專利名稱：一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器及其設計方法
技術領域：
本發明專利涉及土木建筑工程結構消能減振(震)控制領域，更具體地，涉及一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器及其設計方法。
背景技術：
地震和風災害嚴重威脅著人類的生存與發展，自從人類誕生以來人們就為抗拒這兩種自然災害而奮斗。隨著科學技術和人民生活水平的提高，預防與抵御地震和風災害的能力也在不斷地提高，結構減振(震)控制技術作為抗御地震或強風的一種有效方法，也得到了發展和應用，并成為比較成熟的技術，結構減振(震)控制方法改變了通過提高結構剛 度、強度和延性來提高結構的抗震抗風能力的傳統方法，而是通過調整或改變結構動力特性的途徑，改變結構的震動反應，有效地保護結構在地震或強風中的安全。在加入消能減振(震)器來控制結構的地震和風振反應的消能減振(震)方法是結構減振(震)控制技術中一種有效、安全、可靠、經濟的減振(震)方法。粘滯阻尼器是屬于發展中的結構減振(震)控制技術中的一種被動控制技術。粘滯阻尼器是一種應用廣泛的消能裝置，它安裝于大型結構工程(如大型橋梁和高層建筑)的某些部位，如節點。在風載荷或地震作用時，阻尼器具有足夠的初始剛度，處于彈性狀態，結構體系具有足夠的抗側向剛度以滿足正常使用要求。當出現中、強地震、強風、爆炸或其他形式的沖擊載荷和振動干擾時，隨著結構側向變形的增大，阻尼器進入較大的非彈性變形，如彈塑性狀態，產生較大阻尼，大量消耗輸入結構的能量，避免主體結構出現明顯的彈塑性狀態，并且迅速衰減結構的動力反應，如位移、速度、加速度。因此通過阻尼器而不是結構本身對輸入主體結構能量的耗散，從而確保主體結構在強地震或強風中的安全性和穩定性。粘滯阻尼器是根據流體運動，特別是當流體通過節流孔時會產生粘滯阻力的原理而制成的。根據阻尼力產生原理的不同，可分為缸式粘滯流體阻尼器、圓筒式粘滯阻尼器和粘滯阻尼墻。缸式粘滯阻尼器的結構構造主要沿用機械用液缸的結構，外缸加活塞。依據活塞上耗能構件的構造不同，又可將其分為孔隙式、間隙式和混合式阻尼器三種類型；本發明涉及的就是孔隙式粘滯阻尼器系列。從結構上易知，對于同型號缸體尺寸的阻尼器，孔隙式粘滯阻尼器的阻尼性能，包括阻尼力和速度一出力特性直接由活塞上的阻尼孔參數控制和決定，阻尼孔參數具體包括阻尼孔的孔型、孔徑、長度。現有技術和工藝是這樣的，開發一款孔隙式粘滯阻尼器，在活塞上加工成阻尼孔，進行試制和實驗；因不同的設計目標而需要重復設計和加工，并進行實驗測量和研究，開發效率低下并且物力耗費嚴重。所以，在粘滯阻尼器的開發和研究過程中，快速把握和控制阻尼孔參數能提高設計和研發的效率，同時能大大節省人力和物力成本。現有技術中，論文《套塞式粘滯阻尼器的流體動力學分析》中介紹了一種套塞式粘滯阻尼器的構造設計。該文發表在《工程抗震與加固改造》第32卷第6期(2010年12月)上。其設計的套塞式粘滯阻尼器將活塞分成內外兩部分，內活塞和套筒形式的外活塞采用同軸心加工，中間無間隙并予以密封。在內外活塞之間采用緊固件保證其無相對運動。阻尼孔設在內活塞的外表面。該方案對某種特定的阻尼孔類型可以提供更多的控制參數來調節阻尼器性能。申請公布號為CN 102359532 A、申請公布日為2012年02月22日的中國發明專利申請一種在線可變阻尼粘滯阻尼器，其設有集成閥，通過調節集成閥可調節阻尼器的阻尼大小。該發明是一種具備可能實時控制的在線裝置，可以對粘滯阻尼器的阻尼進行無級調節。公開號為CN 101576139A
公開日為2009年11月11日的中國發明專利申請可控式粘滯阻尼器，其在活塞中設有由前閥和后閥組成的單向壓差調節裝置來實現阻尼器性能的可控化。以上現有技術，設計較為復雜，或者不是通過阻尼孔技術來控制阻尼參數，或者是不能快速把握和控制阻尼孔參數從而提高設計效率，或者不能提供加工制造成本更低廉的結構形式。因此有必要進一步改進
