CN109707780B - 一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，涉及土木工程结构及机械设备减振技术领域，包括活塞杆、缸筒、左活塞、中活塞、右活塞、密封圈、阻尼孔、碟形弹簧、套环、腔室、前端盖、后端盖、隔栅网、弹性橡胶球，其中左活塞、中活塞、右活塞、密封圈、阻尼孔、碟形弹簧、套环组成了阻尼腔室；隔栅网、弹性橡胶球组成了附加腔室。本发明可为建筑结构及机械设备在不同外界激励情况下进行有效的减振耗能；与现有剪切增稠阻尼器相比，本发明采用三段式活塞，实现速度解耦，使阻尼器能自适应于不同速度工况，实现低速到高速多种不同速度下的减振耗能。分段式的活塞使本发明对高速冲击荷载更为敏感，能提供更大的阻尼力，耗散冲击能量。

Description

一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器

技术领域

本发明主要涉及土木工程结构及机械设备减振技术领域，尤其是涉及一种基于剪切增稠材料的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器。

背景技术

不可避免自然灾害或人为因素往往会引起建筑结构及机械设备的振动，比如地震、风振或爆炸等灾害。振动给结构或机械设备带来的危害越来越引起人们的重视，各种减振手段也得以运用。阻尼器通常设置在建筑结构节点连接处或者机械设备振动位移过大处，通过附加的阻尼达到减小振动，耗散振动能量的目的。传统的粘滞阻尼器由活塞杆、活塞、缸筒、阻尼液组成，活塞随着振动在缸筒内往复运动，阻尼液受迫流过活塞处间隙，为活塞运动提供阻力，并通过材料自身内耗来耗散掉振动的能量。传统阻尼器虽能在一定情况下减小振动反应，但是常用粘滞材料其阻尼性能不可变，只有固定的速度指数和阻尼系数，适应性较差，无法应对不同速度工况下的振动响应，更不具备应对冲击荷载的能力。

近年来剪切增稠材料越来越多地被运用在减振技术上。剪切增稠液(ShearThickening Fluid，简称STF)是性能优异的粘弹性材料，在高速剪切作用下，STF的粘性急剧增加，甚至发生固化，在相态转变过程中能吸收大量能量。而剪切速度变低时，又能迅速恢复为粘流态。由于剪切增稠材料力学行为的高度非线性及其工作时不需要外部能源，所以被广泛应用于能量吸收装置，比如阻尼器、隔振器等等。

中国专利公开的“一种组合式分段耗能型可变阻尼的粘滞阻尼器”通过设置组合式活塞片，在弹性变形套支撑下随外界荷载改变间隙，从而改变出力，但其改变间隙而改变的出力不可控，且不具备抗冲耗能的作用。中国专利公开的“一种剪切增稠阻尼器可调限速的方法及阻尼器”使用锥形销来调节阻尼器工作的速度参数，但局限于需要人工事先调节，无法自适应速度载荷。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明涉及一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，克服了传统粘滞阻尼器阻尼系数不可变，不具备抗冲减振作用的缺点；与现有剪切增稠阻尼器相比，本发明活塞设置为三段式，具备速度解耦特性，适用于不同速度载荷下的振动工况，同时具有较好的耗能能力，碟形弹簧和阻尼孔的配合设置使本发明对高速冲击载荷更为敏感，提供更大的阻尼力，耗散冲击能量，同时在低速振动时也具有一定的阻尼力。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，包括缸筒，缸筒两端分别通过前端盖与后端盖密封；活塞杆的一端安装有活塞，且该端设置在缸筒内，活塞杆的另一端延伸出前端盖；所述缸筒内还设置有隔栅网，隔栅网靠近后端盖并与后端盖平行设置，且隔栅网与后端盖之间放置有弹性球。

进一步的，活塞包括左活塞、中活塞和右活塞；中活塞与活塞杆间隙配合，且中活塞设置在左活塞与右活塞之间。

进一步的，所述左活塞、中活塞与右活塞相同位置处沿轴向方向开设有阻尼孔，另外，中活塞沿轴向方向上还开设有第二阻尼孔。

进一步的，所述中活塞的两端沿轴向方向均开设有凹槽，凹槽内安装有套环；所述套环外圈上固定连接有延伸条，延伸条置于左活塞与右活塞上开设的延伸条槽内。

进一步的，所述套环内安装有弹性件。

进一步的，所述弹性件为蝶形弹簧。

进一步的，凹槽开设在中活塞中心，套环为中空结构。

进一步的，所述左活塞与右活塞通过螺纹连接在活塞杆上。

进一步的，所述缸筒内填充有剪切增稠液体。

进一步的，所述左活塞、中活塞和右活塞与缸筒内壁之间设置有密封圈。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明针对现有阻尼器抗冲效果差的特点，通过腔室内填充的剪切增稠液，并通过三段式活塞和阻尼孔的配合设计，对高速冲击荷载更为敏感，达到设定速率后，中活塞和左活塞和右活塞接触，阻尼孔长度增加，阻尼孔数量减少，剪切增稠效率进一步提升，阻尼力随冲击速度提升迅速提升，起到抗冲耗能的作用。

