CN113026535A - 一种新型多重减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多重减振装置，包括：长方体状的中空金属外壳，中空金属外壳的顶壁的中部设置有竖向压力杆，竖向压力杆位于中空金属外壳外部的一端设置有水平承压板，竖向压力杆位于中空金属外壳内部的一端设置有纵截面为平行四边形的水平的可变形四面桶；可变形四面桶的内部设置有空气气囊，空气气囊的内部横向设置有橡胶模板；左下侧金属模板和右下侧金属模板之间的铰接轴的底部竖直设置有连接杆，连接杆的底端的侧壁上铰接有四个滑动柱，滑动柱的底端铰接有滑块；中空金属外壳的内底面横向设置有四个矩形滑槽，每个滑动柱的底端通过滑块与矩形滑槽滑动连接。本发明实现了多结构复合减振，对于竖向荷载具有明显有效且快速的减振效果。

Description

一种新型多重减振装置

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种新型多重减振装置。

背景技术

近年来，随着铁路专线建设的不断推进，高铁桥梁建设技术获得了长足的发展，并在铁路建设中占据了举足轻重的地位，尤其在即将新建的铁路专线中，桥梁占比更是达到近50％。桥梁建设作为铁路建设中的重要组成部分，主要功能是优化路线，并提供更加平顺舒适的乘坐体验，其稳定安全成为设计建造的重中之重。

而随着国家在铁路建设中，不断吸收国内外的先进技术，加以运用并不断创新，在结构设计，建造技术方面实现了重大跨越。随之而来的是新技术应用时，不够成熟而附带的振动问题。随着桥梁在铁路建设中的占比不断提高，桥梁振动问题也越来越引起重视。在特定的风环境中，部分桥梁往往表现出明显振动摇晃，同时在列车荷载下，也极易产生竖向振动，且振动频率复杂多变，现有的高铁桥梁阻尼器减振很难满足当下需求。因此，如何加强阻尼器减振效果，设计出符合国情的能动态适应多种振动频率情况的阻尼器，成了如今高铁桥梁建设急需处理的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型多重减振装置，该装置内各结构之间的联动作用强，其机械结构设置精密，搭配精巧，不仅有效地缩小了整体体积，大大提高了可适用性，更是确保其可使用年限，避免频繁更替，节约运行成本，实现了多结构复合减振，对于竖向荷载具有明显有效且快速的减振效果，为此该新型多重减振装置可适用于各种桥梁结构及高铁轨道交通领域的减振。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明的提供了一种新型多重减振装置，包括：长方体状的中空金属外壳，所述中空金属外壳的顶壁的中部开设有通孔，所述通孔内设置有与所述通孔相匹配的竖向压力杆，所述竖向压力杆位于所述中空金属外壳外部的一端设置有水平承压板，所述竖向压力杆位于所述中空金属外壳内部的一端设置有水平的可变形四面桶；所述可变形四面桶包含左上侧金属模板、右上侧金属模板、右下侧金属模板和左下侧金属模板；所述左下侧金属模板、所述右下侧金属模板、所述右上侧金属模板和所述左上侧金属模板依次通过铰接轴铰接，所述可变形四面桶的纵截面为平行四边形，所述竖向压力杆位于所述中空金属外壳外部的一端连接在所述左上侧金属模板和所述右上侧金属模板之间的铰接轴上；所述可变形四面桶的内部设置有空气气囊，所述空气气囊的形状与所述可变形四面桶的内部结构相匹配，所述空气气囊的内部横向设置有橡胶模板，所述橡胶模板将所述空气气囊分为上容置腔和下容置腔；所述左下侧金属模板和所述右下侧金属模板之间的铰接轴的底部竖直设置有连接杆，所述连接杆的底端的侧壁上铰接有四个滑动柱，四个所述滑动柱分别沿所述连接杆的前、后、左、右四个方向分布，所述滑动柱的底端铰接有滑块；所述中空金属外壳的内底面横向设置有四个矩形滑槽，四个所述矩形滑槽与四个所述滑动柱一一对应，每个所述滑动柱的底端通过所述滑块与所述矩形滑槽滑动连接。

优选的，所述连接杆的外壁上设置有外螺纹；还包括：横向圆板，所述横向圆板的中部开设有与所述连接杆的外螺纹相匹配的螺纹通孔，所述横向圆板套设在所述连接杆上；所述中空金属外壳的内底面竖直设置有四个支撑柱，四个所述支撑柱以所述连接杆为中心均匀分布，每个所述支撑柱的顶端设置有滚轮，所述滚轮与所述横向圆板的下表面抵接；所述横向圆板的外侧面上等间距设置有四个第一横向弹簧，每个所述第一横向弹簧的一端与所述横向圆板的外侧面连接，每个所述第一横向弹簧的另一端与所述中空金属外壳的内侧壁连接。

