CN110700084A - 一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁隔振领域，具体涉及一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座。包括上部钢盘，下部钢盘，上永磁体，下永磁体，叠层支撑机构，铅芯，下部支撑壳体和升降装置；上永磁体吸附在上部钢盘的底面，下永磁体设置在下部支撑壳体的内部，通过升降装置实现下永磁体在下部支撑壳体内部的上下移动；叠层支撑机构为圆柱形、由磁流变弹性体和钢板交替硫化形成，中心设有通孔；铅芯穿设于叠层支撑机构的通孔中，且下端与下部支撑壳体固定连接。本发明的隔振支座利用升降装置改变上下永磁体间距，产生强度大小可调节的磁场，尤其是使水平方向剪切模量足够大，能够抵御水平方向大剪切力作用。
Description
技术领域
本发明属于桥梁隔振领域，具体涉及一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座。
背景技术
桥梁在面临地震作用威胁时，常在墩-梁结合处产生很大的冲击破坏力和移位,造成桥梁结构的损坏，因此隔振结构显得尤为重要。隔振结构安装在基础与隔振对象之间，用于降低由基础传到隔振对象上的地震能量，阻隔地震能量向上部结构传递，从而减小上部结构地震时的破坏程度。隔震技术减震思路清晰，减震效果明显，能够有效的抵御地震能量，减少地震对结构的水平作用。
在桥梁隔振设计的装置中，通常通过提高自身结构的强度、刚度、稳定性或应用金属隔振器和橡胶隔振器来增强结构的隔振能力，橡胶隔振支座虽然结构简单、成本低，但在突发情况(地震等)作用下，不能根据外界环境的变化很快做出回应，环境适应性较弱。总体来看，缺乏足够的隔振能力，是结构安全的短板。而提高自身强度等和采用金属隔振器会增加下部结构的承载力，增加结构整体的重量。
申请号为201710552497.1的中国发明专利，公开了一种可控智能化磁流变压电隔振支座，该支座中设置了液压伸缩杆，可以通过外部电源给高磁性滑动圆柱的励磁线圈通电来控制磁场的大小。
申请号为201510152083.0的中国发明专利，公开了一种组合式磁流变弹性体智能隔震支座，该支座主要由受力子组件、励磁子组件、传感器和控制器组成，该结构耗能较大，结构复杂。
申请号为201410756688.6的中国发明专利，公开了一种刚度阻尼可调的永磁式磁流变隔振支座，该支座利用升降台改变上下永磁体间距，产生强度大小可调的磁场，进而实现隔振支座刚度和阻尼连续调节。利用升降装置承载，竖向刚度较差，且升降结构复杂，升降量小，该结构的整体高度相对较高。
上述发明专利均可增加结构的整体刚度，在抵御外界大载荷(突发振动，地震)时，能够有效的保护结构整体强度，减少结构的破坏，但抵御水平方向剪切力作用能力较弱，且结构相对复杂，高度欠佳，耗能较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够满足不同振动激励对隔振支座刚度和阻尼参数的一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座，包括上部钢盘，下部钢盘，上永磁体，下永磁体，叠层支撑机构，铅芯，下部支撑壳体和升降装置；
所述上永磁体吸附在上部钢盘的底面，所述下永磁体设置在下部支撑壳体的内部，通过升降装置实现下永磁体在下部支撑壳体内部的上下移动；
所述叠层支撑机构为圆柱形、由磁流变弹性体和钢板交替硫化形成，中心设有通孔；所述铅芯穿设于叠层支撑机构的通孔中，且下端与下部支撑壳体固定连接。
进一步的，所述升降装置包括套筒，圆形升降台，丝杠，连接板，横向齿轮，竖向齿轮和转动杆；