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能快速把握和控制阻尼孔參數從而提高設計效率的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器及其設計方法。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案所述可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器包括兩端用端蓋密封、用緊固環密封加固、其內空間處填充阻尼介質的缸體；位于缸體內的無軸向間隙活塞，其軸向端面設有套塞安裝孔，其徑向外表面配置有密封擋圈和起導向作用的金屬導向帶；一端連接無軸向間隙活塞、另一端伸出缸體外與連接附耳相聯的活塞導桿；所述套塞式粘滯阻尼器還包括安裝在套塞安裝孔內的帶阻尼孔套塞件和無阻尼孔套塞件，帶阻尼孔套塞件的軸心設有阻尼孔。所述套塞安裝孔帶有內螺紋，所述帶阻尼孔套塞件或無阻尼孔套塞件帶有相應的外螺紋、以螺紋聯接方式安裝在套塞安裝孔內。所述阻尼器為小孔式阻尼器，阻尼孔的孔徑和長短根據實際需要加工成不同的型號，所述阻尼孔的型號有直孔、S形孔、漸擴孔、縮放孔和X形孔。根據阻尼參數的需要，確定帶阻尼孔套塞件的個數、尺寸或相應阻尼孔的型號。所述無軸向間隙活塞上設有六個套塞安裝孔，其中N個(I < N < 6)套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，剩余的套塞安裝孔用無阻尼孔套塞件進行密塞。所述帶阻尼套塞件或無阻尼孔套塞件的端部設有用于旋緊裝配的扳手槽。無軸向間隙活塞通過螺紋聯接方式聯接兩側的活塞導桿。所述可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器還可包括其他多重密封與緊固措施。所述可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的設計方法，該設計方法包括以下步驟
A.確定帶阻尼孔套塞件組合在確定所述套塞式粘滯阻尼器其他零部件及其參數不變的情況下，利用無軸向間隙活塞上配置的多個套塞安裝孔，根據設計目標確定的阻尼參數選擇相應尺寸和阻尼孔型號的帶阻尼孔套塞件，確定個數，形成一個帶阻尼孔套塞件組合；
B.安裝或更換帶阻尼孔套塞件把選定好的上述帶阻尼孔套塞件組合對應安裝到套塞安裝孔中或者對已在套塞安裝孔中的帶阻尼孔套塞件進行更換；
C.密塞不用的套塞安裝孔把不需要應用的套塞安裝孔用無阻尼孔套塞件進行密塞，完成所述套塞式粘滯阻尼器的設計；
D.完成變參數后的設計改變阻尼參數，重復以上步驟，通過選擇新的帶阻尼孔套塞件組合進行安裝或更換，其他零部件無需作任何設計和工藝上的更改，實現對阻尼性能的調整，實現阻尼變參數，完成改變參數后所述套塞式粘滯阻尼器的設計。可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的主要結構為缸體與無軸向間隙活塞結構。無軸向間隙活塞通過螺紋聯接兩側的活塞導桿，無軸向間隙活塞能徑向外表面配置有金屬導向帶，在活塞在缸體內進行往復運動時起導向作用，同時無軸向間隙活塞能徑向外表面配置有密封擋圈，保證在活塞在缸體內進行往復運動時起導向作用時活塞與缸體接觸面上無漏油和泄壓。
無軸向間隙活塞和活塞導桿組件與油缸裝配后，在缸體空間內填充阻尼介質，在缸體兩端用進行密封，用緊固環進行密封加固。完成以上工作，可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的主體結構基本完成，阻尼器兩端再裝配好連接附耳便裝配完畢，通過連接附耳，阻尼器即可安裝至工程結構的特定節點，發揮減振(震)功能。本發明同時提供了一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的快速設計方法，所述方法利用可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器無軸向間隙活塞上配置的套塞安裝孔，選擇不同尺寸或者不同孔型的帶阻尼孔套塞件進行安裝或者更換，其他零部件完全不用更換的前提下，讓粘滯阻尼器實現不同的阻尼性能和速度一出力特性；無軸向間隙活塞上配置有多個套塞安裝孔，同時允許單一型號和多種型號的帶阻尼孔套塞件之間的組合來實現阻尼性能的調整，不需要應用的套塞安裝孔，可利用無阻尼孔套塞件進行密塞。本發明所涉及結構和方法簡單，實現了孔隙式粘滯阻尼器減振(震)效果的最優化和快速設計僅需要更換個數和型號，對無軸向間隙活塞上無阻尼孔套塞件或有阻尼孔套塞件進行配置，即可讓同款孔隙式粘滯阻尼器實現不同阻尼性能。依此法進行孔隙式粘滯阻尼器的開發，加工，實驗工作，可大大提高效率和減少物力成本，其經濟效益和社會效益十分顯著。該阻尼器套塞式結構與快速設計方法，是通過更換阻尼套塞件與無軸向間隙外活塞的配合，來實現阻尼器的阻尼參數變換，能有效提高阻尼器的設計效率和實驗效率，從而滿足阻尼器目標參數和性能要求；同時阻尼套塞件體積小，方便阻尼孔的加工，可以實現復雜的阻尼孔流道，技術容易實現，且質量有保障；無軸向間隙外活塞上配多個套塞安裝孔，容易實現帶阻尼孔套塞件和無阻尼孔套塞件數量上的合理搭配。本發明有助于阻尼器開發效率的提高，減小阻尼器全套零件的加工和工藝上的浪費，快速實現多種型號阻尼器的設計。


