CN109404468A - 一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及粘滞阻尼器的技术领域，具体涉及一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器。该阻尼器包括活塞、活塞杆，销头、螺纹压管、衬套、外套、缸筒和副缸，活塞固定在活塞杆上并将缸筒分隔为两个腔室，腔室内填充有粘滞阻尼液，活塞与缸筒间隙将左右腔室相连通；衬套通过所述螺纹压管固定在缸筒两端；衬套与缸筒壁、活塞杆密封配合，活塞杆横穿过衬套中心孔，一端与销头连接，另一端伸入副缸内，活塞和活塞杆的空腔内填充有低熔点晶体材料，粘滞流体阻尼器将地震波输入的动能通过低熔点晶体材料熔解热能形式进行吸收，降低粘滞阻尼液的温升。本发明解决了粘滞阻尼器在耗能的同时导致粘滞阻尼液的温升的问题，并提高阻尼器抗疲劳性能。
Description
技术领域
本发明专利涉及粘滞阻尼器的技术领域，具体涉及一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器。
背景技术
粘滞阻尼器是耗能型器件，是利用当粘滞阻尼液通过阻尼间隙时会产生粘滞阻尼力原理制成的速度相关型耗能器件，用于消耗地震对建筑、桥梁输入的能量并将其转化为热量。粘滞阻尼器工作的过程中会产生大量的热，而地震波作用周期较短通常只有数十秒的时间，因此将导致粘滞阻尼器在极短的时间内产生大量的热又无法通过散热的方式将产生的热量快速耗散掉，这将导致阻尼器内的粘滞阻尼液极速升温。粘滞阻尼液升温对阻尼器性能及本构关系的影响主要反映在阻尼间隙变化和阻尼液粘度变化两个方面。由于粘滞阻尼液通常采用高粘度甲基硅油，而硅油的比热容较小且热膨胀系数较大，密闭在缸体内的粘滞阻尼液温度升高后体积膨胀将导致缸筒内压急剧上升，使缸筒产生变形膨胀从而使缸筒内壁与活塞外圆柱面之间的阻尼间隙变大，导致阻尼力严重衰减，耗能能力变弱。同时粘滞阻尼液温度升高后粘度变低，通过阻尼间隙时阻尼力变小，使阻尼力进一步衰减，耗能能力进一步变弱。现有技术是通过增大缸筒直径的同时增加缸筒长度来增大内腔容积从而用增加硅油容量的方式降低粘滞阻尼液的温升。该方式导致阻尼器结构增大成本增加且降温效果不佳。如何在确保粘滞阻尼器充分耗能的同时降低粘滞阻尼液的温升，提高阻尼器抗疲劳性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，解决了粘滞阻尼器在耗能的同时导致粘滞阻尼液的温升的问题，并提高阻尼器抗疲劳性能。
本发明的技术方案是这样实现的：该耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，包括设置在缸筒内的活塞和活塞杆，其特征在于，还包括活塞杆前端的销头、螺纹压管、衬套、外套和缸筒后端的副缸，所述活塞固定在活塞杆上并将缸筒内腔分隔为左、右两个腔室，所述左、右腔室内填充有粘滞阻尼液，所述活塞外圆柱面与缸筒内壁间通过设有的间隙形成阻尼通道将所述左、右腔室相连通；所述衬套通过所述螺纹压管固定在缸筒两端；所述衬套与缸筒壁接触部位密封配合，所述活塞杆横穿过衬套中心孔后，其一端与所述销头连接，另一端伸入副缸内，所述衬套中心孔与所述活塞杆接触部位密封配合，所述活塞和活塞杆为中空结构，活塞和活塞杆的空腔内均填充有低熔点晶体材料，所述粘滞流体阻尼器将地震波输入的动能通过低熔点晶体材料熔解热能形式进行吸收，从而降低粘滞阻尼液的温升。
所述缸筒外设置有外套，所述外套固定在所述缸筒外表并与缸筒之间形成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有低熔点晶体材料，进一步提高阻尼器储热能力，可有效降低粘滞阻尼液的温升和缸筒内压。
较优的，所述低熔点晶体材料为三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛和/或萘。相同体积的低熔点晶体材料与钢相比，由于其由固相向液相熔解转化的过程可以吸收大量的热，因此在相同温升的情况下比相同体积的钢可多吸收数倍的热量。
