CN212001684U - 一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，属于结构抗震与减震的技术领域。当阻尼器振动速度较快时，由于阻尼孔来不及将阻尼介质在两个油缸内交换，而导致油缸压强骤增，威胁阻尼器的安全。本发明用双路通液管将油缸A和油缸B连通起来，并在其内设置压强调节装置。该装置受扭力弹簧压迫挡板关闭通液管，仅当两油缸压强差达到预设值时，扭力弹簧受力后带动挡板转动，从而连通通液管，增大阻尼介质通路面积，达到自动卸压的目的，防止阻尼器爆缸。由于阻尼器是往复运动的，双路通液管总是一路关闭，一路连通。本发明结构简单，无需外部能量或复杂的构造，故其安全性和耐久性都很好，且减震防护效果好。

Description

一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器

技术领域

本发明涉及结构抗震与减震工程阻尼器技术领域，特别是一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器。

背景技术

黏滞阻尼器是一种类似于活塞的结构，活塞两侧充满了粘稠的阻尼介质流体，当活塞发生相对运动时，阻尼介质流体通过阻尼孔时会产生节流阻力，是一种与运动速度相关的阻尼器。根据多次大地震后的灾后调查中表明，黏滞阻尼器是一种有效的建筑结构抗震减震的阻尼保护装置，能够有效地减轻地震对结构的破坏。黏滞阻尼器能有效地减小地震带来的振动，主要是因为增加了结构的阻尼，黏滞阻尼器在地震作用下两端快速发生往复运动，通过阻尼孔产生的阻尼力耗散了大部分能量，从而保护主结构。

在地震或强风作用下，黏滞阻尼器两端会产生相对运动，带动油缸内的活塞产生快速往复运动。由于油缸内充满了粘稠的阻尼介质流体，而活塞上的阻尼孔较小，当运动速度及运动幅度不大时，两边油缸中的阻尼介质可以通过阻尼孔喷射进行交换；但当运动速度及运动幅度较大时，阻尼介质通过阻尼孔进行快速交换是比较困难的，这样会使油缸内压强骤升，可能会导致黏滞阻尼器的爆缸或活塞杆弯曲，甚至最终引起黏滞阻尼器的损坏。

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、防止阻尼器内部的阻尼介质压强过大，不仅能提高阻尼器减震消能的效果，而且能提高结构的安全性和耐久性。本发明用双路通液管连通活塞两侧的油缸，但其上设置了扭力弹簧挡板控压的压强调节装置。在两侧压强差过大时，扭力弹簧挡板打开，使压强较大的油缸内的阻尼介质可通过通液管进入另一侧压强较小的油缸，由于增大了液体通道面积达到了调节压强的作用，减少了油缸腔室的压力差值。由于阻尼器是往复运动的，双路通液管总是一路关闭，一路连通。

本发明包括填充阻尼介质的油缸A与油缸B，活塞杆一端伸出油缸B后与连接耳环固定，在油缸B的孔隙处设置密封件，防止阻尼介质流出。活塞杆另一端伸出油缸A，进入副缸中，在油缸A的孔隙处设置密封件，防止阻尼介质流出。活塞杆上设置有活塞，活塞上设有阻尼孔。活塞与油缸A及油缸B的缸体内壁留有间隙，使活塞在缸内发生往复运动时，不会与缸体内侧摩擦。活塞杆起到了导向的作用，使活塞运动时一直处于与缸体同心轴状态。发生往复运动时，两边油缸中的阻尼介质可以通过阻尼孔喷射进行液体交换。油缸A和油缸 B之间分别设有的通液管A和通液管B使它们分别连通，其中通液管A中装设有压强调节装置A，通液管B中装设有压强调节装置B。通液管A和通液管B均为中空的钢制圆管或方管，它们的两端分别焊接在油缸A与油缸B上，压强调节装置A、B分别设置在通液管A、B的内部。压强调节装置内部设置的扭力弹簧通过扭力弹簧挂钩轴和挡板固定在通液管内，扭力弹簧的拉钩与挂钩轴相钩连，可以起到固定扭力弹簧一端的作用，挡板与固定轴焊接相连，挡板绕固定轴转动的方向受限位挡块约束，固定轴可以起到固定挡板同时带动挡板绕轴转动的作用。扭力弹簧挂钩轴和限位挡块通过焊接固定在通液管的内部。阻尼器发生往复运动时，活塞两侧的缸体存在压强差，压强调节装置的挡板受到液体传来的力，当该力大于其内设置的扭力弹簧预压在挡板上的相反的力时，则挡板会绕其固定轴转动，从而连通通液管，使其在阻尼器工作过程中自动卸压，防止阻尼器爆缸。限位挡块可以限制挡板转动方向，由于挡板受到扭力弹簧的预压的力，会使挡板绕其固定轴转动，限位挡块限定了挡板在该方向的转动位置。当挡板与限位挡块接触时，该挡板将通液管关闭。挡板A和挡板B均为钢制圆板，它们的外径小于通液管的内径1mm～2mm，挡板与扭力弹簧的一端焊接在一起，挡板能够随着扭力弹簧受力绕着固定轴转动，限位挡块焊接在通液管上，固定轴为可伸缩的转动轴，安装时压缩该固定轴，使其卡放在通液管的预留凹点中。预留凹点用来安装固定轴，固定轴通过伸缩卡放在通液管的预留凹点中。由于活塞是双向往复运动的，故本发明设置了两个通液管通道进行卸压。当油缸A被压缩，使其压强达到一定值的时候，通液管的压强调节装置A中挡板受到两侧阻尼介质压强差引起的力，该力超过扭力弹簧对挡板的预压的力，就会推动挡板绕其固定轴转动，通液管A即被打开，阻尼介质通往油缸B的面积由此增大，从而实现了减压的目的。这时压强调节装置B由于其内部的限位挡块的存在，通液管B是关闭的。相似地，当油缸B被压缩，使其压强达到一定值的时候，通液管的压强调节装置B中挡板受到两侧阻尼介质压强差引起的力，该力超过扭力弹簧对挡板的预压的力，就会推动挡板绕其固定轴转动，通液管B即被打开，阻尼介质通往油缸A的面积由此增大，从而实现了减压的目的。这时压强调节装置A由于其内部的限位挡块的存在，通液管A是关闭的。扭力弹簧的作用有两个，一个是可以通过选用不同弹性参数的扭力弹簧来设置油缸内压强的安全阀值，即超过该值后卸压；二是当压强达到设定值的时候，扭力弹簧可以带动与其相连的挡板进行转动。压强调节装置与通液管之间使用焊接连接。为了便于安装调试及维修更换，靠近压强调节装置的钢管进行焊接连接，保证其良好的密封效果以及足够的抗压的能力。