2、本发明针对现有剪切增稠阻尼器在高频小位移中速振动时，阻尼力过大，刚度过大导致减振效果差的问题，设置碟形弹簧将活塞设置为三段，将中速振动与高速冲击解耦，在高频小位移中速振动时，中活塞不参与工作，碟形弹簧负责主要出力，具有低刚度低阻尼特性，有更好的减振效果。

3、本发明针对现有剪切增稠阻尼器低速振动时材料不产生剪切增稠作用，阻尼力过低的问题，在附加腔室内加入弹性橡胶球，为阻尼器提供了适宜的补偿刚度，同时也起到体积补偿的作用，在低速振动工况下提供一定的阻尼力，并且方便设置和安装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图1中的左活塞和右活塞俯视图；

图3为本发明图1中的中活塞俯视图；

图4为本发明图1中的套环剖视图；

图5为本发明图1中的隔栅网结构示意图。

附图标记如下：

1-活塞杆；2-缸筒；3-左活塞；4-中活塞；5-右活塞；6-密封圈；7-阻尼孔；8-蝶形弹簧；9-套环；9-1延伸条；9-2延伸条槽；9-3凹槽；10-腔室；11-前端盖；12-后端盖；13-隔栅网；14-弹性橡胶球；15-拉杆螺栓；16-吊环孔；17-注液孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，包括缸筒2，缸筒2两端分别通过前端盖11与后端盖12密封；活塞杆1的一端安装有活塞，且该端设置在缸筒2内，活塞杆11的另一端延伸出前端盖11；所述缸筒2内还设置有隔栅网13，隔栅网13靠近后端盖12并与后端盖12平行设置，且隔栅网13与后端盖12之间放置有弹性球14。

其中，优选的，活塞包括左活塞3、中活塞4和右活塞5；中活塞4与活塞杆1间隙配合，且中活塞4设置在左活塞3与右活塞5之间。

优选的，所述左活塞3、中活塞4与右活塞5相同位置处沿轴向方向开设有阻尼孔7，另外，中活塞4沿轴向方向上还开设有第二阻尼孔。

优选的，所述中活塞4的两端沿轴向方向均开设有凹槽9-3，凹槽9-3内安装有套环9；所述套环9外圈上固定连接有延伸条9-1，延伸条9-1置于左活塞3与右活塞5上开设的延伸条槽9-2内。

优选的，所述套环9内安装有弹性件。

优选的，所述弹性件为蝶形弹簧8。

优选的，凹槽9-3开设在中活塞4中心，套环9为中空结构。

优选的，所述左活塞3与右活塞5通过螺纹连接在活塞杆1上。

优选的，所述缸筒2内填充有剪切增稠液体。

优选的，所述左活塞3、中活塞4和右活塞5与缸筒2内壁之间设置有密封圈6。

结合附图1，一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，包括活塞杆1、缸筒2、左活塞3、中活塞4、右活塞5、密封圈6、阻尼孔7、碟形弹簧8、套环9、腔室10、前端盖11、后端盖12、隔栅网13、弹性橡胶球14、拉杆螺栓15、吊环孔16、注液孔17；左活塞3和右活塞5与活塞杆1通过螺纹连接，中活塞4与活塞杆1间隙配合并通过碟形弹簧8固定在左活塞3和右活塞5之间，套环9设置在中活塞4上开设的凹槽内，左活塞3、中活塞4、右活塞5与缸筒2间隙配合并设置有密封圈6，左活塞3、右活塞5上阻尼孔7大小和位置与中活塞4上阻尼孔7对应，且数量少于中活塞4上阻尼孔7数量。左活塞3、中活塞4、右活塞5、密封圈6、阻尼孔7、碟形弹簧8、套环9组成了阻尼腔室；腔室10内填充满剪切增稠液体。前端盖11和后端盖12与缸筒2通过拉杆螺栓15固定，吊环孔16和注液孔17设置在前端盖11和后端盖12上，便于吊装和注液，隔栅网13通过卡槽固定在缸筒2内，弹性橡胶球14布置在隔栅网13和后端盖12之间，隔栅网13、弹性橡胶球14组成了附加腔室。附加腔室内的弹性橡胶球14为空心有一定气压的可压缩弹性橡胶球。

