CN109972761A - 速度相关型连续变阻尼耗能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程减振隔震技术领域，公开了一种速度相关型连续变阻尼耗能装置。本发明包括缸体、活塞和活塞杆，缸体内设置有活塞杆，活塞杆中部设置有活塞，缸体与活塞围成的密封腔体经由活塞分为密封腔体Ⅰ和密封腔体Ⅱ，密封腔体内充满液体阻尼介质；回流槽两端分别与外部管路和密封腔体Ⅰ或密封腔体Ⅱ相通，液体阻尼介质充满回流槽、密封腔体Ⅰ和密封腔体Ⅱ；缸体轴向设置有两组外置变阻尼结构，外置变阻尼机构包括控制阀和外部管路，控制阀两端都通过外部管路与回流槽相连，回流槽与密封腔体Ⅰ和密封腔体Ⅱ相通，液体阻尼介质充满外置变阻尼机构的内腔。
Description
技术领域
本发明涉及一种速度相关型连续变阻尼耗能装置，属于土木工程减振隔震技术领域。
背景技术
地震、强风等自然灾害给人类带来的损失是巨大的，而且往往是灾难性的。最令人不安的莫过于其给人们生产生活带来的灾害。重则房屋建筑倒塌造成人员伤亡；轻则房屋装修与设备特别是精密昂贵的仪器设备造成损坏，以致难以修复。即使是大风引起诸如高层房屋的摇晃，也会给使用者带来不舒适感等等。这都给建筑结构设计提出了一个严肃而重要的问题，即如何在设计中正确设防以抵御或减轻这一危害,使之损失达到最小。
随着振动控制技术三十多年的发展，粘滞阻尼器因其能够提供较大阻尼，可以有效减小结构的振动；同时粘滞阻尼器的阻尼力与结构的运动方向和柱中弯矩异向，在减小结构层间位移和剪力的同时，不会在柱中产生与弯矩同向的轴力。所以粘滞阻尼器已成为减弱结构在外界荷载（地震、风振、车辆振动等）作用下产生振动的有效技术之一，在国内外很多工程中都得到了广泛的应用。
但是，粘滞阻尼器由于其阻尼系数固定，所以最优控制范围较窄，只对某部分烈度地震具有最优控制。由于荷载的随机性和不确定性，以及地震风振等发生时现场情况的复杂性，现有粘滞阻尼器已无法满足现代结构体系的要求。
发明内容
针对现有阻尼器系数固定，对结构控制范围较窄的缺点，本发明提出了一种速度相关型连续变阻尼耗能装置，该装置的阻尼系数会随着速度的改变而改变。当速度较小时，产生的阻尼系数较小；当速度较大时，产生的阻尼系数随之增大。
本发明所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，包括缸体、活塞和活塞杆，缸体内设置有活塞和活塞杆，活塞固定在活塞杆中部，在设计加工过程中用密封材料密封活塞和缸体内壁间的间隙，缸体与活塞杆围成的密封腔体中充满液体阻尼介质。密封腔体由活塞分为密封腔体Ⅰ和密封腔体Ⅱ，液体阻尼介质充满液密封腔体Ⅰ和密封腔体Ⅱ，缸体轴向设置有外置变阻尼机构，外置变阻尼机构包括控制阀和外部管路。
进一步地，控制阀包括阀体一、固定阀芯、活动阀芯、弹簧一、阀体二、锥阀芯和弹簧二，活动阀芯和固定阀芯上各开有小孔。弹簧一置于活动阀芯与固定阀芯之间，然后通过平面法兰将活动阀芯和固定阀芯固定入阀体一内，弹簧二置于阀体二内，阀体一和阀体二两者结合为一个整体的控制阀。控制阀两端与外部管路通过正丝与倒丝相连。
进一步地，控制阀两端通过外部管路分别与两端的回流槽相连，控制阀的入口经过回流槽与密封腔体Ⅰ或密封腔体Ⅱ的入口相连接。外部管路沿缸体轴向方向反对称布置，外部管路位于缸体外部，通过平面法兰与相应的控制阀相连。
进一步地，液体阻尼介质从入口进入控制阀，因为锥阀芯只能单一方向被推动，液体阻尼介质进入控制阀之后只能单一方向流动，所以液体阻尼介质流经阀体一进入阀体二，推开阀体二内的锥阀芯，然后通过出口流出；控制阀的出口经过回流槽与密封腔体Ⅰ或密封腔体Ⅱ的出口相连接。液体阻尼介质充满外置变阻尼机构的内腔。
进一步地，随着活塞杆的运动，会对密封腔体中的液体阻尼介质进行挤压，从而控制阀中的活动阀芯会受到液体阻尼介质的压力，当控制阀入口处的压力大于弹簧一的预压力时，控制阀里的活动阀芯和固定阀芯相对错位，活动阀芯和固定阀芯上面的交叉孔就会逐渐错开。随着腔内的压力不断增加，弹簧不断被压缩，交叉孔面积逐渐缩小，根据相关理论，阻尼孔的面积与阻尼系数成反比，即随着交叉孔的面积减小，阻尼系数即会随之增大。
进一步地，在缸体两端内部与活塞杆接触处设有限位块，限位块分别位于回流槽与密封腔体Ⅰ之间或回流槽与密封腔体Ⅱ之间。
