CN108757808B - 变摩擦粘滞流体混合阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器，所述混合阻尼器包括第一连接耳环、第二连接耳环、拉杆、两个端板、摩擦筒，以及设置于所述摩擦筒内部的密封圈、第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置、若干个连接板、若干个连接杆、变摩擦型活塞组、调节阀、储油舱、粘滞液体；应用本技术方案可实现混合阻尼器提供不同的阻尼力。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构中的耗能减震控制技术领域，具体是指一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器。
背景技术
阻尼器又称阻尼装置，它可以提供运动的阻力进而减耗运动能量。它广泛应用于高层建筑、桥梁、建筑结构抗震改造等领域。目前耗能减震控制技术领域的阻尼器大致分为两类，一类是以摩擦阻尼器为代表的位移相关型阻尼器；另一类是以粘滞流体阻尼器为代表的速度相关型阻尼器。摩擦阻尼器具有变形能力长、耗能能力稳定等特点，然而其阻尼力相对固定。而粘滞流体阻尼器由于在长时间的使用过程中粘滞流体会发生质量损失，所以造成粘滞流体阻尼器的耗能能力不稳定。在实际工程应用中，我们更希望阻尼器能发挥不同的阻尼力来满足不同地震阶段的需要，而现有的阻尼器均没有很好的实现上述功能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器，实现混合阻尼器提供不同的阻尼力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器，所述混合阻尼器包括第一连接耳环、第二连接耳环、拉杆、两个端板、摩擦筒，以及设置于所述摩擦筒内部的密封圈、第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置、若干个连接板、若干个连接杆、变摩擦型活塞组、调节阀、储油舱、粘滞液体；
所述变摩擦型活塞组的两侧分别设置有连接板，两侧的连接板远离所述变摩擦型活塞组的一侧分别连接有所述第一高强弹性装置、第二高强弹性装置；所述第一高强弹性装置远离所述连接板的一端连接有所述拉杆；所述第二高强弹性装置远离所述连接板的一端连接有连接杆；所述第一高强弹性装置与所述拉杆之间还设置有所述连接板，所述第二高强弹性装置与所述连接杆之间也设置有所述连接板；连接所述第二高强弹性装置的连接杆的另一端还连接有所述第三高强弹性装置；
所述摩擦筒的两端分别由端板封堵；所述摩擦筒的一端端板设置有让位孔，所述让位孔用于使所述拉杆远离所述第一高强弹性装置的一端穿过所述让位孔并连接所述第一连接耳环，所述拉杆与让位孔之间通过所述密封圈密封；所述摩擦筒的另一端端板连接有所述第二连接耳环；
所述摩擦筒的内部还设置有第一储油舱及第二储油舱；所述第一储油舱由所述摩擦筒内部的拉杆起至所述第二高强弹性装置与所述调节阀之间的连接杆；所述第二储油舱由所述调节阀与所诉第三高强弹性调节装置之间的连接杆起至连接所述第二连接耳环的端板；所诉第一储油舱与第二储油舱之间设置有分隔筒壁，所述调节阀设置于所述分隔筒壁上；所述调节阀的中部设置有贯穿孔，用于通过所述连接杆；所述第一储油舱及第二储油舱内均设置有粘滞液体。
在一较佳的实施例中，所述摩擦筒的内壁厚度不均匀。
在一较佳的实施例中，所述变摩擦型活塞组包括依次同轴排列第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞；所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞的两侧均设置有所述连接板，且两两通过连接杆连接。
在一较佳的实施例中，所述第一变摩擦型活塞靠近所述第一连接耳环设置，所述第三变摩擦型活塞靠近所述第二连接耳环设置。
在一较佳的实施例中，所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞均由至少两块扇环型的摩擦滑块及一圆环形弹性材料组成，所述圆环形弹性材料设置于所述扇环形的摩擦滑块组装后的圆孔内。
在一较佳的实施例中，所述扇环形的摩擦滑块上设置有若干个导流孔，用于通过所述粘滞流体。
