CN108331189A - 一种可拆卸的通用型减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆卸的通用型减振装置，该装置包括金属外壳底座、底座螺栓、金属外壳、阻尼器、金属球、螺栓底座、盖板螺栓和盖板；金属外壳顶部与盖板通过盖板螺栓可拆卸连接，底部与金属外壳底座固定连接；金属球位于金属外壳内部，金属球上下左右前后六个方向分别通过阻尼器连接盖板、金属外壳底座和金属外壳的四个内侧壁；按照上述方法装好装置以后，在需要安装通用型减振装置的地方固定螺栓底座，通过底座螺栓将组装好的装置固定于螺栓底座上形成减振装置。与一般的减振装置相比，本减振装置便于安装拆卸，通用性好，结构简单，造价低廉，通过更换不同的阻尼器和金属球可以适用于不同工况，具有突出的减振效果。
Description
技术领域
本发明涉及阻尼防振领域，尤其涉及一种可拆卸的通用型减振装置。
背景技术
随着国民经济的发展，出现了越来越多的因为外界振动而引发结构物或者构筑物发生振动的问题，例如放有会引起振动的大型机械的建筑物，承受风荷载的高层建筑，工业机械由于设计不当而造成的机器发生共振等等。传统的减振装置往往只能针对一种问题进行处理，例如用于防振高层建筑风振的装置可能不适用于会引起振动的大型机械的建筑物。目前常见的传统减振装置存在造价较高，拆卸不易，施工费时、耗材多等诸多问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有减振装置的不足，提供一种便于安装拆卸，通用性好，结构简单，造价低廉，减振效果突出的可拆卸的通用型减振装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可拆卸的通用型减振装置，该装置包括金属外壳底座、底座螺栓、金属外壳、阻尼器、金属球、螺栓底座、盖板螺栓和盖板；所述金属外壳顶部与盖板通过盖板螺栓可拆卸连接，底部与金属外壳底座固定连接；所述金属球位于金属外壳内部，金属球上下左右前后六个方向分别通过阻尼器连接盖板、金属外壳底座和金属外壳的四个内侧壁；金属球和阻尼器是对称布置的，这样可以使得整个装置的受力更加均匀。所述金属外壳底座由连接平板和厚度>20mm的倒棱台凸起一体形成；所述螺栓底座由支撑平板和圆台凸起一体形成，所述圆台凸起上开有螺孔，所述底座螺栓穿过金属外壳底座的连接平板外边缘预设的孔洞，与螺栓底座的螺孔连接，所述螺栓底座的高度等于倒棱台凸起的高度；在需要安装通用型减振装置的地方固定螺栓底座，将组装好的装置通过底座螺栓与螺栓底座相连，从而使通用型减振装置得以牢靠的固定在指定位置。
进一步地，金属外壳底座由连接平板和厚度>20mm的倒棱台凸起一体形成；倒棱台凸起的横截面靠近金属球处宽，远离金属球处窄。
进一步地，为了保证金属外壳不发生屈曲，除了按照结构动力学的方法计算实际工况下作用在金属外壳的力来确定金属外壳的厚度外，金属外壳的最小厚度不得小于8mm。
进一步的地，为了使得底座螺栓处不发生应力集中现象，底座螺栓与金属外壳底座的边缘的距离不得小于一倍的底座螺栓螺帽的直径。
进一步地，底座螺栓的数量的确定是根据设计工况下，使得减振装置与被固定物体一同振动时所需要施加的总的外力除以单个底座螺栓的抗剪承载力计算得到。但是减振装置金属外壳底座每一条边上的底座螺栓数目不得小于3个，底座螺栓的布置是对称布置的。除了要求底座螺栓具有足够的承载力外，还要求底座螺栓具有足够的刚度，因此要求底座螺栓螺杆的直径不得小于12mm。
进一步地，为了适应于不同减振环境，金属球和粘滞阻尼器是可以拆卸更换的。
进一步地，阻尼器带有限位装置，阻尼器的拉伸量或压缩量达到阻尼器原长一半的时候，限位装置发挥作用，阻止金属球继续朝原运动方向运动。阻尼器采用的是封闭式液压粘滞阻尼器，其阻尼的大小根据减振工况计算后确定。
进一步地，金属外壳底座的连接平板与螺栓底座的支撑平板的厚度不小于10mm，以保证支撑平板具有足够的刚度。
进一步地，所述的金属外壳底座倒棱台凸起靠近背离金属球的一面(即靠近贴合面的凸起面)进行磨砂处理，以增大其与贴合面的静摩擦系数；
进一步地，述阻尼器阻尼的大小和金属球质量的大小需要根据实际减振工况计算得到。金属球和阻尼器是对称布置的；在静止时，金属球能在各个阻尼器的作用下保持在金属外壳的正中央。
