CN107701643A - 一种抗震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗震装置，包括缸体、活塞、端盖、活塞杆、连接缸、和连接部件。缸体套设于活塞外周，活塞套设于活塞杆外周，连接缸与缸体的一端连接，端盖布置在缸体两端，连接部件分别布置在活塞杆上远离连接缸的一端和连接缸上远离缸体的一端，活塞杆与活塞能够沿缸体内壁往复运动。活塞上设有相对布置在活塞杆两侧的锁定阀和阻尼阀，并且，锁定阀处于开启状态时，阻尼阀处于关闭状态，锁定阀处于关闭状态时，阻尼阀能够处于开启状态。能够有效缩短锁定位移，从而提高灵敏度，并且不会影响装置的阻尼性能。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁抗震技术领域，具体涉及一种抗震装置。
背景技术
传统的速度锁定器只能传递荷载，而无法耗散能量，因此只能适应温度变形和混凝土收缩徐变，以及行车制动等低速冲击荷载，而无法在较大的地震荷载下发挥减震作用。粘滞阻尼器具有强大耗能能力，但只局限于高速、大位移运动，如强风、地震荷载；而在低速、小位移运动时，输出力很小，发挥不出粘滞阻尼器耗能能力强的优点，如弱风、行车荷载。现有技术中兼具锁定与阻尼能耗功能的抗震装置，其锁定位移过大，从而造成装置灵敏度下降，并且容易影响阻尼功能，使阻尼性能产生偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具锁定与阻尼能耗功能的抗震装置，能够有效缩短锁定位移，从而提高灵敏度，并且不会影响装置的阻尼性能。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种抗震装置，包括缸体、活塞、端盖、活塞杆、连接缸、和连接部件。缸体套设于活塞外周，活塞套设于活塞杆外周，连接缸与缸体的一端连接，端盖布置在缸体两端，连接部件分别布置在活塞杆上远离连接缸的一端和连接缸上远离缸体的一端，活塞杆与活塞能够沿缸体内壁往复运动。活塞上设有相对布置在活塞杆两侧的锁定阀和阻尼阀，并且，锁定阀处于开启状态时，阻尼阀处于关闭状态，锁定阀处于关闭状态时，阻尼阀能够处于开启状态。
根据本发明的抗震装置，兼具锁定与阻尼耗能功能，可以通过将特定的锁定阀与阻尼阀结合，锁定阀在低速下处于开启状态，确保装置可自由运动，达到锁定速度后立即关闭，可有效缩短锁定位移，提高装置的灵敏度，超过锁定速度后，始终处于关闭状态，确保流体不会通过细长的锁定孔而影响装置的阻尼性能。阻尼阀在低速低压下处于关闭状态，对装置的锁定性能不产生影响，在高速高压下开启，流体从精确设计的阻尼孔中通过，从而产生特定的阻尼性能。从而解决了现有技术中兼具锁定与阻尼能耗功能的抗震装置锁定位移过大造成装置灵敏度下降，并且容易影响阻尼功能使阻尼性能产生偏差的问题。在连续梁桥上使用，可替代传统速度锁定器，解决传统速度锁定器在遭遇较大地震荷载时输出力无限增大，从而导致结构或自身被破坏的问题；在斜拉桥、悬索桥等漂浮、半漂浮体系桥梁上使用，可替代传统粘滞阻尼器，解决传统粘滞阻尼器在行车制动、弱风等低速荷载下几乎无阻力，桥梁长期处于高频、低幅振动易产生疲劳破坏的问题。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明涉及的抗震装置，在一个优选的实施方式中，锁定阀包括锁定阀体、锁定阀芯、第一弹性部件、和第一限位部件。锁定阀体内设有沿轴向布置的锁定孔，锁定阀芯上设有能够与锁定孔连通的第一导流孔。锁定阀芯、第一弹性部件和第一限位部件分别对称布置在锁定孔的两端，并且，锁定阀芯布置在锁定阀体内靠近锁定孔的一端，第一弹性部件布置在锁定阀芯与锁定阀体内壁之间，第一限位部件贴合在锁定阀芯上远离锁定孔的一端。第一弹性部件设有能够使锁定阀芯开启锁定孔的预压缩量，并且锁定阀芯能够关闭锁定孔。
