CN117385819A - 一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器及方法，涉及阻尼器领域，第一活塞杆一端与外部构件连接，另一端延伸至缸筒内，第一活塞杆上设置有第一主活塞；第一活塞杆上浮动设置有第一副活塞，且所述第一副活塞靠近缸筒左端部；所述第二活塞杆一端置于第一主活塞内，另一端延伸至第三活塞杆上开设的凹槽内；所述第三活塞杆一端设置有第二主活塞，第三活塞杆上浮动设置有第二副活塞；第二副活塞靠近缸筒右端部；缸筒内填充有磁流变剪切增稠液。本发明通过阻尼器与防撞装置装配式内嵌式结合，有效提高了防撞装置弹性变形与塑性变形阶段承载力，减小了船舶多次碰撞桥墩造成的损坏范围。

Description

一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器及 方法

技术领域

本发明涉及阻尼器领域，尤其涉及到一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器及方法。

背景技术

剪切增稠材料和磁流变材料在桥墩防撞方面的研究与应用在国内外还尚未涉及。目前，国内外出现的主流桥墩防撞装置有：钢制套箱防撞装置、柔性钢丝绳圈防撞装置、复合材料消能防撞装置和橡胶护舷防撞装置。然而，这些装置的抗撞耗能均是被动式耗能，只能通过结构的变形出力来抵消船舶的撞击力。除此之外，在钢套箱防撞装置中，当船撞力逐渐增大，船只与装置相互挤压破坏，且破坏不可恢复，不仅二者会受到伤害更可能威胁到桥墩的整体性能；在自浮式复合材料防撞装置中，装置虽可实现抗撞耗能和一定程度的自恢复，但相比钢套箱防撞装置的出力要小的多，且复合材料防撞装置的破坏形式为脆性破坏，一旦破坏装置出力将大大降低；不论是钢套箱防撞装置或自浮式复合材料防撞装置，其破坏后的损伤均是巨大的，且修复起来困难重重，修复的成本高昂。

剪切增稠材料虽然能根据外部荷载激励，帮助减振执行装置实现自适应和自增强的功能，但这只是被动响应外界刺激的过程，性能无法实现定向可控。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，通过主副活塞与活塞杆四个阶段的组合协同工作与承载，达到装置针对不同钢材弹塑性变形阶段出力的效果；通过磁流变剪切增稠液的剪切硬化与磁流变效应实现阻尼器达到应对撞击可调性能强、响应速度快、应对撞击智能调节高耗能抗撞减振的效果。通过阻尼器与防撞装置装配式内嵌式结合，有效提高了防撞装置弹性变形与塑性变形阶段承载力，减小了船舶多次碰撞桥墩造成的损坏范围；达到防撞装置应对不同船舶等级撞击可多次使用的效果。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，包括缸筒、第一活塞杆、第二活塞杆和第三活塞杆；所述第一活塞杆一端与外部构件连接，另一端延伸至缸筒内，所述第一活塞杆上设置有第一主活塞；所述第一活塞杆上浮动设置有第一副活塞，且所述第一副活塞靠近缸筒左端部；

所述第二活塞杆一端置于第一主活塞内，另一端延伸至第三活塞杆上开设的凹槽内；所述第三活塞杆一端设置有第二主活塞，第三活塞杆上浮动设置有第二副活塞；所述第二副活塞靠近缸筒右端部；所述缸筒内填充有磁流变剪切增稠液。

上述方案中，所述第一副活塞和第二副活塞内均设置有位移滞后室，所述第一活塞杆和第三活塞杆上均设置有环形压板；所述环形压板设置在位移滞后室内。

上述方案中，所述第一主活塞和第二主活塞上均设置有励磁线圈，且第一主活塞和第二主活塞内设置阻尼通道；所述第一副活塞和第二副活塞与缸筒之间的间隙为阻尼通道。

上述方案中，所述励磁线圈有两组通过隔磁环隔开，分为内励磁线圈和外励磁线圈。

上述方案中，所述第三活塞杆靠近缸筒右端部处设置有第三端盖；所述第三端盖用来支撑第三活塞杆。

上述方案中，所述第一活塞杆通过榫卯插件与外部构件连接，外部构件为受压板；所述榫卯插件设置在榫卯插接固定装置上，榫卯插接固定装置上设置有球凹槽，球凹槽与受压板上的球体配合。

