CN109779060A - 一种铅挤压磁流变组合耗能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铅挤压磁流变组合耗能装置，它包括圆环形导磁活塞杆，活塞杆中部外、内表面沿圆周方向分别设置活塞和挤压轴轴突，在活塞中刻有环形凹槽，凹槽内沿圆周方向缠绕励磁线圈；活塞杆的外部同轴设置有圆环形导磁缸筒，圆环形导磁缸筒的上、下端分别设有上、下部圆环形盖板，活塞杆、活塞、缸筒、上部和下部圆环形盖板之间围成圆环形腔室，腔室中充满磁流变液；活塞杆的内部同轴设置圆形钢柱，钢柱的上、中下和下部依次固定有上、下部圆形盖板和下部连接法兰板，活塞杆、挤压轴轴突、钢柱、上部和下部圆形盖板之间围成圆环形腔室，腔室中充满铅；活塞杆上部固定有上部连接法兰。该装置阻尼力在较大范围内连续可调，可靠性高。

Description

一种铅挤压磁流变组合耗能装置

技术领域

本发明属于建筑结构耗能减震技术领域，具体涉及一种铅挤压磁流变组合耗能装置。

背景技术

铅是一种比较柔软的金属，具有较好的展性，刚度较低，柔性较好，铅的结晶是面芯立方晶体构造，滑移系和滑移方向较多；因此，铅在变形过程中可以吸收较大的能量，并具有很好的塑性变形性能。铅挤压阻尼器是一种结构简单、造价低廉、可靠性高的被动耗能器，由于铅的再结晶温度低于20℃，所以铅在室温条件下因挤压产生变形时，将发生动态恢复和再结晶，通过恢复和再结晶，铅的组织构造和性能将恢复至变形前的状态。因此，铅挤压阻尼器是仅有的一种经历塑性循环而不会发生累积疲劳的金属耗能器，地震后不会损坏。然而，传统的铅挤压阻尼器的阻尼力不可调节，其减震控制效果并不理想。

磁流变阻尼器是利用磁流变液在磁场下的快速流－固逆变特性而制造的一种半主动控制装置，它具有响应迅速、能耗低、阻尼力连续可调等优点，磁流变阻尼器主要依靠调节输入电流(或电压)的大小来调节阻尼力。然而，在地震作用下，磁流变阻尼器的外部电源或控制系统极易遭到损坏，一旦外部电源或控制系统失效，磁流变阻尼器将完全失去耗能减震作用，其可靠性有待于进一步提高。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种铅挤压磁流变组合耗能装置，该耗能装置的特点是：阻尼力由磁流变液的剪切屈服力和铅的挤压力共同提供，磁流变液的剪切屈服力可通过改变线圈中的电流强度来调节，因此，该装置的阻尼力吨位较大，并在较大阻尼力范围内连续可调；此外，即便磁流变液在外部电源或控制系统失效时因剪切屈服力太小而失去耗能作用，该装置的铅金属仍能正常耗能和提供阻尼力，因此具有很高的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种铅挤压磁流变组合耗能装置，它包括圆环形导磁活塞杆，活塞杆中部外表面沿圆周方向设置有活塞，活塞杆中部内表面沿圆周方向设置有挤压轴轴突，在活塞中沿圆周方向刻有两个环形凹槽，环形凹槽的截面为长方形，两个环形凹槽内部沿圆周方向缠绕励磁线圈，励磁线圈的导线头从设置在活塞杆内部的圆形孔道中引出；所述活塞杆的外部同轴设置有圆环形导磁缸筒，圆环形导磁缸筒的上端设有上部圆环形盖板，圆环形导磁缸筒的下端设有下部圆环形盖板，活塞杆的外表面、活塞的外表面、缸筒的内表面、上部环形盖板的下表面和下部环形盖板的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满磁流变液；所述活塞杆的内部同轴设置有能承受拉、压力的圆形钢柱，圆形钢柱的上部、中下部、下部依次固定连接有上部圆形盖板、下部圆形盖板和下部连接法兰板，活塞杆的内表面、挤压轴轴突的外表面、圆形钢柱的外表面、上部圆形盖板的下表面和下部圆形盖板的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满铅金属；所述活塞杆的上部固定设置有上部连接法兰板，下部环形盖板和下部连接法兰板之间固定设置有圆环形连接筒。

