CN104864026B - 复合型电磁摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合型电磁‑摩擦阻尼器，该摩擦阻尼器包括电磁铁、摩擦板、蝶形弹簧、摩擦力调整螺栓、挤压锥环、圆外筒、止挡圆筒、滑动杆、控制器、传感器、端盖板、固定螺母和插销连接件，圆外筒内侧设置摩擦板，摩擦板是由圆筒沿轴向通缝分割而成的多块弧形板，并且弧形板两端部延轴向截面为一定坡度的斜截面；摩擦板端部两侧设置与其坡度相同的挤压锥环和蝶形弹簧，最外侧的摩擦力调整螺栓通过螺纹与端盖板相连。本发明利用电磁铁在通电情况下，根据滑动位移的大小在电磁铁与摩擦板之间产生相应的电磁吸引力，因此而实现变摩擦；同时还可以改变摩擦板与电磁铁间的压力，从而改变阻尼器起滑力的大小。

Description

复合型电磁摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及结构工程领域，特别是涉及一种将电磁摩擦与常规摩擦相结合的复合型摩擦阻尼器，将其安装在工程结构上来抵抗强风、地震等动力作用。

背景技术

为了减轻结构和设备的振动响应，可以在结构和设备上布置耗能减震装置来消耗地震输入的能量，以减轻振动给结构和设备带来的危害。目前研究开发的耗能减震装置种类较多，按其耗能机理的不同可以分为以下类：粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器。

摩擦阻尼器是一种利用摩擦面的摩擦耗能消耗振动能量的一种耗能减震装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，因而具有很好的应用前景。摩擦阻尼器的研究始于20世纪70年代末，随后为适应不同类型的建筑结构，国内外学者陆续研制了多种摩擦阻尼器。一般的常规摩擦阻尼器的主要缺陷在于阻尼器在滑动过程中预压力的大小是不能自动发生变化的，因而其提供的摩擦力也通常保持不变，阻尼器的滞回曲线接近矩形，此类摩擦阻尼器无法根据结构振动荷载作用强度的大小而实时改变摩擦力的大小，以至于摩擦阻尼器过早滑动或不滑动，使得按照强震作用下设计的阻尼器在弱震作用下根本不会滑动，而按照弱震作用下设计的阻尼器在强震作用下将因为出力过小而达不到理想的减振效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁摩擦与常规摩擦相结合的复合型电磁摩擦阻尼器，该阻尼器由常规摩擦部分提供的摩擦力控制阻尼器起滑力的大小，以防止摩擦阻尼器过早起滑或不起滑；变摩擦部分由电磁铁随位移变化而提供相应变摩擦力，以满足结构在大变形时阻尼器输出大摩擦力的要求。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的是一种常规摩擦与电磁摩擦相结合的复合摩擦阻尼器，该摩擦阻尼器包括有电磁铁、摩擦板、碟形弹簧、摩擦力调整螺栓、挤压锥环、圆外筒、止挡圆筒、滑动轴、控制器、传感器、端盖板、固定螺母和插销连接件，其中，

所述的电磁铁与摩擦板形成闭合磁回路；

所述的电磁铁由导磁体和线圈绕组组成；

所述的摩擦板是由圆筒被沿轴线方向的通缝均匀分割而成的多块弧形板，相邻的弧形板的径向截面之间设置有间隔相同的通缝；弧形板两端外部沿轴向截面为具有一定角度的斜截面，其内径与导磁体外径相同，外径与圆外筒内径相同；并且，摩擦板的内表面与导磁体的外表面接触；

所述的摩擦板两端部设置挤压锥环，挤压锥环为环状锥体，其内弧面的坡度与摩擦板两端部的斜截面的坡度相同，并且内弧面与摩擦板两端部斜截面相接触；

所述的摩擦力调整螺栓通过螺纹与端盖板相连；

在所述的挤压锥环的外侧与圆外筒的内侧之间设置有止挡圆筒，其外径与圆外筒的内径相同；其两端分别与端盖板和摩擦板接触。

进一步地，在所述的圆外筒的两端分别设置有端盖板，在端盖板的中间设置有端盖螺纹孔，摩擦力调整螺栓通过端盖板上的螺纹与端盖板连接；所述的滑动轴穿过一侧的摩擦力调整螺栓。

进一步地，所述的挤压锥环在靠近电磁铁的一侧的内径大于远离电磁铁的一侧，所述的挤压锥环套接在摩擦板两端部的斜截面外侧。

进一步地，所述的碟形弹簧设置在摩擦力调整螺栓和挤压锥环之间，用以对挤压锥环施加挤压力而挤压摩擦板两端的斜截面，使摩擦板与导磁体之间产生压力。

进一步地，所述的控制器通过数据线分别与传感器和线圈绕组相连。

进一步地，所述的电磁铁用固定螺母固定在滑动轴上，导磁体的中间部分设置通孔，滑动轴穿过该通孔，并且，在导磁体的两端的滑动轴上分别设置固定螺母，在滑动轴的末端设置有插销连接件。