采用上述结构后，当结构受到地震或者强风作用时，会产生振动，此时活塞产生相应的往复运动。在阻尼器的工作过程中，活塞总是压缩其中某一油缸，而另外一个油缸体积跟随变大，故体积压缩的油缸内阻尼介质的压强可能在运动中不断增大。当一侧油缸内压强大于预设值时，其内的阻尼介质会迫使与其对应的压强调节装置内的扭力弹簧带动相连的挡板绕轴转动，连通通液管，阻尼介质则不仅通过活塞上的阻尼孔发生液体交流，还通过通液管发生液体交流，从而达到迅速减小单侧油缸压强的目的，防止阻尼器爆缸。为了不让阻尼器的关键参数受到很大的影响，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，使油缸A与油缸B内的压强迅速稳定，降低风险系数，此外，本阻尼器结构简单，可通过扭力弹簧挡板自动进行压强调节，各零部件和配件均可在工厂预制加工，均可替换维修，经济合理。采用这种扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器可保证其滞回曲线稳定，减震效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期低成本使用。

本发明中所述一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器工作过程1如下：

当连接耳环(12)向球形铰座(1)方向产生运动时，带动活塞杆(3)产生同样的运动，油缸B(9)体积增大，而油缸A(4)体积减少，此时阻尼介质通过活塞上的阻尼孔产生射流，即从油缸A(4)中流入油缸B(9)。由于阻尼器的运动，油缸A(4)内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，当油缸A(4)内的压强达到或者超过油缸内压强的安全阀值，阻尼介质会通过挤压扭力弹簧A(13)带动挡板A(15)向油缸B(9)扭转，从而使阻尼介质通过压强调节装置流到油缸B(9)中。当油缸A(4)压强小于油缸内压强的安全阀值时，扭力弹簧A(13)带动挡板A(15)回到平衡位置。通过扭力弹簧自动控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。

本发明中所述一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器工作过程2如下：

当球形铰座(1)向连接耳环(12)方向产生运动时，带动活塞杆(3)产生同样的运动，油缸B(9)体积减小，而油缸A(4)体积增大，此时阻尼介质通过活塞上的阻尼孔产生射流，即从油缸B(9)中流入油缸A(4)。由于阻尼器的运动，油缸B(9)内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，油缸B(9)内的压强达到或者超过油缸内压强的安全阀值，阻尼介质会通过挤压扭力弹簧B(18)带动挡板B(20)向油缸A(4)扭转，从而使阻尼介质通过压强调节装置流到油缸A(4)中。当油缸B(9)压强小于油缸内压强的安全阀值时，扭力弹簧B(18)带动挡板B(20)回到平衡位置。通过扭力弹簧自动控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明在实例中的技术方案，下面将对实例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例。

