CN108035452B - 一种压电变摩擦主导型复合减震装置 - Google Patents

一种压电变摩擦主导型复合减震装置 Download PDF

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Abstract

一种压电变摩擦主导型复合减震装置，主要由作动板、连接板、上下固定板、摩擦板、左右滑动板、滑槽、矩形挡块、高强螺栓、SMA丝、环形压电驱动器等组成。固定板与摩擦板通过机械手段固定，左、右滑动板均穿过上、下固定板并可在滑槽中滑动。环形压电驱动器设置于上固定板顶面与螺帽之间，作动板依次穿过左、右滑动板，其上留有右侧高强螺栓活动孔，且有一矩形挡块来调节SMA丝的介入点。SMA丝固定在两滑动板之间，并在上下两侧对称布置。左、右高强螺栓均穿过压电驱动器、固定板和摩擦板，且左侧高强螺栓还穿过连接板，右侧高强螺栓穿过滑动板。本发明是一种以压电变摩擦耗能为主的复合减震装置，减震效果好，构造简单，机理明确，便于实际工程应用。

Description

一种压电变摩擦主导型复合减震装置
技术领域
本发明属于工程结构智能减震技术领域，特别涉及一种压电变摩擦主导型复合减震装置。
背景技术
形状记忆合金(SMA)和压电陶瓷材料是两种结构振动控制领域常用的智能材料，前者主要被制作成SMA被动阻尼器，其性能稳定，但控制力不可调；而后者主要被制作成压电半主动减震装置，其具有响应快、控制力可调的优点，但往往在大震中出力有限，耗能能力不够，不能有效减小地震作用。将SMA材料与压电材料复合制成混合型减震装置可以实现优势互补，起到全过程有效减震的效果，因此SMA-压电复合型减震装置已成为当下研究的热点。如公开号：CN105201099A设计的SMA压电摩擦智能混合阻尼器是一种SMA为主的混合减震装置，在中小震时，SMA耗能起主导作用，当大震时，压电介入，因为此时的SMA的控制力已经很大，因此压电只能起到有限的调节作用；而公开号：CN101851963A和CN105350679A设计的SMA压电复合摩擦阻尼器的SMA单元和压电摩擦单元同时启动，全程同时工作，这样势必使中后期工作阶段的压电可调范围减小。总之，上述SMA压电混合减震装置的控制力都向SMA倾斜，其实质更偏向于被动控制，不能有效实现结构工程的实时控制。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压电变摩擦主导型复合减震装置，当中小震时，由压电摩擦单元完全提供控制力；当大震时，SMA介入来进一步提高减震装置的耗能能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种压电变摩擦主导型复合减震装置，包括上固定板3和下固定板4，上固定板3和下固定板4上均有左右两个滑槽17，左滑动板9从左侧一组滑槽17穿过上固定板3和下固定板4并在该组滑槽17中左右滑动，右滑动板10从右侧一组滑槽17穿过上固定板3和下固定板4并在该组滑槽17中左右滑动，在左滑动板9与右滑动板10之间利用夹具固定有SMA丝11，在上固定板3和下固定板4之间设置有摩擦板一5、摩擦板二6、摩擦板三7、摩擦板四8、作动板15和连接板16，其中，摩擦板一5和摩擦板三7在左滑动板9的左侧，摩擦板二6和摩擦板四8在右滑动板10的右侧，高强螺栓一11依次穿过环形压电驱动器13、上固定板3、摩擦板一5、连接板16、摩擦板三7和下固定板4，高强螺栓二2依次穿过环形压电驱动器13、上固定板3、摩擦板二6、作动板15、摩擦板四8和下固定板4，作动板15依次穿过左滑动板9和右滑动板10，作动板15上有用于调节SMA丝11介入点的矩形挡块14，矩形挡块14位于左滑动板9和右滑动板10之间。
通过调节高强螺栓上的螺母可以改变摩擦板与作动板15之间的预压力。调节压电驱动器13的输入电压，由于压电驱动器13的电致变形可以改变板块之间的摩擦力。
在摩擦板一5与摩擦板二6的上侧以及摩擦板三7与摩擦板四8的下侧各有一凸台19，上固定板3和下固定板4上与所述凸台19对应共有四个凹槽，四个凸台19分别嵌入四个凹槽中，以防止摩擦板以高强螺栓为轴心发生转动。
所述SMA丝11对称在上固定板3的上侧和下固定板4的下侧，所述右滑动板10上有能够调节SMA丝11预应变的调节阀12。
所述连接板16的左端和作动板15的右端分别留有销栓孔以与外部结构连接。
所述摩擦板一5和摩擦板二6位于同一高度，摩擦板三7和摩擦板四8位于同一高度，作动板15和连接板16位于同一高度，所述摩擦板一5和摩擦板三7在左滑动板9的左侧且分别位于连接板16的上下部，摩擦板二6和摩擦板四8在右滑动板10的右侧且分别位于作动板15的上下部。
