CN108458032A - 内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，属于土木工程减振隔震技术领域。本发明包括缸体、活塞杆和活塞，缸体与活塞杆围成的密封腔体内充满液体阻尼介质，密封腔体经由活塞分为阻尼腔体Ⅰ和阻尼腔体Ⅱ，液体阻尼介质充满阻尼腔体Ⅰ和阻尼腔体Ⅱ，活塞沿轴向设置有至少两组内置可调式变阻尼机构，内置可调式变阻尼机构包括直动式溢流阀和阻尼通道，直动式溢流阀的一端与阻尼腔体Ⅰ或阻尼腔体Ⅱ相连，直动式溢流阀另一端通过阻尼通道与另一侧的阻尼腔体Ⅱ或阻尼腔体Ⅰ相连；当液体阻尼介质的流动压强大于直动式溢流阀的弹性力时，直动式溢流阀后退打开，阻尼通道出现，阻尼介质从而由活塞一侧流到另一侧。

Description

内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置
技术领域
本发明涉及一种内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，属于土木工程减振隔震技术领域。
背景技术
消能减震技术是指在结构中某些部位设置耗能元件，耗能元件在结构振动变形时发生滞回变形耗散能量，从而减小结构构件耗散的能量，减小结构的振动变形。常用的各种阻尼器根据其提供的阻尼力和结构反应的关系可分为：速度型阻尼器和位移型阻尼器。速度型阻尼器的阻尼力与消能部件两端的相对速度有关，即与结构的速度响应有关，包括粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器。位移型阻尼器的阻尼力与消能部件两端的相对位移有关，即与结构的位移响应有关，包括摩擦阻尼器和金属阻尼器。
粘滞阻尼器是利用黏稠液体的粘性来耗散振动能量。粘滞阻尼器可以分为两类，一类是通过置于开口容器中黏性液体的变形来实现耗能目的，如圆柱筒阻尼器；另一类是强迫密封容器内的液体通过小的阻尼孔而耗能，如Taylor液体阻尼器。粘滞阻尼器一般由缸体、活塞、阻尼孔、粘滞流体介质及活塞杆等部分组成，活塞可以在缸体内部进行往复运动，活塞上有矢量活塞孔。当活塞与缸体发生相对运动时，流体介质通过活塞孔流向缸体另一侧，从而在通过时产生阻尼力，达到耗能减振的目的。
被动控制技术研究最早，无需能源控制效果稳定，但其最优控制范围窄，只对某部分烈度地震具有最优控制；近些年新近发展的半主动控制技术，可实现对不同类型地震波的最优控制，具有响应速度快，阻尼力可调范围宽等优点，但其需要能源输入和反馈控制。目前，粘滞阻尼器的阻尼系数是按照相关技术规范进行设计的，在完成组装后，每个粘滞阻尼器的阻尼系数为一定值，即出力范围也是一定的。但现实是，地震、强风等自然灾害往往超出我们的设计范围，会出现粘滞阻尼器的位移与出力超出设计范围，使粘滞阻尼器被破坏而失去作用。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其目的是无需外接电源、传感器与控制器，本发明以速度为控制率条件产生大小不同的阻尼系数；当速度较小时，阻尼系数较小，产生的阻尼力较小；当速度增大时，阻尼系数会随着以阶梯形式增大，则会产生足够大的阻尼力，以满足振动控制的需要。
本发明所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，包括缸体、活塞杆和活塞，缸体内设置有活塞杆，活塞杆中部设置有活塞，缸体与活塞杆围成的密封腔体内充满液体阻尼介质，密封腔体经由活塞分为阻尼腔体Ⅰ和阻尼腔体Ⅱ，液体阻尼介质充满阻尼腔体Ⅰ和阻尼腔体Ⅱ，活塞沿轴向设置有至少两组内置可调式变阻尼机构，内置可调式变阻尼机构包括直动式溢流阀和阻尼通道，直动式溢流阀的一端与阻尼腔体Ⅰ或阻尼腔体Ⅱ相连，直动式溢流阀另一端通过阻尼通道与另一侧的阻尼腔体Ⅱ或阻尼腔体Ⅰ相连；当液体阻尼介质的流动压强大于直动式溢流阀的弹性力时，直动式溢流阀后退打开，阻尼通道出现，阻尼介质从而由活塞一侧流到另一侧。