进一步地，底座螺栓对应的连接平板外边缘预设的孔洞的圆心与金属外壳底座的连接平板边缘的距离不得小于两倍的底座螺栓螺帽的直径。
本发明的有益效果是：本发明装置中金属球由上下左右前后6个方向阻尼器连接，整个通用型减振装置与需要减振的物体的表面通过螺栓底座连接。当所连接的物体发生振动时，与物体连接的通用型减振装置一起振动，通用型减振装置中阻尼装置起到耗能减振的作用。同时增设通用型减振装置后，整个振动体系的阻尼比进一步的增大，从而改变结构的自振圆频率，使结构的自振圆频率远离外界激振力的自振圆频率，从而可以起到显著的减振效果。本发明设计的通用型减振装置是便于拆卸的，除了螺栓底座与被减振物体焊接部分需要借助专用工具拆卸以外，其他所有的部件均可以快速拆卸。金属外壳底座的倒棱台凸起靠近背离金属球的一面(即靠近贴合面的凸起面)进行磨砂处理，增大了其与贴合面的静摩擦系数；由于螺栓底座的高度等于倒棱台凸起的高度，这样可以使得整个装置在振动的时候，除了底座螺栓传递剪力和轴力外，凸起处与被连接物体之间还存在着静摩擦力，这种静摩擦力可以减少各个底座螺栓受力的大小，并且由于静摩擦力的存在，整个减振装置与所固定的物体表面产生的相对位移基本为0，从而使减振装置可以与所固定物体一同振动，保证了通用型减振装置的减振效果。通过更换金属球和阻尼器，可以使得通用型减振装置适用于各种工况，通过改变螺栓底座的形式，可以使装置固定在任意需要减振的部位。整个装置便于安装拆卸，通用性好，结构简单，造价低廉，减振效果突出。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明的b-b剖视图；
图3是本发明的a-a剖视图；
图4(a)为螺栓底座剖视图；
图4(b)为螺栓底座俯视图；
图5是本发明的金属外壳底座的正视图；
图6是本发明工作时的b-b剖视图；
图7是本方法一个实例的抽水房布置示意图；
图8是将β随着θ/ω的变化示意图；
其中，金属外壳底座1、底座螺栓2、金属外壳3、阻尼器4、金属球5、螺栓底座6、盖板螺栓7、盖板8、连接平板9、倒棱台凸起10、支撑平板11、圆台凸起12、螺孔13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明提供的一种可拆卸的通用型减振装置，该装置包括金属外壳底座1、底座螺栓2、金属外壳3、阻尼器4、金属球5、螺栓底座6、盖板螺栓7和盖板8；所述金属外壳3顶部与盖板8通过盖板螺栓7可拆卸连接，底部与金属外壳底座1固定连接；所述金属球5位于金属外壳3内部，金属球5上下左右前后六个方向分别通过阻尼器4连接盖板8、金属外壳底座1和金属外壳3的四个内侧壁；所述金属外壳底座1由连接平板9和厚度>20mm的倒棱台凸起10一体形成；所述螺栓底座7由支撑平板11和圆台凸起12一体形成，所述圆台凸起12上开有螺孔13，所述底座螺栓2穿过金属外壳底座1的连接平板10外边缘预设的孔洞，与螺栓底座6的螺孔13连接，所述螺栓底座6的高度等于倒棱台凸起10的高度；在需要安装通用型减振装置的地方固定螺栓底座6，将组装好的装置通过底座螺栓2与螺栓底座6相连，从而使通用型减振装置得以牢靠的固定在指定位置。在实际使用时，根据实际的工况，确定阻尼器4阻尼的大小和金属球5质量的大小后，按照图2和图3所示的方式将金属外壳3，金属外壳底座1，金属球5，阻尼器4，盖板8，盖板螺栓7组装起来。在需要安装通用型减震装置的地方，焊接螺栓底座6，将组装好的装置通过底座螺栓2与螺栓底座6相连，从而使通用型减振装置得以牢靠的固定在指定位置。金属球5和阻尼器4是对称布置的，这样可以使得整个装置的受力更加均匀。阻尼器4采用的是封闭式液压粘滞阻尼器，阻尼器4阻尼的大小和金属球5质量的大小需要根据实际减振工况计算得到。在静止时，金属球5能在各个阻尼器4的作用下保持在金属外壳的正中央。阻尼器4带有限位装置，阻尼器4的拉伸(压缩)量达到阻尼器4原长一半的时候，限位装置发挥作用，阻止金属球5继续朝原运动方向运动。金属外壳底座1由连接平板9和厚度>20mm的倒棱台凸起10一体形成；倒棱台凸起10的横截面靠近金属球5处宽，远离金属球5处窄。为了保证金属外壳3不发生屈曲，除了按照结构动力学的方法计算实际工况下作用在金属外壳3的受力来确定金属外壳3的厚度外，金属外壳3的最小厚度不得小于8mm。