CN209538774U - 一种压强可控式黏滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压强可控式黏滞阻尼器，属于结构减震技术领域，阻尼介质填充于左主缸与右主缸，左主缸与右主缸设置有活塞杆，活塞杆伸出右主缸的一端与右连接耳环固定，活塞杆伸出左主缸的一端伸入副缸中，活塞杆上设置有活塞，活塞上设有阻尼孔，活塞与左主缸及右主缸的内壁留有间隙。通液管下部分别焊接在左主缸与右主缸上，使左主缸与右主缸连通，利用控制器控制电磁阀的打开，使通液管处于连通状态，通过实时监控与控制，保证左主缸与右主缸中的压强不会过大，而威胁阻尼器的安全。本实用新型结构简单，各零部件和配件均可在工厂预制加工，可保证其滞回曲线稳定，减震的防护效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期使用。

Description

一种压强可控式黏滞阻尼器

技术领域

本发明涉及结构减震技术领域，特别是一种压强可控式黏滞阻尼器。

背景技术

近年来，大地震频发，它自身的破坏性和所引发的次生灾害严重威胁了人类的生存和发展。同时，随着国家经济水平的大幅度提高，我国建筑行业部门对房屋建筑结构抗震性能的要求也越来越高。黏滞阻尼器能够有效地减轻结构的地震反应，当地震来临时，黏滞特性导致结构阻尼的增加，阻尼器消耗了大部分能量，保护了主结构。

黏滞阻尼器是通过阻尼介质在阻尼孔中流动来产生阻尼耗散振动能量，是一种无刚度，速度相关型的耗能器。黏滞阻尼器能够有效地减轻结构的地震反应，当地震来临时，黏滞特性导致结构阻尼的增加，阻尼器消耗了大部分能量，保护了主结构。黏滞阻尼器的基本公式为F＝CV^α，其中F表示阻尼力，C是阻尼系数，V表示活塞运动的速度，α是速度指数。从公式可以看出，黏滞阻尼器属于速度型阻尼器，其速度指数直接影响到阻尼器的耗能性能。传统黏滞阻尼器的阻尼介质充满于主缸内，当活塞快速运动时，活塞两侧的主缸腔室将产生压力差，阻尼介质通过活塞上设置的阻尼孔喷射流动，阻尼介质仍充满于活塞两侧的主缸腔室中。阻尼介质通过活塞上设置的阻尼孔喷射流动产生的阻尼力，可快速降低振动幅度，消耗输入振动能量。尽管活塞两侧的主缸腔室应有压强差，才能实现流体喷射进而消耗地震或风引起的振动能量，但过大的压力差会不仅产生阻尼器的动刚度，动刚度可能会引起结构不正常的内力重分布，进而可能会对阻尼器的密封系统和缸筒侧壁产生破坏。而且在速度很快时甚至会锁死，当黏滞阻尼器被锁死时，甚至会引发黏滞阻尼器爆缸，或导致活塞杆弯曲或活塞杆倾斜卡死，最终引起黏滞阻尼器破坏。

中国实用新型专利第CN 203670585 U号公开了一种新型高效三维立体式黏滞阻尼器，其结构包括油缸、阻尼结构和阻尼杆，阻尼杆一端固定在上盖板上，另一端与阻尼结构相连，上盖板通过弹性密封带连接在油缸侧壁上，阻尼杆与阻尼结构连接的一端及阻尼结构的表面均开设有耗能孔。此设计产生了高效阻尼的效果，但是针对缸体内压力过大这方面没有作出有效的措施，故在长时间的缸体内压力过大中，可能会出现缸体遭到破坏的情况，故该装置在结构和设计上存在很大的缺陷，也不能够满足现代化生产的需要。