进一步地，在所述摩擦板的两端分别设置肩突，在肩突的外侧为所述的斜截面。

进一步地，所述电磁铁是由轴向截面为工字型的导磁体和线圈组成。

进一步地，所述导磁体、摩擦板由导磁材料制成，圆外筒采用不导磁材料制成。

进一步地，所述的控制器包括位移、加速度采集单元，其将传感器的电信号转换成数字信号；嵌入式阻力控制单元，其根据控制算法来控制阻尼力大小；过压过流保护单元，其对整个控制器加以保护；PWM恒流功率放大单元；上述四个单元依次以电信号相互连接。本发明具有以下的主要优点：

其一.该阻尼器在常规摩擦阻尼器的基础上增加电磁摩擦部分，使阻尼器能够进行反馈控制，有效提高阻尼器耗能能力。

其二.该阻尼器即使在断电情况下，仍可利用常规摩擦部分进行摩擦耗能，增加了阻尼器工作时的可靠性。

其三.该阻尼器在安装过程中，工程师可以根据实际工程的需要，通过调节摩擦力调整螺栓调节阻尼器的起滑力，增加了阻尼器使用的灵活性。

附图说明

图1为本发明复合摩擦阻尼器的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为导磁体正立面图和侧立面图；

图5为挤压圆锥环正立面图和侧立面图。

图中：1-1.导磁体；1-2.线圈绕组；2.摩擦板；3.碟形弹簧；4.摩擦力调整螺栓；5.挤压锥环；6.圆外筒；7.止挡圆筒；8.滑动轴；9.控制器；10.传感器；11.端盖板；12.固定螺母13.插销连接件；14.通缝。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的复合型电磁摩擦阻尼器，其结构如图1至图3所示：包括电磁铁、摩擦板2、碟形弹簧3、摩擦力调整螺栓4、挤压锥环5、圆外筒6、止挡圆筒7、滑动轴8、控制器9、传感器10、端盖板11、固定螺栓12、插销连接件13。

其中：电磁铁由导磁体1-1(如图4)和线圈绕组1-2组成，所述的电磁铁用固定螺母12固定在滑动轴8上，在本实施例中，导磁体1-1的中间部分设置通孔，滑动轴8穿过该通孔，并且，在导磁体1-1的两端的滑动轴8上分别设置固定螺母12，在滑动轴8的末端设置有插销连接件13。所述电磁铁是由轴向截面为工字型的导磁体和线圈组成。

所述的摩擦板2是由圆筒被沿轴线方向的通缝14均匀分割而成的多块弧形板，相邻的弧形板的径向截面之间设置有间隔相同的通缝14；弧形板两端外部沿轴向截面为具有一定角度的斜截面，其内径与导磁体1-1外径相同，外径与圆外筒6内径相同如图1至图3所示；并且，摩擦板2的内表面与导磁体1-1的外表面接触。在所述摩擦板2的两端分别设置肩突，在肩突的外侧为所述的斜截面。

电磁铁和摩擦板2形成了完整的闭合磁回路，由线圈绕组1-2来提供磁能输入，通过改变线圈中的电流来改变磁回路中的磁感应强度大小。

在圆外筒6的两端分别设置有端盖板11，在端盖板11的中间设置有端盖螺纹孔，摩擦力调整螺栓4通过端盖板11上的螺纹与端盖板11连接。所述的滑动轴8穿过一侧的摩擦力调整螺栓4。

在本实施中，挤压锥环5为环状锥体(如图5所示)，其内弧面的坡度与摩擦板两端部的斜截面的坡度相同，并且内弧面与摩擦板两端部斜截面相接触，挤压锥环5在靠近电磁铁的一侧的内径大于远离电磁铁的一侧，因此，所述的挤压锥环5套接在摩擦板两端部的斜截面外侧。

在所述的挤压锥环5的外侧与圆外筒6的内侧之间设置有止挡圆筒7，其外径与圆外筒的内径相同；其两端分别与端盖板11和摩擦板2接触。

所述的碟形弹簧3设置在摩擦力调整螺栓4和挤压锥环5之间，用以对挤压锥环5施加挤压力而挤压摩擦板2两端的斜截面，使摩擦板2与导磁体1-1之间产生压力，从而使阻尼器产生摩擦力。

在本实施例中，控制器9通过数据线分别与传感器10和线圈绕组1-2相连。

所述导磁体1-1、摩擦板2可以由导磁材料(硅钢、磁性合金、低碳钢)制成，圆外筒6采用不导磁材料(铜、不锈钢)制成，其他构件不作具体要求。导磁体的截面尺寸和摩擦板的厚度都应该利用磁场有限元分析得出优化的几何尺寸，使得通过磁回路的磁感应强度达到最大。

