CN111878536A - 一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，包括主缸筒、副缸筒、活塞杆和固定套装在活塞杆上的主活塞，所述主缸筒与副缸筒相连，活塞杆位于主缸筒和副缸筒内且可沿主缸筒轴向往复运动，主活塞位于主缸筒内，所述主缸筒以及副缸筒之间还设置有次缸筒，次缸筒内设置有固定套装在活塞杆上的次活塞，次缸筒内壁与次活塞外壁形成间隙，所述次缸筒内壁沿轴向呈现为曲线，间隙随次缸筒内壁变化而变化，次缸筒最小内径等于次活塞外径；所述主活塞和次活塞上均沿轴向开设有阻尼孔，次缸筒和主缸筒内填充有阻尼介质。本发明将变阻尼的要求分解为两个普通黏滞流体阻尼器的叠加，在普通黏滞流体阻尼器的基础上设计，节约了设计、加工与性能试验的成本。

Description

一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器

技术领域

本发明涉及一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器。

背景技术

黏滞流体阻尼器(VFD)，是应用粘性介质和阻尼器结构部件的相互作用产生阻尼力的原理，设计、制作的一种被动式速度相关型阻尼器。它通过将结构振动产生的能量转换位流体热能，进而通过缸体将热能耗散出去，从而消耗结构振动能量的减振装置。作为20世纪结构工程界振动控制技术最优越的科研成果之一的黏滞流体阻尼器，近年来在工程结构领域得到了广泛应用，不仅大大提高了结构抗风、抗震能力，而且与传统的结构设计方法相比，节约了相当比例的建设成本。

现有技术中，传统的黏滞流体阻尼器一般由缸体、活塞、阻尼孔、黏滞流体阻尼材料和导杆等部分组成，活塞在缸筒内作往复运动，其中活塞上开有小孔，并塞入阻尼棒，活塞两边通过压板、螺杆将阻尼棒固定在孔中。当活塞与缸筒之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔中通过，从而产生阻尼力，达到耗能的目的。

常用的黏滞流体阻尼器的阻尼参数一般都是不变的，而在一些特殊的工程中，当遭遇大风或大震时，阻尼器的行程较大，希望此行程过程中阻尼参数值可以控制调节，根据各段行程的实际的需要来配置合适大小的阻尼参数值，否则就会出现阻尼力过大或过小的情况、或是造成变形超过了限值，而目前的黏滞流体阻尼器无法满足此类需求，给结构安全带来一定隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种变阻尼黏滞流体阻尼器，根据阻尼器实际的行程位置与活塞杆的运动速度，分阶段提供不同的阻尼参数值。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，包括主缸筒、副缸筒、活塞杆和固定套装在活塞杆上的主活塞，所述主缸筒与副缸筒相连，活塞杆位于主缸筒和副缸筒内且可沿主缸筒轴向往复运动，主活塞位于主缸筒内，所述主缸筒以及副缸筒之间还设置有次缸筒，次缸筒内设置有固定套装在活塞杆上的次活塞，次缸筒内壁与次活塞外壁形成间隙，所述次缸筒内壁沿轴向呈现为曲线，间隙随次缸筒内壁变化而变化，次缸筒最小内径等于次活塞外径；所述主活塞和次活塞上均沿轴向开设有阻尼孔，次缸筒和主缸筒内填充有阻尼介质。

进一步地，所述阻尼孔中设置有阻尼棒，阻尼棒沿轴向开设有阻尼孔，阻尼棒上阻尼孔两端进行倒角。

进一步地，所述压板与活塞杆之间设置有半环键，用于将主活塞和次活塞固定在活塞杆上。

进一步地，所述压板包括主压板和次压板，所述主压板与活塞杆之间、次压板与活塞杆之间均设置有半环键，用于将主活塞和次活塞固定在活塞杆上。

进一步地，所述副缸筒为半封闭式结构，副缸筒底部设置有圆形凹面以满足活塞杆的极限行程需求。

进一步地，所述主缸筒和次缸筒之间设置有缸筒连接螺母，主缸筒和副缸筒均与缸筒连接螺母相连，活塞杆穿透缸筒连接螺母且可在缸筒连接螺母中沿轴向往复运动。

进一步地，所述副缸筒外侧设置有连接单耳，所述连接单耳位于圆形凹面外侧；所述活塞杆裸露端亦设置有连接单耳，所述连接单耳上设置有关节轴承和吊装螺孔。

进一步地，所述副缸筒与次缸筒之间、次缸筒与缸筒连接螺母之间、缸筒连接螺母与主缸筒之间、主缸筒另一端均设置有支撑环，支撑环为“T”形中空结构且与活塞杆相匹配，支撑环窄部与次缸筒内径相匹配，支撑环外缘面上设置有若干密封圈。