所述副缸通过螺纹与缸筒后端固接。
较优的，所述衬套通过密封件与缸筒壁密封配合，衬套中心孔通过活塞杆密封与活塞杆密封配合。
较优的，所述活塞数量为多个，可根据工况自由设计。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷,具有以下有益效果：
本发明提供了一种性能可靠的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，解决了粘滞阻尼器在耗能的同时导致粘滞阻尼液的温升的问题，并提高阻尼器抗疲劳性能。本发明对由地震波动能转化的大量热能通过设置在活塞、活塞杆及缸筒外表封闭空腔内的低熔点晶体材料以熔解热能形式进行吸收，并利用低熔点晶体材料由固相向液相转化时需要吸收大量的熔解热原理，对内部热能充分吸收，可有效降低粘滞阻尼液的温升，大幅降低阻尼器缸筒内压，缩小阻尼器尺寸，提高粘滞流体阻尼器抗疲劳特性，延长阻尼器使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-销头，2-活塞杆，3-螺纹压管，4-衬套，5-缸筒，6-低熔点晶体材料，7-活塞，8-外套，9-副缸，10-活塞杆密封，11-粘滞阻尼液，12-密封件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器实施例，包括设置在缸筒5内的活塞7和活塞杆2，还包括活塞杆2前端的销头1、螺纹压管3、衬套4、外套8和缸筒5后端的副缸9，活塞7固定在活塞杆2上并将缸筒5内腔分隔为左、右两个腔室，左、右腔室内填充有粘滞阻尼液11，活塞7外圆柱面与缸筒5内壁间通过设有的间隙形成阻尼通道将左、右腔室相连通；衬套4通过所述螺纹压管3固定在缸筒5两端；衬套4与缸筒壁接触部位密封配合，活塞杆2横穿过衬套4中心孔后，其一端与销头1连接，另一端伸入副缸9内，衬套4中心孔与活塞杆2接触部位密封配合，活塞7和活塞杆2为中空结构，活塞和活塞杆的空腔内均填充有低熔点晶体材料6，粘滞流体阻尼器将地震波输入的动能通过低熔点晶体材料6熔解热能形式进行吸收，从而降低粘滞阻尼液11的温升。缸筒5外设置有外套8，外套8固定在所述缸筒5外表并与缸筒5之间形成密闭空腔，密闭空腔内填充有低熔点晶体材料6。低熔点晶体材料6为三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛和/或萘。副缸9通过螺纹与缸筒5后端固接。衬套4通过密封件12与缸筒壁密封配合，衬套4中心孔通过活塞杆密封10与活塞杆2密封配合。
本发明实施原理是：当安装了该粘滞流体阻尼器的结构遭遇地震时，粘滞流体阻尼器的活塞杆2受到输入的地震波拉压反复作用，活塞7在缸筒5内做往复运动过程中，会使得内部动能转化为大量的热能，而本发明通过将活塞7、活塞杆2设计为中空结构，在活塞空腔、活塞杆空腔内均充满低熔点晶体材料6，如三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛、萘等，利用低熔点晶体材料由固相向液相转化时需要吸收大量的熔解热能原理使阻尼器具有非常高的储热能力，可将由内部转化的热能以熔解热能的形式进行吸收，可有效降低粘滞阻尼液11的温升，大幅降低阻尼器缸筒内压，缩小阻尼器尺寸，提高粘滞流体阻尼器抗疲劳特性，延迟阻尼器使用寿命。因耗能主要发生在活塞7和活塞杆2处，因此将活塞7和活塞杆2设计为空心结构并在空腔内灌注低熔点晶体材料6，能提高活塞储热能力可有效降低粘滞阻尼液的温升和缸筒内压。本发明还在缸筒5外设置有外套8，外套8固定在缸筒5外表并与缸筒5之间形成密闭空腔，并在上述密闭空腔内填充低熔点晶体材料6，能进一步提高阻尼器储热能力，可有效降低粘滞阻尼液的温升和缸筒内压。
相同体积的低熔点晶体材料6，例如三水醋酸钠与传统的钢相比，其由固相向液相熔解转化的过程可以吸收大量的热，因此在相同温升的情况下比相同体积的钢可多吸收数倍的热量。