圖I是本發明的一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的無軸向間隙活塞結構的徑向剖面示意 圖2是本發明的一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的結構示意圖；圖3是本發明的帶阻尼孔套塞件結構示意圖，端部開有扳手槽；
圖4是本發明的無阻尼孔套塞件結構示意圖，端部開有扳手槽；
圖5是本發明的帶阻尼孔套塞件的各種阻尼孔類型，其中，(a)直孔；(b)直線漸擴孔；(c)弧形縮放孔；(d)直線縮放孔；(e) S形阻尼孔；(f) X形孔；
圖6是本發明的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例一該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中I個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外5個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞；
圖7是本發明的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例二 該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中2個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外4個
套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞；
圖8是本發明的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例三該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中3個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外3個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞；
圖9是套塞式粘滯阻尼器的安裝示意圖。圖中
I、缸體；2、無軸向間隙活塞；3、帶阻尼孔套塞件；4、活塞導桿；5、無阻尼孔套塞件；6、套塞安裝孔； 7、端蓋； 8、連接附耳；9、緊固環；10、緊固螺孔；11、阻尼介質；12、密封擋圈；13、金屬導向帶；14、聯接支座；15、
套塞式粘滯阻尼器；16、銷軸。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。如圖I和圖2所示，本實施方式的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，包括缸體I、無軸向間隙活塞2、帶阻尼孔套塞件3、活塞導桿4、無阻尼孔套塞件5、套塞安裝孔6、端蓋7、連接附耳8、緊固環9、緊固螺孔10、阻尼介質11、密封擋圈12、金屬導向帶13和其他多重密封與緊固措施。缸體I兩端用帶緊固螺孔10的端蓋7密封、用緊固環9密封加固、其內空間處填充阻尼介質11 ;無軸向間隙活塞2位于缸體I內，其軸向端面設有套塞安裝孔6，其徑向外表面配置有密封擋圈12和起導向作用的金屬導向帶13 ;活塞導桿4 一端連接無軸向間隙活塞2、另一端伸出缸體I外與連接附耳8相聯；帶阻尼孔套塞件3和無阻尼孔套塞件5安裝在套塞安裝孔6內，帶阻尼孔套塞件3的軸心設有阻尼孔。所述套塞安裝孔6帶有內螺紋，所述帶阻尼孔套塞件3或無阻尼孔套塞件5帶有相應的外螺紋、安裝在套塞安裝孔6內。阻尼孔的孔徑和長短根據實際需要加工成不同的型號。所述阻尼孔的類型有直孔、S形孔、漸擴孔、縮放孔和X形孔。根據阻尼參數的需要，確定帶阻尼孔套塞件或無阻尼孔套塞件的個數、尺寸或相應孔型。所述帶阻尼套塞件3或無阻尼孔套塞件5的端部設有用于裝配旋緊的扳手槽。優選地，無軸向間隙活塞2加工有六個套塞安裝孔6，其中二個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件3，對稱布置；另外四個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件5進行密塞。套塞件通過螺紋聯接，帶阻尼孔套塞件和無阻尼孔套塞件兩端加工有扳手槽，利用扳手槽可擰緊。