优选的，所述左下侧金属模板、所述右下侧金属模板、所述右上侧金属模板和所述左上侧金属模板依次通过铰接轴密封铰接，所述下容置腔内填充有磁流变液；每个所述矩形滑槽的两侧分别设置有永磁铁，两个所述永磁铁垂直于所述滑块沿所述矩形滑槽滑动的方向，两个所述永磁铁相对的磁极相反；所述横向圆板的上表面设置有四个电磁铁，四个所述电磁铁与四个所述矩形滑槽一一对应；所述滑块由金属材料制成，每个所述滑块通过导线与对应的所述电磁铁连接。

优选的，所述第一横向弹簧为压缩弹簧。

优选的，所述左上侧金属模板和所述左下侧金属模板之间的铰接轴通过第二横向弹簧与所述中空金属外壳的左内侧壁连接，所述右上侧金属模板和所述右下侧金属模板之间的铰接轴通过第三横向弹簧与所述中空金属外壳的右内侧壁连接。

优选的，还包括四个第四横向弹簧，四个所述第四横向弹簧与四个所述滑块一一对应；每个所述第四横向弹簧的一端与每个所述滑块连接，每个所述第四横向弹簧的另一端与所述中空金属外壳的内侧壁连接。

优选的，所述空气气囊由柔性材料制成。

优选的，所述第二横向弹簧、所述第三横向弹簧和四个所述四横向弹簧分别为压缩弹簧。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本发明提供了一种新型多重减振装置，通过水平承压板、竖向压力杆、可变形四面桶和空气弹簧形成空气阀减振，同时第二横向弹簧和第三横向弹簧也可提供抵抗一部分动能，提高减振效果；而连接杆、滑动柱、横向圆盘以及支撑柱的设置，将竖向位移转为旋转，巧妙利用横向圆板的旋转进行耗能；且永磁铁、导线以及电磁铁的设置，无需外部能源，可自由将机械能转化为电能，控制磁场强弱，以达到影响磁流变液进行减振耗能；该装置内各结构之间的联动作用强，其机械结构设置精密，搭配精巧，不仅有效地缩小了整体体积，大大提高了可适用性，更是确保其可使用年限，避免频繁更替，节约运行成本，实现了多结构复合减振，对于竖向荷载具有明显有效且快速的减振效果，为此该新型多重减振装置可适用于各种桥梁结构及高铁轨道交通领域的减振。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型多重减振装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的新型多重减振装置在横向圆板处的俯视图；

图3是本发明实施例提供的滑动柱展开状态下的俯视图。

其中，100：中空金属外壳；101：竖向压力杆；102：水平承压板；103：左上侧金属模板；104：右上侧金属模板；105：右下侧金属模板；106：左下侧金属模板；107：空气气囊；108：橡胶模板；109：磁流变液；200：铰接轴；300：第二横向弹簧；400：第三横向弹簧；500：连接杆；501：滑动柱；502：滑块；503：矩形滑槽；600：横向圆板；601：支撑柱；602：滚轮；603：电磁铁；604：螺纹通孔；700：导线；800：第一横向弹簧；900：第四横向弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

参考图1，本发明实施例提供了一种新型多重减振装置，包括：长方体状的中空金属外壳100，中空金属外壳100的顶壁的中部开设有通孔，通孔内设置有与通孔相匹配的竖向压力杆101，竖向压力杆101位于中空金属外壳100外部的一端设置有水平承压板102，竖向压力杆101位于中空金属外壳100内部的一端设置有水平的可变形四面桶；

具体的，可变形四面桶包含左上侧金属模板103、右上侧金属模板104、右下侧金属模板105和左下侧金属模板106，其中，左下侧金属模板106、右下侧金属模板105、右上侧金属模板104和左上侧金属模板103依次通过铰接轴200铰接合围成可变形四面桶，可变形四面桶的纵截面为平行四边形，竖向压力杆101位于中空金属外壳100外部的一端连接在左上侧金属模板103和右上侧金属模板104之间的铰接轴200上，竖向压力杆101位于中空金属外壳100外部的一端与左上侧金属模板103和右上侧金属模板104之间的铰接轴200固接或铰接，本发明在此不对其连接方式进行具体限定，只要确保在水平承压板102受到竖向荷载时，在竖向荷载的作用下，可变形四面桶能够发生变形即可；