三水醋酸钠熔点58℃；密度1.528；比热容1.97(固)、3.22(液)kJ/kg.℃；熔解热265kJ/kg。
取体积为1的三水醋酸钠与钢温度由23℃升高到65℃相比较：
钢吸热：Q＝ρ*V*C*△t
＝7.85*0.46*42
＝151.66
三水醋酸钠吸热：Q＝ρ*V*(C1*△t1+R+C1*△t2)
＝1.528*(1.97*35+265+3.22*7)
＝544.72
通过计算相同体积的三水醋酸钠与钢相比，温度由23℃升高到65℃吸热能力是钢的3.6倍。经长期试验验证，采用本发明的粘滞流体阻尼器与现有粘滞流体阻尼器相比，可以有效降低粘滞阻尼液的温升35～40％，降低缸筒内压30％以上，阻尼器抗疲劳性能提高30％以上。
因此通过将活塞7和活塞杆2设计为空心结构并填充低熔点晶体材料，例如三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛、萘等，在不改变体积并确保强度的情况下利用低熔点晶体材料替换现有活塞的部分钢材料，从而提高活塞储热能力，本发明可有效降低粘滞阻尼液的温升和缸筒内压。基于本发明也可将低熔点晶体材料更换为三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛、萘以外的具有相同特性的物质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，包括设置在缸筒(5)内的活塞(7)和活塞杆(2)，其特征在于，还包括活塞杆(2)前端的销头(1)、螺纹压管(3)、衬套(4)、外套(8)和缸筒(5)后端的副缸(9)，所述活塞(7)固定在活塞杆(2)上并将缸筒(5)内腔分隔为左、右两个腔室，所述左、右腔室内填充有粘滞阻尼液(11)，所述活塞(7)外圆柱面与缸筒(5)内壁间通过设有的间隙形成阻尼通道将所述左、右腔室相连通；所述衬套(4)通过所述螺纹压管(3)固定在缸筒(5)两端；所述衬套(4)与缸筒壁接触部位密封配合，所述活塞杆(2)横穿过衬套(4)中心孔后，其一端与所述销头(1)连接，另一端伸入副缸(9)内，所述衬套(4)中心孔与所述活塞杆(2)接触部位密封配合，所述活塞(7)和活塞杆(2)为中空结构，活塞(7)和活塞杆(2)的空腔内均填充有低熔点晶体材料(6)，所述粘滞流体阻尼器将地震波输入的动能通过低熔点晶体材料(6)熔解热能形式进行吸收，从而降低粘滞阻尼液(11)的温升。
2.根据权利要求1所述的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述缸筒(5)外设置有外套(8)，所述外套(8)固定在所述缸筒(5)外表并与缸筒(5)之间形成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有低熔点晶体材料(6)。
3.根据权利要求1或2所述的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述低熔点晶体材料(6)为三水醋酸钠、硫代硫酸钠、偶氮笨、香草醛和/或萘。
4.根据权利要求3所述的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述副缸(9)通过螺纹与缸筒(5)后端固接。
5.根据权利要求1所述的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述衬套(4)通过密封件(12)与缸筒壁密封配合，衬套(4)中心孔通过活塞杆密封(10)与活塞杆(2)密封配合。
6.根据权利要求1所述的具有耐疲劳特性的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述活塞(7)数量有多个。
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