CN108442555B - 一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，包括壳内设有高强螺旋杆的高强外壳，作动腔体套设在高强螺旋杆上；高强外壳两端分别设有作动杆和连接杆，作动杆通过传力板与作动腔体刚性连接；SMA丝的一端通过固定在高强外壳内部，另一端固定在作动腔体上；所述的作动腔体通过质量转轮套设在高强螺旋杆上，其内充满磁流变液，并在作动腔体内部上下两个面对称设置励磁线圈；质量转轮的中心通孔上设有与高强螺旋杆相匹配的螺纹。本发明通过外部电压调节励磁线圈磁场大小，以此来改变作动腔内磁流变液的阻尼；运用SMA丝预先施加预拉应变，以及质量转轮的质量使得整个装个初始刚度增加，SMA丝利用其自身超弹性能也能耗能，震后能提供自复位。
Description
技术领域
本发明属于阻尼器技术领域，涉及一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器。
背景技术
我国是地震多发国家之一，因此建筑物与各类基础设施需要抵御地震的破坏，减少地震人员伤亡和所造成的经济损失。其中阻尼作为半主动与主动控制的一类耗能工具运用广泛。目前常用的阻尼减振器主要分为被动控制模式、主动控制模式和半主动控制模式组成。被动控制的阻尼器的缺点为结构简单且运用面较窄，其自身工作频率与阻尼大小不可调节，因此成本较低；同时主动控制的阻尼器需要以灵敏度较高的传感器来进行实时监测与信息的传送，成本较高，而且传输与后处理需要时间间隔，无法满足地震的实时性的要求，因此成本较高，运用面也较窄，故这其中的半主动控制的阻尼器设计市场空间较大。
同时当下市场中的阻尼器类型众多，消能减震结构体系按照所采用的减震装置，可以分为速度相关型、位移相关型和其他类型。速度相关型阻尼器，主要是粘滞型阻尼器，位移相关型阻尼器，包括金属一类的屈服型阻尼器（有软钢阻尼器、铅阻尼器，屈曲约束支撑BRB，形状记忆合金SMA等）和摩擦型阻尼器两大类。其中摩擦型与软刚阻尼器也因为其优秀的材料性能被大量使用，而剩下的例如TMD质量协调阻尼器与TLD液体调谐阻尼器也是技术成俗并使用较多，但是三种都属于被动控制领域的阻尼器，利用材料本身与合理的构造来实现不同地震强度下的被动耗能减震。而对于磁流变液等新型材料来实现半主动控制，可根据外加的电磁场调节磁流变液的流变特性，以达到改变输出阻尼力的目的。当下磁流变液与其他材料复合构造的阻尼器还不多，因此不单单只是利用磁流变液本身进行单一耗能的现状需要进行进一步的改善与优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，优化了阻尼器的耗能构造，同时利用SMA丝提供震后自复位能力，以实现半主动控制。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，包括壳内设有高强螺旋杆的高强外壳，作动腔体套设在高强螺旋杆上；高强外壳两端分别设有作动杆和连接杆，作动杆通过传力板与作动腔体刚性连接；SMA丝的一端通过固定在高强外壳内部，另一端固定在作动腔体上；
所述的作动腔体内置质量转轮，高强螺旋杆依次穿过作动腔体以及质量转轮，质量转轮的中心通孔上设有与高强螺旋杆相匹配的螺纹，作动腔体其内充满磁流变液，并在作动腔体内部上下两个面对称设置励磁线圈。
所述的高强螺旋杆对称设置在高强外壳内，高强螺旋杆通过连接垫块固定于高强外壳内部。
在作动腔体外部上下两个面均设有弧型凹槽，弧型凹槽内嵌有滚轴，作动腔体受力后通过滚轴在高强外壳内移动。
所述的弧型凹槽内还涂有二硫化钼颗粒，以减小与滚轴间的摩擦。
所述的质量转轮上安装有叶片。
所述的质量转轮上还设有阻液环，并且阻液环伸出高强外壳；阻液环留有供高强螺旋杆通过的通孔。
所述的作动杆受力后推动作动腔体在高强外壳内移动，带动质量转轮沿高强螺旋杆移动并转动，质量转轮的转动带动叶片分液磁流变液。
所述的励磁线圈还通过导线与外部电压连接，调节外部电压可调节励磁线圈的磁场的大小，以调节磁流变液的阻尼。
所述的SMA丝上施加5-8%的预拉应变，利用SMA丝超弹性或相变伪弹性性能进行自复位。
