CN102287476A - 一种多层固定极板流动式电流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，属于机械及建筑结构减振技术领域。其特征是包括主缸(4)和副缸(18)，主缸内通过活塞杆(1)设置有活塞(2)，主缸内设置多对圆环形固定极板。所有电极板采用物理或化学方法进行表面微孔凹坑化处理。正极板(5)或负极板(8)均由3个呈120°等角排列的正极螺栓(6)或负极螺栓(9)贯穿连接，并贯穿主缸筒身(4)与主缸固定连接，各极板间设置等厚分隔套。本发明的效果和益处是多层且表面凹坑化处理的极板在有限的空间内增加了阻尼通道的面积，并显著降低巨电流变液与极板表面间的滑移，具有构造简单响应速度快质量轻体积小出力大等优点。
Description
技术领域
本发明属于机械及建筑结构减振技术领域，涉及到电流变材料的应用，具体涉及一种电流变阻尼器。本发明主要用于减小各种机械或建筑物由于振动或冲击而引起的破坏。
背景技术
电流变体是由可极化微粒分散于基液中形成的一种悬浮液，在外加电场的作用下其粘度、流变行为可随电场强度等发生变化，可由极易流动的液体变成粘弹性流体、半固态流体、甚至是固体。传统介电型电流变液剪切屈服强度的理论极限为8kPa。然而实际应用中，大多需要电流变液具有比较强的屈服强度或剪切强度，因此介电型电流变液较低的屈服强度限制了其应用前景。2003年温维佳等人提出一种新型巨电流变液，其剪切强度在5kV/mm电场强度下超过100kPa，这一突破性进展向人们展示出电流变体的巨大应用价值。
各种建筑或机械结构在服役过程中，振动或冲击载荷会严重影响其安全性及使用寿命。在结构上安装可以耗能减振的阻尼器件是减小其振动或冲击响应、增加其安全性和稳定性的有效手段。传统的被动控制阻尼器(如液压阻尼器)仅能提供不可调节的阻尼力，其振动控制效果不理想。采用电/磁流变体制备的智能阻尼器，可以通过对电/磁场强度的调节来根据工况实时连续地调节阻尼力，从而实现结构振动或冲击的主动及半主动控制，更好地防止结构的失效破坏。相对于磁流变阻尼器，以巨电流变体为核心材料的电流变阻尼器具有稳定性高、结构简单、阻尼力调节范围大、响应快等优点。
根据工作原理，电流变阻尼器分为剪切模式、流动模式和复合模式。在实际工程中，通常要求电流变阻尼器能提供较大的阻尼力，这使得采用传统结构设计的电流变阻尼器体积和质量较大。此外，电流变液与阻尼器电极板之间的滑移制约了电流变体性能的充分发挥，导致实际阻尼力小于理论阻尼力。因此，急需开发一种体积较小、阻尼力较大、极板处无滑移、结构简单的新型电流变阻尼器，以满足工业发展的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，以提高相对极板面积、消除电流变液与极板接触面滑移，从而在较小的体积下得到较大的阻尼力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是多对环形极板通过化学或物理方法进行表面凹坑化处理，并在主缸体内交替平行排列。正、负极板均各通过3个螺栓与主缸体筒身固定，并经螺栓分别与电源正、负极相连接。主缸体内充满电流变液，各对极板间隙相等。缸体端盖与缸体通过螺纹连接，端盖上部留有注液孔以注入电流变液。
本发明的技术方案如下：新型电流变阻尼器，其特征在于：包括有主缸缸盖11、主缸筒身4、前端防漏电保护环盖14、表面微孔凹坑化正极板5、正极螺栓6、正极板分隔套7、活塞杆1、活塞2、绝缘层3、注液孔13、正极引线孔12、后端防漏电保护环盖17、表面微孔凹坑化负极板8、负极螺栓9、负极板分隔套10、负极引线孔16、隔板15、副缸18。其中，正负圆环形极板交替成对排列，根据需求可设计为2对或2对以上。所有正极板5由3个呈120°等角排列的正极螺栓6贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套7。正极螺栓6贯穿主缸筒身4与主缸固定连接。正极导线与3个正极螺栓中的任意一个连接，经正极引线孔12穿出接电源正极。