在一较佳的实施例中，所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞均包括四块所述的扇环形的摩擦滑块。
在一较佳的实施例中，第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置具体均为高强弹性弹簧。
在一较佳的实施例中，当所述混合阻尼器处于初始平衡位置时，所述变摩擦型活塞组内的圆环形弹性材料为自然形态，扇环形的摩擦滑块发生一定程度的变形，即其压缩量为零；当所述圆环形弹性材料被压缩导致变形，所述圆环形弹性材料与所述摩擦筒的内壁即存在压应力；
当所述拉杆相对所述摩擦筒运动时，带动所述变摩擦型活塞组运动，使得所述粘滞液体通过所述导流孔，从而产生阻尼力；当所述变摩擦型活塞组相对于所述活塞筒的内部运动到不同位置时，由于所述摩擦筒的内部的不同位置处的壁厚不同，对所述圆环形弹性材料的压缩程度也不同，那么对应的压应力也不同，进而摩擦力也不同；
所述摩擦力与圆环形弹性材料的被压缩量成正比，即所述摩擦力的大小由所述变摩擦型活塞组相对所述摩擦筒的内部的位移量决定。
在一较佳的实施例中，当所述变摩擦型活塞组偏离其初始位置时，所述第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置被拉伸产生弹性力，所述弹性力通过连接杆、连接板和变摩擦型活塞组作用于拉杆；那么当拉杆偏离初始平衡位置且所述混合阻尼器卸载时，所述拉杆在所述弹性力的作用下回到初始位置。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
(1)通过挤压摩擦滑块改变摩擦滑块与摩擦筒内壁之间的压应力，以自动调节滑动摩擦力大小，实现阻尼器提供不同的阻尼力，可同时满足结构强振和弱振时的减振要求。
(2)在发生较大地震时，摩擦滑块与粘滞流体同时发挥作用，可有效控制主体结构在地震激励的位移与加速度。摩擦滑块与粘滞流体的同时作用也可提高阻尼器的安全储备。
(3)本发明提供的变摩擦粘滞流体混合阻尼器具有一定的自复位功能。高强弹性弹簧和变摩擦型活塞组内的弹性材料在卸载时可提供一定的恢复力，使阻尼器在震后可回复到平衡位置，有效减小震后的残余变形对结构带来的二次损伤。
附图说明
图1为本发明优选实施例中变摩擦粘滞流体混合阻尼器的立体图；
图2为本发明优选实施例中变摩擦粘滞流体混合阻尼器的剖面图；
图3为本发明优选实施例中变摩擦粘滞流体混合阻尼器的第一变摩擦型活塞的横截面图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器，参考图1至2，所述混合阻尼器包括第一连接耳环11、第二连接耳环12、拉杆3、两个端板8、摩擦筒2，以及设置于所述摩擦筒2内部的密封圈9、第一高强弹性装置51、第二高强弹性装置52、第三高强弹性装置53、若干个连接板100、若干个连接杆200、变摩擦型活塞组、调节阀6、储油舱、粘滞液体；
所述变摩擦型活塞组的两侧分别设置有连接板100，两侧的连接板100远离所述变摩擦型活塞组的一侧分别连接有所述第一高强弹性装置51、第二高强弹性装置52；所述第一高强弹性装置51远离所述连接板100的一端连接有所述拉杆3；所述第二高强弹性装置52远离所述连接板100的一端连接有连接杆200；所述第一高强弹性装置51与所述拉杆3之间还设置有所述连接板100，所述第二高强弹性装置52与所述连接杆200之间也设置有所述连接板100；
连接所述第二高强弹性装置52的连接杆200的另一端还连接有所述第三高强弹性装置53；
所述摩擦筒2的两端分别由端板8封堵；所述摩擦筒2的一端端板8设置有让位孔，所述让位孔用于使所述拉杆3远离所述第一高强弹性装置51的一端穿过所述让位孔并连接所述第一连接耳环11，所述拉杆3与让位孔之间通过所述密封圈9密封；所述摩擦筒2的另一端端板8连接有所述第二连接耳环12；
