CN200958546Y - 一种触发限位型被动控制电流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，属于建筑及机械结构减振领域。包括主缸和副缸，主缸内通过活塞杆(2)设置有活塞(19)，活塞杆(2)的外侧套有螺旋弹簧(3)，活塞(19)的两个侧面都设置有低压电极板(7)，通过活塞(19)的移动使低压负极板(7)接触螺旋弹簧(3)，从而连通电源来为结构提供随位移增大的阻尼力。本实用新型具有能提供随位移变化的阻尼力，对较宽频带内的外界激励具有较好的减震限位效果，而且属被动控制，出力大，克服了主动/半主动控制的复杂性，提高了其适用范围。可用于结构耗能减振的场合，以削减大型建筑物，特别是隔震建筑的隔震层、桥梁以及机械设备因各种原因引起的移动和振动。

Description

一种触发限位型被动控制电流变阻尼器

技术领域

本实用新型涉及一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，属于建筑及机械结构减振技术领域。本装置主要用于减小各种建筑物和设备中所产生的移动或位移的影响，特别是适用于使用叠层橡胶支座作为介质的建筑物隔震技术方面。

背景技术

电/磁流变体是由高介电常数的小颗粒分散在低介电常数的容积中形成的悬浮液体。这种悬浮液体在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级。这种使流体改变状态的效应称为电流变效应。

电/磁流变阻尼器是一种应用非常广泛的消能减振控制装置，可用于机械、建筑等领域。其控制机理是通过对阻尼器中的电流变效应，将结构的部分振动能量通过阻尼材料耗散掉，达到缓解外载的冲击、减小结构振动、保护结构安全的目的。

虽然电/磁流变液两者的性能在许多方面都很相似，但在相同的耗电功率下，磁流变可达到的屈服应力较一般的电流变液大一个数量级，也就是说，一般所采用的电流变液强度较低，这一特点使其在产生较大的力和减振效果的前提下，用电流变液制作的阻尼器要比用磁流变液制作的阻尼器大得多。而电流变液体比磁流变液体更容易商业利用和在实验室制造，所以基于电流变液体的装置比基于磁流变液体的装置更易于设计与制造。此外，虽然电/磁流液的响应时间一般取决于装置的设计，但在相同的条件下，电流变液的响应时间比磁流变液的响应时间快。香港科技大学温维佳教授目前研制的新型巨电流变液在5kV/mm的电场强度下可以达到130kPa以上的屈服强度，而粘滞系数仅为普通电流变液的1/10，完全可以满足工程应用的需要。

常用的电/磁流变阻尼器主要利用各种控制算法调节电压/流进行半主动控制和主动控制，其装置需要控制运算器和传感器的支持，因此整体的减振系统相当复杂。同时，由于特定量测和运算元件的主动/半主动阻尼器不仅结构复杂，而且稳定性和可靠性也会受到影响，因此利用这种阻尼器的变阻尼控制在实际工程中的应用受到一定的限制。

另外，不论是在建筑物还是桥梁采用隔震手段，共同的特点就是在强震过程中以隔震装置集中产生大变形来换取结构产生较小的变形，甚至仍保持在弹性范围内。而当地震较强时，由于低频部分含有的能量也相应增加，结构反应将会明显增大，特别当地震动能量集中在低频段时，容易与隔震结构发生共振现象，结构反应会更大。因此为防止隔震层隔震装置变形过大而导致滚翻失稳现象发生，又必须对其进行限位保护措施。

因此，急需开发一种体系小、构造简单、出力大而且最好是被动形式的新型电/磁流变阻尼器，防止结构失效破坏，减少振动反应。

发明内容

为了充分利用电流变阻尼器响应速度快、装置构造简单的优点，克服现有的磁流变阻尼器构造复杂、电流变阻尼器屈服应力低以及主动/半主动控制系统结构复杂等缺点，本实用新型提供了一种触发限位型被动控制电流变阻尼器。