进一步的，左上侧金属模板103和左下侧金属模板106之间的铰接轴200通过第二横向弹簧300与中空金属外壳100的左内侧壁连接，右上侧金属模板104和右下侧金属模板105之间的铰接轴200通过第三横向弹簧400与中空金属外壳100的右内侧壁连接；

可变形四面桶的内部设置有空气气囊107，空气气囊107的形状与可变形四面桶的内部结构相匹配，其中，空气气囊107由柔性材料制成，具体的，空气气囊107可由橡胶或硅胶材质制成，确保空气气囊107具有一定的弹性，在竖向荷载的作用下，可变形四面桶发生形变时，位于可变形四面桶内部的空气气囊107可以随可变形四面桶的形变而形变，空气气囊107的内部横向设置有橡胶模板108，橡胶模板108将空气气囊分为上容置腔和下容置腔，也就是说，橡胶模108板具有可逆形变的高弹性，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状；

左下侧金属模板106和右下侧金属模板105之间的铰接轴200的底部竖直设置有连接杆500，连接杆500的底端的侧壁上铰接有四个滑动柱501，四个滑动柱501分别沿连接杆500的前、后、左、右四个方向分布，滑动柱501的底端铰接有滑块502；

进一步的参考图3，新型多重减振装置还包括四个第四横向弹簧900，四个第四横向弹簧900与四个滑块502一一对应，每个第四横向弹簧900的一端与每个滑块502连接，每个第四横向弹簧900的另一端与中空金属外壳100的内侧壁连接，其中，第四横向弹簧900在受到滑块502的拉力后，会向被滑块502拉动的反方向反弹，也起到了消能的效果；

其中，中空金属外壳100的内底面横向设置有四个矩形滑槽503，四个矩形滑槽503与四个滑动柱501一一对应，每个滑动柱501的底端通过滑块502与矩形滑槽503滑动连接。

具体的，当水平承压板102受到竖向荷载时，通过竖向压力杆101将竖向荷载传递给可变形四面桶，可变形四面桶在竖向荷载的作用下，一方面，左上侧金属模板103和左下侧金属模板106会向靠近中空金属外壳100的左侧壁的方向发生变形，第二横向弹簧300在受到左上侧金属模板103和左下侧金属模板106之间的铰接轴200的挤压后会向靠近中空金属外壳100的左侧壁的方向移动，而第二横向弹簧300为压缩弹簧，在受到向左的力的挤压后，会向远离中空金属外壳100的左侧壁的方向反弹；右上侧金属模板104和右下侧金属模板105会向靠近中空金属外壳100的右侧壁的方发生变形，第三横向弹簧400在受到右上侧金属模板104和右下侧金属模板105之间的铰接轴200的挤压后会向靠近中空金属外壳100的右侧壁的方向移动，而第三横向弹簧400为压缩弹簧，在受到向右的力的挤压后，会向远离中空金属外壳100的右侧壁的方向反弹；另一方面，可变形四面桶的变形会挤压嵌设在其内部的空气气囊107，而空气气囊107为柔性材料制成，具有良好的弹性，在受到可变形四面桶的挤压后会产生反抗，抵消一部分动能；

此外，在水平承压板102受到竖向荷载后，会通过竖向压力杆101将竖向荷载传递给连接杆500，连接杆500在受到竖向荷载后，铰接在连接杆500的底端的侧壁上的四个滑动柱501会通过其底部的滑块502在矩形滑槽503内滑动，滑块502的底部与矩形滑槽503的内表面之间产生摩擦力会消耗一部分动能；

上述可变形四面桶、第二横向弹簧300、第三横向弹簧400、空气气囊107、连接杆500、滑动柱501、滑块502、矩形滑槽503和第四横向弹簧900的共同作用会抵抗一部分竖向荷载，提高中空金属外壳100的减振性能。

参考图1和图2，本发明还提供了另一实施例，连接杆500的外壁上设置有外螺纹；其中，新型多重减振装置还包括：横向圆板600，横向圆板600的中部开设有与连接杆500的外螺纹相匹配的螺纹通孔604，横向圆板600套设在连接杆500上；

中空金属外壳100的内底面竖直设置有四个支撑柱601，四个支撑柱601以连接杆500为中心均匀分布，每个支撑柱601的顶端设置有滚轮602，滚轮602与横向圆板600的下表面抵接，其中，支撑柱601以及支撑柱601顶端的滚轮602的设置是为了加固和防止横向圆板600在旋转的过程中发生倾斜；

横向圆板600的外侧面上等间距设置有四个第一横向弹簧800，每个第一横向弹簧800的一端与横向圆板600的外侧面连接，每个第一横向弹簧800的另一端与中空金属外壳100的内侧壁连接，其中，第一横向弹簧800的设置是为了使横向圆板600绕连接杆500发生转动后，可以恢复原状；

