材料,是一种处于固、液混合状态的纳米粒子溶液,由极 其^小的微粒分散悬浮在有机溶剂中组成。STF在正常状态下是略微粘稠的液体,在受到较 大剪切应g或冲击荷载作用后,其表观粘度会急剧增大,甚至能够转变为类固态的物质。此 时,STF的剪切模量远大于其初始的剪切模量。重要的是,当作用于STF上的快速冲击荷载消 失后,STF能瞬间恢复到易于流动的液态,即这种变化是可逆的。STF为场响应材料,其流变 特性随外加应力场的变化而变化。但是,STF阻尼器在低速大幅振动下,其阻尼力和刚度由 于STF没有发生剪切增稠行为,因此其控制效果不理想。
[OCKM] SMA具有良好的形状记忆效应和大应变超弹性等特性。超弹性是SMA的重要力学性 能之一,它是指合金在应力作用下发生马氏体相变,去除应力后发生马氏体逆相变,应变恢 复的性能。SMA可恢复应变达6%〜S%,远优于普通材料的弹性应变(〇. 5%)。近年来,随着 SMA材料研究的发展、制作技术的提高、价格的降低,SMA减、隔震装置在工程领域中的应用 越来越多。
[0005]双出杆式阻尼器由于其结构简单、加工方便,得到了良好的推广应用;相反,单出 杆式阻尼器由于结构较复杂、加工较困难,使得目前研究较少。实际上,单出杆式阻尼器结 构最为紧凑,能在有限的空间内提供较大的行程,这是双出杆阻尼器所无法比拟的。但是现 有传统单出杆阻尼器仍具有附加腔室密闭性差、制作工艺复杂、压强限制等弊端。
发明内容
[0006]针对上述存在的现有单一 STF阻尼器在低剪切速率下耗能不够理想的问题,为使 其在冲击荷载作用下获得适合的补偿力,更好的发挥其阻尼效果,本发明提供一种单出杆 阻尼器。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0008] 本发明一种单出杆阻尼器,包括:
[0009] 缸体,分为工作腔室和补偿腔室,两腔室间通过与缸体密封的浮动活塞间隔,工作 腔室内填充STF液体;
[0010]活塞杆,一端置于缸体内工作腔室,其端部连接工作活塞,另一端置于缸体外,连 接上连接件;
[0011]补偿腔室,内设置弹性件,弹性件一端连接浮动活塞,另一端连接置于缸体端部的 橡胶活塞I上,补偿阻尼器初始刚度,
[0012]当剪切速率较大,工作腔内瞬时振动速度较大时,STF发生剪切增稠产生阻尼力, 从而实现工程结构抗冲减振;当與切速率较小,工作腔室瞬时振动速度较小时,补偿腔室内 的弹性件弹性补偿阻尼器初始刚度,从而实现工程结构减振耗能。
[0013]进一步地,所述补偿腔室的高度H1为缸体高度H的1/4〜1/3。
[0014] 进一步地,所述弹性件最大补偿压缩量为活塞杆完全压入时所需要的体积补偿 量,即:
[0015] Jld2ymax = JlD2Ymax
[0016]其中:d为工作活塞直径,ymax为活塞杆最大压缩量,D为缸体内径,Ymax为弹性件最 大补偿压缩量。
[0017] 进一步地,所述弹性件为SMA弹簧。
[0018]进一步地,所述工作活塞与缸体间隙在1〜3mm之间。
[0019]进一步地,所述活塞杆和缸体间连接有橡胶活塞n。
[0020]进一步地,所述活塞杆与橡胶活塞n之间设有至少一条的密封圈n。
[0021]进一步地,所述浮动活塞与缸体之间设有至少一条密封圈J。
[0022]进一步地,所述工作活塞厚度H2为工作腔室总高度H0的1/4〜1/3。
[0023] 本发明的有益效果为:
[0024] 1 •本发明将SMA弹簧应用于传统STF单出杆阻尼器补偿腔室,通过活塞杆上下移 动,带动工作活塞挤压STF产生阻尼力,同时带动浮动活塞联动SMA弹簧伸缩,发挥其超弹性 性能,提供适宜的补偿刚度,达到阻尼器抗冲减振效果。由于采用STF为响应材料,SMA为补 偿材料,使得该阻尼器可获得较大的阻尼力和刚度,使本发明具有优良的力学特性。
[0025] 2 •本发明补偿腔室浮动活塞不必与缸体吻合,生产工艺简单,从而降低生产成本。 同时改善单出杆阻尼器补偿附加腔室密闭性差、制作工艺复杂、压强限制等问题。
[0026] 3•本发明适应荷载范围广:当剪切速率较大,STF发生剪切增稠行为产生阻尼力, 从而实现工程结构抗冲减振;当剪切速率较小,SMA弹簧发挥其超弹性性能补偿阻尼器初始 刚度,从而实现工程结构减振耗能。
[0027] 4•本发明加工工艺简单:由于阻尼器构造简单,保证单出杆阻尼器较大的有效行 程,同时,对补偿腔室密闭性要求不高,加工工艺简单,减少成本。
附图说明
[0028]图1是本发明的剖视结构示意图。
[0029] 图2是图1的A-A剖视图。
[0030]图中:1 •下连接件,2•下盖板,3.橡胶活塞I,4.活塞杆,5•工作腔室,6.缸体,7•工 作活塞,8.浮动活塞,9.密封圈1,10•补偿腔室,u.弹性件,12.橡胶活塞n,13.上盖板,14. 上连接件,15.密封圈n。