根据上述的新型铅挤压磁流变组合耗能装置，所述活塞杆为圆环形导磁活塞杆，且活塞杆中部外表面沿圆周方向设置有活塞，活塞杆中部内表面沿圆周方向设置有挤压轴轴突。

根据上述的新型铅挤压磁流变组合耗能装置，所述上部圆环形盖板、下部圆环形盖板、上部圆形盖板、下部圆形盖板、下部连接法兰板通过圆形钢柱、圆环形导磁缸筒、圆环形连接筒固定连接在一起，这些组件沿其旋转对称轴运动时具有相同的位移。

本发明的有益效果：阻尼力由磁流变液的剪切屈服力和铅的挤压力共同提供，阻尼力较大，耗能能力强，并且阻尼力在较大范围内连续可调，能够更好地抑制土木工程结构在大震作用下的响应；即便外部电源或控制系统失效，磁流变液因剪切屈服力太小而失去耗能能力，该装置的铅金属仍能正常耗能和提供阻尼力，因此具有很高的可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中A-A剖面示意图；

图3是图1中B-B剖面示意图。

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-图3所示，本发明提供了一种铅挤压磁流变组合耗能装置，它包括圆环形导磁活塞杆1，圆环形导磁活塞杆1中部外表面、内表面分别沿圆周方向设置有活塞2和挤压轴轴突3，在活塞2中沿圆周方向刻有两个环形凹槽，环形凹槽的截面为长方形，两个环形凹槽内部沿圆周方向缠绕励磁线圈4，励磁线圈4的导线头从设置在活塞杆1内部的圆形孔道5中引出；所述活塞杆1的外部同轴设置有圆环形导磁缸筒6，圆环形导磁缸筒6的上、下两端依次固定连接有上部圆环形盖板7和下部圆环形盖板8，活塞杆1的外表面、活塞2的外表面、缸筒6的内表面、上部环形盖板7的下表面和下部环形盖板8的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满磁流变液9；所述活塞杆1的内部同轴设置有能承受拉、压力的圆形钢柱10，钢柱10的上部、中下部、下部分别固定连接有上部圆形盖板11、下部圆形盖板12和下部连接法兰板13，活塞杆1的内表面、挤压轴轴突3的外表面、圆形钢柱10的外表面、上部圆形盖板11的下表面和下部圆形盖板12的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满铅金属14；所述活塞杆1的上部固定设置有上部连接法兰板15，下部环形盖板8和下部连接法兰板13之间固定设置有圆环形连接筒16。

根据上述的一种铅挤压磁流变组合耗能装置，所述上部圆环形盖板7、下部圆环形盖板8、上部圆形盖板11、下部圆形盖板12、下部连接法兰板13通过圆形钢柱10、圆环形导磁缸筒6、圆环形连接筒16固定连接在一起，因此，这些组件沿其旋转对称轴运动时具有相同的位移。

