CN212388335U - 一种自锚自充式可调液压流体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自锚自充式可调液压流体阻尼器。本实用新型缸体外设有立柱并固定其上，立柱与基座固连，基座设于河床或海底支承面上，活塞杆顶端通过吊索与结构连接；活塞杆底端通过活塞内螺母和活塞外螺母与活塞板固连；压簧套装于活塞杆上；活塞杆上端穿过缸体顶板中心孔，围绕活塞杆在缸体外面和里面分别设有限流板和滤网板，限流板通过限流板螺栓及内螺母与缸体固连；活塞杆上设有限位螺母；活塞板上均匀钻有几组进水孔，每组进水孔中心位置设有导向杆，导向杆上套入阀片、阀簧、导向杆螺母，阀片覆盖该组进水孔并轻压在活塞板上，形成单向阀。本实用新型制作简便、耗时短、费用小，阻尼力灵活可调，安全有效，耗能效率大大提高。

Description

一种自锚自充式可调液压流体阻尼器

技术领域

本实用新型属于结构减振技术领域，具体涉及一种自锚自充式可调液压流体阻尼器。

背景技术

大跨度桥梁易在风的作用下发生大幅振动，影响车辆及人行安全，也影响桥梁使用寿命。现有大跨度桥梁减振主要采用调谐减振，调谐减振的原理是在主梁上通过弹簧和阻尼器连接一质量块，通过合理设计质量块的质量，弹簧刚度和阻尼器参数，使形成调谐质量阻尼器(TMD)，如图1所示。图1中，m为质量块的质量，k为弹簧刚度，c为阻尼器阻尼，M为主结构的质量，k1为主结构刚度，c1为主结构阻尼，F为结构所受到的风、流体等激励荷载的动力部分，F₀为外激励的幅值，ω为外激励的频率，t为时间。

当桥梁发生大幅振动时，利用共振原理，即TMD的频率

与桥梁频率一致，使TMD发生大幅振动，利用TMD的惯性力平衡外加激励，从而抑制结构的振动。TMD的减振原理决定了其仅能对桥梁的单阶频率进行减振，当TMD本身的频率与结构振动频率偏离时，TMD的振幅迅速减小，导致其减振效果迅速下降。同时，随着结构振动频率的减小，惯性力迅速减小，可能难以平衡外加激励。大跨度悬索桥不但具有极低的基频，同时会发生多阶频率的振动，如西侯门大桥(主跨1650m)的涡激振动一直没有得到有效的控制。

目前，大跨度桥梁减振除TMD减振外，还有阻尼器加阻尼索减振、阻尼板减振、水力吸耗能器减振等技术方案的提出。但这些减振技术都存在不同的缺陷，如下所述：

(1)如图2所示，现有的液压流体阻尼器是一种高效的耗能元件，能根据需求设计成不同的阻尼力输出元件，但阻尼器内的循环流体介质被密封于阻尼器内，一旦流体泄漏，阻尼器将失去功效，并且液压流体阻尼器属于精密元件，造价高、制作周期长。图2中，29是缸体，30是活塞，31是活塞杆，32是节流孔，33是粘性流体。

(2)阻尼板减振原理如图3所示，通过绳索或杆件将阻尼板与结构相连，结构振动时，带动阻尼板一起运动，阻尼板扰动水体，将结构振动的动能传入水体。结构向上运动时，绳索拉伸带动阻尼板向上运动，阻尼板带动水体；结构向下运动时，绳索张力减小，阻尼板在重力作用向下运动，同时扰动水体，传递动能。由原理可知：阻尼板扰动水体的速度小于结构振动速度，当结构发生低频低速大幅振动时，阻尼板的减振效果很差。图3中，35表示转筒，36表示吊绳，37表示弹簧，38表示保险绳，39表示钢箱梁，40表示方形凹洞，41表示挂篮，42表示阻尼板。