优选地，直动式溢流阀包括阀体，以及位于阀体内的阀芯、压力弹簧与密封圈；阀体的出口设置于阻尼腔体Ⅰ或阻尼腔体Ⅱ的出口处，压力弹簧位于阀芯顶部台肩上，阀芯位于阀体底部台肩上，阀芯在压力弹簧的弹力作用下封堵住阀体的出口；阀体的出口设置于阻尼通道的入口处。
优选地，压力弹簧的预压力预先进行设置，当活塞相对阀体开始运动时，阻尼介质会从直动式溢流阀的入口流入，随着运动速度的增大，作用在阀芯上的压强也逐渐增大；当入口处阻尼介质的流动压强大于压力弹簧的弹性力时，阀芯打开，阻尼介质经由阻尼通道流入另一侧的密封腔体内。
优选地，直动式溢流阀的数量根据活塞的端面大小进行合理布置。
优选地，阻尼通道沿活塞轴线方向均匀对称布置，且为偶数布置；相同出口方向的阻尼通道个数也为偶数设置。
优选地，缸体中的阻尼介质压强与活塞的相对运动速度成正比；阻尼通道打开的程度与阻尼介质的压强有关，缸体的阻尼力会随着活塞杆的速度大小而逐步递增。
优选地，对于每个阻尼腔体，当活塞杆前推，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅱ经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅰ；反之，当活塞杆外拉，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅰ经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅱ。
优选地，入口和出口均沿缸体轴线均匀对称布置，阻尼介质活塞的作用力的均匀，避免导致缸体倾斜，增加活塞与缸体的摩擦力。
优选地，缸体的端部与活塞杆的端部均采用铰接固定，且均通过球铰座进行连接。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，设计简单、加工方便，性能稳定的阻尼系数可调的粘滞阻尼器，是一种速度相关型粘滞阻尼器，同传统粘滞阻尼器相比，该装置的控制过程不需要传感器，不需要外部能源，且具有自适应控制特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图之一。
图2是本发明的结构示意图之二。
图3是活塞杆前推的状态图。
图4是活塞杆外拉的状态图。
图5是图1的局部放大图。
图6是图1的A-A剖视图。
图中：1、缸体；2、活塞杆；3、活塞；4、阻尼腔体Ⅰ；5、阻尼腔体Ⅱ；6、直动式溢流阀；61、阀体；62、阀芯；63、弹簧；64、锁紧螺母；7、阻尼通道；8、密封件；9、球铰座；10、入口；11、出口。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1至图6所示，本发明所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，包括缸体1、活塞杆2和活塞3，缸体1内设置有活塞杆2，活塞杆2中部设置有活塞3，缸体1与活塞杆2围成的密封腔体内充满液体阻尼介质，密封腔体经由活塞3分为阻尼腔体Ⅰ4和阻尼腔体Ⅱ5，液体阻尼介质充满阻尼腔体Ⅰ4和阻尼腔体Ⅱ5，活塞3沿轴向设置有至少两组内置可调式变阻尼机构，内置可调式变阻尼机构包括直动式溢流阀6阻尼通道7，直动式溢流阀6的一端与阻尼腔体Ⅰ4或阻尼腔体Ⅱ5相连，直动式溢流阀6另一端通过阻尼通道7另一侧的阻尼腔体Ⅱ5或阻尼腔体Ⅰ4相连；当液体阻尼介质的流动压强大于直动式溢流阀6的弹性力时，直动式溢流阀6后退打开，阻尼通道7出现，阻尼介质从而由活塞3一侧流到另一侧。