無軸向間隙活塞2通過螺紋聯接兩側的活塞導桿4，無軸向間隙活塞2的徑向外表面配置有金屬導向帶13，當無軸向間隙活塞2在缸體I內進行往復運動時起導向作用；同時無軸向間隙活塞2的徑向外表面配置有密封擋圈12，保證在無軸向間隙活塞2在缸體I內進行往復運動時起導向作用時無軸向間隙活塞2與缸體I接觸面上無漏油和泄壓。無軸向間隙活塞2和活塞導桿4組合與缸體I裝配后，缸體I內空間處填充阻尼介質11，待消除空泡和介質充滿后，在缸體I兩端用端蓋7密封，用緊固環9進行密封加固。完成以上工作，可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器15的主體結構基本完成，所述套塞式粘滯阻尼器兩端再裝配好聯接附耳8便裝配完畢，通過連接附耳8進行銷軸16固定，所述套塞式粘滯阻尼器即可安裝至工程結構的聯接支座14，發揮減振(震)功能。可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的設計方法，是這樣實現的一、在所述套塞式粘滯阻尼器其他零部件及其參數確定的情況下，利用無軸向間隙活塞上配置的多個 套塞安裝孔，根據設計目標確定的阻尼參數選擇相應尺寸或者孔型的帶阻尼孔套塞件，帶阻尼孔套塞件選用不同孔型，如圖5所示的(a) (f)所示的六種不同孔型中的一種，確定個數，形成一個帶阻尼孔套塞件組合；二、把選定好的上述帶阻尼孔套塞件組合對應安裝到無軸向間隙活塞上的套塞安裝孔中或者對已在套塞安裝孔中的帶阻尼孔套塞件進行更換；三、把不需要應用的套塞安裝孔用無阻尼孔套塞件進行密塞，完成所述套塞式粘滯阻尼器的設計；四、為了滿足不同的設計目標和阻尼性能，利用套塞件的可更換性，可以進行同種孔型的選擇或者進行多種孔型之間的搭配應用，可以實現阻尼性能的變參，滿足不同設計要求；改變阻尼參數，重復以上步驟，形成新的帶阻尼孔套塞件組合，實現對阻尼性能的調整，實現阻尼變參數，完成改變參數后所述套塞式粘滯阻尼器的設計。依此法進行孔隙式粘滯阻尼器的開發，加工，實驗工作，可大大提高效率和減少物力成本。圖6是本發明專利的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例一該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中I個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外5個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞。圖7是本發明專利的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例二 該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中2個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外4個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞。圖8是本發明專利的無軸向間隙活塞上進行帶阻尼孔套塞件與無阻尼孔套塞件配置實施例三該活塞加工有6個套塞安裝孔，其中3個套塞安裝孔裝有帶阻尼孔套塞件，另外3個套塞安裝孔裝用無阻尼孔套塞件進行密塞。從以上對實施方式的描述中可知，本發明的一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器及快速設計方法能無需要重新設計和加工整套阻尼器零部件的前提下，就可以滿足不同的設計目標和性能要求。阻尼器的開發涉及設計、加工和實驗工作，依照該發明專利即可大大提高效率和減少物力成本，其經濟效益和社會效益十分顯著。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，包括 -兩端用端蓋(7)密封、用緊固環(9)密封加固、其內空間處填充阻尼介質(11)的缸體(I); --位于缸體(I)內的無軸向間隙活塞(2)，其軸向端面設有套塞安裝孔(6)，其徑向外表面配置有密封擋圈(12)和起導向作用的金屬導向帶(13)； -一端連接無軸向間隙活塞(2)、另一端伸出缸體(I)外與連接附耳(8)相聯的活塞導桿⑷； 其特征在于，所述套塞式粘滯阻尼器還包括安裝在套塞安裝孔(6)內的帶阻尼孔套塞件(3)和無阻尼孔套塞件(5)，帶阻尼孔套塞件(3)的軸心設有阻尼孔。