进一步地，对于每个密封腔体，当活塞杆从左往右运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅰ通过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅱ；反之，当活塞杆从右往左运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅱ通过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅰ。
本发明的有益效果是，克服了传统的粘滞阻尼器阻尼系数固定的缺点，其阻尼系数能随着速度的改变而改变。此外，本装置不需要外部能源，控制效果趋近于半主动控制且优于被动控制。
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是图1的控制阀示意图。
图4是活塞杆向前推时液体阻尼介质的状态图。
图5是活塞杆外拉时液体阻尼介质的状态图。
图6是本发明的侧视图。
图中：1、缸体；2、活塞杆；3、活塞；4、控制阀；41、入口；42、活动阀芯；43、阀体一；44、固定阀芯；45、弹簧一；46、锥阀芯；47、阀体二；48、弹簧二；49、出口；5、外部管路；6、密封腔体Ⅰ；7、密封腔体Ⅱ；8、回流槽；9、限位块；10、螺栓孔。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实例，对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种速度相关型连续变阻尼耗能装置，包括缸体1、活塞杆2、活塞3、控制阀4、外部管路5和回流槽8。缸体1两端有密封件，两端密封件可以通过4个螺丝与其他结构连接。活塞杆2在缸体1中，被活塞3分为两段，处在密封腔体Ⅰ6中的活塞杆2一端与活塞杆2连接，另一端伸出缸体1，处在密封腔体Ⅱ7中的活塞杆2一端与活塞杆2连接，另一端伸出缸体1。密封腔体经由活塞杆2和活塞3分为密封腔体Ⅰ6和密封腔体Ⅱ7，液体阻尼介质充满密封腔体Ⅰ6和密封腔体Ⅱ7，缸体1轴向设有两组外置变阻尼机构，外置变阻尼机构包括控制阀4和外部管路5，控制阀4两端都通过外部管路5与回流槽8相通；回流槽8与密封腔体Ⅰ6或密封腔体Ⅱ7相通；液体阻尼介质充满外置变阻尼机构的内腔。
本发明所述的控制阀4包括活动阀芯42、阀体一43、固定阀芯44、弹簧一45和锥阀芯46阀体二47、弹簧二48；控制阀的入口41通过外部管路5连接到回流槽8，然后再与密封腔体Ⅰ6或密封腔体Ⅱ7相通；弹簧一45位于固定阀芯44内部，活动阀芯42和固定阀芯44位于阀体一43内部，然后阀体一43与阀体二47连接；因锥阀芯46控制液体阻尼介质单一方向流动，所以液体阻尼介质只能通过控制阀4从出口49流出，而不能回流；然后出口49通过外部管路5与回流槽8相通，最后连接到密封腔体Ⅱ7或密封腔体Ⅰ6。
控制阀4、外部管路5与回流槽8、以及对称设置的另一个回流槽8设置于活塞3两侧；外部管路沿缸体1轴线方向均匀对称布置；外部管路5位于缸体1外部，通过平面法兰与相对应的控制阀4相连。
在缸体1两端与活塞杆2接触处设有限位块9，限位块9分别位于外回流槽8与密封腔体Ⅰ6之间。
如图3所示，本发明所述的控制阀4通过更换弹簧可以对所需预压力进行调整，当活塞杆2带动活塞3运动时，液体阻尼介质会通过密封腔体Ⅰ6或密封腔体Ⅱ7流经外部管路5进入控制阀4入口41，随着活塞杆2运动速度的增大，液体阻尼介质的压强会增加，会对活动阀芯42施加和弹簧一45相反的作用力。当入口处液体阻尼介质的压力小于弹簧一45的预压力时，液体阻尼介质通过活动阀芯42和固定阀芯44上的交叉孔流出控制阀，变阻尼耗能装置表现与普通粘滞阻尼器相同；当液体阻尼介质的压力大于弹簧一45的预压力时，活动阀芯42后的弹簧一45会被压缩，交叉孔的面积会因活动阀芯42的运动而逐渐减小，然后从出口49流出，通过外部管路5，最终流入另一侧的密封腔体中。
