CN113463787B - 一种黏滞-电涡流复合型阻尼器 - Google Patents
一种黏滞-电涡流复合型阻尼器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种黏滞‑电涡流复合型阻尼器，包括左球铰座、活塞杆、阻尼缸体、接长套、外缸套及右球铰座，阻尼缸体内腔为装设有阻尼介质的阻尼腔体，的活塞杆贯穿阻尼腔体，并与左球铰座连接，阻尼缸体与接长套连接，外缸套设置在接长套外侧，且外缸套可以在接长套外侧滑动，外缸套与右球铰座连接，接长套外侧与磁钢组件连接，且磁钢组件位于外缸套内，外缸套内侧连接有导体，磁钢组件与导体之间的相对运动能够产生阻尼。本发明黏滞‑电涡流复合型阻尼器既设有电涡流阻尼单元，又设有黏滞阻尼单元，当外部载荷是正常风时，电涡流阻尼单元工作，黏滞阻尼单元不起阻尼作用；当发生地震或者大风时，黏滞阻尼单元工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻尼减震装置，尤其是涉及一种黏滞-电涡流复合型阻尼器。
背景技术
阻尼器早期主要应用于航天、军工、汽车等机械的吸能减震。二十世纪80年代末在国际地震工程界，诞生了以“结构性能”为标准的新设计方法和理念。人们开始逐步地把阻尼耗能这项技术转用到建筑、桥梁等土木结构工程中，大大提高了土木工程建筑结构的抗震性能。我国在上世纪90年代末也开始在建筑以及桥梁领域应用结构保护系统。
近年来，随着摩天大楼在全球的兴起，摩天大楼的高度越来越高，摩天大楼的风振与地震响应控制技术飞速发展。调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper)被广泛应用于摩天大楼的风振与地震响应控制。
目前的摆式调谐质量阻尼器(TMD)为质量块由钢索悬挂并辅助以液体阻尼器构成。TMD的质量m大小一般为被减振结构的1％，钢索长度或弹簧刚度由TMD 质量m及被减振结构自然频率f决定，液体阻尼器提供一定的阻尼比。
由于摩天大楼总质量极其巨大，所需的TMD质量一般都在数百吨，高刚度的弹簧制造不易，因此目前摩天大楼的TMD基本都采用摆式(例如中国台湾101大厦)。质量块以一定的索长悬挂在摩天大楼顶端的结构件上，四周辅助以液体阻尼器提供阻尼。摩天大楼的TMD主要用于控制在风振下结构的振动，TMD工作频繁，其提供阻尼的液体阻尼器工作频繁。液体阻尼器主要依靠密封件来密封活塞杆与腔体，防止内部液压油泄漏，一旦液压油泄漏，阻尼器即无法起到应有的作用。而因为制造精度的原因，密封件与活塞杆长期频繁摩擦工作，密封件的寿命低。在TMD 安装后无法再更换液体阻尼器的密封件，活塞杆的机械磨损更是难以补偿。并且液体阻尼器的阻尼在安装后是无法调节的，其维护也相当困难，造成整体TMD的寿命有限。
中国专利CN111271406A公布了一种带间隙单元的黏滞阻尼器，包括左球铰座、活塞杆、阻尼缸体、接长套、挡块、间隙单元装置及右球铰座，所述阻尼缸体内腔为装设有阻尼介质的阻尼腔体，所述的活塞杆贯穿阻尼腔体，并与左球铰座连接，所述阻尼缸体与接长套连接，所述接长套与挡块连接，所述间隙单元装置与右球铰座连接，且所述间隙单元装置可以在接长套外侧滑动，所述挡块位于间隙单元装置内。该专利中介绍了在阻尼器中设有间隙单元，在此间隙内阻尼器不起阻尼作用，但对地震荷载等快速、大位移荷载有良好的阻尼作用。
一般黏滞阻尼器会存在频繁工作、密封件磨损的问题。
发明内容
为了解决一般黏滞阻尼器存在的频繁工作、密封件磨损的问题，本发明提供一种黏滞-电涡流复合型阻尼器。
