CN114033828B - 一种新型液力式惯容减震装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型液力式惯容减震装置，该装置中的活塞与液缸间隙配合，活塞上设有贯穿孔，减震装置工作时一部分工作液体通过活塞与液缸之间的间隙以及活塞上的贯穿孔流至活塞另一侧的工作空间内，工作液体的流动产生低速度指数的非线性阻尼力，能够限制过大的阻尼出力，有效对装置产生保护；通过在与液缸连通的螺旋回流管内设置滚珠和封堵球，使另一部分液体沿着螺旋回流管产生旋转运动，滚珠和封堵球在压强差的作用下往复滚动，由活塞的直线运动到工作液体的旋转运动的转换形式可以实现质量的放大效应，提高了惯性力，同时减弱了螺旋回流管内阻尼力与惯性力的耦合效应，提高了减震性能，其中工作液体采用二甲基硅油，以增大阻尼出力水平。

Description

一种新型液力式惯容减震装置
技术领域
本发明涉及建筑减震控制技术领域，尤其是涉及一种新型液力式惯容减震装置。
背景技术
在液力式式惯容元件中，液体在回流管中旋转流动，不仅产生惯性力，还产生阻尼力，为了获得较大的惯性力，通常将回流管的截面缩小，但是阻尼力会显著增大，掩盖惯性力的作用，这种惯性力和阻尼力的耦合效应大大限制了液力式惯容元件的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型液力式惯容减震装置，该装置通过在回流管中中填入钢珠在提高惯性力的同时减小了回流管中的阻尼力，减弱了惯性与阻尼的耦合效应。
本发明提供一种新型液力式惯容减震装置，包括液缸，所述液缸内插接有活塞杆，所述液缸内设有活塞，所述活塞与所述活塞杆固定连接，所述液缸的一端设有第一连接件，所述液缸的另一端设有第二连接件，所述第一连接件与所述活塞杆固定连接，所述第二连接件与所述液缸固定连接，所述液缸的外侧套装有螺旋回流管，所述螺旋回流管的两端均与所述液缸内部连通，所述螺旋回流管内设有若干个滚珠，若干个所述滚珠的两侧分别设有封堵球，所述封堵球的直径大于或等于所述螺旋回流管的内径，所述活塞与所述液缸间隙配合，所述活塞沿其周向均匀设有若干个贯穿孔。
进一步的，所述液缸内部的两端均设有密封套，所述密封套的外侧套装有紧固圈，所述紧固圈与所述液缸的内壁旋合连接，所述密封套通过所述紧固圈固定在所述液缸内，所述活塞杆与两个所述密封套插接连接。
进一步的，所述活塞杆两端的直径与所述密封套的内径相同。
进一步的，所述滚珠的直径小于所述螺旋回流管的内径。
进一步的，所述液缸内的液体为二甲基硅油。
进一步的，所述密封套的内壁上设有密封槽，所述密封槽内固定安装有密封胶圈。
进一步的，所述第二连接件靠近所述液缸的一端设有容纳腔，所述容纳腔的深度大于所述活塞杆最大行程所需的深度。
进一步的，所述第一连接件与所述液缸之间设有防尘套，所述防尘套的一端与所述活塞杆固定连接，所述防尘套的另一端与所述液缸固定连接。
进一步的，所述第一连接件和所述第二连接件上设有安装孔，所述安装孔内螺纹连接有吊环。
本发明提供了一种新型液力式惯容减震装置，该装置通过套装在液缸外侧并与其连通的螺旋回流管内设置滚珠，增大了管内流动质量提高了液体流动的惯性力，而且还减小了螺旋回流管内的阻尼力，通过这种方式减弱了惯性与阻尼的耦合效应，提高减震性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的半剖视图；
图3为图2中的A处的局部放大图；
图4为本发明螺旋回流管内滚珠与封堵球的布置图；
附图标记说明：1-液缸、2-螺旋回流管、3-第一连接件、4-第二连接件、5-吊环、6-防尘套、7-活塞、701-贯穿孔、8-活塞杆、9-密封套、901-密封槽、10-紧固圈、11-密封胶圈、12-滚珠、13-封堵球；
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1~图4所示，一种新型液力式惯容减震装置，包括液缸1，液缸1内部的两端均设有密封套9，密封套9的外侧套装有紧固圈10，紧固圈10与液缸1的内壁旋合连接，密封套9通过紧固圈10固定在液缸1内，液缸1内插接有活塞杆8，活塞杆8通过两个密封套9实现与液缸1的插接连接，活塞杆8两端的直径与密封套9的内径相同，密封套9的内壁上设有密封槽901，密封槽901内固定安装有密封胶圈11，防止漏液的现象产生。液缸1内设有活塞7，活塞7与活塞杆8固定连接，由活塞杆8带动活塞7进行往复运动，活塞7与液缸1间隙配合，活塞7沿其周向均匀设有若干个贯穿孔701，使活塞7将液缸1内部分成两个相互连通的工作空间。
