半主動變剛度變阻尼混合阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半主動變剛度變阻尼混合阻尼器，將傳統(tǒng)的被動控制的調(diào)諧液柱阻尼器(TLCD)加以改進，融入半主動控制的理念，同時實現(xiàn)變剛度和變阻尼，更能靈活的控制受控結(jié)構(gòu)的振動特性，是一種混合控制的阻尼器，屬于土木結(jié)構(gòu)(包括高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等)的結(jié)構(gòu)抗震與消能減震技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隔震、耗能減震、吸震減震和其他各種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)振動控制理論為人們展現(xiàn)了一條嶄新的減小地震反應(yīng)的途徑，其中半主動控制技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，并且被認為是最具前景的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)之一。半主動控制技術(shù)不需要向結(jié)構(gòu)輸入大量能量，而是實時改變結(jié)構(gòu)的自身特性或使用外加的可調(diào)阻尼裝置以控制結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性，以實現(xiàn)對最優(yōu)響應(yīng)狀態(tài)的追蹤，并且在能源中斷的條件下依然能夠保持可觀的調(diào)控效果，因而故障安全性能優(yōu)異。
[0003]傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器(TIXD)是一種被動控制阻尼器，其原理是通過協(xié)調(diào)U型管內(nèi)液柱的振動頻率接近或等于結(jié)構(gòu)的固有頻率并選定適度的液體阻尼，然后附之于結(jié)構(gòu)之上，則結(jié)構(gòu)的部分運動能量傳遞給液體，引起液柱的振動，從而改善結(jié)構(gòu)的動力狀態(tài)。這種被動控制技術(shù)有著明顯的不足:其不能依據(jù)外部擾動的特性和結(jié)構(gòu)自身的響應(yīng)及時調(diào)整自身動力特性，其適用的廣泛性受到很大限制，控制效果受外部條件的影響較為明顯。
[0004]為了彌補傳統(tǒng)諧液柱阻尼器(TLCD)被動控制的缺陷，本發(fā)明的目的在于將半主動控制理念融入其中，并將半主動控制技術(shù)中的變剛度和變阻尼結(jié)合起來，提出一種的混合式阻尼器。利用磁流變液MRF的屈服強度高、阻尼調(diào)幅寬、反應(yīng)靈敏、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，做成磁流變阻尼器，可以通過改變施加電流的大小來產(chǎn)生不同強度的磁場，以此提供不同的阻尼力，實現(xiàn)了半主動調(diào)節(jié)受控結(jié)構(gòu)阻尼的目的。除此之外，將具有一定剛度的彈簧通過傳動裝置與磁流變阻尼器相連，磁流變阻尼器通過控制傳動裝置的運動，間接控制彈簧的工作狀態(tài)，從而也實現(xiàn)了半主動調(diào)節(jié)受控結(jié)構(gòu)剛度的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種半主動變剛度變阻尼混合阻尼器。
[0006]本發(fā)明提出的一種半主動變剛度變阻尼混合阻尼器，包括U型液缸1、活塞2、彈簧
3、缸內(nèi)液體4、傳動裝置、磁流變阻尼器8、鋼支撐9、墊板10和螺栓孔11，其中:傳動裝置由豎向滑動桿5、水平滑動桿6和共軸齒輪組7組成，所述兩個傳動裝置對稱分布于磁流變阻尼器8左右兩端，U型液缸1中裝入適量的液體4，兩端液柱上方分別放置活塞2，所述活塞2由上活塞和下活塞組成，上活塞和下活塞之間夾住具有固定剛度的彈簧3，兩個上活塞頂部分別與帶齒痕的豎向滑動桿5 —端粘結(jié)，兩個帶齒痕的水平滑動桿6 —端分別連接磁流變阻尼器8左右兩端，使帶齒痕的水平滑動桿6兼做磁流變阻尼器的活塞桿，豎向滑動桿5另一端和水平滑動桿6另一端通過共軸齒輪組7相連接，將活塞2通過傳動裝置與磁流變阻尼器8連接起來；磁流變阻尼器8中填充有磁流變液，可通過改變施加電流的大小來產(chǎn)生不同強度的磁場，以此改變磁流變液的狀態(tài)，從而提供不同的阻尼力，來調(diào)控磁流變阻尼器8的活塞桿即水平滑動桿6的運動，間接控制彈簧3的工作狀態(tài)；磁流變阻尼器8的前后兩端均通過鋼支撐9與墊板1 0焊接固定，使磁流變阻尼器8不與傳動裝置發(fā)生相對位移；U型液缸1底面與墊板10通過焊縫相連接，墊板10通過四個螺栓孔11利用高強螺栓與受控結(jié)構(gòu)的樓板緊固連接。