本发明提供的黏滞-电涡流复合型阻尼器是在黏滞阻尼器的基础上发展而来的，电涡流阻尼单元不存在机械摩擦磨损，可以使阻尼器的寿命大大延长。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，包括左球铰座、活塞杆、阻尼缸体、接长套、外缸套及右球铰座，所述阻尼缸体内腔为装设有阻尼介质的阻尼腔体，所述阻尼缸体的阻尼腔体为密封腔体，所述的活塞杆贯穿阻尼腔体，并与左球铰座连接，所述阻尼缸体与接长套连接，所述外缸套设置在接长套外侧，且所述外缸套可以在接长套外侧滑动，所述外缸套与右球铰座连接，所述接长套外侧与磁钢组件连接，且所述磁钢组件位于外缸套内，所述外缸套内侧连接有导体，所述磁钢组件与导体之间的相对运动能够产生阻尼。
所述磁钢组件与导体构成了本发明黏滞-电涡流复合型阻尼器中的电涡流阻尼单元。
在本发明的一个实施方式中，所述磁钢组件左右两侧均设有吸能板。吸能板能够将阻尼器运动超过外缸套允许的极限位移L时产生的瞬间撞击力吸收掉，从而有效保护阻尼器的各个结构单元。
在本发明的一个实施方式中，所述外缸套为内部开设有腔体的套体，所述磁钢组件位于外缸套的腔体内，所述外缸套的腔体长度满足磁钢组件能够在腔体内滑动距离L。
在本发明的一个实施方式中，所述黏滞-电涡流复合型阻尼器在使用初始状态下，所述磁钢组件与外缸套的侧壁留有距离L，满足正常风(小载荷)时电涡流阻尼单元的行程要求。
在本发明的一个实施方式中，所述外缸套上设置有用于将外缸套与接长套固定的临时固定装置，所述临时固定装置用于调整初始状态下磁钢组件在外缸套内的位置，进而控制磁钢组件与外缸套侧壁之间的距离L。临时固定装置能够保证每个阻尼器在安装后电涡流阻尼在拉和压的行程相同，在阻尼器安装前，通过临时固定装置将阻尼器定位，保证电涡流阻尼单元具有±L的行程；在阻尼器安装后拆除临时装置。
在本发明的一个实施方式中，所述临时固定装置包括角钢以及螺钉，所述临时固定装置使用时，角钢的两个板面分别抵靠在接长套与外缸套的外壁上，且通过螺钉实现角钢与接长套和外缸套的连接。
在本发明的一个实施方式中，位于阻尼腔体内部的活塞杆上设有活塞，所述活塞上设有用于阻尼通过的间隙或孔隙。流体被迫通过间隙或孔隙时产生阻尼。
在本发明的一个实施方式中，所述磁钢组件包括永磁体底板和永磁体，所述永磁体底板固定在接长套外侧上，所述永磁体固定在永磁体底板上，所述永磁体与导体之间留有间隙。
在本发明的一个实施方式中，所述永磁体底板设置多个，相邻永磁体的磁极同级相对安装，即相邻永磁体的磁极交错安装，以增强电涡流阻尼系统的磁感应强度。
在本发明的一个实施方式中，可以通过改变磁钢组件中永磁体的个数、尺寸、永磁体与导体之间的间隙来达到调节阻尼力大小的效果。
在本发明的一个实施方式中，所述永磁体采用钕铁硼永磁体或采用电磁铁。
在本发明的一个实施方式中，所述的导体固定在外缸套内，所述导体采用银、铜或铝等高导电率材料。
在本发明的一个实施方式中，所述活塞杆采用双出杆或单出杆的形式。
本发明的黏滞-电涡流复合型阻尼器由黏滞阻尼单元和电涡流阻尼单元构成。其工作原理为：在位移很小(比如正常风荷载，单摆的摆幅很小)时，由于电涡流阻尼单元的阻尼力远小于黏滞阻尼单元的阻尼力，从而导致活塞杆处于静止状态，右球铰座带动外缸套做往复运动，导体相对磁钢组件运动，此时电涡流阻尼单元工作。电涡流阻尼单元使用的磁钢组件中磁性衰减非常缓慢，电涡流阻尼器的寿命即可轻易超过结构体的寿命，服役期间亦无需任何维护。在位移很大(比如大位移地震荷载、大风等，单摆的摆幅很大)时，磁钢组件碰到外缸套侧壁后，带动缸体相对活塞运动，黏滞流体通过活塞上的间隙和孔隙产生黏滞阻尼力。
本发明的黏滞-电涡流复合型阻尼器，使单摆在正常风的工况(阻尼器位移小于L)下，黏滞阻尼器不起阻尼作用，这样减少了黏滞阻尼单元的运动，从而保证在地震荷载等快速、大位移(阻尼器位移大于L)荷载时阻尼器可以发挥良好的阻尼作用。