本实用新型所采用的如下技术方案。本装置主要包括有主缸缸体26、副缸缸体25、前缸盖12、中隔板6、后缸盖14、活塞杆2、活塞19，其中，主缸缸体26、前缸盖12、中隔板6构成主缸，副缸缸体25、中隔板6、后缸盖14构成副缸；两端连接有活塞杆2的活塞19设置在主缸内，活塞杆2的前端穿过前缸盖12延伸出主缸，后端穿过中隔板6延伸至副缸。活塞19与主缸缸体26之间留有阻尼间隙16，主缸内充有电流变液9。活塞杆2伸出主缸的一端和后缸盖14的外侧分别设置有用于与结构相连的耳环1。其特征在于：还包括有高压电源增压器8、低压电源11、螺旋弹簧3。其中，主缸缸体26的两端缸壁的内侧都设置有高压源负极板4，高压源负极板4与主缸缸体26之间用绝缘体5绝缘；在主缸内的前缸盖12和中隔板6的侧面分别固定有螺旋弹簧3，螺旋弹簧3套在活塞杆2的外表面。活塞19与阻尼间隙16接触的一面设置有凹槽，凹槽内设置有高压源正极板18，活塞19的与高压源正极板18垂直的两个侧面上靠近高压源正极板18的位置也设置有竖向凹槽，在该凹槽内设置有低压电极板7，高压源正极板18、低压电极板7、活塞19之间均设置有绝缘体5；活塞19及活塞杆2的内部设置有互相连通的串线孔13，穿线孔13与副缸连通，后缸盖14上设置有穿线孔15；低压电源11的负极与后缸盖14连通，低压电源11的正极通过低压引线正极22与高压电源增压器8的输入端正极连接，高压电源增压器8的输入端负极与低压引线负极10连接，高压电源增压器8的输出端正极和负极分别与高压引线正极20和高压引线负极21连接，高压引线负极21通过主缸缸体26上设置的引线孔与高压源负极板4连接，高压引线正极20和低压引线负极10穿过后缸盖14上设置的穿线孔15及活塞杆2、活塞19上设置的串线孔13分别与高压源正极板18、低压电极板7连接。前端盖12、中隔板6、后缸盖14、主缸缸体26、副缸缸体25、螺旋弹簧3之间相互导电连通，即都与低压电源11的负极连通。

所述地前缸盖12、中隔板6、主缸缸体26、活塞杆2、活塞19的截面形状均为圆形，高压源负极板4、低压电极板7、高压源正极板18的截面形状均为圆环形。

所述的电流变液9为高强度巨流变液体。

所述的阻尼间隙16厚度为1mm～2mm。以防止阻尼间隙16中的电流变液9被击穿。

所述的设置在主缸缸体26的两端缸壁内侧的高压源负极板4长度相同。

所述的设置在活塞19两个侧面的低压电极板7长度相同。

所述的螺旋弹簧3与高压源负极板4平行且长度相同，螺旋弹簧3与高压源负极板4不接触。

所述的前缸盖上设置有注入电流变液9的注液孔17。

所述的高压源负极板4靠近活塞19一端与活塞19中的低压电极板7之间有预留距离X_d，X_d根据振动位移情况设计选取，一般取0～(主缸缸体26长度)/4。

所述的低压电源11除采用常规家用电源或动力电源外、还可用蓄电池或干电池作为电源。

副缸缸体25长度应大于等于活塞19的移动距离，以免活塞19移动距离过大与副缸发生碰撞。

本实用新型利用了电流变液的可调节性，当活塞19移动距离未超过预留距离X_d时，即低压电极板7未与螺旋弹簧12碰撞时，此时低压电源11未连通，此时无高压电源作用，阻尼器只受电流变液粘滞阻尼力影响，其阻尼力很小，结构振动此时几乎不受阻尼器的影响。当活塞19移动距离超过预留距离X_d时，低压电极板7与螺旋弹簧12碰撞，此时低压电源11连通，通过高压电源增压器8升压后，高压源正极板18与高压源负极板4之间产生高压电场作用在阻尼间隙16中的电流变液9上，阻尼器提供较大屈服应力。同时随振动位移的增大，高压电源作用的极板面积越大，并为结构振动提供随位移变化的附加阻尼力，位移越大，阻尼力越大，具有较好的限位控制效果。

本实用新型的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器具有能提供随位移变化的阻尼力，对较宽频带内的外界激励具有较好的减震限位效果，而且属被动控制，克服了主动/半主动控制的复杂性，大大提高了其的适用范围。该阻尼器还具有响应速度快、出力大、设备简单、能耗少、体积小、重量轻、成本低、构件无磨损、可靠性好、安装方便等优点。