进一步的，四个第一横向弹簧800、第二横向弹簧300、第三横向弹簧400和四个四横向弹簧900分别为压缩弹簧，其中，压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧，压缩弹簧的形状有圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能。

具体的，在水平承压板102受到竖向荷载后，会通过竖向压力杆101和可变形四面桶依次将竖向荷载传递给连接杆500，连接杆500在受到竖向荷载后会向下移动，而横向圆板600与连接杆500螺旋连接，随着连接杆500向下移动，横向圆板600会发生转动，而横向圆板600的外侧面上等间距设置的四个第一横向弹簧800会受到横向圆板600的拉力，而第一横向弹簧800为压缩弹簧，在受到横向圆板600的拉动后会朝着与横向圆板600拉动的反方向反弹，目的是将横向圆板600拉回到原来的位置，抵抗一部分动能，进而提高整个新型多重减振装置的减振性能。

参考图1，本发明还提供了另一实施例，左下侧金属模板106、右下侧金属模板105、右上侧金属模板104和左上侧金属模板104依次通过铰接轴200密封铰接，下容置腔内填充有磁流变液109，其中，磁流变液109是一种磁流变液是一种由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的液体特性；

每个矩形滑槽503的两侧分别设置有永磁铁，两个永磁铁垂直于滑块502沿矩形滑槽滑动503的方向，两个永磁铁相对的磁极相反，矩形滑槽503内会产生磁感线；

横向圆板600的上表面设置有四个电磁铁603，四个电磁铁603与四个矩形滑槽503一一对应；

滑块502由金属材料制成，每个滑块502通过导线700与对应的电磁铁603连接。

具体的，当水平承压板102受到竖向荷载时，通过竖向压力杆101和可变形四面桶依次将竖向荷载传递给连接杆500，连接杆500会向下移动，铰接在连接杆500的底端的侧壁上的四个滑动柱501会通过其底部的滑块502在矩形滑槽503内滑动，而滑块502的滑动会切割矩形滑槽503内的磁感线，从而产生感应电流，其感应电流通过导线700传递给横向圆板600上的电磁铁603，然后产生磁场，磁流变液109在磁场的作用下呈现出高粘度、低流动性的液体特性，可以消耗一部分动能；

本发明所提供的一种新型多重减振装置的整体工作原理为：

当水平承压板102受到竖向荷载时，会将向下的压力依次传递给竖向压力杆101、可变形四面桶、空气气囊107，可变形四面桶的下部带动连接杆500向下运动，连接杆500下降带动滑动柱501下降，从而带动滑块502沿矩形滑槽503运动，滑块502沿矩形滑槽503运动切割矩形滑槽503内的磁感线产生感应电流，然后感应电流通过导线700传递给横向圆盘600上的电磁铁603，从而产生磁场，使磁流变液在磁场的作用下呈现出高粘度、低流动性的液体特性，从而达到减振的效果。

当竖向荷载消失后，由于四个第一横向弹簧800可以使横向圆板600回复变形前的状态，第二横向弹簧300和第三横向弹簧400可以使可变形四面桶恢复到变形前的状态，第四横向弹簧900可以使滑块502恢复到滑动前的状态，进而使该新型多重减振装置恢复至未施加竖向荷载时的状态，恢复其变形前的原始形状。

综上，本发明提供了一种新型多重减振装置，通过水平承压板102、竖向压力杆101、可变形四面桶和空气气囊107形成空气阀减振，同时第二横向弹簧300和第三横向弹簧400也可提供抵抗一部分动能，提高减振效果；而连接杆500、滑动柱501、横向圆盘600以及支撑柱601的设置，将竖向位移转为旋转，巧妙利用横向圆板600的旋转进行耗能；且永磁铁、导线700以及电磁铁603的设置，无需外部能源，可自由将机械能转化为电能，控制磁场强弱，以达到影响磁流变液进行减振耗能；该装置内各结构之间的联动作用强，其机械结构设置精密，搭配精巧，不仅有效地缩小了整体体积，大大提高了可适用性，更是确保其可使用年限，避免频繁更替，节约运行成本，实现了多结构复合减振，对于竖向荷载具有明显有效且快速的减振效果，为此该新型多重减振装置可适用于各种桥梁结构及高铁轨道交通领域的减振。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种新型多重减振装置，其特征在于，包括：长方体状的中空金属外壳(100)，所述中空金属外壳(100)的顶壁的中部开设有通孔，所述通孔内设置有与所述通孔相匹配的竖向压力杆(101)，所述竖向压力杆(101)位于所述中空金属外壳(100)外部的一端设置有水平承压板(102)，所述竖向压力杆(101)位于所述中空金属外壳(100)内部的一端设置有水平的可变形四面桶；