为了使得底座螺栓2处不发生应力集中现象，底座螺栓2对应的连接平板9外边缘预设的孔洞的圆心与连接平板9边缘的距离不得小于两倍的底座螺栓2螺帽的直径。减振装置金属外壳底座1每一条边上的底座螺栓2数目不得小于3个，底座螺栓2的布置是对称布置的。为保证底座螺栓2具有足够的刚度，底座螺栓2螺杆的直径不得小于12mm。同时金属外壳底座1的连接平板9与螺栓底座6的支撑平板11的厚度不小于10mm，以保证支撑平板11具有足够的刚度。金属外壳底座1倒棱台凸起10靠近背离金属球5的一面(即靠近贴合面的凸起面)进行磨砂处理，以增大其与贴合面的静摩擦系数；通过更换不同的金属球和粘滞阻尼器，可以以适应不同减振工况。
如图6所示，当装置工作时，由于螺栓底座的高度等于倒棱台凸起的高度，这样可以使得整个装置在振动的时候，除了固定螺栓传递剪力和轴力外，凸起处与被连接物体之间还存在着静摩擦力，这种静摩擦力可以减少各个固定螺栓受力的大小，并且由于静摩擦力的存在，整个减振装置与所固定的物体表面产生的相对位移基本为0，从而使减振装置可以与所固定物体一同振动，保证了通用型减振装置的减振效果。在实际应用中，也可以通过替换不同的金属球5和阻尼器4，来筛选最适合于该减振工况的金属球5质量大小和阻尼器4阻尼取值。
装置工作时，金属球5由上下左右前后6个方向阻尼器4连接，整个通用型减振装置与需要减振的物体的表面通过螺栓底座6连接。当所连接的物体发生振动时，与物体连接的通用型减振装置一起振动，通用型减振装置中阻尼器4起到耗能减振的作用。同时增设通用型减振装置后，整个振动体系的阻尼比进一步的增大，从而改变结构的自振圆频率，使结构的自振圆频率远离外界激振力的自振圆频率，从而可以起到显著的减振效果。本发明设计的通用型减振装置是便于拆卸的，除了螺栓底座6与被减振物体焊接部分需要借助专用工具拆卸以外，其他所有的部件均可以快速拆卸。金属外壳底座1的倒棱台凸起10靠近背离金属球的一面(即靠近贴合面的凸起面)进行磨砂处理，增大了其与贴合面的静摩擦系数，从而充分的利用了静摩擦力减少了减振装置与被减振物体的相对位移，保证了本装置的减振效果；通过更换金属球5和阻尼器4，可以使得通用型减振装置适用于各种工况，通过改变螺栓底座2的形式，可以使装置固定在任意需要减振的部位。整个装置便于安装拆卸，通用性好，结构简单，造价低廉，具有突出的减振效果。
为了进一步阐述可拆卸的通用型减振装置的使用方法，特别的给出一个实例：
浙江某地一水库需要抽水给附近村庄供水，水库拟建设一抽水房，抽水房有两层，如图7所示，其中一层为地下室，抽水用的抽水泵放置于地下室中。抽水房建成之后，开始启动抽水泵抽水。此时工作人员发现一旦开始抽水泵，整栋抽水房都在振动。经过调查分析，发现这是因为抽水泵抽水的振动频率与抽水房的自振频率一致导致抽水房发生共振。彼时抽水房已经建设完成，已经无法采用更改结构设计方式防止共振。基于这种情况，采用在地下室顶板上设置若干个通用型减振装置，通过增大整个结构的阻尼，降低结构共振时候的振幅。同时通过增大整个结构的阻尼，可以改变结构的自振频率从而避免发生共振。通过设置用型减振装置的方式，可以大大的减小整栋抽水房振动的振幅，相较于结构上的加固，这种方法更加有效，价格更加低廉，使用更加方便。
本实例仅举出本发明使用场景的一种情况，因为本发明便于拆卸和安装，适用性好，可以适用于各种需要减振的工况，能起到突出的减振效果，造价低廉，施工方便迅速。
基本原理：
单自由度物体在有阻尼作用下的强迫振动，根据动力学的知识，有：
对于任意荷载，采用杜哈梅积分解这个二阶非齐次线性微分方程组，得通解：
其中y0，v0为初始位移和初始速度，P(τ)为外界的激励。
特殊的，对于简谐振动，得到动力放大系数为：
其中θ为外界激励的圆频率，ω为结构的自振圆频率；
将β随着的变化绘制成图8，发现阻尼越小共振效应越显著。当阻尼比大于0.5时，动力系数的最大值约等于1，因此动力作用对结构应力与变形的影响的不比静力状态下的更大。因此可以通过增大结构的阻尼比(即增大结构的阻尼)来减少整个结构的动力响应。
同时，通过计算，得增加通用型阻尼器后结构的自振周期为：
其中ω为结构未增设通用型阻尼器时的自振圆频率，ωs为结构增设通用型阻尼器时的自振圆频率，ζ为增设通用型阻尼器时整个结构的阻尼比。