(3)水力吸耗能器减振原理如图4所示，挂篮通过绳索与结构相连，挂篮置于水面位置，开口朝下。结构向下运动时，挂篮因重力作用向下运动，同时吸入水体；结构向上运动时，绳索拉伸带动挂篮向上运动，挂篮提升水体，势能增加，当挂篮达到一定高度后，空气进入，挂篮内水体排空，挂篮内水体势能变为动能涌入周围水体。由原理可知：挂篮将结构振动机械能转化为水体势能，当结构振动的振幅越大，转化效率越高，当结构振动振幅较小时，其能量转化率较低；该技术必须保证挂篮位于液面处，受水面变化影响大；水面波浪对水力吸耗能器功能发挥影响大；转化效率低。图4中，43表示吊绳，44表示保险绳，45表示挂篮。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有液压流体阻尼器的缺点，提供一种能大幅提高阻尼板、水力耗能器等的能量转化效率的自锚自充式可调液压流体阻尼器。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：该自锚自充式可调液压流体阻尼器，它包括缸体、活塞杆、活塞板、压簧、立柱、基座；所述缸体外围均匀设置有数根立柱并固定其上，立柱与基座固连，基座设置于河床或海底支承面上，所述活塞杆顶端通过吊索与结构连接；所述活塞杆的底端穿过活塞板的中心孔并通过活塞内螺母和活塞外螺母与活塞板固连，活塞板的底面周边固连有槽口向外的圆环槽形环座，环座内安装有导向环，导向环与缸体内壁接触；所述压簧套装于位于缸体内的活塞杆上，压簧底部与活塞内螺母之间设有垫片；所述活塞杆的上端穿过缸体顶板的中心孔，围绕活塞杆在缸体顶板外面和里面分别设有限流板和滤网板，限流板通过限流板螺栓及内螺母与缸体顶板固连，限流板与活塞杆之间的间隙、活塞杆与缸体顶板中心孔之间的间隙、滤网板上小孔之间形成流体通道；在限流板外侧的活塞杆上设有限位螺母；所述活塞板上均匀钻有几组进水孔，每组进水孔中心位置的活塞板上设有一根垂直向上的导向杆，导向杆上从下至上依次以间隙配合方式套入阀片、阀簧、导向杆螺母，保证阀片能覆盖该组进水孔并轻压在活塞板上，形成单向阀。

具体的，所述缸体外围均匀设置有4根立柱，每根立柱的顶部通过螺母固连有上限位板，上限位板位于缸体顶边之上；每根立柱的中部固连有下限位板，下限位板位于缸体底边之下。

具体的，所述限流板由2块相同的矩形板组成，安装后2块矩形板之间留有一条缝隙。

具体的，所述活塞板上均匀钻有4组进水孔，每组进水孔包括4个进水孔；所述阀片为圆形，覆盖于4个进水孔上。

本实用新型的自锚自充式可调液压流体阻尼器，其工作原理如下：

整个自锚自充式可调液压流体阻尼器安装于水面以下，基座位于河床、海底等支承面上，缸体内充满液体。

当结构振动向上运动时，带动活塞杆、活塞板向上运动，而基座、立柱通过上限位板阻止缸体向上运动；阻尼器内部容积减小，内部液体受压缩，压强增大，液体通过滤网板、缸体中心孔、限流板与活塞杆间隙快速流出；压簧除初始压缩外，在活塞杆向上运动时压簧进一步被压缩；结构振动的机械能转变为液体动能进入周围水体，并有部分转变为压簧弹性势能。

当结构振动向下运动时，被压缩的压簧扩张，活塞板下移，阻尼器内部容积增大，压强小于外水体压强，外水体在大气压、水压作用下，冲开单向阀的阀片进入阻尼器内部(主流)；还有小部分流体从限流板与活塞杆的间隙进入；当结构向下运动的速度降低到零时，单向阀的阀片将进水孔关闭。在这过程中，阻尼器主要保证外部流体充分进入，充满阻尼器内部，并消耗部分压簧的弹性势能。

本实用新型与现有液压流体阻尼器相比，其优点如下：

(1)本实用新型自锚自充式可调液压流体阻尼器不需要太高的加工精度，制作简便、耗时短、费用小。

(2)本实用新型不存在因循环介质泄漏而失效的问题。

(3)本实用新型阻尼器与振动结构可采用柔性绳索连接，绳索永远承受拉力，需要减振的结构与阻尼器的距离可以比较大；而现有液压流体阻尼器必须采用刚性杆件与结构连接，被减振结构与耗能器的距离必须短，否则连接杆件存在受压失稳问题。