2.根據權利要求I所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，所述套塞安裝孔(6 )帶有內螺紋，所述帶阻尼孔套塞件(3 )或無阻尼孔套塞件(5 )帶有相應的外螺紋、以螺紋聯接方式安裝在套塞安裝孔(6)內。
3.根據權利要求I所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，所述阻尼器為小孔式阻尼器，阻尼孔的孔徑和長短加工成不同的型號，所述阻尼孔的型號包括直孔、S形孔、漸擴孔、縮放孔和X形孔。
4.根據權利要求3所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，所述帶阻尼孔套塞件(3)的個數、尺寸或阻尼孔型號的選擇根據阻尼參數來確定。
5.根據權利要求4所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，所述無軸向間隙活塞(2)上設有六個套塞安裝孔(6)，其中一個、二個、三個、四個、五個或六個套塞安裝孔(6)裝有帶阻尼孔套塞件(3)，剩余的套塞安裝孔(6)用無阻尼孔套塞件(5)進行密塞。
6.根據權利要求I所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，所述帶阻尼套塞件(3)或無阻尼孔套塞件(5)的端部設有用于旋緊裝配的扳手槽。
7.根據權利要求I所述的可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器，其特征在于，無軸向間隙活塞(2)通過螺紋聯接方式聯接兩側的活塞導桿(4)。
8.根據權利要求I至4中任一項所述的一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器的設計方法，包括以下步驟 A.確定帶阻尼孔套塞件組合在確定所述套塞式粘滯阻尼器其他零部件及其參數不變的情況下，利用無軸向間隙活塞上配置的多個套塞安裝孔，根據設計目標確定的阻尼參數選擇相應尺寸和阻尼孔型號的帶阻尼孔套塞件，確定個數，形成一個帶阻尼孔套塞件組合； B.安裝或更換帶阻尼孔套塞件把選定好的上述帶阻尼孔套塞件組合對應安裝到套塞安裝孔中或者對已在套塞安裝孔中的帶阻尼孔套塞件進行更換； C.密塞不用的套塞安裝孔把不需要應用的套塞安裝孔用無阻尼孔套塞件進行密塞，完成所述套塞式粘滯阻尼器的設計； D.完成變參數后的設計改變阻尼參數，重復以上步驟，通過選擇新的帶阻尼孔套塞件組合進行安裝或更換，其他零部件無需作任何設計和工藝上的更改，實現對阻尼性能的調整，實現阻尼變參數，完成改變參數后所述套塞式粘滯阻尼器的設計。
全文摘要
本發明涉及一種可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器及其設計方法。所述可實現阻尼變參數的套塞式粘滯阻尼器包括兩端用端蓋密封、其內填充阻尼介質的缸體；位于缸體內的無軸向間隙活塞，其軸向端面設有套塞安裝孔；連接無軸向間隙活塞的活塞導桿；安裝在套塞安裝孔內的帶阻尼孔套塞件和無阻尼孔套塞件，帶阻尼孔套塞件的軸心設有阻尼孔。其設計方法包括確定帶阻尼孔套塞件組合；安裝或更換帶阻尼孔套塞件；密塞不用的套塞安裝孔；完成變參數后設計。本發明結構和方法簡單，設計快速。依此法進行孔隙式粘滯阻尼器的開發，加工，實驗工作，可大大提高效率和減少物力成本，其經濟效益和社會效益十分顯著。
文檔編號E04B1/98GK102888903SQ201210403690
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者郭強, 唐璐, 寧響亮, 陳彥北, 郝紅肖, 張銀喜, 孔令俊 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司