结合附图2、3、4和5，一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器活塞分为三段式，左活塞3、中活塞4、右活塞5、密封圈6、阻尼孔7、碟形弹簧8、套环9组成了阻尼腔室，在由小震或风振引起的结构高频小位移中速振动时，中活塞4不参与工作，出力取决于碟形弹簧8，具有低刚度低阻尼特性，有更好的减振效果，实现中速振动与高速冲击的解耦。腔室10内填充的液体为剪切增稠液，在高速剪切下，粘度会急剧增加，甚至发生固化，为活塞提供较大的阻尼力，并在相态转变过程中吸收大量能量。在面对高速的突发冲击荷载时，碟形弹簧8达到设定压缩极限，中活塞4与左活塞3或右活塞5接触，此时阻尼孔7长度增加，阻尼孔7数量也减少为左活塞3和右活塞5上阻尼孔7数量，剪切增稠效率进一步提升，阻尼力随冲击速度提升迅速提升，起到抗冲耗能的作用。弹性橡胶球14布置在隔栅网13和后端盖12之间，隔栅网13、弹性橡胶球14组成了附加腔室，附加腔室内的弹性橡胶球14为空心有一定气压的可压缩弹性橡胶球，为阻尼器提供了适宜的补偿刚度，同时也起到体积补偿的作用，在低速振动工况下提供一定的阻尼力。

工作过程

阻尼器工作时，活塞由活塞杆1带动在缸筒2中往复运动，剪切增稠液受迫流过阻尼孔7，为活塞运动提供阻力。阻尼器压缩时，弹性橡胶球14被挤压，起到体积补偿作用，阻尼器拉伸时，弹性橡胶球14恢复变形，也提供一部分恢复刚度。在由小震或风振引起的结构高频小位移中速振动时，在中活塞4不参与工作，出力取决于碟形弹簧8，具有低刚度低阻尼特性，有更好的减振效果，实现中速振动与高速冲击的解耦。腔室10内填充的液体为剪切增稠液，在高速剪切下，粘度会急剧增加，甚至发生固化，为活塞提供较大的阻尼力，并在相态转变过程中吸收大量能量。在面对高速的突发冲击荷载时，碟形弹簧8达到设定压缩极限，中活塞4与左活塞3或右活塞5接触，此时阻尼孔7长度增加，阻尼孔7数量也减少为左活塞3和右活塞5上阻尼孔7数量，剪切增稠效率进一步提升，阻尼力随冲击速度提升迅速提升，起到抗冲耗能的作用。弹性橡胶球14布置在隔栅网13和后端盖12之间，隔栅网13、弹性橡胶球14组成了附加腔室，附加腔室内的弹性橡胶球14为空心有一定气压的可压缩弹性橡胶球，为阻尼器提供了适宜的补偿刚度，同时也起到体积补偿的作用，在低速振动工况下提供一定的阻尼力。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，包括缸筒(2)，其特征在于，缸筒(2)两端分别通过前端盖(11)与后端盖(12)密封；活塞杆(1)的一端安装有活塞，且该端设置在缸筒(2)内，活塞杆(1 )的另一端延伸出前端盖(11)；所述缸筒(2)内还设置有隔栅网(13)，隔栅网(13)靠近后端盖(12)并与后端盖(12)平行设置，且隔栅网(13)与后端盖(12)之间放置有弹性球(14)；活塞包括左活塞(3)、中活塞(4)和右活塞(5)；中活塞(4)与活塞杆(1)间隙配合，且中活塞(4)设置在左活塞(3)与右活塞(5)之间；所述左活塞(3)、中活塞(4)与右活塞(5)相同位置处沿轴向方向开设有阻尼孔(7)，另外，中活塞(4)沿轴向方向上还开设有第二阻尼孔；所述中活塞(4)的两端沿轴向方向均开设有凹槽(9-3)，凹槽(9-3)内安装有套环(9)；所述套环(9)外圈上固定连接有延伸条(9-1)，延伸条(9-1)置于左活塞(3)与右活塞(5)上开设的延伸条槽(9-2)内。

2.根据权利要求1所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，所述套环(9)内安装有弹性件。

3.根据权利要求2所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，所述弹性件为蝶形弹簧(8)。

4.根据权利要求1所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，凹槽(9-3)开设在中活塞(4)中心，套环(9)为中空结构。

5.根据权利要求1所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，所述左活塞(3)与右活塞(5)通过螺纹连接在活塞杆(1)上。

6.根据权利要求1所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，所述缸筒(2)内填充有剪切增稠液体。

7.根据权利要求1所述的具备速度解耦特性的抗冲阻尼器，其特征在于，所述左活塞(3)、中活塞(4)和右活塞(5)与缸筒(2)内壁之间设置有密封圈(6)。

Images