CN202418397U - 高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，属于工程减振技术领域，包括活塞杆、缸头、缸筒、活塞头，活塞头与缸筒之间形成阻尼间隙，构成流体主通道，缸筒的内壁两侧设置有向中间倾斜的导向环，活塞头上设置有两道凹槽状的蓄能环，两道蓄能环外侧的活塞头端面分别向外斜向下倾斜，与缸筒之间构成引流通道，两道蓄能环外侧的活塞头上分别设置有辅助流通道，辅助流通道与构成引流通道的活塞头的倾斜端面平行，辅助流通道底部的活塞头两侧设置有导向盘。本实用新型的阻尼器具有在复杂工作环境下阻尼力稳定，可以抵抗较大的冲击荷载同时构造简单等特点。

Description

高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器

技术领域

本实用新型涉及一种阻尼器，特别是一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，属于工程减振技术领域。

背景技术

结构消能减振技术是一种新的抗震防灾技术。在采用消能减振技术的结构中，结构的某些非承重构件被设计成具有较大耗能能力的特殊元件——阻尼器。在地震过程中产生较大阻尼，集中地耗散结构的地震能量，迅速衰减结构的振动反应，从而避免或减小主体结构的损伤。而耗能减振结构的实现主要依赖于研制出结构形式简便且性能优越的阻尼器。目前国内外已研制出大量的阻尼器，如软钢阻尼器、摩擦阻尼器、金属阻尼器、智能阻尼器等。随着减振技术的推广，研制开发各种简便实用的新型消能减振装置来满足工程应用的需要已是发展趋势。而粘滞阻尼器以其构造简单，性能稳定和性能优越等优点，正逐渐被工程师们认可并大力研究和推广。

近些年来国内的学者和公司对结构用粘滞阻尼器进行了系列的研究和开发，其形式大体分为间隙式、孔隙式和混合式。其基本工作原理都是粘滞液体通过小空间时产生的局部阻力和流体流动时产生的沿程阻力做功消耗能量。

由于震/振动的随机性，结构在地震和风振作用下的反应有很大的随机性，同时由于现在各种特殊结构形式和巨型构件的出现，导致结构和构件的反应有很大的不可预测性，因此对于工作在这种状态下的阻尼器也有了更高的要求。尤其是应对某些冲击荷载，由于阻尼器在很短时间内受到很大的冲击荷载，导致瞬时阻尼器承受的荷载完全超出其设计的额定荷载和额定工作速度从而使阻尼器完全破坏而瞬间失去了其吸收地震能量保护主体结构的作用；另外，目前单一形式的阻尼直孔和阻尼器缸体虽然结构比较简单但是其对阻尼力的控制效果和耗能效果都比较差，很难在复杂的外界激励条件下工作。

实用新型内容

为了解决传统粘滞阻尼器在复杂的外界激励尤其是冲击荷载下易失效和耗能效率低的问题，本实用新型提出了一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，该阻尼器具有在复杂工作环境下阻尼力稳定，可以抵抗较大的冲击荷载同时构造简单等特点。

本实用新型的技术方案如下：

一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，包括活塞杆、缸头、缸筒、活塞头，所述缸筒和两侧的缸头组成封闭的缸体，活塞杆穿过两侧的缸头伸入到缸体内，缸体内的活塞杆上设置有活塞头，活塞头与缸筒之间形成阻尼间隙，构成流体主通道，其特征在于：所述缸筒的内壁两侧设置有向中间倾斜的导向环，导向环中间的缸筒壁厚稍小于导向环外侧的缸筒壁厚；所述活塞头上设置有两道凹槽状的蓄能环，两道蓄能环外侧的活塞头端面分别向外斜向下倾斜，与缸筒之间构成引流通道，两道蓄能环外侧的活塞头上分别设置有辅助流通道，辅助流通道与构成引流通道的活塞头的倾斜端面平行，辅助流通道底部的活塞头两侧设置有导向盘，导向盘边缘设置有斜向外倾斜的角。

所述引流通道的坡角度为15°～30°。

所述蓄能环的深度为活塞头直径的1/15。

所述辅助流通道的直径为阻尼间隙的1/2。

所述导向环与缸筒轴线的角度为5°～10°。

所述导向盘上斜向外倾斜的角与导向盘轴线形成的角度为15°～30°。

活塞杆一端的缸头外侧设置有连接套，连接套上设置有消声器；活塞杆另一端与端支座之间采用销轴连接。

本实用新型通过对粘滞阻尼器的活塞头和缸体进行重新设计，实现了在外界激励条件复杂多变的条件下阻尼器的阻尼力稳定而且耗能效率显著提高。与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1)本实用新型通过改变阻尼器中活塞头的构造使阻尼器适应了更加复杂的工作环境，使阻尼器不仅在速度较低情况下能保证一定出力而且可以使阻尼器在外界速度较高的情况下不会出力过大从而保证阻尼器在运动过程中的安全性。