通过公式看出，通过设置通用型阻尼器可以改变真个结构的自振圆频率，这意味着只要设置通用型阻尼器得当，就可以调整结构的自振圆频率使之远离外界激励的频率，从而减少结构的振动。
以上的公式虽然是基于单自由度强迫振动的运动基本方面推导的，但是其揭示的规律对于多自由度体系仍然是适用的。
综上所述，增设通用型阻尼器一方面通过增大结构的阻尼比减少结构的振动，一方面通过调整结构的自振圆频率，使之远离外界激励的频率，从而减少结构的振动。因此，设置通用型阻尼器具有突出的减振效果。
Claims (8)
1.一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，该装置包括金属外壳底座(1)、底座螺栓(2)、金属外壳(3)、阻尼器(4)、金属球(5)、螺栓底座(6)、盖板螺栓(7)和盖板(8)；所述金属外壳(3)顶部与盖板(8)通过盖板螺栓(7)可拆卸连接，金属外壳(3)底部与金属外壳底座(1)固定连接；所述金属球(5)位于金属外壳(3)内部，金属球(5)上下左右前后六个方向分别通过阻尼器(4)连接盖板(8)、金属外壳底座(1)和金属外壳(3)的四个内侧壁；所述金属外壳底座(1)由连接平板(9)和厚度>20mm的倒棱台凸起(10)一体形成，倒棱台凸起(10)的横截面靠近金属球(5)处宽，远离金属球(5)处窄；所述螺栓底座(7)由支撑平板(11)和圆台凸起(12)一体形成，所述圆台凸起(12)上开有螺孔(13)，所述底座螺栓(2)穿过金属外壳底座(1)的连接平板(10)外边缘预设的孔洞，与螺栓底座(6)的螺孔(13)连接，所述螺栓底座(6)的高度等于倒棱台凸起(10)的高度；在需要安装通用型减振装置的地方固定螺栓底座(6)，将组装好的装置通过底座螺栓(2)与螺栓底座(6)相连，从而使通用型减振装置得以牢靠的固定在指定位置。
2.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，所述阻尼器(4)阻尼的大小和金属球(5)质量的大小需要根据实际减振工况计算得到；金属球(5)和阻尼器(4)是对称布置的；在静止时，金属球(5)能在各个阻尼器(4)的作用下保持在金属外壳(3)的正中央。
3.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，为了保证金属外壳(3)不发生屈曲，除了按照结构动力学的方法计算实际工况下作用在金属外壳(3)的受力来确定金属外壳(3)的厚度外，金属外壳(3)的最小厚度不得小于8mm；为了使得底座螺栓(2)处不发生应力集中现象，底座螺栓(2)对应的连接平板(9)外边缘预设的孔洞的圆心与连接平板(9)边缘的距离不得小于两倍的底座螺栓(2)螺帽的直径；金属外壳底座(1)每一条边上的底座螺栓(2)数目不得小于3个，底座螺栓(2)的布置是对称布置的；为保证底座螺栓(2)具有足够的刚度，底座螺栓(2)螺杆的直径不得小于12mm。
4.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，金属外壳底座(1)的连接平板(9)与螺栓底座(6)的支撑平板(11)的厚度均不小于10mm，以保证支撑平板(11)具有足够的刚度。
5.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，所述的阻尼器(4)采用的是封闭式液压粘滞阻尼器，其阻尼的大小根据减振工况计算后确定。
6.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，所述的金属外壳底座(1)的倒棱台凸起(10)背离金属球(5)的一面(即靠近贴合面的凸起面)进行磨砂处理，以增大其与贴合面的静摩擦系数。
7.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，所述的阻尼器(4)带有限位装置，阻尼器(4)的拉伸量或压缩量达到阻尼器(4)原长一半的时候，限位装置发挥作用，阻止金属球(5)继续朝原运动方向运动。
8.根据权利要求1所述的一种可拆卸的通用型减振装置，其特征在于，所述的金属球(5)和阻尼器(4)能够拆卸更换，以适应不同减振工况。
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