进一步地，所述主缸筒上还设置有压紧螺母，所述压紧螺母位于右侧支撑环外侧，用于压紧支撑环。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)通过次缸筒结构形式的变化，可以改变次缸筒阻尼的产生方式。本方案实现的是中间大、两端小的阻尼方式，通过改变次缸筒结构形式，从而保障结构工程实际应用不同的减震需求。

2)将变阻尼的要求分解为两个普通黏滞流体阻尼器的叠加，在普通黏滞流体阻尼器的基础上设计，节约了设计、加工与性能试验的成本。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器的结构示意图。

图中标号：1-关节轴承，2-连接单耳，3-吊装螺孔，4-副缸筒，5-支撑环，6-密封圈，7- 阻尼棒，8-缸筒连接螺母，9-主缸筒，10-螺栓，11-主活塞，12-半环键，13-压紧螺母，14-主压板，15-次活塞，16-阻尼介质，17-活塞杆，18-次缸筒。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据本发明的一实施方式结合图1示出，一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，包括主缸筒9、次缸筒18和副缸筒4，副缸筒4为半封闭结构，其底部设置有圆形凹面，用于满足活塞杆17的极限行程，副缸筒4另一端外径减小且外缘面上设置有外螺纹。次缸筒18为中空结构，其两端内壁内径增大且设置有内螺纹与副缸筒4螺纹连接。主缸筒9亦为中空结构，其内壁两端设置有内螺纹，于主缸筒9和次缸筒18之间设置有缸筒连接螺母8，缸筒连接螺母8外缘面上设置有外螺纹与主缸筒9以及次缸筒18螺纹连接。于副缸筒4与次缸筒18之间、次缸筒18与缸筒连接螺母8之间、缸筒连接螺母8与主缸筒9之间、主缸筒9另一端均设置有支撑环5，支撑环5为“T”形中空结构且与活塞杆17相匹配，支撑环5窄部与次缸筒18内径相匹配，支撑环5外缘面上设置有至少一个密封圈6。通过设置支撑环5，使得副缸筒4、次缸筒18和主缸筒9均称为密闭空间。活塞杆17穿透副缸筒4、次缸筒18、主缸筒9、支撑环5以及缸筒连接螺母8且可沿主缸筒9轴向往复运动，于主缸筒和次缸筒内填充有阻尼介质16。

主缸筒9内设置有主活塞11，次缸筒18内设置有次活塞15，主活塞11、次活塞15均套装在活塞杆17上，于主活塞11和次活塞15上均沿轴向设置有通孔，阻尼棒7嵌入通孔内，阻尼棒7上沿轴向设置有阻尼孔，阻尼棒7上阻尼孔两端进行倒角。

于主活塞11和次活塞15的两侧均设置有压板14，压板14形状与主活塞11以及次活塞 15横截面相匹配，设置有与主活塞11以及次活塞15相同的阻尼孔和用于套装在活塞杆17 上的通孔，压板14通过螺栓10固定在主活塞11以及次活塞15的两侧。位于压板14通孔内壁上嵌套有半环键12，半环键12与活塞杆17相触，用于将主活塞11以及次活塞15固定于活塞杆17上，上述固定方式包括但不限于半环键12，亦可通过螺栓10将主活塞11以及次活塞15固定或将主活塞11以及次活塞15制作为与活塞杆17为一体结构，仅需能够保证主活塞11以及次活塞15相对于活塞杆17不会发生位移即可。

次缸筒18内径为中间大，两端小的结构，且次缸筒18中间部位的内径与次活塞15外径相等，保证次活塞15位于中间位置时能够刚好嵌入，使得次活塞15在运动过程中，不仅能够或得阻尼棒7所提供的的阻尼力，因次活塞15与次缸筒18内壁的间距变化，使得次活塞15还能够获得位于次缸筒18内的阻尼力。上述次缸筒18内壁包括但不限于内径中间大，两端小的结构，仅需能够让次活塞15以及次缸筒18之间的间距能够产生不断变化，且刚好有至少一处次缸筒18内径等于次活塞15外径即可，次缸筒18内径可沿轴向呈现为完全不规则的连续或不连续曲线，使得次活塞15能够获得的阻尼力处于可变化状态即可。

副缸筒4底部外侧设置有连接单耳2，位于主缸筒9外的活塞杆17末端也固定安装有活塞杆17连接单耳，连接单耳2以及活塞杆17连接单耳上均加工有吊装螺孔3，用以安装连接耳环，方便产品的吊装。此外，在连接单耳2以及活塞杆17连接单耳的销孔内还安装有关节轴承1，以适应在实际安装过程中的角度误差。