2)本实用新型中通过改变一些构造措施改变了流体在缸体内的循环，使流体在缸体内的对流更加显著从而加速了热量的传导，提高了阻尼器耗能的效率。

3)本实用新型中通过简单的构造措施，使阻尼器能够在接近最大行程的时候有缓冲的效果，从而可以防止阻尼器的缸体和活塞头的碰撞保护阻尼器主体。

附图说明

图1阻尼器断面示意图；

图2阻尼器活塞头构造示意图；

图3阻尼器内粘滞液体循环流示意图(活塞头向右运动)；

图4阻尼器内粘滞液体循环流示意图(活塞头向左运动)；

图5阻尼器变间隙缓冲示意图；

图中：1、活塞杆；2、缸头；3、缸筒；4、活塞头；5、锁紧螺母；6、螺纹连杆；7、连接套；8、销轴；9、轴端挡板；10、端支座；11、导向环；12、连接螺栓；13、引流通道；14、蓄能环；15、导向盘；16、辅助流通道；17、流体主通道；18、轴用导向环；19-20、轴用单向密封圈；21、防尘圈；22、内六角螺钉；23、O型密封圈；24、螺纹堵；25、消声器；26、阻尼间隙；27-28、流体轨迹。

具体实施方式

其具体构造见图1～5，主要包括活塞杆1、缸头2、缸筒3、活塞头4、锁紧螺母5、螺纹连杆6、连接套7、销轴8、轴端挡板9、端支座10、导向环11、连接螺栓12、引流通道13、蓄能环14、导向盘15、辅助流通道16、流体主通道17、轴用导向环18、轴用单向密封圈19-20、防尘圈21、内六角螺钉22、O型密封圈23、螺纹堵24、消声器25、阻尼间隙26。缸筒3和两侧的缸头2组成封闭的缸体，活塞杆1穿过两侧的缸头2伸入到缸体内，缸体内的活塞杆1上设置有活塞头4，活塞头4与缸筒3之间形成阻尼间隙26，构成流体主通道17。其中，活塞头4锁紧在活塞杆1上，在由缸头2和缸筒3组成的阻尼器的基本空间内运动。轴用导向环18则保证了活塞杆1在运动过程中的直线轨迹，轴用单向密封圈19-20和O型密封圈23保证了活塞杆1在运动过程中的密封性。

阻尼器和外界构件的连接主要是依靠端支座10和连接螺栓12。为了避免阻尼器在使用过程中由安装误差引起的偏心受力和偏心荷载作用下产生附加弯矩，在活塞杆1和端支座10之间采用具有一定转动功能的销轴8连接。当活塞杆1在连接套7内往复运动的时候会引起连接套7腔体内空间发生改变，从而引起气流的改变，采用消声器25来减小这种由于空气流动产生的气流噪音。缸筒3的内壁两侧设置有向中间倾斜的导向环11，导向环11中间的缸筒3内壁向内侧凹陷，使其壁厚稍小于导向环11外侧的缸筒3壁厚。

该阻尼器的关键构造是活塞头4。活塞头4上设置有两道凹槽状的蓄能环14，两道蓄能环14外侧的活塞头4端面分别向外斜向下倾斜，与缸筒3之间构成引流通道13，两道蓄能环14外侧的活塞头4上分别设置有辅助流通道16，辅助流通道16与构成引流通道13的活塞头4的倾斜端面平行，辅助流通道16底部的活塞头4两侧设置有导向盘15，导向盘15边缘设置有斜向外倾斜的角。当活塞如图3方向运动时活塞头4向右运动，流体相对于活塞向左运动，当活塞运动速度较低即通过阻尼孔的流体流量较低时候流体通过阻尼孔的宽度相当于图5中的C-C1宽度，由于阻尼孔宽度较小所以可以加速流体从而保证阻尼器在低流量的情况下产生一定的阻尼力从而在微弱的外界振动下也能消耗振动能量。当流量增加时候流体不仅从C-C1通过，而且可以从引流通道13通过，相当于流体通道的宽度从C-C1加大到C-C3从而加大了断面面积，阻尼间隙26也从简单的环状间隙变成了环锥状间隙。从经典的阻尼力计算公式F＝Cv^a计算公式中由于阻尼间隙26的形式发生了改变所以改变了阻尼系数C值。这时即使通过阻尼间隙26的流体流速有所增加，由于C值的降低阻尼力F也不会明显提高从而减小了阻尼器在较高速度下阻尼力过大的问题。当阻尼器速度进一步提高的时候流体不仅从引流通道13通过还会流过辅助流通道16相当于进一步加大了流体的断面面积从而使锥口更加开阔，流体通过活塞断面更加顺畅从而进一步降低了C值，在流速V显著增加的时候能够保持阻尼力F缓慢增加，从而在阻尼器在很高速度情况下依然保证稳定的出力。