[0007]本發(fā)明中，U型液缸1的底端為長方體筒體，左右兩端為圓柱體筒體，以減小液體4在振動過程中與缸壁的摩擦，并且讓U型液缸1底端與墊板10之間有更多的接觸面積，以加強固定。
[0008]本發(fā)明中，上活塞和下活塞均采用輕質(zhì)材料，如塑料、橡膠等高分子材料，盡量不對彈簧3和缸內(nèi)液體4產(chǎn)生壓力，并且與U型液缸1缸壁的摩擦系數(shù)盡可能要小，以免降低裝置的靈敏度，影響該裝置的減震效果。
[0009]本發(fā)明中，傳動裝置采用輕質(zhì)高強的金屬材料，摩擦系數(shù)要小，并應(yīng)具有良好的傳動效率，做到嚙合牢固、結(jié)構(gòu)緊湊，減小或避免因機械摩擦、傳動性差引起的時滯問題。
[0010]本發(fā)明中，磁流變阻尼器8—般情況下可以采用常見的剪切閥式磁流變阻尼器，但考慮如果在地震作用時固定活塞2，要產(chǎn)生較大的阻尼力，類似于剎車力，這時可以考慮擠壓式磁流變阻尼器。當磁流變阻尼器8不產(chǎn)生阻尼力時，U型液缸1中兩端活塞2可以自由移動，完全通過缸內(nèi)液體4的自由振動來消耗地震能量，此時可調(diào)諧缸內(nèi)液體4的振動頻率接近或等于結(jié)構(gòu)的固有頻率并選定適度的液體阻尼來增強減震效果；當磁流變阻尼器8產(chǎn)生一定的阻尼力時，由于液體4的不可壓縮性，彈簧3就開始壓縮，從而向受控系統(tǒng)提供一定的剛度，所施加剛度的大小與外加電流的大小成比例；另外通過控制外加電流的大小，磁流變阻尼器8產(chǎn)生的可控阻尼力通過摩擦耗能的方式耗散地震能量，從而達到半主動地調(diào)節(jié)受控系統(tǒng)的剛度和阻尼的雙重效果。
[0011]本發(fā)明中，墊板10采用鋼材制作，應(yīng)具有足夠的厚度，保證墊板10在高強螺栓作用下不發(fā)生沖切破壞。高強螺栓應(yīng)采用摩擦型高強螺栓，因其在動荷載作用下比承壓型高強螺栓性能要好。
[0012]本發(fā)明中，活塞與彈簧連接處可用高強度金屬與塑料(橡膠)粘合劑粘結(jié)。
[0013]本發(fā)明中，上活塞頂部與帶齒痕的豎向滑動桿5通過高強度金屬與塑料(橡膠)粘合劑粘結(jié)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
1)本發(fā)明在原有屬于被動控制的調(diào)諧液柱阻尼器(TLCD)的基礎(chǔ)上，通過與屬于半主動控制的磁流變阻尼器的結(jié)合，實現(xiàn)了既可以進行概念清晰、簡單可靠地被動控制(磁流變阻尼器退出工作)，又可以進行具有良好的故障安全性能的、僅需極少的能源輸入就能實現(xiàn)對最優(yōu)響應(yīng)狀態(tài)的追蹤的半主動控制(磁流變阻尼器通電工作)。
[0015]2)本發(fā)明將半主動控制中的變剛度控制(AVS)和變阻尼控制(AVD)結(jié)合起來，不僅具有變剛度控制系統(tǒng)(AVS)可以能動地避開地震動卓越周期的優(yōu)點，同時又具有變阻尼控制系統(tǒng)(AVD)削減反應(yīng)峰值，對較寬頻帶內(nèi)的外界激勵所具有的非頻變的減震特性。
[0016]3)本發(fā)明中裝置對受控結(jié)構(gòu)的剛度、阻尼控制只需通過輸入電流的大小來調(diào)整，又磁流變阻尼器反應(yīng)時間僅為毫秒級，所以大大降低了一般半主動控制系統(tǒng)的時滯問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明半主動變剛度變阻尼混合阻尼器三維模型圖；
圖2為本發(fā)明半主動變剛度變阻尼混合阻尼器正視圖；
圖3為本發(fā)明半主動變剛度變阻尼混合阻尼器側(cè)視圖；
圖4為本發(fā)明半主動變剛度變阻尼混合阻尼器俯視圖；
圖5為剪切閥式磁流變阻尼器基本結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中標號:1為U型液缸、2為活塞、3為彈簧、4為缸內(nèi)液體、5為豎向滑動桿、6為水平滑動桿、7為共軸齒輪組、8為磁流變阻尼器、9為鋼支撐、10為墊板、11為螺栓孔、12為缸筒、13為活塞桿、14為活塞盤、15為勵磁線圈、16為阻尼通道(磁流變液)、17為端蓋、18為密封圈。
【具體實