主缸筒9上还设置有压紧螺母13，压紧螺母13位于右侧支撑环5外侧，用于压紧支撑环5。

当建筑工程结构受到因地震等外界荷载冲击时，与结构连接的两端单耳将冲击力分别传到阻尼器两端的活塞杆17与主缸筒9，主缸筒9和次缸筒18与活塞杆17产生相对位移趋势，运动过程中，被带动的阻尼介质16通过凹槽冲击未被带动的阻尼介质16，在冲撞过程中，被带动的阻尼介质16动量减小，而未被带动的阻尼介质16却得到了动量而运动，二者动量总和保持不变。动能的减少时由于运动快的阻尼介质16与被带动起来的运动较慢的阻尼介质 16之间因碰撞而造成动能的损失，损失的动能转变成了热量，达到抗震减震的作用。因次缸筒18的不规则曲线内壁的设计，使得次活塞15相对于次缸筒18发生位移时，次活塞15与次缸筒18间的间距不断变化，类似于阻尼棒7的存在，通过不断变化的间隙(相较于阻尼棒 7的阻尼孔)，次活塞15能够获得另一部分阻尼力，且因主缸筒9和次缸筒18是以串联的方式连接，次活塞15位于活塞杆17上，串联式变阻尼黏滞流体阻尼器所能够获得的阻尼力为主缸筒9内的主活塞11所能够获得的阻尼力与次缸筒18内的次活塞15所能获得的阻尼力之和，且因次缸筒18的内阻尼力不断变化的效果，整个串联式变阻尼黏滞流体阻尼器所能够获得的阻尼力也处于不断变化的状态中。

上述次缸筒18包括但不限于一个，可由多个次缸筒18进行串联以此获得更大的阻尼力，且所获得的阻尼力亦能够不断变化，次缸筒18之间通过缸筒连接螺母8螺纹连接，且于次缸筒18和缸筒连接螺母8之间均设置有支撑环5。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，包括主缸筒(9)、副缸筒(4)、活塞杆(17)和固定套装在活塞杆(17)上的主活塞(11)，所述主缸筒(9)与副缸筒(4)相连，活塞杆(17)位于主缸筒(9)和副缸筒(4)内且可沿主缸筒(9)轴向往复运动，主活塞(11)位于主缸筒(9)内，其特征在于，所述主缸筒(9)以及副缸筒(4)之间还设置有次缸筒(18)，次缸筒(18)内设置有固定套装在活塞杆(17)上的次活塞(15)，次缸筒(18)内壁与次活塞(15)外壁形成间隙，所述次缸筒(18)内壁沿轴向呈现为曲线，间隙随次缸筒(18)内壁变化而变化，次缸筒(18)最小内径等于次活塞(15)外径；所述主活塞(11)和次活塞(15)上均沿轴向开设有阻尼孔，次缸筒(18)和主缸筒(9)内填充有阻尼介质(16)。

2.根据权利要求1所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述阻尼孔中设置有阻尼棒(7)，阻尼棒(7)沿轴向开设有阻尼孔，阻尼棒(7)上阻尼孔两端进行倒角。

3.根据权利要求2所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述主活塞(11)和次活塞(15)轴向两端均设置有压板(14)，用于固定阻尼棒(7)，压板(14)上开设有与阻尼棒(7)上的阻尼孔以及活塞杆(17)相匹配的通孔。

4.根据权利要求3所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述压板(14)与活塞杆(17)之间设置有半环键(12)，用于将主活塞(11)和次活塞(15)固定在活塞杆(17)上。

5.根据权利要求1所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述副缸筒(4)为半封闭式结构，副缸筒(4)底部设置有圆形凹面以满足活塞杆(17)的极限行程需求。

6.根据权利要求1所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述主缸筒(9)和次缸筒(18)之间设置有缸筒连接螺母(8)，主缸筒(9)和副缸筒(4)均与缸筒连接螺母(8)相连，活塞杆(17)穿透缸筒连接螺母(8)且可在缸筒连接螺母(8)中沿轴向往复运动。

7.根据权利要求5所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述副缸筒(4)外侧设置有连接单耳(2)，所述连接单耳(2)位于圆形凹面外侧；所述活塞杆(17)裸露端亦设置有连接单耳(2)，所述连接单耳(2)上设置有关节轴承(1)和吊装螺孔(3)。

8.根据权利要求6所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述副缸筒(4)与次缸筒(18)之间、次缸筒(18)与缸筒连接螺母(8)之间、缸筒连接螺母(8)与主缸筒(9)之间、主缸筒(9)另一端均设置有支撑环(5)，支撑环(5)为“T”形中空结构且与活塞杆(17)相匹配，支撑环(5)窄部与次缸筒(18)内径相匹配，支撑环(5)外缘面上设置有若干密封圈(6)。

9.根据权利要求8所述的串联式变阻尼黏滞流体阻尼器，其特征在于，所述主缸筒(9)上还设置有压紧螺母(13)，所述压紧螺母(13)位于右侧支撑环(5)外侧，用于压紧支撑环(5)。

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