所述环形压电驱动器13设置于上固定板3顶面与高强螺栓的螺帽之间，置于高强螺栓的螺杆上，数量仅有2个，减少了压电驱动器的使用数量，并在其上下各布置一垫片。
所述作动板15上留有高强螺栓二2的自由活动孔18。
所述挡块14可与上、下固定板之间发生摩擦运动。
所述摩擦板一5和摩擦板二6之间、摩擦板三7和摩擦板四8之间均留有一定的空间，为矩形挡块14留下活动空间，改变矩形挡块14的长度可调节压电摩擦单元的单独工作位移；连接板16的使用即保证了左侧压电驱动器13工作时摩擦力在摩擦板与作动板15之间的有效传递，又提供了减震装置与外部结构的固定点。
本发明中，当振动发生时，作动板15与摩擦板之间，矩形挡块14与上、下固定板之间开始发生摩擦运动，压电摩擦单元单独耗能，此时，调节电压可以实时改变摩擦力，实现结构工程的半主动控制。当振动进一步增强时，SMA丝11的控制力迅速介入，SMA单元与压电摩擦单元共同工作，有效提高了减震装置的耗能能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：设计成板块分层式复合减震装置，构造简单，机理明确，便于实际工程应用；压电驱动器只在两端高强螺栓上布置，所需数量较少，降低了制作成本；本发明压电摩擦单元先工作，而后SMA丝与压电摩擦单元同时工作，是一种以半主动控制为主的复合装置，适应性更强，减震效果更好。
附图说明
图1为本发明所述压电变摩擦主导型复合减震装置的三维立体图。
图2为本发明所述压电变摩擦主导型复合减震装置的主视图。
图3为本发明所述摩擦板一与摩擦板二的的俯视图。
图中：1.高强螺栓一；2.高强螺栓二；3.上固定板；4.下固定板；5.摩擦板一；6.摩擦板二；7.摩擦板三；8.摩擦板四；9.左滑动板；10.右滑动板；11.SMA丝；12.调节阀；13.环形压电驱动器；14.矩形挡块；15.作动板；16.连接板；17.滑槽；18.活动孔；19.凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1，图2，图3所示，一种压电变摩擦主导型复合减震装置，主要由作动板15、连接板16、上固定板3、下固定板4、摩擦板一5、摩擦板二6、摩擦板三7、摩擦板四8、左滑动板9、右滑动板10、滑槽17、矩形挡块14、高强螺栓一1、高强螺栓二2、高强螺栓活动孔18、SMA丝11、调节阀12、环形压电驱动器13等组成。摩擦板与固定板通过机械手段固定在一起，左滑动板9与右滑动板10均穿过上、下固定板并在其相应的滑槽17中左右滑动。作动板15依次穿过左滑动板9和右滑动板10，其上留有右侧高强螺栓二2自由活动孔18，且有一矩形挡块14来调节SMA丝11的介入点，同时挡块14可与固定板之间发生摩擦运动。SMA丝11利用夹具固定在左滑动板9与右滑动板10之间，并在上下两侧对称布置，且在右滑动板10上有可以调节预应变的调节阀12。高强螺栓一1依次穿过环形压电驱动器13、上固定板3、摩擦板一5、连接板16、摩擦板三7和下固定板4，高强螺栓二2依次穿过环形压电驱动器13、上固定板3、摩擦板二6、作动板15、摩擦板四8和下固定板4，环形压电驱动器13设置于上固定板3顶面与螺帽之间，并在其上下各布置一垫片。连接板16左端和作动板15右端分别留有销栓孔以与外部结构连接。
摩擦板一5与摩擦板二6的上侧、摩擦板三7与摩擦板四8的下侧各有一凸台19，上、下固定板上与摩擦板凸台19对应的部分有4个小凹槽，4块摩擦板的凸台19分别嵌入到上、下固定板的4个凹槽中，以防止摩擦板以高强螺栓为轴心发生转动。
在高强螺栓一1和高强螺栓二2上即可布置环形压电驱动器13，而不需要再单独设置，节省了压电驱动器13的数量和减震装置加工制作的难度，降低了成本。调节压电驱动器13的输入电压，由于压电驱动器13的电致变形可以改变板块之间的摩擦力。
摩擦板一5与摩擦板二6之间、摩擦板三7与摩擦板四8之间均留有一定的空间，保证了作动板15上的矩形挡块14可以左右自由活动；可以根据计算确定其长度以调节压电摩擦单元的单独工作位移。
在摩擦板一5与摩擦板三7之间设置连接板16，即保证了左侧压电驱动器13工作时摩擦力在摩擦板与作动板15之间的有效传递，又提供了减震装置与外部结构的固定点；通过调节高强螺栓上的螺母可以改变摩擦板与作动板15之间的预压力。
作动板15穿过左、右滑动板保证了滑动板的上下位置稳定，使其能够顺利的在固定板中的预留滑槽17中运动。根据计算可确定左、右滑动板之间的距离即SMA丝11的长度，尽量不要过大，并可采用右滑动板10上的调节阀12给SMA丝11一定的预应变，保证大震时SMA丝11的控制力可迅速介入。
即使断电时，本发明装置在前期工作阶段也可利用初始摩擦耗能，此时相当于一个SMA复合摩擦阻尼器，依然能够起到减震作用。