上述方案中，所述球体能够相对榫卯插接固定装置转动0～30°。

上述方案中，所述缸筒左右两侧均设置有第一端盖和第二端盖；所述第一端盖与第一活塞杆之间设置有Y型密封圈；所述第二端盖通过榫卯插件与固定板连接。

上述方案中，用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器设置于防撞装置内。

有益效果：

1.本发明装置渐进式四阶段对应防撞装置外侧钢材不同变形，其中第一阶段对应钢材弹性变形，第二阶段对应钢材塑性小变形，第三阶段对应钢材塑性大变形，第四阶段对应钢材塑性破坏；针对不同钢材弹塑性变形状况，提供对应撞击输出阻尼力的优势，实现磁流变剪切增稠阻尼器分阶段渐进式出力耗能的效果，从而提高防撞装置在有限变形内的出力性能。

2.针对于传统的桥墩防撞装置被动抗撞耗能出力的问题，本发明通过磁流变剪切增稠液兼具剪切硬化与磁流变的耦合效应，使阻尼器具有应对船撞冲击迅速吸收和释放能量，灵活调整阻尼器的阻尼力大小的优势，阻尼器达到应对撞击可调性能强、响应速度快、实现装置应对撞击智能调节高耗能抗撞减振的效果。

3.本发明与防撞装置装配式内嵌式结合，有效提高了防撞装置弹性变形与塑性变形阶段承载力，减小船舶多次碰撞桥墩造成的损坏范围；达到防撞装置应对不同船舶等级撞击可多次使用的效果。

4.本发明装置设置在防撞装置内，防撞装置设置在桥墩上，防撞装置的钢材被压缩变形后通过本发明阻尼器输出相应的阻尼力。本发明中通过改变励磁线圈的电流大小，从而改变磁流变剪切增稠液的性能，进而提供相应阻尼力的效果。

5.本发明中通过球副和榫卯结构与受压板和缸盖连接，使得即使防撞装置中的受压板在旋转一定角度的情况下，阻尼器也能稳定输出相应的阻尼力，另外，缸盖通过榫卯结构与防撞装置中的固定板连接结构稳定性强。

附图说明

图1为本发明涉及到一种磁流变剪切增稠阻尼器结构示意图；

图2为图1中涉及到的活塞杆示意图；

图3为图1中涉及到的局部断面示意图；

图4为图1中涉及到的第一主活塞和第一副活塞的截面示意图；

图5为图1中涉及到的球铰示意图；

图6为图1中涉及到的榫模插件配合示意图；

图7为本发明方法涉及到的第一阶段活塞组合示意图；

图8为本发明方法涉及到的第二阶段活塞组合示意图；

图9为本发明方法涉及到的第三阶段活塞组合示意图；

图10为本发明方法涉及到的第三阶段活塞组合示意图；

图11为本发明第一励磁线圈涉及到的磁路示意图；

图12为本发明第二励磁线圈涉及到的磁路示意图。

附图标记：

1-受压板；2-榫卯插接固定装置；3-榫卯插件；4-第一活塞杆；5-第一端盖；6-第一主活塞；7-缸筒；8-第二活塞杆；9-第一副活塞；10-第二副活塞；11-励磁线圈；13-第二主活塞；14-第三活塞杆；15-第二端盖；17-X密封圈；18-第三端盖；19-固定板；20-Y密封圈；21-隔磁环；22-阻尼通道；23-磁流变剪切增稠液；24-位移滞后室；31-榫卯固定槽；32-榫卯固定栓；41-环形压板；43-半球铰。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，包括缸筒7、第一活塞杆4、第二活塞杆8和第三活塞杆14；所述第一活塞杆4一端与外部构件连接，另一端延伸至缸筒7内，所述第一活塞杆4上设置有第一主活塞6；所述第一活塞杆4上浮动设置有第一副活塞9，且所述第一副活塞9靠近缸筒7左端部；