中国实用新型专利第CN 206448396 U号公开了一种智能黏滞阻尼器，该黏滞阻尼器在不同的速度或加速度下，可通过电磁阀控制阻尼孔的开闭。此设计可以调节黏滞阻尼器的阻尼，提高消能减震的效果，提高结构的安全性与耐久性。为了提高黏滞阻尼器的阻尼效果，活塞上的阻尼孔是很小的。在活塞产生运动时，黏稠的阻尼介质通过阻尼孔产生耗能，阻尼孔若太大的话，将会失去有效的耗能效果。此外，同理，活塞上的的阻尼孔的数量不会太多，因为阻尼孔数量过多同样会削弱阻尼耗能的效果。故用电磁阀控制部分阻尼孔的开启或关闭，不可避免地，会使电磁阀启闭前后阻尼介质通流截面变化巨大。所以在黏滞阻尼器两端产生相对运动时，其流体力学性能发生巨大变化，从而使黏滞阻尼器的相关参数C，α产生很大变化，这样导致的后果是与房屋建筑结构计算时选取的黏滞阻尼器计算模型差异很大，即使通过精细化分析，前后迥异的力学参数变化可能会导致不可预知的内力重分布，甚至引起结构的不安全。此外，通过电磁阀控制阻尼孔的开启或关闭，并不能起到减小两个主缸中的压力值的作用，也不能起到保护缸体和密封系统的安全的作用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种构造简单、可自动调节压强的黏滞阻尼器，不仅可提高减震消能的效果，而且能提高结构的安全性和耐久性。本发明通过电磁阀压强调节系统减少主缸腔室的压力值。阻尼介质填充于左主缸与右主缸，左主缸与右主缸设置有活塞杆，活塞杆伸出右主缸的一端与右连接耳环固定，活塞杆伸出左主缸的一端伸入副缸中，活塞杆上设置有活塞，活塞上设有阻尼孔，活塞与左主缸及右主缸的内壁留有间隙。电磁阀压强调节系统由通液管、控制器、压力传感器与电磁阀组成。在左主缸与右主缸上开孔，该孔洞截面与通液管截面相同，将通液管下部通过密封焊接在两个孔洞处，通过螺母将通液管的下部与上部相连(如图4所示)，其作用为，通液管损坏时便于维修与更换。通液管中部设置电磁阀，电磁阀两端的通道分别与通液管通过螺栓密封连接(如图2所示)，故当电磁阀开启时，左主缸与右主缸可以通过通液管和电磁阀连通，并可产生阻尼介质的流通。压力传感器由压力敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源构成，通过螺栓连接于主缸缸壁上(如图3所示)，其作用为记录两个主缸内黏滞阻尼介质的压力值，并实时传输给控制器。控制器是控制电磁阀启闭的主令装置，其通过导线分别连接压力传感器，其作用为实时接收压力传感器传输的压力值，并与预设的调节阈值进行比较，当压力值大于调节阈值时，通过导线控制电磁阀的开启，当压力值小于调节阈值时，通过导线控制电磁阀的关闭。本发明采用的供电系统为蓄电池供电系统，供电系统分别连接电磁阀，控制器及压力传感器，为其提供电源。控制器与供电系统放置于阻尼器主体外(如图1所示)。限位器通过环形焊接的方式与主缸内壁焊接，其作用在于防止活塞断面阻断通液管。

采用上述结构后，当黏滞流体阻尼器在两端产生相对运动时，活塞在缸体内产生相应的往复运动，活塞上一侧的压力传感器实时地把主缸内的压力值输入到控制器。控制器实时地判断压强是否达到预设的调节阈值。调节阈值根据主缸与密封件强度并考虑安全系数而设置。该调节阈值应保证在较大地震或者风振作用下主缸的安全，并保证不会对密封系统产生破坏。此外，该调节阈值也不能过小，以保证阻尼器保持高效的耗能效果，其值一般为设25～50Mpa。控制器通过压力传感器实时输出的压力值进行判断，当该压力值超过调节阈值的时候，发出控制指令控制电磁阀的开启，压力值不超过调节阈值的时候，则控制电磁阀关闭。电磁阀开启时，主缸内左与右主缸内的阻尼介质会通过通液管流通。由于阻尼器活塞杆的运动，总是压缩其中的某个主缸，而另外一个主缸体积随之变大，故体积压缩的主缸内阻尼介质的压强可能在运动中不断增大，甚至在某些极端状况下威胁到阻尼器本身的安全，而体积随之变大的另外一个主缸的压强变化是相反的，甚至可能变成负压。两个主缸的阻尼介质因电磁阀开启而发生通过通液管的液体流通，可起到迅速减小主缸内液体压强的作用。为了不让阻尼器的关键参数C和α受到很大的影响，必须保证这种阻尼介质流通快速发生，从而不影响活塞杆出阻尼孔的流体喷射机理。故通液管的截面面积设置为阻尼孔截面面积的三倍以上，使左主缸与右主缸内的压强迅速稳定，降低风险系数，此外，本阻尼器结构简单，可进行压强调节，各零部件和配件均可在工厂预制加工，经济合理。采用这种压强可控式黏滞阻尼器可保证其滞回曲线稳定，减震的防护效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为压强可控式黏滞阻尼器整体示意图；