图1为一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器整体示意图；

图2为压强调节装置A示意图；

图3为压强调节装置B示意图；

图4为预留凹点A示意图；

图5为预留凹点B示意图；

图6为压强调节装置细节图；

图7为固定轴示意图；

图8为扭力弹簧正视图；

图9为扭力弹簧侧视图。

在图1～图9中，1为球形铰座；2为副缸；3为活塞杆；4为油缸A；5为压强调节装置A；6为压强调节装置B；7为通液管A；8为通液管B；9为油缸B；10为活塞；11为阻尼孔；12为连接耳环；13为扭力弹簧A；14为扭力弹簧挂钩轴A；15为挡板A；16为限位挡块A；17为固定轴A；18为扭力弹簧B；19为扭力弹簧挂钩轴B；20为挡板B；21为限位挡块B；22为固定轴B；23为预留凹点A；24为预留凹点B。

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是按照本发明的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器的整体结构示意图。如图 1所示，该阻尼器主要包括油缸，副缸，活塞，活塞杆，压强调节装置，其中油缸分为油缸A (4)和油缸B(9)，油缸A(4)和油缸B(9)内充满着相同的阻尼介质。活塞(10)设置在油缸A(4)和油缸B(9)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 (3)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)如图1所示，将工厂预制好的油缸与副缸的整体构件一端焊接球形铰座1，在油缸 A(4)和油缸B(9)的两侧开孔，密封焊接通液管A(7)和通液管B(8)，为了安装安装压强调节装置，通液管应该先在安装压强调节装置的位置附近断开，安装好压强调节装置后再焊上；

(2)如图2所示，将扭力弹簧A(13)与挡板A(15)焊接在一起，然后将挡板A(15) 与固定轴A(17)固定，将扭力弹簧挂钩轴A(14)和限位挡块A(16)焊接在通液管A(7) 内；

(3)如图3所示，将扭力弹簧B(18)与挡板B(20)焊接在一起，然后将挡板B(20) 与固定轴B(22)固定，将扭力弹簧挂钩轴B(19)和限位挡块B(21)焊接在通液管B(8) 内；

(4)如图4、5所示，通液管内设预留凹点，用来安装卡放固定轴；

(5)如图6、7所示，固定轴为可伸缩的转动轴，与挡板焊接在一起，轴内部设有弹簧，可以通过伸缩调整其长度卡放入通液管预留凹点中；

(6)如图8、9所示，弹簧为扭力弹簧，在受到力的作用的时候，扭力弹簧会发生扭转，带动与其相连的挡板发生转动，从而达到自动卸压的目的。

当按照本发明的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器时，活塞会在油缸A和油缸B 内来回运动，并且阻尼介质经过阻尼孔时会产生黏滞阻力，由此起到抗震减震的效果。

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，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 (6)

1.一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其包括填充有阻尼介质的油缸A(4)和油缸B(9)，活塞杆(3)伸出油缸B(9)的一端与连接耳环(12)固定，活塞杆(3)伸出油缸A(4)的一端伸入副缸(2)中，活塞杆(3)上设置有活塞(10)，活塞(10)上设有阻尼孔(11)，其特征在于：油缸A(4)和油缸B(9)之间设有的通液管A(7)和通液管B(8)使它们分别连通，其中通液管A(7)中装设有压强调节装置A(5)，通液管B(8)中装设有压强调节装置B(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其特征在于：所述通液管A(7)和通液管B(8)为中空的钢制圆管或方管，分别与油缸A(4)和油缸B(9)焊接相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其特征在于：所述压强调节装置A(5)内部设置的扭力弹簧A(13)通过扭力弹簧挂钩轴A(14)和挡板A(15)固定在通液管A(7)内，挡板A(15)与固定轴A(17)焊接相连，挡板A(15)绕固定轴A(17)受限位挡块A(16)约束。

4.根据权利要求1所述的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其特征在于：所述压强调节装置B(6)内部设置的扭力弹簧B(18)通过扭力弹簧挂钩轴B(19)和挡板B(20)固定在通液管B(8)内，挡板B(20)与固定轴B(22)焊接相连，挡板B(20)绕固定轴B(22)受限位挡块B(21)约束。

5.根据权利要求3所述的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其特征在于：所述挡板A(15)为一钢制圆板，其外径小于通液管A(7)的内径1mm～2mm，挡板A(15)能够随着扭力弹簧A(13)受力绕着固定轴A(17)转动，限位挡块A(16)焊接在通液管A(7)上，固定轴A(17)为可伸缩的转动轴，安装固定在通液管A(7)预留凹点A(23)中。

6.根据权利要求4所述的一种基于扭力弹簧挡板控压的黏滞阻尼器，其特征在于：所述挡板B(20)为一钢制圆板，其外径小于通液管B(8)的内径1mm～2mm，挡板B(20)能够随着扭力弹簧B(18)受力绕着固定轴B(22)转动，限位挡块B(21)焊接在通液管B(8)上，固定轴B(22)为可伸缩的转动轴，安装固定在通液管B(8)预留凹点B(24)中。

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