Claims (1)

1.一种压电变摩擦主导型复合减震装置，包括上固定板（3）和下固定板（4），其特征在于，上固定板（3）和下固定板（4）上均有左右两个滑槽（17），左滑动板（9）从左侧一组滑槽（17）穿过上固定板（3）和下固定板（4）并在该组滑槽（17）中左右滑动，右滑动板（10）从右侧一组滑槽（17）穿过上固定板（3）和下固定板（4）并在该组滑槽（17）中左右滑动，在左滑动板（9）与右滑动板（10）之间利用夹具固定有SMA丝（11），在上固定板（3）和下固定板（4）之间设置有摩擦板一（5）、摩擦板二（6）、摩擦板三（7）、摩擦板四（8）、作动板（15）和连接板（16），其中，摩擦板一（5）和摩擦板三（7）在左滑动板（9）的左侧，摩擦板二（6）和摩擦板四（8）在右滑动板（10）的右侧，高强螺栓一（11）依次穿过环形压电驱动器（13）、上固定板（3）、摩擦板一（5）、连接板（16）、摩擦板三（7）和下固定板（4），高强螺栓二（2）依次穿过环形压电驱动器（13）、上固定板（3）、摩擦板二（6）、作动板（15）、摩擦板四（8）和下固定板（4），作动板（15）依次穿过左滑动板（9）和右滑动板（10），作动板（15）上有用于调节SMA丝（11）介入点的矩形挡块（14），矩形挡块（14）位于左滑动板（9）和右滑动板（10）之间；
在摩擦板一（5）与摩擦板二（6）的上侧以及摩擦板三（7）与摩擦板四（8）的下侧各有一凸台（19），上固定板（3）和下固定板（4）上与所述凸台（19）对应共有四个凹槽，四个凸台（19）分别嵌入四个凹槽中，以防止摩擦板以高强螺栓为轴心发生转动；
所述SMA丝（11）对称在上固定板（3）的上侧和下固定板（4）的下侧，所述右滑动板（10）上有能够调节SMA丝（11）预应变的调节阀（12）；
所述连接板（16）的左端和作动板（15）的右端分别留有销栓孔以与外部结构连接；
所述摩擦板一（5）和摩擦板二（6）位于同一高度，摩擦板三（7）和摩擦板四（8）位于同一高度，作动板（15）和连接板（16）位于同一高度，所述摩擦板一（5）和摩擦板三（7）在左滑动板（9）的左侧且分别位于连接板（16）的上下部，摩擦板二（6）和摩擦板四（8）在右滑动板（10）的右侧且分别位于作动板（15）的上下部；
所述环形压电驱动器（13）设置于上固定板（3）顶面与高强螺栓的螺帽之间，置于高强螺栓的螺杆上，数量仅有2个，并在其上下各布置一垫片；
所述作动板（15）上留有高强螺栓二（2）的自由活动孔（18）；
所述矩形挡块（14）可与上、下固定板之间发生摩擦运动；
所述摩擦板一（5）和摩擦板二（6）之间、摩擦板三（7）和摩擦板四（8）之间均留有一定的空间，为矩形挡块（14）留下活动空间，通过改变矩形挡块（14）的长度调节压电摩擦单元的单独工作位移；
通过调节高强螺栓上的螺母改变摩擦板与作动板（15）之间的预压力，调节环形压电驱动器（13）的输入电压，由环形压电驱动器（13）的电致变形改变板块之间的摩擦力。
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