CN108442557A - 一种双滑块压电sma复合减震装置 - Google Patents

一种双滑块压电sma复合减震装置 Download PDF

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Abstract

一种双滑块压电SMA复合减震装置，主要由箱体、滑块、滑块盖板、锚箱、定位孔、形状记忆合金(SMA)丝、作动杆、连接杆、固定杆和压电驱动器组成。作动杆穿过箱体左侧壁与左滑块固定；连接杆一端与左滑块固定，另一端穿过锚箱与右滑块固定，固定杆安装在箱体的右侧壁。箱体的左右两侧有一对滑块，每个滑块上均有沿着水平轴心方向带有螺纹的贯穿孔，且沿高度方向有两个放置压电驱动器的孔洞，其孔深大于压电陶瓷的高度，每个滑块盖板上与孔洞对应的部位各有一小圆柱体，放入滑块后的高度比减震装置箱体侧壁略高。箱体的中部有一无盖的长方体锚箱，其前后侧壁与箱体侧壁接触处有各有一定位孔。SMA丝穿过滑块，一端与箱体侧壁固定，另一段锚固在锚箱内。

Description

一种双滑块压电SMA复合减震装置
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及结构混合控制，特别涉及一种双滑块压电SMA复合减震装置。
背景技术
混合控制是在一种结构上，同时安装主动/半主动控制装置和被动控制装置的振动控制技术。主动控制的控制效果好，但控制系统复杂、价格高昂，被动控制虽安装简单，造价低廉，性能稳定，但由于不能实时调整控制力，其控制效果较差。因此，将两者安装在同一结构上共同独立工作，即可发挥各自的优点，又可弥补单个控制装置工作时的缺陷和不足，提高了整个控制系统运行的稳定性，改善了其控制效果。
智能材料作为一种新兴的多功能材料，现已成为土木结构振动控制领域的研究热点，并取得了丰硕的研究成果，有着广阔的应用前景。形状记忆合金(SMA)和压电陶瓷是土工工程领域常用的智能材料，前者可以制成SMA被动阻尼器，性能稳定，耗能能力强；后者往往与摩擦阻尼器结合制成压电半主动耗能器，电致变形响应快，且可以实时调节控制力。充分利用两种阻尼器的优点即可制成压电-SMA复合减震装置。如公开号CN105350679A和CN105201099A设计的压电-SMA复合减震装置都为单滑块型箱式减震装置，这样滑块在滑动中势必会造成摩擦力的不均匀；且前者SMA丝和压电摩擦阻尼器同时工作，小震时启动较难，而后者SMA单元和压电摩擦阻尼器依次工作，虽然易于启动，但后期SMA的拉力已经很大，此时压电控制力可调范围较小，半主动控制效率较低。
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双滑块压电SMA复合减震装置，其摩擦力均匀、耗能单元布局合理，当发生中小级别振动时，压电摩擦耗能单元可进行半主动控制；当发生大振动时，压电摩擦耗能单元先工作，而后SMA丝介入，进一步提高耗能能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种双滑块压电SMA复合减震装置，包括箱体1，所述箱体1内从左到右依次设置有沿左右方向滑动的左滑块2、锚箱4和右滑块3，作动杆10穿过箱体1左侧壁与左滑块2的左侧壁固定连接；连接杆9一端与左滑块2的右侧壁固定，另一端穿过锚箱4与右滑块3的左侧壁固定，固定杆11安装在箱体1的右侧壁上，左滑块2和右滑块3上均有两个用于放置压电驱动器7的竖直孔洞以及一个前后方向上的水平贯穿孔，SMA丝一5一端与箱体1左侧壁固定，另一端穿过左滑块2后固定在锚箱4左侧壁上；SMA丝二6一端与箱体1右侧壁固定，另一端穿过右滑块3后固定在锚箱4右侧壁上。
所述锚箱4的前后侧壁中心处各有一定位孔13，定位孔13贯穿箱体1的侧壁，保证了锚箱4放置后的位置，使SMA丝一5和SMA丝二6固定时的长度相等。
所述作动杆10、左滑块2、连接杆9以及右滑块3组成了压电摩擦耗能活塞，作为一级耗能单元，当振动发生时首先工作；所述锚箱4、SMA丝一5和SMA丝二6共同组成了二级耗能单元，
所述锚箱4为一无顶盖的长方形小箱体。
所述锚箱4高度比减震装置箱体1侧壁略低，以防止与箱体1发生摩擦。
