CN1118645C - 冲击传输单元 - Google Patents

Abstract

一种冲击传输单元具有一液压缸，一在液压缸里的活塞，在液压缸里并在活塞头部两侧的胀流性材料，以及一操作控制在液压缸里的胀流性材料从活塞的一侧到另一侧的通道的阀门。该阀门可响应温度，以便补偿胀流性材料随温度发生的粘度变化。该阀门可响应横跨活塞头部两侧的压力差，以便响应在给定的临界值下面的压力差允许胀流性材料从头部的一侧到另一侧的流动。

Description

冲击传输单元

一种在两个力传输区域之间动作的冲击传输单元(STU)，其包括一活塞和液压缸单元，在活塞两边具有容纳粘性材料的空间。一种特别形式的粘性材料是胀流性材料，其为非牛顿物质，亦即粘度与剪切速率有关。其粘度随着剪切速率增加而增加，它越被搅拌粘度越高。在某一剪切速率下，该胀流性材料被有效地凝固。这个不应该与触变性材料(其粘度随剪力所作用的时间而减少)或抗流变材料(其粘度随剪力所作用的时间而增加)混淆。

在此活塞和液压缸单元上，有一力传输区域在液压缸的封闭端，而另一力传输区域则在从液压缸延伸的活塞端。如果粘性材料不能通过活塞溢出，则此单元被牢固锁定，作用力在此单元两端被传输而没有损失。如果材料可以在液压缸里从活塞的一端溢出至另一端，则在作用于力传输区域的力和由另一端传输的力之间将会有一些传输损失，因为粘性材料的移动将会允许活塞在液压缸里移动。

粘性材料经过活塞的移动是随着作用负荷增加的速率而发生的。因此，一持续负荷造成活塞移动通过该材料，直至它到达可利用行程的极限。本发明与确保活塞只在小于给定临界值的持续负荷情况下移动通过粘性材料的问题有关。该临界值可设定在此结构的正常热移动所施加的负荷处，使该STU被保护。如现在设想的，本发明提供一种冲击传输单元，它包括一液压缸、一在液压缸里的活塞、在液压缸里并在活塞头部两侧的胀流性材料、以及可操作控制胀流性材料在液压缸中从活塞头部的一侧通向另一侧的阀门。

该阀门可包括一中空圆柱形阀门件，它可移动进出延伸通过活塞的圆柱形孔，该阀门件具有远离被封闭的活塞的端部，及一穿过邻近该封闭端的圆柱形壁的通道，当封闭端离开活塞壁时，将允许粘性材料通过该通道和阀门孔，此阀门件被偏压而朝向其打开位置。当粘性材料经由阀门到阀门孔而达到一给定的最大速率时，此阀门将关闭，因为阀门封闭端的压力差超过使它保持打开的偏压力。这种中空圆柱形阀门件可以放置在通过活塞的圆柱形孔的任一端，以便双向操作。可在活塞上设置多个圆柱形孔，每一个孔具有一圆柱形阀门件。

胀流性材料移动速率还决定于它的粘度，它随温度改变。为了提供一在温度改变时尽可能匀速工作的STU，此阀门可对应温度而调整。此阀门可对胀流性材料体积膨胀作出反应，较佳的是可与胀流性材料的主体隔离。此阀门可安装在活塞的周缘，且可相对于活塞的周缘径向移动，以便控制粘性材料通道的横截面。此阀门较佳的是包括活塞环部分。此外，该通道可延伸通过液压缸壁。

现在，参考附图描述本发明的例子，其中：

图1是一STU局部剖视图；

图2由两幅图组成，它们分别是图1中的STU中的活塞的侧视图和平面图；

图3是沿图2B中的A-A线的剖视图；

图4是用于图1中的总配置中的一交替式活塞的平面图；

图5是沿图4中的A-A线的剖视图；

图6是本发明另一STU实施例的局部剖视图。

在附图中，相同的标号表示相同的零件，除非另有说明。

在图1中，液压缸1包括一主室，其中活塞组件2可轴向移动。活塞组件2包括一在轴3上的活塞10。主室的一端被液压缸壁4封闭，而另一端被一密封件5封闭，密封件5在液压缸的一孔和轴3之间。在壁4的外侧提供一第一强力连接头6，在轴3的自由端提供一第二连接头7。在此室内有胀流性材料，它们位于将此室分成两部分8和9的活塞的两侧。活塞10的中央区域形成有一孔洞11，其中安装着单元的轴3，活塞被固定在轴3上。活塞的大小使得活塞和液压缸之间的间隙对此两零件互不妨碍。