所述第二活塞杆8一端置于第一主活塞6内，另一端延伸至第三活塞杆14上开设的凹槽内；所述第三活塞杆14一端设置有第二主活塞12，第三活塞杆14上浮动设置有第二副活塞10；所述第二副活塞10靠近缸筒7右端部；所述缸筒7内填充有磁流变剪切增稠液23。

上述方案中，所述第一副活塞9和第二副活塞9内均设置有位移滞后室24，所述第一活塞杆4和第三活塞杆14上均设置有环形压板41；所述环形压板41设置在位移滞后室24内。

上述方案中，所述第一主活塞6和第二主活塞12上均设置有励磁线圈11，且第一主活塞6和第二主活塞12内设置阻尼通道22；所述第一副活塞9和第二副活塞10与缸筒7之间的间隙为阻尼通道22。

上述方案中，所述励磁线圈11有两组通过隔磁环21隔开，分为内励磁线圈和外励磁线圈。

上述方案中，所述第三活塞杆14靠近缸筒7右端部处设置有第三端盖15；所述第三端盖15用来支撑第三活塞杆14。

上述方案中，所述第一活塞杆4通过榫卯插件3与外部构件连接，外部构件为榫卯插接固定装置2；所述榫卯插件3设置在榫卯插接固定装置2上，榫卯插接固定装置2上设置有球凹槽，球凹槽与受压板1上的半球铰43配合。

上述方案中，所述球体能够相对榫卯插接固定装置转动0～30°。

上述方案中，所述缸筒7左右两侧均设置有第一端盖5和第二端盖18；所述第一端盖5与第一活塞杆4之间设置有Y型密封圈；所述第二端盖18通过榫卯插件与固定板19连接。

结合附图1所示，一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，包括第一主活塞6、第二主活塞12、励磁线圈11、第一副活塞9、第二副活塞10、第一活塞杆4、第二活塞杆8、第三活塞杆14、X密封圈17、Y密封圈20、磁流变剪切增稠液23、第一端盖5、第二端盖15、第三端盖18、缸筒7、转向半铰装置以及榫卯插接固定装置；第一主活塞6、第一副活塞9串联于第一活塞杆4，第二主活塞13、第二副活塞10串联于第二活塞杆14，且第一副活塞9与第二副活塞10均浮动于第一活塞杆4与第二活塞杆14上。

主活塞、副活塞与活塞杆以及磁流变剪切增稠液8置于缸筒7的腔体内；励磁线圈11分别布置于第一主活塞6和第二主活塞12内，且与外界电流电源相连接；转向半铰装置1连接于一侧的榫卯插接固定装置，且此榫卯插接固定装置通过榫卯插接的方式连接第一活塞杆4，另一侧的榫卯插接装置连接于缸筒7的第二腔室与防撞装置上。第一主活塞6与第二主活塞12设置双励磁线圈，即包括内励磁线圈和外励磁线圈，第一主活塞6与第二主活塞12内部开设阻尼通道22和隔磁环卡槽，隔磁环卡槽内设置有隔磁环21，内励磁线圈和外励磁线圈通过隔磁环21分隔开；

第一副活塞9与第二副活塞10中间设置了位移滞后室24，且通过第一活塞杆4与第三活塞杆14上的环形压板41带动工作，当位移较小时，第一副活塞9与第二副活塞10保持原有状态，当位移较大时，第一活塞杆4与第三活塞杆14上的环形压板41接触位移滞后室24边缘带动第一副活塞9与第二副活塞10与第一活塞杆4和第三活塞杆14一同工作。第一活塞杆4的端头处开有榫卯插接固定装置2所需的端口，第一端盖5、第二端盖15、第三端盖18设置于缸体7连接处，且通过螺纹旋转连接固定，缸筒7腔室两侧第一端盖5与第二端盖15的活塞杆通孔处开设有凹槽，用于设置X密封圈17，连接缸筒7处开设凹槽，设置Y密封圈20。半球铰43设置于防撞装置的受压板1上，球体凹槽设置于榫卯插接固定装置2内，其转动角度设置范围在0～30°之间，榫卯插接固定装置2上开设有榫卯固定槽31，榫卯插接固定装置2通过榫卯固定栓32与第一活塞杆4连接。具体的，一侧的受压板1通过球体结构与榫卯插接固定装置2连接，榫卯插接固定装置2通过榫卯插件3与第一活塞杆4连接，另一侧装置通过第三端盖18底部的榫件、防撞装置的固定板19上的卯件的端口通过插接榫件固定连接。用于桥墩的智能分阶式抗撞磁流变阻尼器设置于防撞装置内，通过榫卯插接装配式连接固定。