另外该阻尼器还对缸体内流体的循环进行了设计，使其在高速流的情况下循环更加顺畅，更加容易消耗流体的热量从而更加快捷的把输入结构的能量转化为热能耗散到空气中。如图3所示，当活塞向右运动的时候流体相对活塞向左运动。由于导向盘15的存在使通过辅助流通道16流出的流体射向缸筒3而由于缸体是很好的导热材料所以更加容易散发流体携带的热量。如图3中流体轨迹28所示，由导向盘引流的流体和流经阻尼间隙26的流体在遇到导向环11后改变方向，使流体向腔体内部流动从而使缸体附近高热量的流体和缸体内低热量的流体混合交换热量。当活塞向左运动的时候流体的运动轨迹如图4所示。其中，引流通道13的坡角度为15°～30°，蓄能环14的深度为活塞头4直径的1/15，辅助流通道16的直径为阻尼间隙26的1/2，导向环11与缸筒3轴线的角度为5°～10°，导向盘15上斜向外倾斜的角与导向盘15轴线形成的角度为15°～30°。

另外，该阻尼器在阻尼器行程较大的时候可以利用导向环11作为一个缓冲装置，因为当活塞头在两个导向环之间内运动时阻尼间隙孔的间隙宽度为C-C1，当活塞的行程较大时活塞头运动到导向环两侧时候阻尼间隙的宽度变为C-C2。由于流体的通道变的狭窄所以阻尼力有所增大，从而起到了缓冲的作用防止活塞头4和两侧的缸头2发生碰撞。

本实用新型可以应用在建筑的抗震加固与改造或者需要减小结构在风荷载下动力反应增加舒适度的高层、超高层结构。

Claims (7)

1.一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，包括活塞杆(1)、缸头(2)、缸筒(3)、活塞头(4)，所述缸筒(3)和两侧的缸头(2)组成封闭的缸体，活塞杆(1)穿过两侧的缸头(2)伸入到缸体内，缸体内的活塞杆(1)上设置有活塞头(4)，活塞头(4)与缸筒(3)之间形成阻尼间隙(26)，构成流体主通道(17)，其特征在于：所述缸筒(3)的内壁两侧设置有向中间倾斜的导向环(11)，导向环(11)中间的缸筒(3)壁厚稍小于导向环(11)外侧的缸筒(3)壁厚；所述活塞头(4)上设置有两道凹槽状的蓄能环(14)，两道蓄能环(14)外侧的活塞头(4)端面分别向外斜向下倾斜，与缸筒(3)之间构成引流通道(13)，两道蓄能环(14)外侧的活塞头(4)上分别设置有辅助流通道(16)，辅助流通道(16)与构成引流通道(13)的活塞头(4)的倾斜端面平行，辅助流通道(16)底部的活塞头(4)两侧设置有导向盘(15)，导向盘(15)边缘设置有斜向外倾斜的角。

2.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：所述引流通道(13)的坡角度为15°～30°。

3.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：所述蓄能环(14)的深度为活塞头(4)直径的1/15。

4.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：所述辅助流通道(16)的直径为阻尼间隙(26)的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：所述导向环(11)与缸筒(3)轴线的角度为5°～10°。

6.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：所述导向盘(15)上斜向外倾斜的角与导向盘(15)轴线形成的角度为15°～30°。

7.根据权利要求1所述的一种高耗能间隙自适应型粘滞阻尼器，其特征在于：活塞杆(1)一端的缸头(2)外侧设置有连接套(7)，连接套(7)上设置有消声器(25)；活塞杆(1)另一端与端支座(10)之间采用销轴(8)连接。

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