活塞包含胀流性材料从室的一部分到另一部分的路径，每一路径包含一圆柱形孔。如果所有的路径被关闭，那么任何作用在输入终端的力在没有活塞移动的情况下被直接传输到此单元另一端的输出终端，因为胀流性材料不能流动通过活塞，且材料基本上是不可压缩的。当路径的横截面为非零时，胀流性材料可在液压缸的两部分之间流动，从而因施加负荷的原因而允许活塞移动。单元的反应取决于路径的存在或其它情况。

如图2和3所示，以多个圆柱形孔12形式出现的路径从活塞的一平面延伸至另一平面。各孔具有可移动进出孔的阀门件，该阀门件具有一圆柱形中空壁，该壁靠近端部处形成有一个或几个小孔，该壁端部可从圆柱形孔端部突出，并被一锥形盖封闭。

一轴向螺杆18安装在穿孔的截面壁17上的一个孔里，其上安装一从活塞向外推压阀门件13的弹簧16，以及一限制阀门件13向外移动的螺母19。当作用在该装置上的负荷非常低时(这种情况在安装有STU的结构经受热移动时发生)，该STU处于准静态；在这种情况下，弹簧16使阀门件13处于打开位置。由此允许胀流性材料流动通过小孔15，下到阀门件的中空圆柱形部分，且经由圆柱形孔12和穿孔的截面壁17，到达活塞的另一侧。此时，活塞组件2可在液压缸里移动，以调节母结构的热移动。当一外部作用在此结构上的力大于热移动产生的力时，例如一地震作用在一建筑结构上，弹簧1 6的偏压被克服，这是因为在胀流性材料中的压力增加，其作用在阀门件上的力大于弹簧的力，使阀门向穿孔的截面壁17滑动，从而关闭小孔15。在这种情况下，防止胀流性材料从活塞的一侧移动到另一侧，使活塞限定在液压缸里。消除外部施加的负荷将使液压缸里的压力释放，接着打开阀门，恢复准静态。

适当选择零件13-19可调节配置的敏感度。

这种装置的效果是允许经由连接头6和7连接的两主体之间有小的相对移动，但当一主体将相对于另一主体以比给定的临界值大的振幅移动时，此STU被锁定，并确保一个主体移动的整个振幅被传输给另一主体。以一建筑结构来考虑，例如一桥梁横跨一山谷，一连接在桥梁的两板材之间的STU将允许在这些板材之间的小的热移动，但如果有地震欲使桥面板材大量移动，整个桥面将锁定成一整体，而整个结构的基础可用来保持桥面不动。在STU里的阀门封闭端(阀门在此处关闭胀流性材料的通道)上的压力差实际上远小于在通过圆柱形孔12的胀流性材料的剪切速率将达到的值(胀流性材料在该值时将有效地凝固)之前必须达到的压力，在该点，胀流性材料有它固有的值。由于这些压力是不同的，故需要一分隔阀。

上述装置已用粘性材料进行过测试，这些材料是非胀流性的、例如硅油，测试是令人满意的。

在图4的交替式活塞中，活塞上形成有圆孔23，其中安装着单元的轴3，活塞固定安装在轴上。一环形槽34沿活塞的周边延伸，其中安装着两半圆形活塞环部分35。活塞环部分35被铰接在活塞的一端部36上，以便轴向移动进出环形槽34。在活塞环部分被钻孔形成多个轴向通道37，以便当活塞环部分转向环形槽底部时允许留在活塞环部分和环形槽底部之间的胀流性材料溢出。其中一通道如图5所示。大约是四分之一圆环、并与轴3同心的两个腔室24和25形成于活塞头里，其一端被封闭，而另一端延伸通过圆柱形室26至活塞头的周边。各圆柱形室26里安装一活塞27，活塞27相对圆柱形室的孔形成一紧闭密封。活塞27上设置一O形环密封件41，以改善与圆柱形室26的密封，从而将胀流性材料保持在与活塞外部隔绝的腔室24和25里。活塞的外端形成U形夹31，各活塞环部分35的自由端32固定在U形夹31上。在活塞面向腔室24或25的端部上设有孔眼28，它与延伸至在腔室里的固定锚基33的螺旋弹簧29啮合，将活塞27偏压(拉)向腔室的封闭端部。当温度回落和腔室里的胀流性材料收缩时，螺旋弹簧29有助于活塞27在圆柱形室里复原。