所述可变形四面桶包含左上侧金属模板(103)、右上侧金属模板(104)、右下侧金属模板(105)和左下侧金属模板(106)；所述左下侧金属模板(106)、所述右下侧金属模板(105)、所述右上侧金属模板(104)和所述左上侧金属模板(103)依次通过铰接轴(200)铰接，所述可变形四面桶的纵截面为平行四边形，所述竖向压力杆(101)位于所述中空金属外壳(100)外部的一端连接在所述左上侧金属模板(103)和所述右上侧金属模板(104)之间的铰接轴(200)上；

所述可变形四面桶的内部设置有空气气囊(107)，所述空气气囊(107)的形状与所述可变形四面桶的内部结构相匹配，所述空气气囊(107)的内部横向设置有橡胶模板(108)，所述橡胶模板(108)将所述空气气囊(107)分为上容置腔和下容置腔；

所述左下侧金属模板(106)和所述右下侧金属模板(105)之间的铰接轴的底部竖直设置有连接杆(500)，所述连接杆(500)的底端的侧壁上铰接有四个滑动柱(501)，四个所述滑动柱(501)分别沿所述连接杆(500)的前、后、左、右四个方向分布，所述滑动柱(501)的底端铰接有滑块(502)；

所述中空金属外壳(100)的内底面横向设置有四个矩形滑槽(503)，四个所述矩形滑槽(503)与四个所述滑动柱(501)一一对应，每个所述滑动柱(501)的底端通过所述滑块(502)与所述矩形滑槽(503)滑动连接。

2.根据权利要求1所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述连接杆(500)的外壁上设置有外螺纹；

还包括：横向圆板(600)，所述横向圆板(600)的中部开设有与所述连接杆(500)的外螺纹相匹配的螺纹通孔(604)，所述横向圆板(600)套设在所述连接杆(500)上；

所述中空金属外壳(100)的内底面竖直设置有四个支撑柱(601)，四个所述支撑柱(601)以所述连接杆(500)为中心均匀分布，每个所述支撑柱(601)的顶端设置有滚轮(602)，所述滚轮(602)与所述横向圆板(600)的下表面抵接；

所述横向圆板(600)的外侧面上等间距设置有四个第一横向弹簧(800)，每个所述第一横向弹簧(800)的一端与所述横向圆板(600)的外侧面连接，每个所述第一横向弹簧(800)的另一端与所述中空金属外壳(100)的内侧壁连接。

3.根据权利要求2所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述左下侧金属模板(106)、所述右下侧金属模板(105)、所述右上侧金属模板(104)和所述左上侧金属模板(103)依次通过铰接轴(200)密封铰接，所述下容置腔内填充有磁流变液(109)；

每个所述矩形滑槽(503)的两侧分别设置有永磁铁，两个所述永磁铁垂直于所述滑块(502)沿所述矩形滑槽(503)滑动的方向，两个所述永磁铁相对的磁极相反；

所述横向圆板(600)的上表面设置有四个电磁铁(603)，四个所述电磁铁(603)与四个所述矩形滑槽(503)一一对应；

所述滑块(502)由金属材料制成，每个所述滑块(502)通过导线(700)与对应的所述电磁铁(603)连接。

4.根据权利要求2所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述第一横向弹簧(800)为压缩弹簧。

5.根据权利要求1所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述左上侧金属模板(103)和所述左下侧金属模板(106)之间的铰接轴(200)通过第二横向弹簧(300)与所述中空金属外壳(100)的左内侧壁连接，所述右上侧金属模板(104)和所述右下侧金属模板(105)之间的铰接轴(200)通过第三横向弹簧(400)与所述中空金属外壳(100)的右内侧壁连接。

6.根据权利要求1所述的新型多重减振装置，其特征在于，还包括四个第四横向弹簧(900)，四个所述第四横向弹簧(900)与四个所述滑块(502)一一对应；

每个所述第四横向弹簧(900)的一端与每个所述滑块(502)连接，每个所述第四横向弹簧(900)的另一端与所述中空金属外壳(100)的内侧壁连接。

7.根据权利要求1所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述空气气囊(107)由柔性材料制成。

8.根据权利要求1所述的新型多重减振装置，其特征在于，所述第二横向弹簧(300)、所述第三横向弹簧(400)和四个所述四横向弹簧(900)分别为压缩弹簧。

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