在另一个优选的实施方式中，锁定阀包括锁定阀体、锁定阀芯、第一弹性部件、和第一限位部件。锁定阀体内的一端设有沿轴向布置的锁定孔，锁定阀芯上设有能够与锁定孔连通的第一导流孔。第一限位部件布置在锁定阀体内远离锁定孔的一端，并且，锁定阀芯布置在锁定阀体内靠近锁定孔的一端，第一弹性部件布置在锁定阀芯与锁定阀体内壁之间，第一限位部件贴合在锁定阀芯上远离所述锁定孔的一端。第一弹性部件设有能够使锁定阀芯开启锁定孔的预压缩量，并且锁定阀芯能够关闭锁定孔。锁定阀沿轴向对称布置在活塞上。
进一步地，在一个优选的实施方式中，锁定阀体的外周设有第一密封装置。
设置于锁定阀体外周的第一密封装置，能够进一步防止流体在压力作用下从锁定阀体与活塞之间的间隙流过影响锁定性能。
具体地，在一个优选的实施方式中，阻尼阀包括阻尼阀体、阻尼阀芯、套塞、第二弹性部件、调节部件、和第二限位部件。套塞上设有阻尼孔，阻尼阀芯和第二限位部件上设有能够与阻尼孔连通的第二导流孔。调节部件和第二限位部件分别以可拆卸的方式布置在阻尼阀体的两端，套塞布置在调节部件内，阻尼阀芯布置在阻尼阀体内靠近第二限位部件的一端，第二弹性部件布置在调节部件与阻尼阀芯之间。第二弹性部件设有能够使阻尼阀芯关闭第二导流孔的预压缩量，并且阻尼阀芯能够开启第二导流孔。阻尼阀沿轴向对称布置在活塞上。
本发明中涉及的阻尼阀采用套塞式阻尼孔，加工工艺简单，可实现异形孔的快速加工，可快速切换不同小孔，工程应用性强。
进一步地，在一个优选的实施方式中，阻尼阀体的外周设有第二密封装置。
设置于阻尼阀体外周的第二密封装置，能够进一步防止流体在压力作用下从阻尼阀体与活塞之间的间隙流过影响阻尼性能。
具体地，在一个优选的实施方式中，阻尼孔构造为细长直孔。细长直孔形式的结构加工简单方便、并且阻尼性能好。
进一步地，在一个优选的实施方式中，端盖外周设有第三密封装置。
本发明的端盖与缸体之间设置了密封装置，进一步确保流体全部从指定流道流过，不会因为其他流道的存在而影响锁定或阻尼性能。
进一步地，在一个优选的实施方式中，活塞外周设有第四密封装置。
本发明的活塞与缸体之间设置了密封装置，进一步确保流体全部从指定流道流过，不会因为其他流道的存在而影响锁定或阻尼性能。
具体地，在一个优选的实施方式中，连接部件构造为耳环结构。这种耳环结构的连接部件，可以使得整个抗震装置与外部结构的连接简单快捷、可靠。
与现有技术相比，本发明的优点在于：能够有效缩短锁定位移，从而提高灵敏度，并且不会影响装置的阻尼性能。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的抗震装置的整体结构；
图2示意性显示了本发明实施例的锁定阀的结构；
图3示意性显示了本发明实施例的阻尼阀的结构；
图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f分别示意性显示了本发明实施例的阻尼孔的结构。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的抗震装置10的整体结构。如图1所示，本发明实施例的抗震装置10，包括缸体1、活塞2、端盖3、活塞杆4、连接缸5、和连接部件6。缸体1套设于活塞2外周，活塞2套设于活塞杆4外周，连接缸5与缸体1的一端连接，端盖3布置在缸体1两端，连接部件6分别布置在活塞杆4上远离连接缸5的一端和连接缸5上远离缸体1的一端，活塞杆4与活塞2能够沿缸体1内壁往复运动。活塞2上设有相对布置在活塞杆4两侧的锁定阀7和阻尼阀8，并且，锁定阀7处于开启状态时，阻尼阀8处于关闭状态，锁定阀7处于关闭状态时，阻尼阀8能够处于开启状态。