所述下永磁体设置在圆形升降台上部，所述套筒竖直设置在下部支撑壳体内的中间位置，且套筒的下端与下部钢盘固定连接，所述丝杠设置在套筒内部且与套筒同轴设置，所述圆形升降台与丝杠螺纹副连接，所述丝杠的下端与横向齿轮的上端固定连接，所述横向齿轮和竖向齿轮啮合，所述横向齿轮、竖向齿轮的传动比为1：1，所述竖向齿轮连接有转动杆。
进一步的，所述圆形升降台包括中部的圆圈、外部的圆环和圆圈和圆环之间连接的连接板，所述圆圈内部设有内螺纹，圆圈内部直径与丝杠的直径相匹配，所述连接板的长度等于套筒的厚度，所述套筒上与连接板相对应的位置设有竖向的导向槽，当圆形升降台上下移动时，所述连接板沿导向槽上下移动。
进一步的，所述套筒底部一侧与竖向齿轮相对应的位置设有孔，转动杆穿过孔与竖向齿轮连接，且带动所述竖向齿轮转动。
进一步的，所述下部支撑壳体底部一侧开设有孔，所述转动杆穿过孔与动力装置连接。
进一步的，所述动力装置为与转动杆连接的手摇柄；或者所述动力装置为带有传感器的旋转电机，旋转电机的输出轴与转动杆连接，通过传感器接收地震信息，并将地震信息转化为电机转动的信息输出给转动杆。
进一步的，所述上部钢盘、下部钢盘以及下部支撑壳体均采用低碳钢制成；所述上部钢盘以及下部钢盘的直径为1.0-1.2m，厚度为18-22mm；所述铅芯的直径为100-120mm。
进一步的，所述上永磁体、下永磁体为钕铁硼永磁体。
进一步的，所述磁流变弹性体基体为硅橡胶，软磁性颗粒为羟基铁粉，载液为硅油。
进一步的，所述磁流变弹性体的制作方法如下：
(1)将室温硫化硅橡胶、羟基铁粉、硅油混合并均匀搅拌，得到混合物；
(2)将混合物放入真空干燥箱中进行脱泡处理；
(3)脱泡处理后，将其倒入模具中并将其置于磁感应强度为700mT的磁场发生器中进行预结构化处理；
(4)将预结构化处理后的样品置于室温下固化24小时
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
1本发明通过升降装置改变上永磁体和下永磁体的间距，可以控制穿过磁流变弹性体的磁场，实现磁流变弹性体自身刚度可控，即通过改变磁流变弹性体的刚度特性，改变隔振系统固有频率，使其远离震源的振动频率，从而达到减振的目的。
2.本发明利用永磁体作为磁流变材料励磁装置，无需外部电源供电，安装方便，能耗低，节约成本；且永磁体采用钕铁硼永磁材料，有较好的机械性能。
3.本发明通过将铅芯固定于叠层支撑机构的中部和下部支撑机构的上部，且铅芯的直径约为110mm，当支座发生剪切变形时，整个铅芯会发生剪切变形，实现耗散能量的作用，整体提高支座的阻尼和刚度，保证了整个结构的稳定性。
4.本发明的叠层支撑机构通过磁流变弹性体和钢板交替硫化形成，解决了磁流变弹性体自身较小的磁导率，很难磁饱和的特点，从而增强了其在磁场中的磁感应强度，提升支座整体的导磁能力；且钢板采用磁导率较高的20#钢。
5.本发明的上部钢盘、下部钢盘和下部支撑壳体均采用低碳钢制成，低碳钢具有高磁导率，且其抗拉、抗压性能良好，进一步提高了支座的隔震性能。
6.本发明的升降装置通过手摇柄控制竖向齿轮与横向齿轮的转动，从而带动转动杆的旋转，实现圆形升降台的变动，竖向齿轮与横向齿轮的转动比为1：1；且其手摇柄可以通过自动感应装置实现自主控制，操作方便，结构简单，人工成本低；升降空间大，支座高度较小。
附图说明
图1为本发明的隔振支座示意图。
附图标记说明：
