CN110030308A - 一种可恢复抗冲击混合隔减振装置及减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可恢复抗冲击混合隔减振装置及减振方法。装置包括外钢筒、活塞钢板、第一导轨、第二导轨、形状可恢复的第一柱形吸能结构以及第二柱形吸能结构。当遭遇较小的振动或冲击时，活塞钢板压缩形状可恢复的第一柱形吸能结构，后者通过压缩变形来耗散能量；当遭遇较大的冲击时，活塞钢板压缩第二柱形吸能结构，后者通过塑性变形耗散大量能量。此外，通过空气压缩腔产生空气弹簧的作用，具有协同隔减振能力。本发明可恢复、抗冲击混合隔减振装置具有结构简单，多重防护等优点。

Description

一种可恢复抗冲击混合隔减振装置及减振方法

技术领域

本发明涉及一种具有可恢复特性的抗冲击隔减振装置。

背景技术

振动广泛存在于土木工程、机械工程、航空航天工程等各个领域，例如：建筑物和桥梁在地震或风激励下的振动、机床和刀具在加工时的振动、火箭或飞机在推进时的振动、车辆在运行过程中的振动等。较小振动会引起人的不舒适感，影响精密仪器的功能，造成构件的损坏等。

冲击不同于振动的往复运动，是一种单向的、瞬时的能量释放，物体碰撞、炸药爆炸等过程都会产生冲击。冲击会在结构上产生幅值很大的加速度，因此也会产生相应的冲击荷载，造成结构的损伤甚至破坏；载具遭遇较大的冲击时，甚至会造成其中人员的伤亡。

振动与冲击都是不可避免的。在正常情况下，设备、载具、建筑等需要应对小幅值的振动或冲击荷载；在极端条件下，设备、载具、建筑等需要缓冲较大幅值的冲击荷载。例如：车辆在行驶过程中会因路面不平整等原因产生小幅值的振动或冲击，在跌落等意外发生时遭受较大幅值的冲击。

为了解决上述问题，传统的做法是分别采用隔振缓冲装置应对较小的振动或冲击，利用泡沫铝等吸能材料吸收极端情况下的剧烈冲击能量。对于汽车、飞机这种大型的设备或结构，传统的做法无疑增加了结构的复杂性，且日常使用时泡沫铝等吸能材料易被消耗；对于一些体积小的设备、结构，由于体积的限制往往难以在隔离振动的同时考虑跌落、碰撞等较大的冲击。因此，需要一种可恢复、抗冲击混合隔减振装置，可以对幅值较小的日常振动或冲击进行隔离或缓冲，并且可以反复使用，具有可恢复性；对幅值较大的冲击进行缓冲，保障生命或财产安全。

发明内容

本发明所解决的问题是提供一种可恢复抗冲击混合隔减振装置，该装置能够对幅值较小的日常振动或冲击进行隔离或缓冲，并且可以反复使用，具有可恢复性；同时对幅值较大的冲击进行缓冲，保障生命或财产安全。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术手段为：

一种可恢复抗冲击混合隔减振装置，包括：外钢筒，所述外钢筒上部开口设置；活塞钢板，设置在所述外钢筒内部，并且可以在外钢筒内沿竖直方向移动，活塞钢板上朝向外钢筒外部的一侧表面通过传力件与被保护设备连接，

所述外钢筒的筒内壁和所述活塞钢板之间设有供所述活塞钢板导向用的导轨，所述导轨包括两段，分别是位于外钢筒内壁上部的双向导轨和连接在所述双向导轨下部的单向导轨；

形状可恢复的第一柱形吸能结构，设置在外钢筒内位于活塞钢板的底部，用于支撑活塞钢板，形状可恢复的第一柱形吸能结构的柱心处开设有柱形空腔，所述柱形空腔的底部填充有第二柱形吸能结构，并且第二柱形吸能结构的高度要小于形状可恢复的第一柱形吸能结构，形状可恢复的第一柱形吸能结构、第二柱形吸能结构以及活塞钢板三者之间围合形成第一空气压缩腔；