与现有技术相比，本发明黏滞-电涡流复合型阻尼器既设有电涡流阻尼单元，又设有黏滞阻尼单元，当外部载荷是正常风时，电涡流阻尼单元工作，黏滞阻尼单元不起阻尼作用；当发生地震或者大风时，黏滞阻尼单元工作。该阻尼器具有寿命长、可靠性高、免维护、初始力小、灵敏度高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1中黏滞-电涡流复合型阻尼器的结构示意图。
图中标号为：
1、左球铰座；2、活塞杆；3、阻尼缸体；4、接长套；5、磁钢组件；6、导体； 7、外缸套；8、右球铰座；9、吸能板；10、临时固定装置；11、活塞。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1，本实施例提供一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，包括左球铰座1、活塞杆2、阻尼缸体3、接长套4、外缸套7及右球铰座8，所述阻尼缸体3内腔为装设有阻尼介质的阻尼腔体，所述阻尼缸体3的阻尼腔体为密封腔体，所述的活塞杆 2贯穿阻尼腔体，并与左球铰座1连接，所述阻尼缸体3与接长套4连接，所述外缸套7设置在接长套4外侧，且所述外缸套7可以在接长套4外侧滑动，所述外缸套7与右球铰座8连接，所述接长套4外侧与磁钢组件5连接，且所述磁钢组件5 位于外缸套7内，所述外缸套7内侧连接有导体6，所述磁钢组件5与导体6之间的相对运动能够产生阻尼。所述磁钢组件5与导体6构成了本实施例中黏滞-电涡流复合型阻尼器中的电涡流阻尼单元。
进一步参考图1，本实施例中，所述磁钢组件5左右两侧均设有吸能板9。吸能板9能够将阻尼器运动超过外缸套允许的极限位移L时产生的瞬间撞击力吸收掉，从而有效保护阻尼器的各个结构单元。
进一步参考图1，本实施例中，所述外缸套7为内部开设有腔体的套体，所述磁钢组件5位于外缸套7的腔体内，所述外缸套7的腔体长度满足磁钢组件5能够在腔体内滑动距离L。所述黏滞-电涡流复合型阻尼器在使用初始状态下，所述磁钢组件5与外缸套7的侧壁留有距离L，满足正常风(小载荷)时电涡流阻尼单元的行程要求。
进一步参考图1，本实施例中，所述外缸套7上设置有用于将外缸套7与接长套4固定的临时固定装置10，所述临时固定装置10用于调整初始状态下磁钢组件 5在外缸套7内的位置，进而控制磁钢组件5与外缸套7侧壁之间的距离L。临时固定装置能够保证每个阻尼器在安装后电涡流阻尼在拉和压的行程相同，在阻尼器安装前，通过临时固定装置将阻尼器定位，保证电涡流阻尼单元具有±L的行程；在阻尼器安装后拆除临时装置。
进一步参考图1，本实施例中，所述临时固定装置10包括角钢以及螺钉，所述临时固定装置10使用时，角钢的两个板面分别抵靠在接长套4与外缸套7的外壁上，且通过螺钉实现角钢与接长套4和外缸套7的连接。
进一步参考图1，本实施例中，位于阻尼腔体内部的活塞杆2上设有活塞11，所述活塞11上设有用于阻尼通过的间隙或孔隙。流体被迫通过间隙或孔隙时产生阻尼。
进一步参考图1，本实施例中，所述磁钢组件5包括永磁体底板和永磁体，所述永磁体底板固定在接长套4外侧上，所述永磁体固定在永磁体底板上，所述永磁体与导体6之间留有间隙。所述永磁体底板设置多个，相邻永磁体的磁极同级相对安装，即相邻永磁体的磁极交错安装，以增强电涡流阻尼系统的磁感应强度。可以通过改变磁钢组件中永磁体的个数、尺寸、永磁体与导体之间的间隙来达到调节阻尼力大小的效果。所述永磁体采用钕铁硼永磁体或采用电磁铁。
进一步参考图1，本实施例中，所述的导体6固定在外缸套7内，所述导体6 采用银、铜或铝等高导电率材料。
本实施例中，所述活塞杆2采用双出杆或单出杆的形式。