所述摩擦筒2的内部还设置有第一储油舱71及第二储油舱72；所述第一储油舱71由所述摩擦筒2内部的拉杆3起至所述第二高强弹性装置52与所述调节阀6之间的连接杆200；所述第二储油舱72由所述调节阀6与所诉第三高强弹性调节装置之间的连接杆200起至连接所述第二连接耳环12的端板8；所诉第一储油舱71与第二储油舱72之间设置有分隔筒壁，所述调节阀6设置于所述分隔筒壁上；所述调节阀的中部设置有贯穿孔，用于通过所述连接杆200；所述第一储油舱71及第二储油舱72内均设置有粘滞液体。所述调节阀6为单向导流，即仅允许第一储油舱71及第二储油舱72内的粘滞液体向摩擦筒2内流动，保证摩擦筒2的粘滞液体的总体积不发生变化，摩擦筒2内的压强也不会产生过大变化。所述粘滞液体可采用液体硅油。为了使混合阻尼器能够提供不同的阻尼力，所述摩擦筒2的内壁厚度不均匀。具体来说，所述摩擦筒2为变直径筒，所述摩擦筒2中部的壁厚小于所述摩擦筒2两端部的壁厚。
具体来说，所述变摩擦型活塞组包括依次同轴排列第一变摩擦型活塞41、第二变摩擦型活塞42、第三变摩擦型活塞43；所述第一变摩擦型活塞41、第二变摩擦型活塞42、第三变摩擦型活塞43的两侧均设置有所述连接板100，且两两通过连接杆200连接。
所述第一变摩擦型活塞41靠近所述第一连接耳环11设置，所述第三变摩擦型活塞43靠近所述第二连接耳环12设置。
参考图3，所述第一变摩擦型活塞41、第二变摩擦型活塞42、第三变摩擦型活塞43均由至少两块扇环型的摩擦滑块401及一圆环形弹性材料402组成，所述圆环形弹性材料402设置于所述扇环形的摩擦滑块401组装后的圆孔内。
所述扇环形的摩擦滑块401上设置有若干个导流孔4011，用于通过所述粘滞流体。在本实施例中，所述第一变摩擦型活塞41、第二变摩擦型活塞42、第三变摩擦型活塞43均包括四块所述的扇环形的摩擦滑块401。每个扇环形的摩擦滑块401中均设置有三个所述导流孔4011。所述圆环形弹性材料402可采用形状记忆合金，形状记忆合金的变形恢复能力远高于一般金属，加载过程中产生的应变会随着卸载而恢复，有利于混合阻尼器的复位。
具体来说，第一高强弹性装置51、第二高强弹性装置52、第三高强弹性装置53具体均为高强弹性弹簧。在本实施例中，所述高强弹性弹簧是由高强钢材制成。例如82b钢材，强度可达1600MPa以上，其回弹量远大于普通钢材。连接板100作为变摩擦型活塞组的限位装置，限制扇环形的摩擦滑块401在连接板100平面外的位移，仅允许其沿连接板100径向的滑动。
本变摩擦粘滞流体混合阻尼器的工作原理为：
当所述混合阻尼器处于初始平衡位置时，所述变摩擦型活塞组内的圆环形弹性材料402为自然形态，扇环形的摩擦滑块401发生一定程度的变形，即其压缩量为零；当所述圆环形弹性材料402略有压缩变形，此时，变摩擦型活塞组与摩擦筒2内壁刚好接触，那么变摩擦型活塞组与摩擦筒2的内壁的压变力为零；当所述圆环形弹性材料402被压缩导致变形，所述变摩擦型活塞组与所述摩擦筒2的内壁即存在压应力；
当所述拉杆3相对所述摩擦筒2运动时，带动所述变摩擦型活塞组运动，使得所述粘滞液体通过所述导流孔4011，从而产生阻尼力；当所述变摩擦型活塞组相对于所述活塞筒的内部运动到不同位置时，由于所述摩擦筒2的内部的不同位置处的壁厚不同，对所述圆环形弹性材料402的压缩程度也不同，那么对应的压应力也不同，进而摩擦力也不同；
所述摩擦力与圆环形弹性材料402的被压缩量成正比，即所述摩擦力的大小由所述变摩擦型活塞组相对所述摩擦筒2的内部的位移量决定，即摩擦力的大小与圆环形弹性材料402的压缩量成正比。通过挤压摩擦滑块401改变摩擦滑块401与摩擦筒2内壁之间的压应力，以自动调节滑动摩擦力大小，实现阻尼器提供不同的阻尼力，可同时满足结构强振和弱振时的减振要求。在发生较大地震时，摩擦滑块401与粘滞流体同时发挥作用，可有效控制主体结构在地震激励的位移与加速度。摩擦滑块401与粘滞流体的同时作用也可提高阻尼器的安全储备。
当所述变摩擦型活塞组偏离其初始位置时，所述第一高强弹性装置51、第二高强弹性装置52、第三高强弹性装置53被拉伸产生弹性力，所述弹性力通过连接杆200、连接板100和变摩擦型活塞组作用于拉杆3；那么当拉杆3偏离初始平衡位置且所述混合阻尼器卸载时，所述拉杆3在所述弹性力的作用下回到初始位置。高强弹性弹簧和变摩擦型活塞组内的弹性材料402在卸载时可提供一定的恢复力，使阻尼器在震后可回复到平衡位置，有效减小震后的残余变形对结构带来的二次损伤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于所述混合阻尼器包括第一连接耳环、第二连接耳环、拉杆、两个端板、摩擦筒，以及设置于所述摩擦筒内部的密封圈、第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置、若干个连接板、若干个连接杆、变摩擦型活塞组、调节阀、储油舱、粘滞液体；