附图说明

图1本实用新型的结构剖视图

图2本实用新型的局部放大图

图中：1、连接耳环，2、活塞杆，3、螺旋弹簧，4、高压源负极板，5、绝缘体，6、中隔板，7、低压电极板，8、高压电源增压器，9、电流变液，10、低压引线负极，11、低压电源，12、前缸盖，13、串线孔，14、后缸盖，15、穿线孔，16、阻尼间隙，17、注液孔，18、高压源正极板，19、活塞，20、高压引线正极，21、高压引线负极，22、低压引线正极，23、定位螺栓，24、密封导向装置，25、副缸缸体，26、主缸缸体。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式参见图1～图2。本实施例主要包括有主缸缸体26、副缸缸体25、前缸盖12、中隔板6、后缸盖14、活塞杆2、活塞19、高压电源增压器8、低压电源11、螺旋弹簧3。其中，主缸缸体26、前缸盖12、中隔板6构成主缸，副缸缸体25、中隔板6、后缸盖14构成副缸；两端连接有活塞杆2的活塞19设置在主缸内，活塞杆2的前端穿过前缸盖12延伸出主缸，后端穿过中隔板6延伸至副缸；活塞19与主缸缸体26之间留有阻尼间隙16，阻尼间隙16厚度为1mm～2mm，以防止阻尼间隙16中的电流变液9被击穿。主缸内充有高强度巨流变液体，前缸盖上设置有注入高强度巨流变液体的注液孔17。活塞杆2伸出主缸的一端和后缸盖14的外侧分别设置有用于与结构相连的耳环1。其中，主缸缸体26的两端缸壁的内侧都设置有高压源负极板4，高压源负极板4与主缸缸体26之间用绝缘体5绝缘。在主缸内的前缸盖12和中隔板6的侧面分别固定有螺旋弹簧3，螺旋弹簧3套在活塞杆2的外表面，螺旋弹簧3与高压源负极板4平行且长度相同，螺旋弹簧3与高压源负极板4不接触。前缸盖26、中隔板6与主缸缸体26接触的位置均设置有密封导向装置24。活塞19与阻尼间隙16接触的一面设置有凹槽，凹槽内设置有高压源正极板18，活塞19的两个侧面上靠近高压源正极板18的位置也设置有竖向凹槽，在该凹槽内设置有低压电极板7，高压源正极板18、低压电极板7、活塞19之间均设置有绝缘体5；活塞19及活塞杆2的内部设置有互相连通的串线孔13，穿线孔13与副缸连通，后缸盖14上设置有穿线孔15；低压电源11的负极与后缸盖14连通，低压电源11的正极通过低压引线正极22与高压电源增压器8的输入端正极连接，高压电源增压器8的输入端负极与低压引线负极10连接，高压电源增压器8的输出端正极和负极分别与高压引线正极20和高压引线负极21连接，高压引线负极21通过主缸缸体26上设置的引线孔与高压源负极板4连接，高压引线正极20和低压引线负极10穿过后缸盖14上设置的穿线孔15及活塞杆2、活塞19上设置的串线孔13分别与高压源正极板18、低压电极板7连接；前端盖12、中隔板6、后缸盖14、主缸缸体26、副缸缸体25、螺旋弹簧3之间相互导电连通，即都与低压电源11的负极连通。

前缸盖12、中隔板6、主缸缸体26、活塞杆2、活塞19的截面形状均为圆形，高压源负极板4、低压电极板7、高压源正极板18的截面形状均为圆环形。

主缸缸体26的两端缸壁内侧的高压源负极板4长度相同。设置在活塞19两个侧面的低压电极板7长度相同。

所述的高压源负极板4靠近活塞19一端与活塞19中的低压电极板7之间有预留距离X_d，X_d根据振动位移情况设计选取，一般对于大位移振动情况，其预留距离X_d在0～(主缸缸体26长度)/4；对于小位移振动情况，其预留距离X_d在0～(主缸缸体26长度)/20。

低压电源11除采用常规家用电源或动力电源外、还可用蓄电池或干电池作为电源。

副缸缸体25长度应大于等于活塞19的移动距离，以免活塞19移动距离过大与副缸发生碰撞。

按照图1～图2所示本实用新型的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器的技术方案将市售和设计加工的部件组装为一体，实现该支座。该支座中，各部件之间均采用常规螺栓、螺纹连接方式。