用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器的工作方法，包括如下阶段：

第一阶段，受压板1受压情况下，第一主活塞6上的内励磁线圈通电，且第一活塞杆4推动第一主活塞6向右运动，使磁流变剪切增稠液23在第一主活塞6内侧与外侧的阻尼通道22内流动；通过第一主活塞6位移运动与内励磁线圈通电使磁流变剪切增稠液23发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供所需输出阻尼力；

第二阶段，受压板1受压持续增大的情况下，第一主活塞6和第一副活塞9协同工作，具体的，第一主活塞6上的内励磁线圈和外励磁线圈均通电，且第一活塞杆4推动第一主活塞6向右运动的同时，第一副活塞9在环形压板41的推动下向右运动，使磁流变剪切增稠液23在第一主活塞6内、外侧的阻尼通道22与副活塞外侧阻尼通道22内流动；通过第一主活塞6位移运动与励磁线圈通电以及第一副活塞9位移运动，使磁流变剪切增稠液23发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供所需输出阻尼力；

第三阶段，受压板1受压大于第二阶段，第一主活塞6、第一副活塞9和第二主活塞12协同工作，具体的，第一主活塞6上的内励磁线圈和外励磁线圈均通电，第二主活塞12上的内励磁线圈通电；第一活塞杆4推动第一主活塞6和第二活塞杆8向右运动至第三活塞杆14凹槽底部，带动第三活塞杆14与第二主活塞12向右运动，第一副活塞9在环形压板41的推动下向右运动；使磁流变剪切增稠液23在第一主活塞6、第二主活塞12以及第一副活塞9上的阻尼通道22内流动，使其发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供输出阻尼力；

第四阶段，受压板1受压大于第三阶段，第一主活塞6、第一副活塞9、第二主活塞12和第二副活塞10协同工作，具体的，第一主活塞6、第二主活塞12内外励磁线圈均通电，第一活塞杆4推动第一主活塞6、第二活塞杆8至第三活塞杆14凹槽底部，带动第二主活塞12和第三活塞杆8向右运动，第一副活塞9和第二副活塞10在环形压板41的推动下向右运动；使磁流变剪切增稠液23在第一主活塞6、第二主活塞12、第一副活塞9和第二副活塞10的阻尼通道22内流动，使其发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供输出阻尼力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，包括缸筒(7)、第一活塞杆(4)、第二活塞杆(8)和第三活塞杆(14)；所述第一活塞杆(4)一端与外部构件连接，另一端延伸至缸筒(7)内，所述第一活塞杆(4)上设置有第一主活塞(6)；所述第一活塞杆(4)上浮动设置有第一副活塞(9)，且所述第一副活塞(9)靠近缸筒(7)左端部；

所述第二活塞杆(8)一端置于第一主活塞(6)内，另一端延伸至第三活塞杆(14)上开设的凹槽内；所述第三活塞杆(14)一端设置有第二主活塞(12)，第三活塞杆(14)上浮动设置有第二副活塞(10)；所述第二副活塞(10)靠近缸筒(7)右端部；所述缸筒(7)内填充有磁流变剪切增稠液(23)。

2.根据权利要求1所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述第一副活塞(9)和第二副活塞(9)内均设置有位移滞后室(24)，所述第一活塞杆(4)和第三活塞杆(14)上均设置有环形压板(41)；所述环形压板(41)设置在位移滞后室(24)内。