如图4和图5所示，当活塞杆2从左往右运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅰ6经过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅱ7；反之，当活塞杆3从右往左运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅱ7经过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅰ6。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种速度相关型连续变阻尼耗能装置，该装置包括缸体（1）、活塞杆（2）和活塞（3），缸体（1）内设置有活塞杆（2）和活塞（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）分为密封腔体Ⅰ（6）和密封腔体Ⅱ（7），回流槽（8）两端分别与外部管路（5）和密封腔体Ⅰ（6）或密封腔体Ⅱ（7）相通，缸体（1）轴向对称设置有两组外置变阻尼机构，外置变阻尼机构包括控制阀（4）和外部管路（5），控制阀（4）两端通过外部管路（5）与回流槽（8）相连，液体阻尼介质充满外置变阻尼机构的内腔。
2.根据权利要求1所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，外部管路（5）沿缸体（1）轴线方向均匀对称布置，外部管路（5）位于缸体（1）外部，通过平面法兰与相对应的控制阀（4）相连。
3.根据权利要求1所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，外部管路（5）和位于其上的控制阀（4）设置于活塞（3）一侧，且呈反对称布置。
4.根据权利要求1所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，控制阀（4）包括阀体一（43）和阀体二（47），以及位于阀体一（43）内的活动阀芯（42）、固定阀芯（44）和弹簧一（45），位于阀体二（47）内的锥阀芯（46）和弹簧二（48）；阀体一（43）和阀体二（47）结合成一个整体的控制阀（4），控制阀（4）的入口（41）和出口（49）都通过外部管路（5）与相应的回流槽（8）相通。
5.根据权利要求4所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，控制阀（4）内的锥阀芯（46）只能被液体阻尼介质沿单一方向推动，所以液体阻尼介质进入控制阀（4）后只能从入口（41）流入，从出口（49）流出而不能反向流动。
6.根据权利要求4所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，控制阀（4）通过更换弹簧一（45）可以对所需预压力进行调整，当活塞杆（2）带动活塞（3）运动时，液体阻尼介质会通过密封腔体Ⅰ（6）或密封腔体Ⅱ（7）流经外部管路（5）流入控制阀（4）入口（41），随着活塞杆（2）运动速度的增大，液体阻尼介质的压强会增加，会对活动阀芯（42）施加与弹簧一（45）相反的作用力；当入口处液体阻尼介质的压力小于弹簧一（45）的预压力时，液体阻尼介质通过活动阀芯（42）和固定阀芯（44）上的交叉孔流出控制阀（4），变阻尼耗能装置表现与普通粘滞阻尼器相同，当液体阻尼介质的压力大于弹簧一（45）的预压力时，活动阀芯（42）后的弹簧一（45）会被压缩，交叉孔的面积会因活动阀芯（42）的运动而逐渐减小，然后从出口（49）流出，通过外部管路（5），最终流入另一侧的密封腔体中。
7.根据权利要求1速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，在缸体（1）两端内部与活塞杆（2）接触处设有限位块（9），限位块（9）分别位于回流槽（8）与密封腔体Ⅰ（6）之间、回流槽（8）与密封腔体Ⅱ（7）之间，且呈对称布置。
8.根据权利要求1和5所述的速度相关型连续变阻尼耗能装置，其特征在于，当活塞杆（2）从左往右运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅰ（6）经过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅱ（7）；反之，当活塞杆（2）从右往左运动时，液体阻尼介质从密封腔体Ⅱ（7）经过外置变阻尼机构流入密封腔体Ⅰ（6）。
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