具体实施方式
[0031 ]下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
[0032]实施例:如图1、图2所示,本发明包括一种单出杆阻尼器,包括:
[0033]缸体6,分为工作腔室5和补偿腔室10,两腔室间通过与缸体6密封的浮动活塞8间 隔,工作腔室5内填充STF液体;
[0034]活塞杆4,一端置于缸体6内工作腔室5,其端部连接工作活塞7,另一端置于缸体6 外,连接上连接件14;
[0035]补偿腔室1〇内设置弹性件11,弹性件丨丨一端连接浮动活塞8,另一端连接置于缸体 6端部的橡胶活塞13上;所述弹性件11采用SMA弹簧;
[0036]所述补偿腔室10的高度H1根据实际工程需要设定,为缸体高度11的1/4〜1/3。所述 弹性件最大补偿压缩量为活塞杆4完全压入时所需要的体积补偿量,即:
[0037] Jld2ymax = 3TD2Ymax
[0038]其中:d为工作活塞7的直径,ymax为活塞杆4的最大压缩量,D为缸体6的内径,Yffiax为 弹性件11的最大补偿压缩量。
[0039]浮动活塞对弹性件11存在预压力由工作腔室5内STF液体内压力及浮动活塞8重量 产生,使得弹性件11更好的发挥其补偿特性。预压力大小依据STF阻尼性能、弹性体SMA回弹 性能设定。
[0040]所述工作活塞厚度H2根据实际工程需要设计,为工作腔室5总高度H0的1/4〜1/3, 保证STF剪切行程,剪切效果更好。所述工作活塞7与缸体6间隙在1〜3mm之间,在活塞移动 过程中对STF产生较大剪切应力同时保证工作腔室内STF的流动性。所述活塞杆4和缸体6间 连接有橡胶活塞I3。所述活塞杆4与橡胶活塞II12之间设有至少一条的密封圈n 15,避免缸 体6内STF泄露。所述浮动活塞8与缸体6之间设有至少一条密封圈19,避免STF泄露到补偿腔 室10中。
[0041]当剪切速率较大,活塞杆4上下移动,带动工作活塞7,挤压工作腔室5内的剪切增 稠液体STF,工作腔室5内瞬时振动速度较大时,工作腔室5内STF发生剪切增稠产生阻尼力, 从而实现工程结构抗冲减振;当剪切速率较小,工作腔室5瞬时震动速度较小时,工作腔室5 内的STF剪切增稠效果不够理想,缸体6内的浮动活塞8联动SMA弹簧伸缩,发挥其超弹性性 能,通过补偿腔室10内的U弹性补偿阻尼器初始刚度,从而实现工程结构减振耗能。

Claims (9)

1.一种单出杆阻尼器,其特征在于:包括: 缸体,分为工作腔室和补偿腔室,两腔室间通过与缸体密封的浮动活塞间隔,工作腔室 内填充STF液体; 活塞杆,一端置于缸体内工作腔室,其端部连接工作活塞,另一端置于缸体外,连接上 连接件; 补偿腔室,内设置弹性件,弹性件一端连接浮动活塞,另一端连接置于缸体端部的橡胶 活塞I上,补偿阻尼器初始刚度, 当與切速率较大,工作腔内瞬时振动速度较大时,STF发生剪切增稠产生阻尼力,从而 实现工程结构抗冲减振;当剪切速率较小,工作腔室瞬时振动速度较小时,补偿腔室内的弹 性件弹性补偿阻尼器初始刚度,从而实现工程结构减振耗能。
2.根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述补偿腔室的高度H1为缸体高度 H的1/4 〜1/3 〇
3. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述弹性件最大补偿压缩量为活塞 杆完全压入时所需要的体积补偿量,即: •^d ymax — IlD Ymax 其中:d为工作活塞直径,ymax为活塞杆最大压缩量,D为缸体内径,Ymax为弹性件最大补 偿压缩量。
4. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述弹性件为SMA弹簧。
5. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述工作活塞与缸体间隙在1〜3mm 之间。
6. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述活塞杆和缸体间连接有橡胶活 塞11 〇
7. 根据权利要求6所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述活塞杆与橡胶活塞II之间设有 至少一条的密封圈II。
8. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述浮动活塞与缸体之间设有至少 一条密封圈I。
9. 根据权利要求1所述单出杆阻尼器,其特征在于:所述工作活塞厚度H2为工作腔室总 高度H0的1/4〜1/3。
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