1-上部钢盘，2-上永磁体，3-叠层支撑机构，4-磁流变弹性体，5-钢板，6-铅芯，7-下部支撑壳体，8-套筒，9-下永磁体，10-圆形升降台，11-丝杠，12-连接板，13-横向齿轮，14-竖向齿轮，15-手摇柄，16-下部钢盘，17-导向槽。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座包括上部钢盘1、下部钢盘16、上永磁体2、下永磁体9、叠层支撑机构3、铅芯6、下部支撑壳体7以及升降装置；上永磁体2吸附在上部钢盘1底部；叠层支撑机构3与上永磁体2、下部支撑壳体7连接；其中叠层支撑机3采用高阻尼磁流变弹性体-钢板硫化叠层，下部支撑壳体7连接在支座的下部钢盘16上；升降装置包括套筒8、圆形升降台10、连接板12、丝杠11、横向齿轮13、竖向齿轮14以及手摇柄15；套筒8与下部钢盘16固定连接，丝杠11与圆形升降台10螺纹副连接；所述丝杠11与套筒8同心，所述丝杠11的上端与套筒8的上端活动连接，套筒8的圆柱壁设有导向槽17，圆形升降台10的连接板12贯穿导向槽17；横向齿轮13与丝杠11的下端固定连接，竖向齿轮14与横向13齿轮啮合，手摇柄15与竖向齿轮14固定连接。
所述下永磁体9吸附在圆形升降台10上，实现上下永磁体间距的变化，从而控制磁场的大小；铅芯6固定于叠层支撑机构3的中心和下部支撑壳体7的上部，当支座发生剪切变形时，整个铅芯6会发生剪切变形，实现耗散能量的作用，整体提高支座的阻尼和刚度。铅芯6采用纯度不低于99.99％的高纯度铅锭，铅的化学成分应符合GB/T 469规定。
所述磁流变弹性体4是将基体硅橡胶，软磁性颗粒羟基铁粉，载液硅油混合并均匀搅拌，得到混合物。搅拌后，将混合物放入真空干燥箱中进行脱泡处理。脱泡处理后，将其倒入模具中并将其置于磁感应强度为700mT的磁场发生器中进行预结构化处理。最后将预结构化处理后的样品置于室温下固化24小时，即得到磁流变弹性体成品。硅橡胶在固化前是一种粘度较低的液体，固化后具有较高的机械强度，且稳定性好、耐老化、磁流变效应高。
所述软磁性颗粒羟基铁粉具有高相对磁导率、高磁饱和强度、低磁滞损耗、低矫顽力的特点。
所述硅油可以使得混合物容易搅拌，其加入量直接关系着固化后弹性体的硬度，影响弹性体的性能。
所述叠层支撑机构3通过磁流变弹性体4和钢板5交替硫化形成，且钢板采用磁导率较高的20#钢，解决了磁流变弹性体自身较小的磁导率，很难磁饱和的特点，从而增强了其在磁场中的磁感应强度，提升支座整体的导磁能力。
所述上下部钢盘、下部支撑壳体2均采用但不限于高磁导率的低碳钢制成，且上下部钢盘的直径为1.15m,厚度为20mm，设计尺寸参照规范《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》(JT/T 822-2011)Y4Q920X243G1.2。
钢板厚3mm，钢板采用不低于Q235A性能的钢板，叠层橡胶厚t r＝20mm，9层橡胶(n＝9)，橡胶层直径d 0＝0.92m，铅芯直径d p，取d p＝110mm。
上下永磁体采用钕铁硼永磁体材料，有较好的机械性能，且直径为0.9m，厚度为30mm。
所述基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座，上永磁体2、下永磁体9和圆形升降台10构成磁场强度调节单元。将隔振支座安装在隔振对象和基础之间，当遇到突发地震等情况，该支座可以利用手摇柄15的转动带动齿轮的旋转，实现丝杠11升降圆形升降台10，改变上永磁体2和下永磁体9的间距，控制穿过磁流变弹性体4的磁场强度。通过可调永磁磁场改变磁流变弹性体4的剪切储能模量，实现隔振支座刚度参数调节。
所述横向齿轮13与竖向齿轮14的转动比为1：1。
本发明能够在无外部电源供电的条件下依靠手动旋转手柄实现剪切储存模量的调节，结构简单、操作方便，成本低，高度相对较小，适用于土木工程桥梁隔振领域以及其他相关领域。所述手摇柄可以原位替换为带有传感功能的旋转电机，该电机直接与手摇柄处的转动杆连接，且通过传感器接收地震信息，并将地震信息转化为电机转动的信息输出，以满足精准控制旋转角度和方向的要求。
Claims (10)