在腔室24和25里的胀流性材料在加热时膨胀，它的膨胀驱动圆柱形室26里的活塞27向活塞2的周边移动，从而使活塞环部分35从主活塞的周边向外转向液压缸的内壁，由此减少活塞2的周边与液压缸之间的通道的横截面，胀流性材料可通过该通道从活塞2的一侧到另一侧。

在活塞环部分的自由端39和相邻的活塞环部分的铰接端部36之间设置一挡块38，以防止胀流性材料通过交错区域。

当温度增加时，由于活塞环部分向外转动而使胀流性材料可从主腔室的一部分到另一部分的通道的截面减少。通道截面的减少可补偿因材料温度增加而发生的粘度减少，这样，由于温度增加而发生的粘度减少、进而使在单元的两端部之间的力的传输的任何变化可由对应这种温度增加而使供材料在活塞的两侧移动的通道截面的缩小来补偿。以此方法，通过适当选择零件24-36的尺寸，已发现有可能对稳定负荷的传输、在一较宽温度范围内、诸如从-25至40℃提供一个统一的回应。

在图6里，使胀流性材料可从活塞头13的一侧流向另一侧的通道延伸通过液压缸壁41，并包括在液压缸外侧的导管42和43。这些导管在一温度感应阀44处相遇，该感应阀控制通道的横截面。这种感应阀可是任何适当类型的、诸如闸阀或针阀，图6显示了一种针阀。该阀的针状封闭件45延伸进入充满胀流性材料47的腔室46。一复原弹簧48使阀回复到一中点位置，以便在温度变化时反抗胀流性材料的作用。

在第二个实施例里，改变连接通道横截面的目的是为了调整在活塞两侧之间的总的流动路径，以便补偿粘度变化，对稳定负荷的传输、在一较宽温度范围内、诸如从-25至40℃提供一个统一的回应。

Claims (9)

1.一种冲击传输单元，包括：

一液压缸；

一在液压缸里的活塞；

在液压缸里的活塞两侧的胀流性材料；

其特征在于，还包括至少一阀门，其可操作控制在液压缸里的、通过从活塞的一侧到另一侧的通道的胀流性材料的流动，该阀门可响应胀流性材料流动速率的增加或降低来限制或不限制这种流动。

2.如权利要求1所述的单元，其特征在于，该通道包括延伸通过活塞的圆柱形孔，该阀包括可移动进出圆柱形孔的中空圆柱形阀门件，该阀门件远离活塞的一端被封闭，而在靠近封闭端处有一小孔，当阀门件处于打开位置时，该阀门件允许胀流性材料通过通道，该阀门件被偏压朝向打开位置，其中，它的封闭端与活塞隔开，当通过通道的胀流性材料的流动速率增加时，该阀门件移动离开它的打开位置，从而通过活塞使小孔节流，当胀流性材料的流动速率降低时，阀门件回复到其打开位置。

3.如权利要求2所述的单元，其特征在于，在通过活塞的圆柱形孔两端各包括一所述的中空圆柱形阀门件，以便双向操作。

4.如权利要求2或3所述的单元，其特征在于，活塞上形成有许多所述的圆柱形孔，各圆柱形孔具有至少一个圆柱形阀门件。

5.一种冲击传输单元，包括：

一液压缸；

一在液压缸里的活塞；

在液压缸里并在活塞两侧胀流性材料；

其特征在于，还包括至少一阀门，其操作控制在液压缸里的、通过从活塞的一侧到另一侧的通道的胀流性材料的流动，该阀门可响应温度变化而调整对胀流性材料从活塞的一侧向另一侧的流动的限制或不限制，由此响应这种温度变化来补偿胀流性材料在粘度方面的变化。

6.如权利要求5所述的单元，其特征在于，该阀门因温度变化而响应胀流性材料体积的膨胀和收缩。

7.如权利要求5所述的单元，其特征在于，所述胀流性材料的体积是与位于活塞任一侧的所述胀流性材料隔绝。

8.如权利要求5至7之一所述的单元，其特征在于，所述阀门安装在活塞的周边上，并可相对活塞周边径向移动，从而控制供粘性材料用的通道的横截面。

9.如权利要求8所述的单元，其特征在于，该阀门包括可相对活塞移动的活塞环部分，所述通道位于活塞和液压缸之间，活塞环的移动将有选择地减少或增加在活塞和液压缸之间的通道的横截面。

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