所述竖直孔洞孔深大于压电驱动器7的高度，所述左滑块2和右滑块3的顶部均配置有一个滑块盖板14，每个滑块盖板14上与竖直孔洞对应的部位分别有一小圆柱体15。滑块盖板14与滑块匹配后的高度比箱体1侧壁略高，以保证摩擦力的施加。
所述水平贯穿孔位于滑块左右以及上下方向的中央位置，且水平贯穿孔带有螺纹。
所述箱体1的前后侧壁留有左右方向的狭长的孔槽12，孔槽12与所述水平贯穿孔对应，压电驱动器7的导线8穿过竖直孔洞、水平贯穿孔和孔槽12与外部电源连接，防止滑块运动过程中被扯断。
所述锚箱4位于箱体1的中央位置，左滑块2和右滑块3左右对称分布在锚箱4的两侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：耗能单元布局合理，摩擦力均匀，有专门的SMA锚固箱，SMA丝固定方便；压电摩擦单元先工作，SMA单元后工作，半主动控制效率高，适用范围广，耗能能力好。
附图说明
图1为本发明所述双滑块压电-SMA复合减震装置的三维立体图(不含滑块盖板和阻尼器箱体顶盖)。
图2为本发明所述双滑块压电-SMA复合减震装置的平剖图。
图3为本发明所述滑块滑块盖板的俯视图和主视图。
图中：1.阻尼器箱体；2.左滑块；3.右滑块；4.锚箱；5.SMA丝一；6.SMA丝二；7.压电驱动器；8.压电驱动器导线；9.连接杆；10.作动杆；11.固定杆；12.孔槽；13.定位孔；14.滑块盖板；15.小圆柱体。
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和图3所示，本发明一种双滑块压电SMA复合减震装置，主要由箱体1、左滑块2、右滑块3、滑块盖板14、锚箱4、定位孔13、SMA丝一5、SMA丝二6、压电驱动器7、作动杆10、连接杆9、固定杆11、孔槽12等组成。
锚箱4为一无顶盖的长方形小箱体，位于箱体1的中央位置，高度比减震装置箱体1侧壁略低，以防止与箱体1发生摩擦。锚箱4为SMA丝的固定提供了充足空间，并作为滑动体带动SMA丝受拉耗能，同时相比实体滑块，减少了装置的总重量。
左滑块2和右滑块3左右对称分布在锚箱4的两侧，左滑块2和右滑块3上均有两个用于放置压电驱动器7的竖直孔洞以及一个前后方向上的带有螺纹的与竖直孔洞连通的水平贯穿孔，竖直孔洞孔深大于压电驱动器7的高度，水平贯穿孔位于滑块左右以及上下方向的中央位置，水平贯穿孔一方面便于杆件的连接，另一方面可以起到减重的效果。与之对应的箱体1的前后侧壁留有沿左右方向狭长的孔槽12，压电驱动器的导线8穿过竖直孔洞、水平贯穿孔和孔槽12与外部电源连接，防止滑块运动过程中被扯断。
左滑块2和右滑块3的顶部均配置有一个滑块盖板14，每个滑块盖板14上与竖直孔洞对应的部位分别有一小圆柱体15。滑块盖板14与滑块匹配后的高度比箱体1侧壁略高，以保证摩擦力的施加。
作动杆10穿过箱体1左侧壁与左滑块2的左侧壁固定连接；连接杆9一端与左滑块2的右侧壁固定，另一端穿过锚箱4与右滑块3的左侧壁固定，固定杆11安装在箱体1的右侧壁上。
SMA丝一5一端与箱体1左侧壁固定，另一端穿过左滑块2后固定在锚箱4左侧壁上；SMA丝二6一端与箱体1右侧壁固定，另一端穿过右滑块3后固定在锚箱4右侧壁上。
作动杆10、左滑块2、连接杆9以及右滑块3组成了压电摩擦耗能活塞，作为一级耗能单元，当振动发生时首先工作；锚箱4、SMA丝一5和SMA丝二6共同组成了二级耗能单元，当振动加强时，介入工作。
为保证锚箱4放置后的位置居中，并使SMA丝一5和SMA丝二6固定时的长度相等，锚箱4的前后侧壁中心处各设有一定位孔13穿过箱体1的侧壁，当固定SMA丝时，锚箱4两侧先用定位杆插入定位孔13，再依次分别安装SMA丝一5和SMA丝二6，待SMA丝稳定后，拔出定位杆。
箱体1与顶盖用固定螺钉连接，以提供放入盖板后的滑块与箱体1底板和顶盖之间的摩擦力(顶盖是指阻尼器箱体1的盖子，它在滑块盖板14的上面)，调节压电驱动器7的输入电压可以实时改变摩擦力，实现半主动控制。即使电力系统失效，初始摩擦力和SMA丝依然可以耗能。
当发生中小级别振动时，一级耗能单元首先工作，滑块开始左右滑动，此时调节压电驱动器7的电压可以实时改变摩擦力的大小，实现半主动控制；当振动进一步加强时，滑块运动到锚箱4侧壁，带动锚箱4一起运动，SMA丝开始受拉耗能，减震能力进一步提高。