(4)本实用新型主要构件不但可以采用金属材料进行机械加工，也可以采用其它材料铸造而成。

(5)通过更换限流板，改变限流板与活塞杆间间隙可以改变阻尼力，调节方便。

本实用新型与现有阻尼板相比，其优点如下：

(1)同样的投影面积下，耗能效率提高二个数量级以上。

(2)阻尼板受水流、波浪、潮汐、风的影响大，而本实用新型阻尼器基本上不受这些因素的影响。

本实用新型与现有水力吸耗能器相比：

因现有水力吸耗能器置于水面，将结构振动机械能转化为水的势能，到一定高度后将水排放，从而耗散结构振动机械能，所以，现有水力耗能器存在如下的缺点：

(1)需要根据水位变化(如潮汐、河流风的洪水与枯水)调整吊绳长度，挂篮必须保持在适当位置。

(2)结构振幅较小时，吸耗能器难以发挥作用。

(3)水面位置及排水位置受波浪影响大，波浪影响吸耗能器功能的实现。

(4)吊绳依靠挂篮重力张紧，张力小，风速较大时吊绳偏角大，吸耗能器可能被吹离水面，从而完全失效。

而本实用新型的自锚自充式可调液压流体阻尼器与现有的水力吸耗能器相比，存在如下的优势：

(1)自锚自充式可调液压流体阻尼器安装在水底河床，全部沉没水中，耗能器与结构间连接的吊索长度不需要调整。

(2)自锚自充式可调液压流体阻尼器将结构振动机械能转化为水的动能并耗散，减小限流板与活塞杆的间隙，则流体排出缸体的速度远大于结构运动的速度(即活塞杆运动速度)，即使结构振动速度很小，阻尼器耗能功率也会很大，阻尼力也会很大(阻尼力极限为基座被拉离河床的拉力)。

(3)阻尼器沉入水底，波浪不影响阻尼器功能。

(4)基座重量大，吊索受风荷载作用难以移动基座，强风作用也难影响阻尼器功能发挥。

附图说明

图1是现有技术中调谐质量阻尼器的工作原理示意图。

图2是现有技术中液压流体阻尼器的结构示意图。

图3是现有技术中阻尼板的结构示意图。

图4是现有技术中水力吸耗能器的结构示意图。

图5是本实用新型自锚自充式可调液压流体阻尼器的安装示意图。

图6是本实用新型实施例的结构示意图。

图7是图6中A-A剖视图。

图8是图6中B-B剖视图。

图9是图6中C处放大图。

图10是图6中D处放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图5至图10，本实施例的自锚自充式可调液压流体阻尼器48，包括缸体8、活塞杆1、活塞板10、压簧9、立柱7、基座14；缸体8的外围均匀设置有4根立柱7并固定其上，立柱7与基座14固连，基座14设置于河床或海底49支承面上，活塞杆1的顶端通过吊索47与结构46连接；图5中，50为水体，51为对称轴。从图6、图7中可见，每根立柱7的顶部通过螺母固连有上限位板6，上限位板6位于缸体8顶边之上；每根立柱7的中部固连有下限位板13，下限位板13位于缸体8底边之下。活塞杆1的底端穿过活塞板10的中心孔并通过活塞内螺母19和活塞外螺母21与活塞板10固连，活塞板10的底面周边固连有槽口向外的圆环槽形环座12，环座12内安装有导向环11，导向环11与缸体8内壁接触。压簧9套装于位于缸体8内的活塞杆1上，压簧9底部与活塞内螺母19之间设有垫片15。参见图7、图9，活塞杆1的上端穿过缸体8顶板的中心孔23，围绕活塞杆1在缸体8顶板外面和里面分别设有限流板4和滤网板5，缸体8顶板与限流板4通过4个限流板螺栓3和内螺母固连，内螺母与缸体固接(焊接或粘结于一体)；在限流板4外侧的活塞杆1上设有限位螺母2；本实施例中，限流板4由2块相同的矩形板组成，安装后2块矩形板之间留有一条缝隙和中心孔；滤网板5是一块钻有很多小孔的板状构件；限流板4与活塞杆1之间的间隙、活塞杆1与缸体8顶板中心孔之间的间隙、滤网板5上小孔之间形成流体通道。安装时，活塞杆1通过活塞内螺母19、活塞外螺母21与活塞板10固定后，从活塞杆10顶部依次套入垫片15、压簧9、滤网板5，活塞杆1穿过缸体中心孔23、限流板4，通过外力将活塞板10压入缸体8，并拧紧限位螺母2；基座14与立柱7固接，并离基座14同一高度的适当位置将下限位板13固接于立柱7上；将缸体8安装于下限位板13上方，上限位板6穿过立柱7压在缸体8上，并用螺母压紧。参见图8、图10，本实施例的活塞板10上均匀钻有4组进水孔，每组进水孔包括4个进水孔20；每组进水孔中心位置的活塞板10上设有一根垂直向上的导向杆16，导向杆16上从下至上依次以间隙配合方式套入阀片18、阀簧17、导向杆螺母22，阀片18为圆形，覆盖于4个进水孔20上，保证每个阀片18能覆盖该组进水孔20并轻压在活塞板10上，从而形成单向阀；多个进水孔20的设计既保证了进水总面积，又减少了水生生物进入。