所述外钢筒底部设有与结构连接的机械接口。

所述形状可恢复的第一柱形吸能结构采用高耗散粘弹性材料，且与外钢筒底部胶结或硫化粘结。

所述第二柱形吸能结构为铝蜂窝或泡沫铝，且具有高体积吸能比。

所述形状可恢复的第一柱形吸能结构的直径小于外钢筒的内径，外钢筒、形状可恢复的第一柱形吸能结构以及活塞钢板三者之间围合形成第二空气压缩腔。

所述形状可恢复的第一柱形吸能结构采用带孔粘弹性材料制成。

所述活塞钢板上设有缺口，所述缺口中放置有滑块，所述滑块与活塞钢板通过焊接连接或胶结。

所述双向导轨的顶端设有用于对所述滑块进行限位的限位装置。

本发明进一步公开了一种基于所述可恢复抗冲击混合隔减振装置的减振方法，

当结构产生较小的振动时，活塞钢板压缩形状可恢复的第一柱形吸能结构、第一空气压缩腔和第二空气压缩腔，其中：形状可恢复的第一柱形吸能结构通过压缩吸收耗散振动能量；第一空气压缩腔和第二空气压缩腔通过空气压缩吸收振动能量，有效保证设备的正常工作；

当装置与设备从高处跌落时，设备遭受剧烈的冲击荷载，活塞钢板发生较大的向下位移，第二柱形吸能结构作为第二柱形吸能结构被压缩，通过塑性变形吸收大量能量，尽可能地保护设备不受损坏，且单向导轨限制活塞钢板回弹，防止其释放形状可恢复的第一柱形吸能结构、第一空气压缩腔和第二空气压缩腔储存的弹性势能，造成二次伤害。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

1.利用形状可恢复的第一柱形吸能结构、第一空气压缩腔和第二空气压缩腔共同保证应对日常较小的振动或冲击能力，且具有可恢复性的特点，利用第二柱形吸能结构保证剧烈冲击下的吸能能力。

2. 第二柱形吸能结构和形状可恢复的第一柱形吸能结构具有一个高度差，使得小位移时第二柱形吸能结构不会被压缩消耗，仅在偶然发生的较大冲击下发挥作用。

3.利用外钢筒上部的双向导轨，使得小振下活塞钢板可往复运动消耗能量；利用外钢筒下部单向导轨，使得剧烈冲击发生后，装置不会发生回弹造成二次伤害。

4.本发明结合了形状可恢复的第一柱形吸能结构的减振能力、第二柱形吸能结构的塑性缓冲能力以及空气压缩腔的较为理想的非线性弹性，整个装置结构简单，传力耗能机制明确，具有多重耗能机制，安全性高。

附图说明

图1是本发明可恢复、抗冲击混合隔减振装置的主视图；

其中，1、顶部平板；2、传力杆；3、活塞钢板；4、滑块；5、第一导轨；6、第二空气压缩腔；7、第二导轨；8、形状可恢复的第一柱形吸能结构；9、第二柱形吸能结构；10、外钢筒；11、第一空气压缩腔；

图2是本发明形状可恢复的第一柱形吸能结构、第二柱形吸能结构、空气隔振腔、外钢筒、滑块俯视图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1至图2所示，本发明所述的是一种可恢复、抗冲击混合隔减振装置。所述的可恢复、抗冲击混合隔减振装置由顶部平板1、传力杆2、活塞钢板3、滑块4、第一导轨5、第二空气压缩腔6、第二导轨7、形状可恢复的第一柱形吸能结构8、第二柱形吸能结构9、外钢筒10、第一空气压缩腔11组成。所述顶部平板和外钢筒底部用于连接结构或设备。

实施例1

实施例1中，所述形状可恢复的第一柱形吸能结构8采用带孔粘弹性材料制成，直径小于外钢筒10直径，在高温高压下硫化形成，并通过环氧树脂与外钢筒10粘结在一起。

所述第二柱形吸能结构9采用铝蜂窝，放置于带孔粘弹性材料制成的形状可恢复的第一柱形吸能结构8的圆洞中，且上方留有一空腔，以保证活塞钢板位移较小时不会压缩铝蜂窝。

作为本发明实施例的一个优选方案，外钢筒10的内径相比形状可恢复的第一柱形吸能结构8的外径要大，使得两者之间形成第二空气压缩腔6。

其中，形状可恢复的第一柱形吸能结构8、第一空气压缩腔11以及第二空气压缩腔6主要用来应对幅值较小的振动或缓冲，并由于粘弹性材料和空气的弹性，在压缩之后可以恢复。

第二柱形吸能结构9主要用来缓冲极端状况时较大幅值的冲击。

活塞钢板3上方通过传力杆2与顶部平板1相连，三者通过焊接固接在一起。

活塞钢板开有缺口，缺口处放置滑块并将两者焊接在一起。

第一导轨、第二导轨均通过螺栓固定在外钢筒内表面，且通过导轨连接块连接；第二导轨为单向导轨，仅允许滑块发生向下的位移，位于第二柱形吸能结构所在高度区域，第一导轨为双向导轨，位于第二柱形吸能结构所在高度以上区域。