本实施例的黏滞-电涡流复合型阻尼器由黏滞阻尼单元和电涡流阻尼单元构成。其工作原理为：在位移很小(比如正常风荷载，单摆的摆幅很小)时，由于电涡流阻尼单元的阻尼力远小于黏滞阻尼单元的阻尼力，从而导致活塞杆处于静止状态，右球铰座带动外缸套做往复运动，导体相对磁钢组件运动，此时电涡流阻尼单元工作。电涡流阻尼单元使用的磁钢组件中磁性衰减非常缓慢，电涡流阻尼器的寿命即可轻易超过结构体的寿命，服役期间亦无需任何维护。在位移很大(比如大位移地震荷载、大风等，单摆的摆幅很大)时，磁钢组件碰到外缸套侧壁后，带动缸体相对活塞运动，黏滞流体通过活塞上的间隙和孔隙产生黏滞阻尼力。
本实施例的黏滞-电涡流复合型阻尼器，使单摆在正常风的工况(阻尼器位移小于L)下，黏滞阻尼器不起阻尼作用，这样减少了黏滞阻尼单元的运动，从而保证在地震荷载等快速、大位移(阻尼器位移大于L)荷载时阻尼器可以发挥良好的阻尼作用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，包括左球铰座（1）、活塞杆（2）、阻尼缸体（3）、接长套（4）、外缸套（7）及右球铰座（8），所述阻尼缸体（3）内腔为装设有阻尼介质的阻尼腔体，所述的活塞杆（2）贯穿阻尼腔体，并与左球铰座（1）连接，所述阻尼缸体（3）与接长套（4）连接，所述外缸套（7）设置在接长套（4）外侧，且所述外缸套（7）可以在接长套（4）外侧滑动，所述外缸套（7）与右球铰座（8）连接，其特征在于，所述接长套（4）外侧与磁钢组件（5）连接，且所述磁钢组件（5）位于外缸套（7）内，所述外缸套（7）内侧连接有导体（6），所述磁钢组件（5）与导体（6）之间的相对运动能够产生阻尼；
所述外缸套（7）为内部开设有腔体的套体，所述磁钢组件（5）位于外缸套（7）的腔体内，所述外缸套（7）的腔体长度满足磁钢组件（5）能够在腔体内滑动距离L；所述黏滞-电涡流复合型阻尼器在使用初始状态下，所述磁钢组件（5）与外缸套（7）的侧壁留有距离L，满足正常风时电涡流阻尼单元的行程要求；
所述磁钢组件（5）包括永磁体底板和永磁体，所述永磁体底板固定在接长套（4）外侧上，所述永磁体固定在永磁体底板上，所述永磁体与导体（6）之间留有间隙，所述永磁体底板设置多个，相邻永磁体的磁极同级相对安装；相邻永磁体的磁极交错安装，以增强电涡流阻尼系统的磁感应强度；
所述黏滞-电涡流复合型阻尼器，使单摆在正常风的工况，即阻尼器位移小于L下，黏滞阻尼器不起阻尼作用，减少黏滞阻尼单元的运动，从而在大位移，即阻尼器位移大于L下，荷载时阻尼器能够发挥阻尼作用。
2.根据权利要求1所述的一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，其特征在于，所述磁钢组件（5）左右两侧均设有吸能板（9）。
3.根据权利要求1所述的一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，其特征在于，所述外缸套（7）上设置有用于将外缸套（7）与接长套（4）固定的临时固定装置（10），所述临时固定装置（10）用于调整初始状态下磁钢组件（5）在外缸套（7）内的位置，进而控制磁钢组件（5）与外缸套（7）侧壁之间的距离L。
4.根据权利要求3所述的一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，其特征在于，所述临时固定装置（10）包括角钢以及螺钉，所述临时固定装置（10）使用时，角钢的两个板面分别抵靠在接长套（4）与外缸套（7）的外壁上，且通过螺钉实现角钢与接长套（4）和外缸套（7）的连接。
5.根据权利要求1所述的一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，其特征在于，位于阻尼腔体内部的活塞杆（2）上设有活塞（11），所述活塞（11）上设有用于阻尼通过的间隙或孔隙。
6.根据权利要求1所述的一种黏滞-电涡流复合型阻尼器，其特征在于，所述活塞杆（2）采用双出杆或单出杆的形式。
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