本实用新型提出的触发限位型被动控制电流变阻尼器可用于结构耗能减振的场合，以削减大型建筑物(特别是隔震建筑的隔震层)、桥梁以及机械设备因各种原因引起的移动和振动。

Claims (10)

1、一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，主要包括有主缸缸体(26)、副缸缸体(25)、前缸盖(12)、中隔板(6)、后缸盖(14)、活塞杆(2)、活塞(19)，其中，主缸缸体(26)、前缸盖(12)、中隔板(6)构成主缸，副缸缸体(25)、中隔板(6)、后缸盖(14)构成副缸；两端连接有活塞杆(2)的活塞(19)设置在主缸内，活塞杆(2)的前端穿过前缸盖(12)延伸出主缸，后端穿过中隔板(6)延伸至副缸；活塞(19)与主缸缸体(26)之间留有阻尼间隙(16)，主缸内充有电流变液(9)；活塞杆(2)伸出主缸的一端和后缸盖(14)的外侧分别设置有用于与结构相连的耳环(1)，其特征在于：还包括有高压电源增压器(8)、低压电源(11)、螺旋弹簧(3)；其中，主缸缸体(26)的两端缸壁的内侧都设置有高压源负极板(4)，高压源负极板(4)与主缸缸体(26)之间用绝缘体(5)绝缘；在主缸内的前缸盖(12)和中隔板(6)的侧面分别固定有螺旋弹簧(3)，螺旋弹簧(3)套在活塞杆(2)的外表面；活塞(19)与阻尼间隙(16)接触的一面设置有凹槽，凹槽内设置有高压源正极板(18)，活塞(19)的两个侧面上靠近高压源正极板(18)的位置也设置有竖向凹槽，在该凹槽内设置有低压电极板(7)，高压源正极板(18)、低压电极板(7)、活塞(19)之间均设置有绝缘体(5)；活塞(19)及活塞杆(2)的内部设置有互相连通的串线孔(13)，穿线孔(13)与副缸连通，后缸盖(14)上设置有穿线孔(15)；低压电源(11)的负极与后缸盖(14)连通，低压电源(11)的正极通过低压引线正极(22)与高压电源增压器(8)的输入端正极连接，高压电源增压器(8)的输入端负极与低压引线负极(10)连接，高压电源增压器(8)的输出端正极和负极分别与高压引线正极(20)和高压引线负极(21)连接，高压引线负极(21)通过主缸缸体(26)上设置的引线孔与高压源负极板(4)连接，高压引线正极(20)和低压引线负极(10)穿过后缸盖(14)上设置的穿线孔(15)及活塞杆(2)、活塞(19)上设置的串线孔(13)分别与高压源正极板(18)、低压电极板(7)连接；前端盖(12)、中隔板(6)、后缸盖(14)、主缸缸体(26)、副缸缸体(25)、螺旋弹簧(3)之间相互导电连通，即都与低压电源(11)的负极连通。

2、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：前缸盖(12)、中隔板(6)、主缸缸体(26)、活塞杆(2)、活塞(19)的截面形状均为圆形，高压源负极板(4)、低压电极板(7)、高压源正极板(18)的截面形状均为圆环形。

3、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：所述的电流变液(9)为高强度巨流变液体。

4、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：所述的阻尼间隙(16)厚度为1mm～2mm。

5、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：所述的设置在主缸缸体(26)的两端缸壁内侧的高压源负极板(4)长度相同。

6、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：所述的设置在活塞(19)两个侧面的低压电极板(7)长度相同。

7、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：所述的螺旋弹簧(3)与高压源负极板(4)平行且长度相同，螺旋弹簧(3)与高压源负极板(4)不接触。

8、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：前缸盖上设置有注入电流变液(9)的注液孔(17)。

9、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：高压源负极板(4)靠近活塞(19)的端面与活塞(19)中的低压电极板(7)之间有预留距离X_d，X_d取值范围为0～(主缸缸体26长度)/4。

10、根据权利要求1所述的一种触发限位型被动控制电流变阻尼器，其特征在于：低压电源(11)除采用常规家用电源或动力电源外，还可用蓄电池或干电池作为电源。

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