Claims (10)

1.一种双滑块压电SMA复合减震装置，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)内从左到右依次设置有沿左右方向滑动的左滑块(2)、锚箱(4)和右滑块(3)，作动杆(10)穿过箱体(1)左侧壁与左滑块(2)的左侧壁固定连接；连接杆(9)一端与左滑块(2)的右侧壁固定，另一端穿过锚箱(4)与右滑块(3)的左侧壁固定，固定杆(11)安装在箱体(1)的右侧壁上，左滑块(2)和右滑块(3)上均有两个用于放置压电驱动器(7)的竖直孔洞以及一个前后方向上的水平贯穿孔，SMA丝一(5)一端与箱体(1)左侧壁固定，另一端穿过左滑块(2)后固定在锚箱(4)左侧壁上；SMA丝二(6)一端与箱体(1)右侧壁固定，另一端穿过右滑块(3)后固定在锚箱(4)右侧壁上。
2.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述锚箱(4)的前后侧壁中心处各有一定位孔(13)，定位孔(13)贯穿箱体(1)的侧壁，保证了锚箱(4)放置后的位置，使SMA丝一(5)和SMA丝二(6)固定时的长度相等。
3.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述作动杆(10)、左滑块(2)、连接杆(9)以及右滑块(3)组成了压电摩擦耗能活塞，作为一级耗能单元，当振动发生时首先工作；所述锚箱(4)、SMA丝一(5)和SMA丝二(6)共同组成了二级耗能单元。
4.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述锚箱(4)为一无顶盖的长方形小箱体。
5.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述锚箱(4)高度比减震装置箱体(1)侧壁略低，以防止与箱体(1)发生摩擦。
6.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述竖直孔洞孔深大于压电驱动器(7)的高度，所述左滑块(2)和右滑块(3)的顶部均配置有一个滑块盖板(14)，每个滑块盖板(14)上与竖直孔洞对应的部位分别有一小圆柱体(15)。
7.根据权利要求6所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述滑块盖板(14)与滑块匹配后的高度比箱体(1)侧壁略高，以保证摩擦力的施加。
8.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述水平贯穿孔位于滑块左右以及上下方向的中央位置，且水平贯穿孔带有螺纹。
9.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述箱体(1)的前后侧壁留有左右方向的狭长的孔槽(12)，孔槽(12)与所述水平贯穿孔对应，压电驱动器(7)的导线(8)穿过竖直孔洞、水平贯穿孔和孔槽(12)与外部电源连接，防止滑块运动过程中被扯断。
10.根据权利要求1所述双滑块压电SMA复合减震装置，其特征在于，所述锚箱(4)位于箱体(1)的中央位置，左滑块(2)和右滑块(3)左右对称分布在锚箱(4)的两侧。
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