本发明实施例的抗震装置，兼具锁定与阻尼耗能功能，可以通过将特定的锁定阀与阻尼阀结合，锁定阀在低速下处于开启状态，确保装置可自由运动，达到锁定速度后立即关闭，可有效缩短锁定位移，提高装置的灵敏度，超过锁定速度后，始终处于关闭状态，确保流体不会通过细长的锁定孔而影响装置的阻尼性能。阻尼阀在低速低压下处于关闭状态，对装置的锁定性能不产生影响，在高速高压下开启，流体从精确设计的阻尼孔中通过，从而产生特定的阻尼性能。从而解决了现有技术中兼具锁定与阻尼能耗功能的抗震装置锁定位移过大造成装置灵敏度下降，并且容易影响阻尼功能使阻尼性能产生偏差的问题。在连续梁桥上使用，可替代传统速度锁定器，解决传统速度锁定器在遭遇较大地震荷载时输出力无限增大，从而导致结构或自身被破坏的问题；在斜拉桥、悬索桥等漂浮、半漂浮体系桥梁上使用，可替代传统粘滞阻尼器，解决传统粘滞阻尼器在行车制动、弱风等低速荷载下几乎无阻力，桥梁长期处于高频、低幅振动易产生疲劳破坏的问题。如图1所示，进一步地，在一个优选的实施方式中，端盖3外周设有第三密封装置31，活塞2外周设有第四密封装置21。在端盖与缸体之间和活塞与缸体之间设置密封装置，进一步确保流体全部从指定流道流过，不会因为其他流道的存在而影响锁定或阻尼性能。具体地，如图1所示，在一个优选的实施方式中，连接部件6构造为耳环结构。这种耳环结构的连接部件，可以使得整个抗震装置与外部结构的连接简单快捷、可靠。
本发明实施例的抗震装置10，活塞2与缸体1之间设有密封装置，将缸体内部分为两个腔室，活塞杆端耳环和连接缸端耳环分别与外部结构的上、下部连接，当结构受到冲击荷载时，上、下部结构发生相对运动，活塞杆4与活塞2在活塞杆4端耳环的带动下，在缸体1内部发生直线往复运动，流体通过设置于活塞2上的阻尼阀8与锁定阀7在两个腔室之间往复流动，在流动的过程中产生特定的流场，控制锁定阀7与阻尼阀8的开、关，从而在特定的速度下实现锁定或阻尼耗能功能。当锁定阀7为双向作用阀，两个方向作用完全一样，因此一个活塞2上只需要设置一个锁定阀7。阻尼阀8为单向作用阀，只能在一个方向作用，因此一个活塞2上至少需要设置二个阻尼阀8。
图2示意性显示了本发明实施例的锁定阀7的结构。如图2所示，本发明实施例中涉及的锁定阀7，在一个优选的实施方式中，包括锁定阀体71、锁定阀芯72、第一弹性部件73、和第一限位部件74。锁定阀体71内设有沿轴向布置的一个锁定孔75，锁定阀芯72上设有能够与锁定孔75连通的数个第一导流孔76。锁定阀芯72、第一弹性部件73和第一限位部件74分别对称布置在锁定孔75的两端，并且，锁定阀芯72布置在锁定阀体71内靠近锁定孔75的一端，第一弹性部件73布置在锁定阀芯72与锁定阀体71内壁之间，第一限位部件74贴合在锁定阀芯72上远离锁定孔75的一端。第一弹性部件73设有能够使锁定阀芯72开启锁定孔75的预压缩量，对锁定阀芯72施加弹力，并且锁定阀芯72能够关闭锁定孔75。第一限位部件74对锁定阀芯72起定位作用，确保锁定阀芯72与锁定孔75之间的间隙值。进一步地，如图2所示，在一个优选的实施方式中，锁定阀体71的外周设有第一密封装置77。设置于锁定阀体外周的第一密封装置，能够进一步防止流体在压力作用下从锁定阀体与活塞之间的间隙流过影响锁定性能。在另一个未示出的实施例中，锁定阀包括锁定阀体、锁定阀芯、第一弹性部件、和第一限位部件。锁定阀体内的一端设有沿轴向布置的锁定孔，锁定阀芯上设有能够与锁定孔连通的第一导流孔。第一限位部件布置在锁定阀体内远离锁定孔的一端，并且，锁定阀芯布置在锁定阀体内靠近锁定孔的一端，第一弹性部件布置在锁定阀芯与锁定阀体内壁之间，第一限位部件贴合在锁定阀芯上远离所述锁定孔的一端。第一弹性部件设有能够使锁定阀芯开启锁定孔的预压缩量，并且锁定阀芯能够关闭锁定孔。锁定阀沿轴向对称布置在活塞上。