直动式溢流阀6包括阀体61，以及位于阀体61内的阀芯62、压力弹簧63密封圈；阀体61的出口11设置于阻尼腔体Ⅰ4或阻尼腔体Ⅱ5的出口11处，压力弹簧63位于阀芯62顶部台肩上，阀芯62位于阀体61底部台肩上，阀芯62在压力弹簧63的弹力作用下封堵住阀体61的出口11；阀体61的出口11设置于阻尼通道7的入口10处。压力弹簧63的预压力预先进行设置，当活塞3相对阀体61开始运动时，阻尼介质会从直动式溢流阀6的入口10流入，随着运动速度的增大，作用在阀芯62上的压强也逐渐增大；当入口10处阻尼介质的流动压强大于压力弹簧63的弹性力时，阀芯62打开，阻尼介质经由阻尼通道7流入另一侧的密封腔体内。直动式溢流阀6的数量根据活塞3的端面大小进行合理布置。阻尼通道7沿活塞3轴线方向均匀对称布置，且为偶数布置；相同出口11方向的阻尼通道7个数也为偶数设置。缸体1中的阻尼介质压强与活塞3的相对运动速度成正比；阻尼通道7打开的程度与阻尼介质的压强有关，缸体1的阻尼力会随着活塞杆2的速度大小而逐步递增。对于每个阻尼腔体，当活塞杆2前推，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅱ5经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅰ4；反之，当活塞杆2外拉，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅰ4经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅱ5。入口10和出口11均沿缸体1轴线均匀对称布置，阻尼介质活塞3的作用力的均匀，避免导致缸体1倾斜，增加活塞3与缸体1的摩擦力。缸体1的端部与活塞杆2的端部均采用铰接固定，且均通过球铰座9进行连接。
实施例2：
如图1和图2所示，一种变阻尼粘滞阻尼器，主要包括球铰座9、副缸、密封装置、固定螺栓、固定螺栓、缸体1、内置直动式溢流阀6、活塞3，活塞杆2，密封件8，密封腔体。所述装置中活塞3固定在活塞杆2，活塞3在移动时与缸体1的内表面保持密封接触，由此将缸体1分为密封腔体；缸体1两端安装密封装置与密封件8，通过固定螺栓将密封装置与缸体1螺纹连接，固定螺栓将密封装置、密封件8与缸体1螺纹连接；在密封腔体中填充阻尼介质；副缸与密封装置连接；球铰座9固定在活塞杆2右端，球铰座9固定在副缸左端。
如图5和图6所示，在活塞3上均匀设置有两个内置直动式溢流阀6，且有两个阻尼通道7，阻尼通道7的中心轴线与活塞3的中心轴线平行，阻尼通道7的进口与出口11分别连接密封腔体，内置直动式溢流阀6由阀体61、阀芯62、压力弹簧63、锁紧螺母64、密封圈组成，压力弹簧63阀芯62连接，压力弹簧63的预压力需要预先进行设置，锁紧螺母64将压力弹簧63固定，并使用密封圈密封。当活塞3相对缸体1开始运动时，阻尼介质会从阻尼通道7的入口10流入；随着运动速度的增大，作用在阀芯62上的压强也逐渐增大；当入口10处阻尼介质的流动压强大于压力弹簧63的弹性力时，阀芯62打开，阻尼介质经由阻尼通道7流入另一侧的密封腔体内。
如图3和图4所示，内置直动式溢流阀6均为单向阀，由于布置在内部活塞3中，因此需要成对设置。对于阻尼通道7，当阻尼介质由密封腔体流入密封腔体时，设置一个流通口I和流通口II；对于阻尼通道7，当阻尼介质由密封腔体流入密封腔体时，设置一个流通口III和流通口IV，流通口I和流通口III为阻尼介质入口10，流通口II和流通口IV为阻尼介质出口11。
缸体1两端存在对称螺栓孔，通过固定螺栓将密封装置与缸体1螺纹连接；固定螺栓则依次固定密封装置、密封件8。密封装置均与活塞杆2保持表面密封接触，做到阻尼介质不外泄。阻尼介质的选取需根据相应设计需要进行。
