CN201310070Y - 运动锁定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种运动锁定装置，包括缸体和活塞杆，活塞杆包括位于缸体内的活塞头，活塞头将缸体分成第一腔室和第二腔室，端盖分别位于缸体的两端，活塞杆的两端从端盖伸出，其中所述活塞头的外径比缸体的内径小，从而在活塞头和缸体之间形成有间隙；阻尼介质充满在缸体的第一腔室和第二腔室中，并可通过间隙在第一腔室和第二腔室中流动，该运动锁定装置的力学性能可以用F＝C·V^α来描述，其中F为阻尼力，V为活塞杆相对于缸体的速度，α为速度指数，C为阻尼系数，通常α≥2。该运动锁定装置使得在低速情况下可以允许活塞杆相对缸体运动，而在高速情况下则产生极大阻尼力使得活塞杆锁定。

Description

运动锁定装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于在低速载荷下允许构件相互运动，而在高速载荷下锁定构件运动的阻尼装置，特别是用于桥梁活动支座中的运动锁定装置。

背景技术

地震作为不能避免的自然灾害，会造成生命财产的损失。而地震对于桥梁的破坏直接损失更大，因此对于桥梁建设而言，如何提高桥梁的抗震能力并降低地震对桥梁的坡环，是十分重要的问题。

对于桥梁抗震来说，长期以来人们往往是加大梁、柱、剪力墙用来被动抵抗，而非采用更主动的办法去减小结构所受地震力。到了二十世纪末期，这种现象有了很大的改变。人们在增强传统结构构件之外，吸收航空和机械等其他领域的成果，采取在结构上另外安装新的装置来减小结构所受的地震力，例如：利用隔震措施或各种阻尼器的减震系统，以及在高层建筑中已投入实用的被动质量调谐阻尼系统和主动控制减震系统。这些方法归纳起来形成了目前桥梁抗震领域常用的三种抗震设计方法，即传统结构抗震设计方法，近些年出现的减隔震结构抗震设计方法和结构控制设计方法。

减隔震技术是通过引入隔震装置改变结构在地震中的动力响应特性，从而减少地震输入，外加耗能机制作为主要的抗震构件，而以结构构件抗震为辅。在该方法中，基本目的是要大大减小传递到结构上的地震力和能量，其抗震能力是通过延长结构周期，增加耗能能力来实现。设计依据一般包括全保护隔震设计、部分保护隔震设计两种设计原则。从各国的桥梁减隔震应用情况来看，目前桥梁减隔震设计中已采用的主要是分层橡胶支座、铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座，且通常安装在桥梁上部结构与桥墩或桥台之间。

目前针对这种情况研究和使用较多的是从减隔震设计的思路出发，将制动墩支座做成减隔震支座进行隔震设计，但是该方法也有它的适用范围，因为桥梁是否适合采用隔震设计，应从桥梁在地震时和正常使用时两个方面来考虑，并结合其延长桥梁结构固有周期及吸收能量能力的效果进行研究后方可决定。

而且，减隔震设计也面临着其它问题：首先，因为减隔震设计一般是通过使用低刚度的支座来改变延长结构的动力周期，这样由于支座刚度较低使得它自身的变形在地震以外的工况下会增大，进而可能会影响整体系统的稳定及自身的稳定，所以每个减隔震系统的设计都需要针对具体工程情况进行仔细计算和设计，以保证在常规作用和地震作用下结构强度、静动刚度和稳定性能够满足两个时期各自的要求，这需要设计单位有很高的减隔震设计理论和计算分析能力；同时，从隔震产品角度来讲，由于环保的原因，发达国家现在已经较少使用原本减隔震支座中的主力——铅芯橡胶支座，而另一个主要的隔震产品——分层橡胶支座由于需要控制它在地震下过大的变形，一般需要配合阻尼器来共同使用，这需要各个隔震产品的成熟和配合的可靠，同时也增加了使用的复杂度和成本，而高阻尼橡胶支座需要保证能生产出大量性能稳定和可靠产品；另外，从耐久性角度，使用减隔震支座后，整个结构的抗震将依赖隔震支座来独自承担，而隔震支座目前多为橡胶和钢板胶合结构，在风吹日晒等条件下的使用寿命一般低于盆式支座，这将成为整个抗震系统的隐忧；最后，从工程造价角度，桥梁结构使用隔震支座时，一般每个支撑位置都需要使用隔震支座，这也使得整个系统成本大大提高。