1.一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座，其特征在于，包括上部钢盘(1)，下部钢盘(16)，上永磁体(2)，下永磁体(9)，叠层支撑机构(3)，铅芯(6)，下部支撑壳体(7)和升降装置；
所述上永磁体(2)吸附在上部钢盘(1)的底面，所述下永磁体(9)设置在下部支撑壳体(7)的内部，通过升降装置实现下永磁体(9)在下部支撑壳体(7)内部的上下移动；
所述叠层支撑机构(3)为圆柱形、由磁流变弹性体(4)和钢板(5)交替硫化形成，中心设有通孔；所述铅芯(6)穿设于叠层支撑机构(3)的通孔中，且下端与下部支撑壳体(7)固定连接。
2.根据权利要求1所述的隔振支座，其特征在于，所述升降装置包括套筒(8)，圆形升降台(10)，丝杠(11)，连接板(12)，横向齿轮(13)，竖向齿轮(14)和转动杆；
所述下永磁体(9)设置在圆形升降台(10)上部，所述套筒(8)竖直设置在下部支撑壳体(7)内的中间位置，且套筒(8)的下端与下部钢盘(16)固定连接，所述丝杠(11)设置在套筒(8)内部且与套筒(8)同轴设置，所述圆形升降台(10)与丝杠(11)螺纹副连接，所述丝杠(11)的下端与横向齿轮(13)的上端固定连接，所述横向齿轮(13)和竖向齿轮(14)啮合，所述横向齿轮(13)、竖向齿轮(14)的传动比为1：1，所述竖向齿轮(14)连接有转动杆。
3.根据权利要求2所述的隔振支座，其特征在于，所述圆形升降台(10)包括中部的圆圈、外部的圆环和圆圈和圆环之间连接的连接板(12)，所述圆圈内部设有内螺纹，圆圈内部直径与丝杠(11)的直径相匹配，所述连接板(12)的长度等于套筒(8)的厚度，所述套筒(8)上与连接板(12)相对应的位置设有竖向的导向槽(17)，当圆形升降台(10)上下移动时，所述连接板(12)沿导向槽(17)上下移动。
4.根据权利要求2所述的隔振支座，其特征在于，所述套筒(8)底部一侧与竖向齿轮(14)相对应的位置设有孔，转动杆穿过孔与竖向齿轮(14)连接，且带动所述竖向齿轮(14)转动。
5.根据权利要求4所述的隔振支座，其特征在于，所述下部支撑壳体(7)底部一侧开设有孔，所述转动杆穿过孔与动力装置连接。
6.根据权利要求5所述的隔振支座，其特征在于，所述动力装置为与转动杆连接的手摇柄(15)；或者所述动力装置为带有传感器的旋转电机，旋转电机的输出轴与转动杆连接，通过传感器接收地震信息，并将地震信息转化为电机转动的信息输出给转动杆，从而实现自主控制。
7.根据权利要求1所述的隔振支座，其特征在于，所述上部钢盘(1)、下部钢盘(16)以及下部支撑壳体(7)均采用低碳钢制成；所述上部钢盘(1)以及下部钢盘(16)的直径为1.0-1.2m，厚度为18-22mm；所述铅芯(6)的直径为100-120mm。
8.根据权利要求1所述的隔振支座，其特征在于，所述上永磁体(2)、下永磁体(9)为钕铁硼永磁体。
9.根据权利要求1所述的隔振支座，其特征在于，所述磁流变弹性体(4)基体为硅橡胶，软磁性颗粒为羟基铁粉，载液为硅油。
10.根据权利要求9所述的隔振支座，其特征在于，所述磁流变弹性体(4)的制作方法如下：
(1)将室温硫化硅橡胶、羟基铁粉、硅油混合并均匀搅拌，得到混合物；
(2)将混合物放入真空干燥箱中进行脱泡处理；
(3)脱泡处理后，将其倒入模具中并将其置于磁感应强度为700mT的磁场发生器中进行预结构化处理；
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- 2019-09-09 CN CN201910848345.5A patent/CN110700084A/zh active Pending
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