如图2所示，第一弹性部件73为弹簧，第一限位部件74构造为挡圈。第一弹性部件73的预压缩量、锁定孔75的直径与长度、锁定阀芯72与锁定孔75之间的间隙值都经过精确计算而定，保证流体在静止或慢速通过锁定阀芯72与锁定孔75之间的间隙及锁定孔75时，因流体流动而产生的压力损失小于第一弹性部件73所提供的弹力，锁定阀芯72处于最外侧位置，锁定孔75处于开启状态，流体可自由通过锁定孔75。随着流体流速增加，锁定阀芯72两端压力差逐渐增大，流速达到确定值，即锁定速度时，作用于锁定阀芯72两端的压力差产生的压力大于第一弹性部件73弹簧所提供的弹力，锁定阀芯72往锁定孔75方向移动，直至锁定阀芯72的球头完全堵住锁定孔75，流体不再流动，装置锁定。本发明实施例中的锁定阀7，在低速下处于开启状态，确保装置可自由运动；达到锁定速度后立即关闭，可有效缩短锁定位移，提高装置的灵敏度。超过锁定速度后，始终处于关闭状态，确保流体不会通过细长的锁定孔而影响装置的阻尼性能。
图3示意性显示了本发明实施例的阻尼阀8的结构。如图3所示，本发明实施例中涉及的阻尼阀8包括阻尼阀体81、阻尼阀芯82、套塞83、第二弹性部件84、调节部件85、和第二限位部件86。套塞83上设有数个阻尼孔87，阻尼阀芯82和第二限位部件86上设有能够与阻尼孔87连通的数个第二导流孔88。调节部件85和第二限位部件86分别以螺纹连接等可拆卸的方式布置在阻尼阀体81的两端，套塞83布置在调节部件85内，阻尼阀芯82布置在阻尼阀体81内靠近第二限位部件86的一端，第二弹性部件84布置在调节部件85与阻尼阀芯82之间。第二弹性部件84设有能够使阻尼阀芯82关闭第二导流孔88的预压缩量，并且阻尼阀芯82能够开启第二导流孔88。具体地，第二弹性部件84通过压缩变形将弹力作用在阻尼阀芯82上，阻尼阀芯82的球头紧压在第二导流孔88内壁上，确保阻尼阀8处于关闭状态。当流速达到确定值使锁定阀7关闭后，两个腔体就变成完全封闭的空间，外界荷载继续施压，两个腔室中势必有一个腔室受压，流体被压缩导致压力持续上升，当压力升至超过第二弹性部件84的弹力时，阻尼阀芯82被推开，流体从第二导流孔88经过，最终从阻尼孔87流出。第二导流孔88是细长比较大的薄壁孔，对流体的影响可忽略不计。阻尼孔87的直径、长度、数量、分布形式等经过计算确定，可实现特定的阻尼性能。本发明中涉及的阻尼阀采用套塞式阻尼孔，加工工艺简单，可实现异形孔的快速加工，可快速切换不同小孔，工程应用性强。如图3进一步地，在一个优选的实施方式中，阻尼阀体81的外周设有第二密封装置89。设置于阻尼阀体外周的第二密封装置，能够进一步防止流体在压力作用下从阻尼阀体与活塞之间的间隙流过影响阻尼性能。图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f分别示意性显示了本发明实施例的阻尼孔的结构。具体地，如图3和图4a所示，在一个优选的实施方式中，阻尼孔87构造为细长直孔。细长直孔形式的结构加工简单方便、并且阻尼性能好。如图4b至图4f所示，本发明实施例中的阻尼孔87还采用锥孔、交叉孔、波浪形孔等结构形式替代。第二弹性部件84构造为弹簧结构，第二限位部件86构造为挡块。本发明实施例中的阻尼阀8，在低速低压下处于关闭状态，对装置的锁定性能不产生影响，在高速高压下开启，流体从精确设计的阻尼孔中通过，从而产生特定的阻尼性能。
本发明实施例中的抗震装置，其实际输出力F与运动速度V之间的关系为：当抗震装置速度V小于等于0.01mm/s时，抗震装置的实际输出力F小于等于0.1倍设计最大阻尼力Fmax；当抗震装置速度V达到锁定速度时，抗震装置的实际输出力F等于设计锁定力Fd；当抗震装置速度V大于锁定速度时，抗震装置的实际输出力F等于阻尼系数C与速度V的α次方的乘积，其中，α为速度指数，即F＝CVα。