为此，本实用新型的申请人提出一种桥梁抗震活动支座，支座的上部结构安装在梁体上，支座的下部结构安装在墩柱上。在低速载荷下，支座上部结构可以相对支座下部结构运动。但是在高速载荷下(例如发生地震时)，可以锁定支座上部结构和下部结构，使得梁体和墩柱刚性地连成一体。这样地震水平载荷由桥梁中的所有支座分担，而不单独由隔震支座承担，从而改善了墩柱的受力状况，有利于提高桥梁的抗震能力。

现有的流体阻尼器主要是用于大跨度桥梁、大柔度桥梁上，由于耗能需要大的位移量，就需要阻尼器产生很大的位移，来吸收能量。因而，这种现有流体阻尼器不能满足在低速载荷下允许相对运动，在高速载荷下锁定运动的要求，因而无法应用到该桥梁抗震支座中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种运动锁定装置，其能满足在低速荷载下允许相对运动，在高速荷载下能锁定运动的要求。

为达成上述目的，本实用新型提供一种运动锁定装置，包括缸体和活塞杆，活塞杆包括位于缸体内的活塞头，活塞头将缸体分成第一腔室和第二腔室，端盖分别位于缸体的两端，活塞杆的两端从端盖伸出，其中所述活塞头的外径比缸体的内径小，从而在活塞头和缸体之间形成有间隙；阻尼介质充满在缸体的第一腔室和第二腔室中，并可通过间隙在第一腔室和第二腔室中流动。

上述的运动锁定装置中，该阻尼介质对活塞杆产生的阻尼力F与活塞杆运动的速度V的关系由下式决定：

F＝C·V^α

其中，C为阻尼系数，α为速度指数，该速度指数大于等于2。

上述阻尼介质为有机硅油，其有机基质为甲基硅油，无机填料为白炭黑。

上述缸体的壁面上的设有通孔，所述阻尼介质可通过该通孔注入或卸出缸体，该通孔上设有密封件将其密封。

上述端盖上在靠近活塞杆的内壁上从外至内依次第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽和第四密封槽；在靠近缸体的外壁上设有第五密封槽，第一密封槽内设置有第一密封环，第四密封槽内设有第二密封环，第二密封槽内设有第一导向环，第三密封槽内设有第二导向环，第五密封槽内设有卡环。

本实用新型的运动锁定装置，使得在低速情况下可以允许活塞杆相对缸体运动，而在高速情况下则产生极大阻尼力使得活塞杆锁定。

附图说明

图1为本实用新型运动锁定装置的剖视图。

图2为图1中A部的放大图。

图3为安装有本实用新型运动锁定装置的桥梁支座的俯视图。

图4为本实用新型运动锁定装置与现有流体阻尼器的速度-阻尼力曲线比较图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的运动锁定装置包括缸体1和活塞杆2。缸体1的两端设有端盖3，用于密闭缸体1。端盖3上设有开口供活塞杆2的两端从端盖中伸出。活塞杆2中部形成活塞头21，活塞头21位于缸体1中将其分成第一腔室11和第二腔室12。

活塞头21的外径小于缸体1的内径，从而在两者之间形成细微的间隙22。在一较佳实施例中，该间隙的径向距离例如为1mm。第一腔室11和第二腔室12通过该间隙22连通。

缸体1内充满阻尼介质4。阻尼介质4可通过缸体1壁面上的通孔23注入或卸出缸体1。阻尼介质4注入后，需将通孔23用密封件(未显示)密封，防止泄漏。

由于间隙22较小，当活塞杆2在低速载荷下进行运动时，阻尼介质4可通过间隙22从第一腔室11缓慢地流到第二腔室12，或者从第二腔室12缓慢地流到第一腔室11。在这种情况下，活塞杆2可以相对缸体1沿轴向运动。