所述的作动杆在伸出高强外壳的部分上还设有限位板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）相比于其他阻尼器，本发明的阻尼器采用两个质量转轮分别在两根高强螺旋杆上转动，质量转轮的转动使得叶片在磁流变液中转动，通过外部电压改变励磁线圈磁场大小，使磁流变液阻尼发生变化，以此来间接的改变作动腔体内磁流变液的阻尼，实现质量转轮与磁流变液的复合的基础上进一步进行阻尼性的改变，使得本发明的阻尼器能够响应不同震级，而且通过外接电压的改变就能够简易方便的达到阻尼结构半主动控制。
2）相比于其他阻尼器，本发明运用SMA丝预先施加预拉应变，以及质量转轮的质量使得整个装个初始刚度增加，并且在作动过程中，SMA丝利用其自身超弹性能也能耗能，震后能提供自复位。进一步的，质量转轮与磁流变液的复合再结合SMA丝的耗能，满足了本发明的阻尼器对不用级别作用力的适应。
3）本发明采用滚轴接触，减小了高强外壳与作动腔体之间的摩擦，以及在弧型凹槽内涂有固体二硫化钼，减小与滚轴间的摩擦。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为本发明的作动腔体内部结构示意图。
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，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1-图3，一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，包括壳内设有高强螺旋杆5的高强外壳1，作动腔体14套设在高强螺旋杆5上；高强外壳1两端分别设有作动杆2和连接杆13，作动杆2通过传力板7与作动腔体14刚性连接；SMA丝6的一端通过固定在高强外壳1内部，另一端固定在作动腔体14上；
所述的作动腔体14内置质量转轮11，高强螺旋杆5依次穿过作动腔体14以及质量转轮11，质量转轮11的中心通孔上设有与高强螺旋杆5相匹配的螺纹，作动腔体14其内充满磁流变液15，并在作动腔体14内部上下两个面对称设置励磁线圈12。
所述的高强螺旋杆5对称设置在高强外壳1内，高强螺旋杆5通过连接垫块8固定于高强外壳1内部。
具体的，高强外壳1内部对称设置两根高强螺旋杆5，作动腔体14内部对称分布两个质量转轮11，作动腔体14内部对称分布两个质量转轮11，两个质量转轮11上面分别安装叶片10。SMA丝6的一端通过六角螺栓4固定在高强外壳1内部，另一端通过六角螺栓4固定在作动腔体14上面。SMA丝6上施加5%-8%的预拉应变，利用SMA丝6的超弹性或相变伪弹性性能进行自复位。
在作动腔体14外部上下两个面均设有弧型凹槽16，弧型凹槽16内嵌有滚轴9，作动腔体14受力后通过滚轴9在高强外壳1内移动。所述的弧型凹槽16内还涂有二硫化钼颗粒，以减小与滚轴9间的摩擦。
所述的作动杆2在伸出高强外壳1的部分上还设有限位板3，以对作动杆2的行程进行控制。
所述的质量转轮11上还设有阻液环17，并且阻液环17伸出高强外壳1；阻液环17留有供高强螺旋杆5通过的通孔。
进一步的，所述的作动杆2受力后推动作动腔体14在高强外壳1内移动，带动质量转轮11沿高强螺旋杆5移动并转动，质量转轮的转动带动叶片10分液磁流变液15。
所述的励磁线圈12还通过导线与外部电压连接，调节外部电压可调节励磁线圈12的磁场的大小，以调节磁流变液15的阻尼。
在地震时，通过作动杆2将地震力传到作动腔体14，使得作动腔体14在地震力作用下发生移动，作动腔体14内部的质量转轮11在移动的同时在高强螺旋杆5上发生转动，质量转轮11的转动带动叶片10分液磁流变液15；根据地震的大小，通过通过外部控制装置控制输入电压，以此来改变励磁线圈12磁场大小，使磁流变液15阻尼发生变化，使得响应大震、中震能力增强。而在小震时，运用SMA丝预先施加预拉应变，以及质量转轮的质量使得整个装个初始刚度增加。通过质量转轮、磁流变液的复合，通过外接电压的调节达到结构半主动控制目的。并且在震后，SMA丝利用其自身超弹性能提供自复位。
下面给出具体的实施例。