3.根据权利要求1所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述第一主活塞(6)和第二主活塞(12)上均设置有励磁线圈(11)，且第一主活塞(6)和第二主活塞(12)内设置阻尼通道(22)；所述第一副活塞(9)和第二副活塞(10)与缸筒(7)之间的间隙为阻尼通道(22)。

4.根据权利要求3所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述励磁线圈(11)有两组通过隔磁环(21)隔开，分为内励磁线圈和外励磁线圈。

5.根据权利要求1所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述第三活塞杆(14)靠近缸筒(7)右端部处设置有第三端盖(15)；所述第三端盖(15)用来支撑第三活塞杆(14)。

6.根据权利要求1所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述第一活塞杆(4)通过榫卯插件(3)与外部构件连接，外部构件为榫卯插接固定装置(2)；所述榫卯插件(3)设置在榫卯插接固定装置(2)上，榫卯插接固定装置(2)上设置有球凹槽，球凹槽与受压板(1)上的半球铰(43)配合。

7.根据权利要求6所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述球体能够相对榫卯插件转动0～30°。

8.根据权利要求1所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，所述缸筒(7)左右两侧均设置有第一端盖(5)和第二端盖(18)；所述第一端盖(5)与第一活塞杆(4)之间设置有Y型密封圈；所述第二端盖(18)通过榫卯插件与固定板(19)连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器，其特征在于，用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器设置于防撞装置内。

10.根据权利要求1至8任一项所述的用于桥墩的智能防船撞渐进式磁流变剪切增稠阻尼器的工作方法，其特征在于，包括如下阶段：

第一阶段，受压板(1)受压情况下，第一主活塞(6)上的内励磁线圈通电，且第一活塞杆(4)推动第一主活塞(6)向右运动，使磁流变剪切增稠液(23)在第一主活塞(6)内侧与外侧的阻尼通道(22)内流动；通过第一主活塞(6)位移运动与内励磁线圈通电使磁流变剪切增稠液(23)发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供所需输出阻尼力；

第二阶段，受压板(1)受压持续增大的情况下，第一主活塞(6)和第一副活塞(9)协同工作，具体的，第一主活塞(6)上的内励磁线圈和外励磁线圈均通电，且第一活塞杆(4)推动第一主活塞(6)向右运动的同时，第一副活塞(9)在环形压板(41)的推动下向右运动，使磁流变剪切增稠液(23)在第一主活塞(6)内、外侧的阻尼通道(22)与副活塞外侧阻尼通道(22)内流动；通过第一主活塞(6)位移运动与励磁线圈通电以及第一副活塞(9)位移运动，使磁流变剪切增稠液(23)发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供所需输出阻尼力；

第三阶段，受压板(1)受压大于第二阶段，第一主活塞(6)、第一副活塞(9)和第二主活塞(12)协同工作，具体的，第一主活塞(6)上的内励磁线圈和外励磁线圈均通电，第二主活塞(12)上的内励磁线圈通电；第一活塞杆(4)推动第一主活塞(6)和第二活塞杆(8)向右运动至第三活塞杆(14)凹槽底部，带动第三活塞杆(14)与第二主活塞(12)向右运动，第一副活塞(9)在环形压板(41)的推动下向右运动；使磁流变剪切增稠液(23)在第一主活塞(6)、第二主活塞(12)以及第一副活塞(9)上的阻尼通道(22)内流动，使其发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供输出阻尼力；

第四阶段，受压板(1)受压大于第三阶段，第一主活塞(6)、第一副活塞(9)、第二主活塞(12)和第二副活塞(10)协同工作，具体的，第一主活塞(6)、第二主活塞(12)内外励磁线圈均通电，第一活塞杆(4)推动第一主活塞(6)、第二活塞杆(8)至第三活塞杆(14)凹槽底部，带动第二主活塞(12)和第三活塞杆(8)向右运动，第一副活塞(9)和第二副活塞(10)在环形压板(41)的推动下向右运动；使磁流变剪切增稠液(23)在第一主活塞(6)、第二主活塞(12)、第一副活塞(9)和第二副活塞(10)的阻尼通道(22)内流动，使其发生剪切硬化与磁流变效应，从而提供输出阻尼力。