端盖3设有密封槽和密封件以密封阻尼介质4。具体地，端盖3上在靠近活塞杆2的内壁上从外至内依次第一密封槽31、第二密封槽32、第三密封槽33和第四密封槽34；在靠近缸体1的外壁上设有第五密封槽35。第一密封槽31内设置有第一密封环310，第四密封槽34内设有第二密封环340。第二密封槽32内设有第一导向环320，第三密封槽33内设有第二导向环330。第五密封槽35内设有卡环350。当安装到如图2所示的活动桥梁支座上时，缸体1与支座的上部结构50固定，活塞杆与支座的下部结构60固定，从而在低速条件下可以让支座上部结构50相对于支座下部结构60水平运动。

若活塞杆2受到高速载荷，例如地震发生时的水平载荷，由于间隙22较小，阻尼介质4无法快速通过间隙22在两个腔室内流动，从而对活塞体21形成极大的反向阻力。此时，活塞杆2无法相对缸体1运动，相当于将活塞杆2锁定。通过此方式，将桥梁支座锁定，让地震载荷由桥梁上所有的支座一起分担。

一般，流体阻尼器中的阻尼力由下列公式得出：F＝C·V^α

上式中，F为阻尼力，C为阻尼系数，V为活塞杆的速度，α为速度指数。

现有的流体阻尼器，通常选择α＝0.1为速度指数，因而随着速度的上升，阻尼力而缓慢增大。在本实用新型中，选择α≥2为速度指数。这样，阻尼力随着速度上升而急剧上升，受此阻力，活塞杆2无法相对于缸体1运动而锁定。

图3所示为本实用新型与现有流体阻尼器的曲线比较图，其中横轴表示活塞杆的速度V，纵轴表示阻尼力F。曲线A表示本实用新型在α＝2时实施例的速度-阻尼力比率图，曲线B表示现有阻尼器的速度-阻尼力比率图，直线C表示两者的分界线。从图3可以看出，现有阻尼器随着速度增加，阻尼力也会逐渐增加。而本实用新型的速度在同样增加的情况下，阻尼力上升的斜率很大，远远超出现有阻尼器的升幅，因此很快就能达到使得活塞杆2锁定的预定值。

本实用新型采用性能稳定的有机硅油作为阻尼介质，该有机硅油的塑性粘度0.82，反弹率80％，塌落度12.7mm。有机硅油是分子结构中含有硅元素的高分子合成材料，其分子主链是一条由硅原子和氧原子交替组成的骨架。在本实用新型中，该硅脂材料的有机基质为甲基硅油，无机填料为白炭黑，分子量为6787。

这种特殊的分子结构和组成使硅油集无机物的特性和有机物的功能于一身，不但具有无机物二氧化硅的耐高温、耐气候老化、耐臭氧、电绝缘、耐燃、无毒无腐蚀和化学性稳定、无色无味、不挥发等优异性能，而且具有高分子材料高粘性的特性。

Claims (4)

1.一种运动锁定装置，包括缸体(1)和活塞杆(2)，活塞杆(2)包括位于缸体(1)内的活塞头(21)，活塞头(21)将缸体分成第一腔室(11)和第二腔室(12)，端盖(3)分别位于缸体(1)的两端，活塞杆(2)的两端从端盖(3)伸出，其特征在于，所述活塞头(21)的外径比缸体(1)的内径小，从而在活塞头(21)和缸体(1)之间形成有间隙(22)；阻尼介质(4)充满在缸体(1)的第一腔室(11)和第二腔室(12)中，并可通过间隙(22)在第一腔室(11)和第二腔室(12)中流动。

2.如权利要求1所述的运动锁定装置，其特征在于，所述阻尼介质(4)为有机硅油，其有机基质为甲基硅油，无机填料为白炭黑。

3.如权利要求1所述的运动锁定装置，其特征在于，所述缸体(1)的壁面上的设有通孔(23)，所述阻尼介质(4)可通过该通孔(23)注入或卸出缸体(1)，该通孔(23)上设有密封件将其密封。

4.如权利要求1所述的运动锁定装置，其特征在于，端盖(3)上在靠近活塞杆(2)的内壁上从外至内依次第一密封槽(31)、第二密封槽(32)、第三密封槽(33)和第四密封槽(34)；在靠近缸体(1)的外壁上设有第五密封槽(35)，第一密封槽(31)内设置有第一密封环(310)，第四密封槽(34)内设有第二密封环(340)，第二密封槽(32)内设有第一导向环(320)，第三密封槽(33)内设有第二导向环(330)，第五密封槽(35)内设有卡环(350)。

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