阻尼通道7的孔径大小需根据活塞3端面的大小及阻尼系数的需求进行合理设计。合理设置活塞3上内置直动式溢流阀6的数量，可以使设备的操作方便，加工制造的成本也得到有效的控制，一般情况下数量不要超过八个。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，包括缸体(1)、活塞杆(2)和活塞(3)，缸体(1)内设置有活塞杆(2)，活塞杆(2)中部设置有活塞(3)，缸体(1)与活塞杆(2)围成的密封腔体内充满液体阻尼介质，密封腔体经由活塞(3)分为阻尼腔体Ⅰ(4)和阻尼腔体Ⅱ(5)，液体阻尼介质充满阻尼腔体Ⅰ(4)和阻尼腔体Ⅱ(5)，其特征在于，活塞(3)沿轴向设置有至少两组内置可调式变阻尼机构，内置可调式变阻尼机构包括直动式溢流阀(6)和阻尼通道(7)，直动式溢流阀(6)的一端与阻尼腔体Ⅰ(4)或阻尼腔体Ⅱ(5)相连，直动式溢流阀(6)另一端通过阻尼通道(7)与另一侧的阻尼腔体Ⅱ(5)或阻尼腔体Ⅰ(4)相连；当液体阻尼介质的流动压强大于直动式溢流阀(6)的弹性力时，直动式溢流阀(6)后退打开，阻尼通道(7)出现，阻尼介质从而由活塞(3)一侧流到另一侧。
2.根据权利要求1所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，直动式溢流阀(6)包括阀体(61)，以及位于阀体(61)内的阀芯(62)、压力弹簧(63)与密封圈；阀体(61)的出口(11)设置于阻尼腔体Ⅰ(4)或阻尼腔体Ⅱ(5)的出口(11)处，压力弹簧(63)位于阀芯(62)顶部台肩上，阀芯(62)位于阀体(61)底部台肩上，阀芯(62)在压力弹簧(63)的弹力作用下封堵住阀体(61)的出口(11)；阀体(61)的出口(11)设置于阻尼通道(7)的入口(10)处。
3.根据权利要求2所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，压力弹簧(63)的预压力预先进行设置，当活塞(3)相对阀体(61)开始运动时，阻尼介质会从直动式溢流阀(6)的入口(10)流入，随着运动速度的增大，作用在阀芯(62)上的压强也逐渐增大；当入口(10)处阻尼介质的流动压强大于压力弹簧(63)的弹性力时，阀芯(62)打开，阻尼介质经由阻尼通道(7)流入另一侧的密封腔体内。
4.根据权利要求1所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，直动式溢流阀(6)的数量根据活塞(3)的端面大小进行合理布置。
5.根据权利要求1所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，阻尼通道(7)沿活塞(3)轴线方向均匀对称布置，且为偶数布置；相同出口(11)方向的阻尼通道(7)个数也为偶数设置。
6.根据权利要求5所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，缸体(1)中的阻尼介质压强与活塞(3)的相对运动速度成正比；阻尼通道(7)打开的程度与阻尼介质的压强有关，缸体(1)的阻尼力会随着活塞杆(2)的速度大小而逐步递增。
7.根据权利要求5所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，对于每个阻尼腔体，当活塞杆(2)前推，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅱ(5)经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅰ(4)；反之，当活塞杆(2)外拉，液体阻尼介质从阻尼腔体Ⅰ(4)经过内置可调式变阻尼机构流入阻尼腔体Ⅱ(5)。
8.根据权利要求3所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，入口(10)和出口(11)均沿缸体(1)轴线均匀对称布置，阻尼介质活塞(3)的作用力的均匀，避免导致缸体(1)倾斜，增加活塞(3)与缸体(1)的摩擦力。
9.根据权利要求1所述的内置增强型变阻尼粘滞阻尼装置，其特征在于，缸体(1)的端部与活塞杆(2)的端部均采用铰接固定，且均通过球铰座(9)进行连接。
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