所述变摩擦型活塞组的两侧分别设置有连接板，两侧的连接板远离所述变摩擦型活塞组的一侧分别连接有所述第一高强弹性装置、第二高强弹性装置；所述第一高强弹性装置远离所述连接板的一端连接有所述拉杆；所述第二高强弹性装置远离所述连接板的一端连接有连接杆；所述第一高强弹性装置与所述拉杆之间还设置有所述连接板，所述第二高强弹性装置与所述连接杆之间也设置有所述连接板；连接所述第二高强弹性装置的连接杆的另一端还连接有所述第三高强弹性装置；
所述摩擦筒的两端分别由端板封堵；所述摩擦筒的一端端板设置有让位孔，所述让位孔用于使所述拉杆远离所述第一高强弹性装置的一端穿过所述让位孔并连接所述第一连接耳环，所述拉杆与让位孔之间通过所述密封圈密封；所述摩擦筒的另一端端板连接有所述第二连接耳环；
所述摩擦筒的内部还设置有第一储油舱及第二储油舱；所述第一储油舱由所述摩擦筒内部的拉杆起至所述第二高强弹性装置与所述调节阀之间的连接杆；所述第二储油舱由所述调节阀与所诉第三高强弹性调节装置之间的连接杆起至连接所述第二连接耳环的端板；所诉第一储油舱与第二储油舱之间设置有分隔筒壁，所述调节阀设置于所述分隔筒壁上；所述调节阀的中部设置有贯穿孔，用于通过所述连接杆；所述第一储油舱及第二储油舱内均设置有粘滞液体；所述摩擦筒的内壁厚度不均匀；所述变摩擦型活塞组包括依次同轴排列第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞；所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞的两侧均设置有所述连接板，且两两通过连接杆连接。
2.根据权利要求1所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，所述第一变摩擦型活塞靠近所述第一连接耳环设置，所述第三变摩擦型活塞靠近所述第二连接耳环设置。
3.根据权利要求2所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞均由至少两块扇环形的摩擦滑块及一圆环形弹性材料组成，所述圆环形弹性材料设置于所述扇环形的摩擦滑块组装后的圆孔内。
4.根据权利要求3所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，所述扇环形的摩擦滑块上设置有若干个导流孔，用于通过所述粘滞流体。
5.根据权利要求4所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，所述第一变摩擦型活塞、第二变摩擦型活塞、第三变摩擦型活塞均包括四块所述的扇环形的摩擦滑块。
6.根据权利要求5所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置具体均为高强弹性弹簧。
7.根据权利要求6所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，当所述混合阻尼器处于初始平衡位置时，所述变摩擦型活塞组内的圆环形弹性材料为自然形态，扇环形的摩擦滑块发生一定程度的变形，即其压缩量为零；当所述圆环形弹性材料被压缩导致变形，所述圆环形弹性材料与所述摩擦筒的内壁即存在压应力；
当所述拉杆相对所述摩擦筒运动时，带动所述变摩擦型活塞组运动，使得所述粘滞液体通过所述导流孔，从而产生阻尼力；当所述变摩擦型活塞组相对于所述摩擦筒的内部运动到不同位置时，由于所述摩擦筒的内部的不同位置处的壁厚不同，对所述圆环形弹性材料的压缩程度也不同，那么对应的压应力也不同，进而摩擦力也不同；
所述摩擦力与圆环形弹性材料的被压缩量成正比，即所述摩擦力的大小由所述变摩擦型活塞组相对所述摩擦筒的内部的位移量决定。
8.根据权利要求7所述的变摩擦粘滞流体混合阻尼器，其特征在于，当所述变摩擦型活塞组偏离其初始位置时，所述第一高强弹性装置、第二高强弹性装置、第三高强弹性装置被拉伸产生弹性力，所述弹性力通过连接杆、连接板和变摩擦型活塞组作用于拉杆；那么当拉杆偏离初始平衡位置且所述混合阻尼器卸载时，所述拉杆在所述弹性力的作用下回到初始位置。
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