根据上述实施例，可见，本发明涉及的抗震装置，能够有效缩短锁定位移，从而提高灵敏度，并且不会影响装置的阻尼性能。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种抗震装置，其特征在于，包括缸体、活塞、端盖、活塞杆、连接缸、和连接部件；
所述缸体套设于所述活塞外周，所述活塞套设于所述活塞杆外周，所述连接缸与所述缸体的一端连接，所述端盖分别布置在所述缸体的两端，所述连接部件分别布置在所述活塞杆上远离所述连接缸的一端和所述连接缸上远离所述缸体的一端；所述活塞杆与所述活塞能够沿所述缸体内壁往复运动；
所述活塞上设有相对布置在所述活塞杆两侧的锁定阀和阻尼阀，并且，所述锁定阀处于开启状态时，所述阻尼阀处于关闭状态，所述锁定阀处于关闭状态时，所述阻尼阀能够处于开启状态。
2.根据权利要求1所述的抗震装置，其特征在于，所述锁定阀包括锁定阀体、锁定阀芯、第一弹性部件、和第一限位部件；
所述锁定阀体内设有沿轴向布置的锁定孔，所述锁定阀芯上设有能够与所述锁定孔连通的第一导流孔；
所述锁定阀芯、所述第一弹性部件和所述第一限位部件分别对称布置在所述锁定孔的两端，并且，所述锁定阀芯布置在所述锁定阀体内靠近所述锁定孔的一端，所述第一弹性部件布置在所述锁定阀芯与所述锁定阀体内壁之间，所述第一限位部件贴合在所述锁定阀芯上远离所述锁定孔的一端；
所述第一弹性部件设有能够使所述锁定阀芯开启所述锁定孔的预压缩量，并且所述锁定阀芯能够关闭所述锁定孔。
3.根据权利要求1所述的抗震装置，其特征在于，所述锁定阀包括锁定阀体、锁定阀芯、第一弹性部件、和第一限位部件；
所述锁定阀体内的一端设有沿轴向布置的锁定孔，所述锁定阀芯上设有能够与所述锁定孔连通的第一导流孔；
所述第一限位部件布置在所述锁定阀体内远离所述锁定孔的一端，并且，所述锁定阀芯布置在所述锁定阀体内靠近所述锁定孔的一端，所述第一弹性部件布置在所述锁定阀芯与所述锁定阀体内壁之间，所述第一限位部件贴合在所述锁定阀芯上远离所述锁定孔的一端；
所述第一弹性部件设有能够使所述锁定阀芯开启所述锁定孔的预压缩量，并且所述锁定阀芯能够关闭所述锁定孔；
所述锁定阀沿轴向对称布置在所述活塞上。
4.根据权利要求2或3所述的抗震装置，其特征在于，所述锁定阀体的外周设有第一密封装置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的抗震装置，其特征在于，所述阻尼阀包括阻尼阀体、阻尼阀芯、套塞、第二弹性部件、调节部件、和第二限位部件；
所述套塞上设有阻尼孔，所述阻尼阀芯和所述第二限位部件上设有能够与所述阻尼孔连通的第二导流孔；
所述调节部件和所述第二限位部件分别以可拆卸的方式布置在所述阻尼阀体的两端，所述套塞布置在所述调节部件内，所述阻尼阀芯布置在所述阻尼阀体内靠近所述第二限位部件的一端，所述第二弹性部件布置在所述调节部件与所述阻尼阀芯之间；
所述第二弹性部件设有能够使所述阻尼阀芯关闭所述第二导流孔的预压缩量，并且所述阻尼阀芯能够开启所述第二导流孔；
所述阻尼阀沿轴向对称布置在所述活塞上。
6.根据权利要求5所述的抗震装置，其特征在于，所述阻尼阀体的外周设有第二密封装置。
7.根据权利要求5或6所述的抗震装置，其特征在于，所述阻尼孔构造为细长直孔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的抗震装置，其特征在于，所述端盖外周设有第三密封装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的抗震装置，其特征在于，所述活塞外周设有第四密封装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的抗震装置，其特征在于，所述连接部件构造为耳环结构。
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