参照图1、图2、图3，一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，包括：高强外壳1，高强外壳1右端焊接连接杆13。高强外壳1内部对称设置两根高强螺旋杆5，两根高强螺旋杆5通过连接垫块8固定于高强外壳1内部。作动杆2上有限位板3防止超限作动，作动杆2通过传力板7与作动腔体14刚性连接，作动腔体14内部对称分布两个质量转轮11，两个质量转轮11上各焊接两个阻液环17，并且阻液环17伸出高强外壳1，以此来防止磁流变液15漏液。
两根高强螺旋杆5依次穿过阻液环17和两个质量转轮11，两个质量转轮11上面分别安装叶片10，作动杆2带动作动腔体14发生作动时，作动腔体14内部的质量转轮11在高强螺旋杆5发生转动，质量转轮11的转动带动叶片10分液磁流变液15。
作动腔体14内部上下两个面对称放置励磁线圈12，通过外部电压调节励磁线圈12磁场大小，以此来改变作动腔体14内磁流变液15的阻尼。
在作动腔体14外部上下两个面焊接弧型凹槽16，弧型凹槽16内表面涂固体二硫化钼，以减小弧型凹槽16与滚轴9间摩擦，作动腔体14通过弧型凹槽16内的滚轴9与高强外壳1接触。
SMA丝6的一端通过六角螺栓4固定在高强外壳1内部，另一端通过六角螺栓4固定在作动腔体14上面，通过SMA丝预先施加预拉应变，以及质量转轮11的质量使得整个装个初始刚度增加。
本发明通过质量转轮与磁流变液的复合再结合SMA丝的耗能，满足了本发明的阻尼器对不用级别作用力的适应。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，包括壳内设有高强螺旋杆（5）的高强外壳（1），作动腔体（14）套设在高强螺旋杆（5）上；高强外壳（1）两端分别设有作动杆（2）和连接杆（13），作动杆（2）通过传力板（7）与作动腔体（14）刚性连接；SMA丝（6）的一端通过固定在高强外壳（1）内部，另一端固定在作动腔体（14）上；所述的SMA丝（6）上施加5%-8%的预拉应变，利用SMA丝（6）的超弹性或相变伪弹性性能进行自复位；
所述的作动腔体（14）内置质量转轮（11），高强螺旋杆（5）依次穿过作动腔体（14）以及质量转轮（11），质量转轮（11）的中心通孔上设有与高强螺旋杆（5）相匹配的螺纹，作动腔体（14）其内充满磁流变液（15），并在作动腔体（14）内部上下两个面对称设置励磁线圈（12）；
所述的高强螺旋杆（5）对称设置在高强外壳（1）内，高强螺旋杆（5）通过连接垫块（8）固定于高强外壳（1）内部；
在作动腔体（14）外部上下两个面均设有弧型凹槽（16），弧型凹槽（16）内嵌有滚轴（9），作动腔体（14）受力后通过滚轴（9）在高强外壳（1）内移动。
2.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的弧型凹槽（16）内还涂有二硫化钼颗粒，以减小与滚轴（9）间的摩擦。
3.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的质量转轮（11）上安装有叶片（10）。
4.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的质量转轮（11）上还设有阻液环（17），并且阻液环（17）伸出高强外壳（1）；阻液环（17）留有供高强螺旋杆（5）通过的通孔。
5.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的作动杆（2）受力后推动作动腔体（14）在高强外壳（1）内移动，带动质量转轮（11）沿高强螺旋杆（5）移动并转动，质量转轮的转动带动叶片（10）分液磁流变液（15）。
6.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的励磁线圈（12）还通过导线与外部电压连接，调节外部电压可调节励磁线圈（12）的磁场的大小，以调节磁流变液（15）的阻尼。
7.如权利要求1所述的半主动自复位质量转轮复合磁流变液阻尼器，其特征在于，所述的作动杆（2）在伸出高强外壳（1）的部分上还设有限位板（3）。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201103 |
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