以上是本实用新型的一个具体实施例。本实用新型除上述实施例的实施方式之外，还可以有别的类似方式或等同变换，因此，可能的改变有：

(1)增加滑轮等辅助设备，自锚自充式可调液压流体阻尼器可沿斜向安装，不但可抑制结构的竖向振动，还可抑制结构水平运动、转动。

(2)基座可改为锚杆装置直接固定于河床、海底，或将基座改为板、箱等，再增加砂、石压重，增加锚固力。

(3)在限流板上增加阀片和弹簧等限压装置，增加小速度下耗能器阻尼力。

(4)增加水箱，自锚自充式可调液压流体阻尼器同样可以用于陆上结构减振。

(5)在活塞杆或活塞板与基座间增加拉簧。

(6)基座与阻尼器间增设刚性板，立柱连接刚性板，刚性板与基座通过柔索或球铰连接，使阻尼器更便于任意角度连接结构。

(7)基座悬空同样有耗能作用。

(8)流体可以是水、其它液体或气体。

(9)吊索可以是杆件、线、绳等多种强度高、刚度大的材料，形式上可以是单股、多股或不同方向的多股。

(10)活塞板中心孔攻丝，可代替内、外螺母作用。

(11)将立柱改为外保护筒。

(12)在缸体外活塞杆加设与活塞杆同步运动装置，然后从该装置与缸体间加设拉簧代替缸体内压簧。

(13)在活塞杆上增加配重代替缸体内压簧的复位作用。

(14)垂直缸体轴线在缸体上开孔、穿轴代替立柱的上、下限位板。

Claims (4)

1.一种自锚自充式可调液压流体阻尼器，其特征在于：它包括缸体、活塞杆、活塞板、压簧、立柱、基座；所述缸体外围均匀设置有数根立柱并固定其上，立柱与基座固连，基座设置于河床或海底支承面上，所述活塞杆顶端通过吊索与结构连接；所述活塞杆的底端穿过活塞板的中心孔并通过活塞内螺母和活塞外螺母与活塞板固连，活塞板的底面周边固连有槽口向外的圆环槽形环座，环座内安装有导向环，导向环与缸体内壁接触；所述压簧套装于位于缸体内的活塞杆上，压簧底部与活塞内螺母之间设有垫片；所述活塞杆的上端穿过缸体顶板的中心孔，围绕活塞杆在缸体顶板外面和里面分别设有限流板和滤网板，限流板通过限流板螺栓及内螺母与缸体顶板固连，限流板与活塞杆之间的间隙、活塞杆与缸体顶板中心孔之间的间隙、滤网板上小孔之间形成流体通道；在限流板外侧的活塞杆上设有限位螺母；所述活塞板上均匀钻有几组进水孔，每组进水孔中心位置的活塞板上设有一根垂直向上的导向杆，导向杆上从下至上依次以间隙配合方式套入阀片、阀簧、导向杆螺母，保证阀片能覆盖该组进水孔并轻压在活塞板上，形成单向阀。

2.根据权利要求1所述自锚自充式可调液压流体阻尼器，其特征在于：所述缸体外围均匀设置有4根立柱，每根立柱的顶部通过螺母固连有上限位板，上限位板位于缸体顶边之上；每根立柱的中部固连有下限位板，下限位板位于缸体底边之下。

3.根据权利要求1所述自锚自充式可调液压流体阻尼器，其特征在于：所述限流板由2块相同的矩形板组成，安装后2块矩形板之间留有一条缝隙和中心孔。

4.根据权利要求1所述自锚自充式可调液压流体阻尼器，其特征在于：所述活塞板上均匀钻有4组进水孔，每组进水孔包括4个进水孔；所述阀片为圆形，覆盖于4个进水孔上。

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