第一导轨顶端有限位装置，限制滑块，防止其滑出外钢筒。

顶部平板1上方放置被保护设备，当结构产生较小的振动时，活塞钢板3压缩形状可恢复的第一柱形吸能结构8、第一空气压缩腔以及第二空气压缩腔6，其中：形状可恢复的第一柱形吸能结构8通过压缩吸收耗散振动能量；第一空气压缩腔11和第二空气压缩腔6通过空气压缩吸收振动能量，有效保证设备的正常工作。

当装置与设备从高处跌落时，设备遭受剧烈的冲击荷载，活塞钢板3发生较大的向下位移，铝蜂窝作为第二柱形吸能结构9被压缩，通过塑性变形吸收大量能量，尽可能地保护设备不受损坏，且单向导轨限制活塞钢板回弹，防止其释放形状可恢复的第一柱形吸能结构8、第一空气压缩腔11和第二空气压缩腔6储存的弹性势能，造成二次伤害。

形状可恢复的第一柱形吸能结构8的外径35mm，内径25mm，高50mm；第二柱形吸能结构9高35mm；由于第二柱形吸能结构9体积被限制，其体积吸能比越大越好.

实施例1中，可通过增大铝蜂窝的壁厚、减小蜂窝边长、改善基体材料来增大其体积吸 能比。采用体积吸能比为20的铝蜂窝，保证第二柱形吸能结构9吸能能力高出形状可 恢复的第一柱形吸能结构8储能能力一个数量级以上。

该装置可有效吸收装置总质量为5kg，从5m高度处跌落的全部能量。

实施例2

本实施例中，所述第二柱形吸能结构9替换为泡沫铝。

Claims (8)

1.一种可恢复抗冲击混合隔减振装置，包括：外钢筒，所述外钢筒上部开口设置；活塞钢板，设置在所述外钢筒内部，并且可以在外钢筒内沿竖直方向移动，活塞钢板上朝向外钢筒外部的一侧表面通过传力件与被保护设备连接，其特征在于，

所述外钢筒的筒内壁和所述活塞钢板之间设有供所述活塞钢板导向用的导轨，所述导轨包括两段，分别是位于外钢筒内壁上部的双向导轨和连接在所述双向导轨下部的单向导轨；

形状可恢复的第一柱形吸能结构，设置在外钢筒内位于活塞钢板的底部，用于支撑活塞钢板，形状可恢复的第一柱形吸能结构的柱心处开设有柱形空腔，所述柱形空腔的底部填充有第二柱形吸能结构，并且第二柱形吸能结构的高度要小于形状可恢复的第一柱形吸能结构，形状可恢复的第一柱形吸能结构、第二柱形吸能结构以及活塞钢板三者之间围合形成第一空气压缩腔；

所述外钢筒底部设有与结构连接的机械接口。

2.根据权利要求1所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述形状可恢复的第一柱形吸能结构采用高耗散粘弹性材料，且与外钢筒底部胶结或硫化粘结。

3.根据权利要求1所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述第二柱形吸能结构为铝蜂窝或泡沫铝，且具有高体积吸能比。

4.根据权利要求1所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述形状可恢复的第一柱形吸能结构的直径小于外钢筒的内径，外钢筒、形状可恢复的第一柱形吸能结构以及活塞钢板三者之间围合形成第二空气压缩腔。

5.根据权利要求3所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述形状可恢复的第一柱形吸能结构采用带孔粘弹性材料制成。

6.根据权利要求1所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述活塞钢板上设有缺口，所述缺口中放置有滑块，所述滑块与活塞钢板通过焊接连接或胶结。

7.根据权利要求5所述的可恢复抗冲击混合隔减振装置，其特征在于，所述双向导轨的顶端设有用于对所述滑块进行限位的限位装置。

8.一种基于权利要求1~7中任一所述可恢复抗冲击混合隔减振装置的减振方法，其特征在于，

当结构产生较小的振动时，活塞钢板压缩形状可恢复的第一柱形吸能结构、第一空气压缩腔和第二空气压缩腔，其中：形状可恢复的第一柱形吸能结构通过压缩吸收耗散振动能量；第一空气压缩腔和第二空气压缩腔通过空气压缩吸收振动能量，有效保证设备的正常工作；

当装置与设备从高处跌落时，设备遭受剧烈的冲击荷载，活塞钢板发生较大的向下位移，第二柱形吸能结构被压缩，通过塑性变形吸收大量能量，尽可能地保护设备不受损坏，且单向导轨限制活塞钢板回弹，防止其释放形状可恢复的第一柱形吸能结构、第一空气压缩腔和第二空气压缩腔储存的弹性势能，造成二次伤害。