前端防漏电保护环盖14与主缸前端盖11通过螺纹连接。所有负极板8由3个呈120°等角排列的负极螺栓9贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套10。负极螺栓9贯穿主缸筒身4与主缸固定连接。负极导线与3个负极螺栓中的任意一个连接，经负极引线孔16穿出接电源负极。后端防漏电保护环盖17与主缸隔板15通过螺纹连接。活塞杆1前端穿过主缸前端盖11延伸出主缸，后端穿过隔板15延伸至副缸。活塞伸出主缸盖的一端及副缸端头的外侧分别设置可与结构相连的连接耳环。若缸体采用金属等导电材料制作，在正极螺栓6、负极螺栓9与主缸4接触位置设置绝缘层，以防缸体带电。
所述的活塞杆及活塞均为圆形截面；主缸盖，前后端防漏电保护环盖，隔板，正负极板，主缸筒身，副缸筒身均为圆环形截面。正负极板间隙为1～2mm，以防止主缸中流经极板的巨电流变液被击穿。
所述的巨电流变液为5kV/mm电场强度下剪切强度达50kPa以上的电流变液。
所述的主缸与副缸尺寸可不同，但需在同一轴线上，即中心线在同一直线上，并满足强度要求。副缸长度应大于等于活塞的移动距离，以免活塞移动距离过大与副缸底部发生碰撞。在主缸盖上设置巨电流变液注入孔。
本发明的效果和益处是利用巨电流变液的剪切强度连续可逆可调性，根据振动或冲击工况提供实时变化的阻尼力，实现对机械或建筑结构振动的主动、半主动或被动控制。多层表面凹坑化处理的极板在有限的空间内增加了阻尼通道的面积，并显著降低巨电流变液与极板表面间的滑移，因此，其提供的阻尼力大大提高，其特征满足小体积大出力的工程需求，具有实际意义。总之，该阻尼器具有构造简单、响应速度快、质量轻、体积小、出力大、成本低等优点。
附图说明
图1是多层固定极板流动式电流变阻尼器轴向剖视图。
图2是多层固定极板流动式电流变阻尼器横向剖视图。
图3是多层固定极板流动式电流变阻尼器前端局部放大图。
图4是多层固定极板流动式电流变阻尼器中部局部放大图。
图中：1活塞杆；2活塞；3绝缘层；4主缸筒身；5正极板；6正极螺栓；7正极板分隔套；8负极板；9负极螺栓；10负极板分隔套；11主缸缸盖；12正极引线孔；13注液孔；14前端防漏电保护环盖；15隔板；16负极引线孔；17后端防漏电保护环盖；18副缸缸体。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明的具体实施方式参见图1～图4。本实施例主要包括主缸筒身4、主缸盖11、多对表面微孔凹坑化处理正极板5和负极板8、隔板15、活塞杆1、活塞2、副缸体18。其中，主缸筒身4、主缸盖11、隔板15构成主缸，隔板15、副缸体18构成副缸。两端连接有活塞杆1的活塞2设置在主缸内，活塞杆1的前端穿过主缸盖11延伸出主缸，可由连接耳环与结构连接；活塞杆1的后端穿过隔板15延伸至副缸18，副缸18底有耳环可与结构连接。在主缸内设置多对正负极板，形成多道阻尼通道，阻尼间隙为1～2mm。正负极板采用化学或物理方法，进行表面微孔凹坑化处理。所有正极板5由三个呈120°角分布的正极螺栓6连接，并与主缸筒身4连接固定；各正极板5间设置等厚度的分隔套7，以固定极板位置，防止不同极板接触；正极板5距主缸盖11距离2～10mm保证液体流通；一个正极螺栓6与导线连接，导线经正极引线孔12穿出与电源正极连接。所有负极板8由三个呈120°角分布的负极螺栓9连接，并与主缸筒身4连接固定；各负极板8间设置等厚度的分隔套10，以固定极板位置，防止不同极板接触；负极板8距隔板15距离2～10mm保证液体流通，一个负极螺栓9与导线连接，导线经负极引线孔16穿出与电源负极连接。主缸内充满巨电流变液，主缸盖11上设置有注液孔13以注入巨电流变液体。活塞2与最内层极板间设置绝缘层3。为防止漏电，主缸盖11及隔板15大于主缸体4的直径，并由外沿将螺栓6和螺栓9罩入以防止螺栓外露，再设置前端防漏电环盖14和后端防漏电环盖17将正极螺栓6和负极螺栓9完全保护。若主缸体4由导电材料制成，在正极螺栓6、负极螺栓9与主缸筒身4接触部位设置绝缘层以防止漏电。副缸缸体18长度应大于或等于活塞2的移动距离，以防止活塞2移动距离过大与副缸18发生碰撞。