图2为电磁阀与通液管连接示意图；

图3为压力传感器与缸体连接示意图；

图4为通液管上部与下部连接示意图；

图5为工作过程1中通液管内阻尼介质流向示意图；

图6为工作过程2中通液管内阻尼介质流向示意图。

在图1～图6中，1为右连接耳环；2为通液管；3为电磁阀；4为副缸；5为活塞杆；6 为活塞；7为左主缸；8为右主缸；9为阻尼介质；10为控制器；11为左连接耳环；12为压力传感器；13为阻尼孔；14为间隙；15为供电系统；16为限位器；17为螺母。

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。

图1是按照本发明的压强可控式黏滞阻尼器的整体结构示意图。如图1所示，该压强可控式黏滞阻尼器主要包括主缸，副缸4，活塞4，活塞杆5，通液管2，电磁阀3等，其中主缸被分为左主缸7和右主缸8，左主缸7和右主缸8内充满着相同的阻尼介质9。活塞6设置在左主缸7和右主缸8之间并可沿其轴向方向来回移动，由此带动与之相连的活塞杆5一同移动，针对现有技术中各类黏滞阻尼器的压强不可调控，一旦阻尼器内的压强过大，就可能造成阻尼器的损坏并对工程结构的安全性造成很大影响的问题，本发提供一种对传统黏滞阻尼器的改进方法，以实现对阻尼器内压强的可控调节，其特征在于其施工步骤如下：

(1)将工厂预制好的主缸与副缸4的整体构件左端焊接左连接耳环11，在左主缸7与右主缸8内壁上开螺栓孔，在主缸上部开通液管2连通孔，在左侧通液管2连通孔旁，环形焊接限位器16，各个孔隙或孔处设置密封件；

(2)将压力传感器12焊接于连接螺栓处，如图3所示，通过螺栓连接的方式分别连接于左右主缸内壁上，并将导线连接好，将工厂预制好的活塞6与活塞杆5构件伸入主缸与副缸4中，在右侧通液管2连通孔旁，环形焊接限位器16，将右主缸8外壁钢板焊接于主缸，完成主缸体的焊接，在活塞杆6右端焊接右连接耳环1，各个孔隙或孔处设置密封件；

(3)将通液管2下端焊接于通液管2连通孔处，如图3所示，将通液管2与电磁阀3通过螺栓连接，将压力传感器12引出的导线接电磁阀3后，如图4所示，将通液管2上部与下部通过螺母17相连，各个孔隙或孔处设置密封件；

(4)如图1所示，将控制器10与供电系统15放置于阻尼器主体之外，由电磁阀3引出的导线连接控制器10，控制器10引出的导线连接供电系统15，通过通液孔利用压力泵向主缸内填充阻尼介质9，使左主缸7，右主缸8，通液管2内充满阻尼介质9，而后将通液孔进行密封处理，各个孔隙或孔处设置密封件。