所述控制器9可由下列单元组成：位移、加速度采集单元，它可将传感器的电信号转换成数字信号；嵌入式阻力控制单元，它可以根据控制算法来控制阻尼力大小；过压过流保护单元，它可以对整个控制器加以保护；PWM恒流功率放大单元，它可以保证控制器的稳定性。这四个单元依次以电信号相互连接。

所述传感器10的作用就是采集外部结构的振动响应，该传感器可以采用常规传感器，例如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、光学传感器等等。

下面简述本发明阻尼器的工作过程。

在仅通电流的情况下，通过传感器10来感知结构在外部动力作用下的振动情况，传感器10将动力响应信号输入至控制器9，控制器9会依据相应的控制策略发出控制信号来改变线圈绕组1-2中的电流，从而改变导磁体1-1和摩擦板2的磁感应强度。这样，导磁体1-1与摩擦板2接触面处的电磁吸引力随之改变，从而阻尼器的摩擦力可以得到控制。

在不通电流而仅仅是调节阻尼器两端的摩擦力调整螺栓4的情况下，挤压锥环5因受到碟形弹簧3的力而挤压摩擦板2两端的斜截面，使摩擦板2与导磁体1-1之间产生压力，从而使阻尼器产生摩擦力。

在线圈绕组1-2中通有电流的同时，设计者也可根据具体工程需要，调节阻尼器两端的摩擦力调整螺栓4来改变阻尼器的起滑力，使电磁摩擦与常规摩擦共同工作。在此情况下，即使是断电，阻尼器仍可在设计者设定的摩擦力下进行摩擦耗能，增加了阻尼器工作的可靠性。

Claims (10)

1.一种复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，其为一种电磁摩擦与常规摩擦相结合的复合型摩擦阻尼器，该摩擦阻尼器包括有电磁铁、摩擦板、碟形弹簧、摩擦力调整螺栓、挤压锥环、圆外筒、止挡圆筒、滑动轴、控制器、传感器、端盖板、固定螺母和插销连接件，其中，

所述的电磁铁与摩擦板形成闭合磁回路；

所述的电磁铁由导磁体和线圈绕组组成；

所述的摩擦板是由圆筒被沿轴线方向的通缝均匀分割而成的多块弧形板，相邻的弧形板的径向截面之间设置有间隔相同的通缝；弧形板两端外部沿轴向截面为具有一定角度的斜截面，其内径与导磁体外径相同，外径与圆外筒内径相同；并且，摩擦板的内表面与导磁体的外表面接触；

所述的摩擦板两端部设置挤压锥环，挤压锥环为环状锥体，其内弧面的坡度与摩擦板两端部的斜截面的坡度相同，并且内弧面与摩擦板两端部斜截面相接触；

所述的摩擦力调整螺栓通过螺纹与端盖板相连；

在所述的挤压锥环的外侧与圆外筒的内侧之间设置有止挡圆筒，其外径与圆外筒的内径相同；其两端分别与端盖板和摩擦板接触。

2.根据权利要求1所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，在所述的圆外筒的两端分别设置有端盖板，在端盖板的中间设置有端盖螺纹孔，摩擦力调整螺栓通过端盖板上的螺纹与端盖板连接；所述的滑动轴穿过一侧的摩擦力调整螺栓。

3.根据权利要求2所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述的挤压锥环在靠近电磁铁的一侧的内径大于远离电磁铁的一侧，所述的挤压锥环套接在摩擦板两端部的斜截面外侧。

4.根据权利要求2所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述的碟形弹簧设置在摩擦力调整螺栓和挤压锥环之间，用以对挤压锥环施加挤压力而挤压摩擦板两端的斜截面，使摩擦板与导磁体之间产生压力。

5.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述的控制器通过数据线分别与传感器和线圈绕组相连。

6.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述的电磁铁用固定螺母固定在滑动轴上，导磁体的中间部分设置通孔，滑动轴穿过该通孔，并且，在导磁体的两端的滑动轴上分别设置固定螺母，在滑动轴的末端设置有插销连接件。

7.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，在所述摩擦板的两端分别设置肩突，在肩突的外侧为所述的斜截面。

8.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述电磁铁是由轴向截面为工字型的导磁体和线圈组成。

9.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述导磁体、摩擦板由导磁材料制成，圆外筒采用不导磁材料制成。

10.根据权利要求4所述的复合型电磁-摩擦阻尼器，其特征在于，所述的控制器包括位移、加速度采集单元，其将传感器的电信号转换成数字信号；嵌入式阻力控制单元，其根据控制算法来控制阻尼力大小；过压过流保护单元，其对整个控制器加以保护；PWM恒流功率放大单元；上述四个单元依次以电信号相互连接。