根据上述的一种铅挤压磁流变组合耗能装置，所述上部连接法兰板15和下部连接法兰板13的接近圆形外沿处均匀钻有六个螺栓孔17。

根据上述的一种铅挤压磁流变组合耗能装置，所述活塞2的外表面与缸筒6的内表面之间的圆环形通道为磁流变液的阻尼通道18。

根据上述的一种铅挤压磁流变组合耗能装置，所述励磁线圈4中通入电流时，便会在励磁线圈4周围产生磁感应线19。

本发明的工作原理：

首先将本发明的上部连接法兰板15与建筑结构某楼层顶部固结，同时将下部连接法兰板13与该楼层的底部固结，在水平地震荷载作用下，建筑结构会产生层间相对位移，并且层间相对位移会转换为上部连接法兰板15和下部连接法兰板13之间的轴向位移，由于上部连接法兰板15和活塞杆1固结，下部连接法兰板13和上部圆环形盖板7、下部圆环形盖板8、上部圆形盖板11、下部圆形盖板12、下部连接法兰板13、钢柱10、缸筒6、连接筒16固定连接在一起，因此，上部连接法兰板15和下部连接法兰板13之间的轴向位移被转换成了活塞杆1和缸筒6、钢柱10、上部圆形盖板11、下部圆形盖板12之间的轴向位移，此时，磁流变液9和铅金属14便会在各自的腔室内同时发生向上或向下的流动，因而便同时产生阻尼力和耗能减震作用，从而有效消耗传入建筑结构的地震能量，并降低结构在地震荷载作用下的动力响应，增大结构的耗能能力。

将本发明励磁线圈4的导线两端分别与直流电源的正、负极相连，当励磁线圈4中通电流时，便会在励磁线圈4的周围产生磁感应线19，由于活塞2、缸筒6和阻尼通道18中的磁流变液9导磁性能良好，因此，磁感应线19集中分布在图1所示的励磁线圈4周围，且磁感应线19的方向和阻尼通道18中磁流变液流动的方向相互垂直，因而磁感应线19的大小能有效改变磁流变液9的剪切屈服强度，也就意味着通过改变电流的大小能够改变本发明阻尼力的大小。即使外部电源失效，磁流变液提供的阻尼力非常小，本发明依然能够依靠铅金属提供阻尼力和耗能能力，因此具有很强的可靠性。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种铅挤压磁流变组合耗能装置，其特征在于：它包括圆环形导磁活塞杆(1)，活塞杆(1)中部外表面沿圆周方向设置有活塞(2)，活塞杆(1)中部内表面沿圆周方向设置有挤压轴轴突(3)，在活塞(2)中沿圆周方向刻有两个环形凹槽，环形凹槽的截面为长方形，两个环形凹槽内部沿圆周方向缠绕励磁线圈(4)，励磁线圈(4)的导线头从设置在活塞杆(1)内部的圆形孔道(5)中引出；所述活塞杆(1)的外部同轴设置有圆环形导磁缸筒(6)，圆环形导磁缸筒(6)的上端设有上部圆环形盖板(7)，圆环形导磁缸筒(6)的下端设有下部圆环形盖板(8)，活塞杆(1)的外表面、活塞(2)的外表面、圆环形导磁缸筒(6)的内表面、上部环形盖板(7)的下表面和下部环形盖板(8)的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满磁流变液(9)；所述活塞杆(1)的内部同轴设置有能承受拉、压力的圆形钢柱(10)，圆形钢柱(10)的上部、中下部、下部依次固定连接有上部圆形盖板(11)、下部圆形盖板(12)和下部连接法兰板(13)，活塞杆(1)的内表面、挤压轴轴突(3)的外表面、圆形钢柱(10)的外表面、上部圆形盖板(11)的下表面和下部圆形盖板(12)的上表面之间围成圆环形腔室，腔室中充满铅金属(14)；所述活塞杆(1)的上部固定设置有上部连接法兰板(15)，下部环形盖板(8)和下部连接法兰板(13)之间固定设置有圆环形连接筒(16)。

2.根据权利要求1所述的新型铅挤压磁流变组合耗能装置，其特征在于：所述活塞杆(1)为圆环形导磁活塞杆，且活塞杆(1)中部外表面沿圆周方向设置有活塞(2)，活塞杆(1)中部内表面沿圆周方向设置有挤压轴轴突(3)。

3.根据权利要求1所述的新型铅挤压磁流变组合耗能装置，其特征在于：所述上部圆环形盖板(7)、下部圆环形盖板(8)、上部圆形盖板(11)、下部圆形盖板(12)、下部连接法兰板(13)通过圆形钢柱(10)、圆环形导磁缸筒(6)、圆环形连接筒(16)固定连接在一起，这些组件沿其旋转对称轴运动时具有相同的位移。