当按照本发明的压强可控式黏滞阻尼器工作时，活塞6会在主缸和副缸4内来回运动，并且阻尼介质9经过阻尼孔13时会产生黏滞阻力，由此起到抗震减阻的效果。

上述压强可控式黏滞阻尼器工作过程1如下：

当右连接耳环1向左连接耳环11方向产生运动时，带动活塞杆5产生同样的运动，右主缸8体积增大，而左主缸7体积减少，此时阻尼介质9通过活塞6上的阻尼孔13产生射流，即从左主缸7流入右主缸8中。由于阻尼器的运动，左主缸7内的阻尼介质9收到压迫而导致其压强增大，压力传感器12实时地将左主缸7内的压力值传输到控制器10内，当输出的压力值达到调节阈值时，控制器10发出指令控制电磁阀3打开，左主缸7中的阻尼介质9通过通液管2得以流入右主缸8内(阻尼介质9流通方向如图5所示)，使阻尼器中的压力得以调节。当压力传感器12实时传输到控制器10内的压力值，因阻尼介质9在两个主缸中流通而使压强降低到调节阈值以下的时候，控制器10发出指令控制电磁阀3关闭，通过实时监控与控制，保证左主缸7与右主缸8内的压强不会过大而威胁阻尼器的安全。

上述压强可控式黏滞阻尼器工作过程2如下：

当左连接耳环11向右连接耳环1方向产生运动时，带动活塞杆5产生同样的运动，左主缸7体积增大，而右主缸8体积减少，此时阻尼介质9通过活塞6上的阻尼孔13产生射流，即从左主缸7中流入右主缸8。由于阻尼器的运动，右主缸8内的阻尼介质收到压迫而导致其压强增大，压力传感器12实施地将右主缸8内的压力值传输到控制器10内，当输出的压力值达到调节阈值时，控制器10使电磁阀3打开，右主缸8中的阻尼介质9通过通液管2得以流入左主缸7内(阻尼介质9流通方向如图6所示)，使阻尼器中的压力得以平衡。当压力传感器12实时传输到控制器10内的压力值，因阻尼介质9在两个主缸中流通而使压强降低到调节阈值以下的时候，控制器10发出指令控制电磁阀3关闭，通过实时监控与控制，保证左主缸7与右主缸8内的压强不会过大而威胁阻尼器的安全。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于单出杆黏滞阻尼器及其他油压减震器同样适用，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压强可控式黏滞阻尼器，其包括填充有阻尼介质(9)的左主缸(7)与右主缸(8)，所述左主缸(7)与右主缸(8)设置有活塞杆(5)，活塞杆(5)伸出右主缸(8)的一端与右连接耳环(1)固定，活塞杆(5)伸出左主缸(7)的一端伸入副缸(4)中，活塞杆(5)上设置有活塞(6)，活塞(6)上设有阻尼孔(13)，活塞(6)与左主缸(7)及右主缸(8)的内壁留有间隙(14)，其特征在于：通液管(2)为圆管，通液管(2)两端的下部分别焊接在左主缸(7)与右主缸(8)上，通液管(2)中设置电磁阀(3)，电磁阀(3)通过导线与控制器(10)相连，限位器(16)通过环形焊接方式焊接于主缸内侧通液管(2)开口处旁，左主缸(7)与右主缸(8)中分别安置压力传感器(12)，通过导线与控制器(10)相连，控制器(10)通过导线与供电系统(15)相连。

2.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述通液管(2)为圆管，其截面面积不小于3倍阻尼孔(13)截面面积，其下部与上部通过螺母(17)相连。

3.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述的左主缸(7)和右主缸(8)内壁上安装压力传感器(12)，压力传感器(12)通过导线连入控制器(10)的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述的控制器(10)通过输入端的导线实时接收压力传感器(12)的压力值，通过编程判断该压力值与预设调节阈值大小，随后发出控制指令控制电磁阀(3)的启闭，调节阈值设为25～50MPa。

5.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述电磁阀(3)安装于通液管(2)内，电磁阀(3)阀门关闭时，左主缸(7)与右主缸(8)阻尼介质在通液管(2)内阻断，电磁阀(3)阀门打开时，左主缸(7)与右主缸(8)阻尼介质在通液管(2)内流通。

6.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述限位器(16)内部为钢板，外部为防撞橡胶，通过环形焊接方式焊接于主缸内侧通液管(2)开口处旁。

7.根据权利要求1所述的一种压强可控式黏滞阻尼器，其特征在于：所述供电系统(15)为蓄电池供电系统，供电系统(15)分别通过导线连接电磁阀(3)，控制器(10)及压力传感器(12)。