Claims (7)
1.一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，包括有主缸缸盖(11)、主缸筒身(4)、前端防漏电保护环盖(14)、表面微孔凹坑化正极板(5)、正极螺栓(6)、正极板分隔套(7)、活塞杆(1)、活塞(2)、绝缘层(3)、注液孔(13)、正极引线孔(12)、后端防漏电保护环盖(17)、表面微孔凹坑化负极板(8)、负极螺栓(9)、负极板分隔套(10)、负极引线孔(16)、隔板(15)、副缸(18)；其特征在于：正负圆环形极板交替成对排列，根据需求设计为2对或2对以上；所有正极板(5)由3个呈120°等角排列的正极螺栓(6)贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套(7)；正极螺栓(6)贯穿主缸筒身(4)与主缸固定连接；正极导线与3个正极螺栓中的任意一个连接，经正极引线孔(12)穿出接电源正极；前端防漏电保护环盖(14)与主缸前端盖(11)通过螺纹连接；所有负极板(8)由3个120°等角排列的负极螺栓(9)贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套(10)；负极螺栓(9)贯穿主缸筒身(4)与主缸固定连接；负极导线与3个负极螺栓中的任意一个连接，经负极引线孔(16)穿出接电源负极；后端防漏电保护环盖(17)与主缸隔板(15)通过螺纹连接；活塞杆(1)前端穿过主缸前端盖(11)延伸出主缸，后端穿过隔板(15)延伸至副缸；活塞伸出主缸盖的一端及副缸端头的外侧分别设置与结构相连的连接耳环；缸体采用金属等导电材料制作时，在正极螺栓(6)、负极螺栓(9)与主缸(4)接触位置设置绝缘层，以防缸体带电。
2.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：活塞杆(1)及活塞(2)为圆形截面；主缸缸盖(11)，前端防漏电保护环盖(14)，后端防漏电保护环盖(17)，隔板(15)，表面微孔凹坑化正极板(5)，表面微孔凹坑化负极板(8)，主缸筒身(4)，副缸(18)均为圆环形截面。
3.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：采用2对或2对以上极板，正负极板交替排列。
4.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：所有极板经表面凹坑化处理。
5.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：正极板(5)由3个120°等角排列的正极螺栓(6)贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套(7)；正极螺栓(6)贯穿主缸筒身(4)与主缸固定连接；正极导线与3个正极螺栓中的任意一个连接，经正极引线孔(12)穿出接电源正极。
6.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：负极板(8)由3个呈120°等角排列的负极螺栓(9)贯穿连接，各极板间设置等厚分隔套(10)；负极螺栓(9)贯穿主缸筒身(4)与主缸固定连接；负极导线与3个负极螺栓中的任意一个连接，经负极引线孔(16)穿出接电源负极。
7.根据权利要求1所述的一种多层固定极板流动式电流变阻尼器，其特征在于：主缸盖(11)外缘超出主缸筒身(4)，将正极螺栓(6)罩入其中；隔板(15)外缘超出主缸筒身(4)，将负极螺栓(9)罩入其中；再设置前端防漏电环盖(14)和后端防漏电环盖(17)将螺栓(6)和螺栓(9)完全封闭，避免螺栓与外界接触。
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