因为现有的液力式惯容元件在工作时产生过大内力造成装置本身损坏的问题，本发明通过将活塞7和液缸1间隙配合以及在活塞7上设置贯穿孔701，利用小孔激流技术改变速度阻尼平方关系，实现过大阻尼出力保护机制。具体原理为F=cvn，c表示阻尼系数，v表示活塞7的速度，n表示指数，活塞7与液缸1的间隙配合以及贯穿孔701孔径的大小决定了n的值，通过合理的设计使n的值小于1，即使活塞7速度再大，其产生的阻尼力也不会很大，从而防止产生过大的阻尼力，对装置本身进行保护，延长减震装置的使用寿命。
活塞杆8的一端固定连接有第一连接件3，液缸1远离第一连接件3的一端连接有第二连接件4，第一连接件3和第二连接件4均用于连接楼层间的支撑结构，在地震作用下，楼层容易产生晃动，从而对该减震装置产生压缩和拉伸。第二连接件4靠近液缸1的一端设有容纳腔，容纳腔的深度大于活塞杆8最大行程所需的深度，使活塞杆8的端部始终接触不到容纳腔的底面，防止活塞杆8与第二连接件4的接触使该减震装置产生损坏。第一连接件3与液缸1之间设有防尘套6，防尘套6的一端与活塞杆8固定连接，防尘套6的另一端与液缸1固定连接，对活塞杆8和密封套9的连接处进行保护。第一连接件3和第二连接件4上设有安装孔，安装孔内螺纹连接有吊环5，安装吊环5方便对整个减震装置的吊装，吊装完毕后取下即可。
液缸1的外侧套装有由无缝钢管制成的螺旋回流管2，螺旋回流管2的两端分别与活塞7两端的工作空间连通，螺旋回流管2内设有若干个滚珠12，若干个滚珠12的两侧均设有封堵球13，这里的滚珠12采用的钢珠，封堵球13采用的橡胶球，滚珠12的直径略小于螺旋回流管2的内径，封堵球13的直径略大于或等于螺旋回流管2的内径。设置滚珠12一方面减弱了螺旋回流管2内阻尼力与惯性力的耦合效应，另一方面进一步提高了惯性力的作用。在滚珠12的两端设置封堵球13是为了防止黏滞液体流入钢球之间的间隙，影响钢球运动，工作过程中滚珠12始终不与工作液体接触。设计是对于封堵球13的直径要设计合理，使工作液体能轻松推动封堵球13和滚珠12运动，螺旋回流管2的两侧预留出滚珠12和封堵球13的运动空间。
活塞7往复运动，会迫使工作液体进入螺旋回流管2，工作液体在螺旋回流管2中流动就会产生阻尼力，而且阻尼力的大小与螺旋回流管2的长度成正比、与螺旋回流管2的管径成反比。同时，由于工作液体旋转运动会产生惯性力，这个惯性力与工作液体的密度成正比、与螺旋回流管2的长度成正比、与螺旋回流管2的管径成反比，这样阻尼力与惯性力相互关联的，例如为了增大惯性力而延长螺旋回流管2的长度，此时阻尼力也会随之增大。而在螺旋回流管2中填入滚珠之后，工作液体的长度自然就会减少，阻尼力也就减小，同时滚珠12的密度远大于工作液体，因此可以提高惯性力。惯性力和阻尼力的大小可以通过滚珠12的数量和螺旋回流管2两端对滚珠12运动的预留长度来进行调整，使阻尼力与惯性力之间的相互影响减弱。
现有的液力式惯容器主要是以水为阻尼介质，粘度小，工作状态受温度影响较大，本发明采用二甲基硅油作为工作液体，以增大阻尼出力水平，二甲基硅油水相比粘度大，其粘度可以在10~300000cst之间选择，可根据实际需要选择二甲基硅油的粘度，而且二甲基硅油的使用温度为-60~200℃，环境温度的变化对其工作状态的影响不大，具有良好的粘温性。
本发明提供的一种新型液力式惯容减震装置，该装置的工作原理：第一连接件3和第二连接件4与建筑楼层间的支撑结构相连，与该减震装置相连的支撑结构在地震或外力作用下容易摇晃，产生往复运动，在往复载荷的作用下从而带动活塞杆8进行往复运动，使活塞7挤压液缸1内的工作液体，一部分工作液体通过活塞7与液缸1之间的间隙以及活塞7上的贯穿孔701流至活塞7另一侧的工作空间内，工作液体的流动产生低速度指数的非线性阻尼力，能够限制过大的阻尼出力，有效对装置产生保护；另一部分沿着螺旋回流管2产生旋转运动，滚珠12和封堵球13在压强差的作用下往复滚动，由活塞7的直线运动到工作液体的旋转运动的转换形式可以实现质量的放大效应，提高了惯性力，同时减弱了螺旋回流管2内阻尼力与惯性力的耦合效应。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种新型液力式惯容减震装置，其特征在于，包括液缸，所述液缸内插接有活塞杆，所述液缸内设有活塞，所述活塞与所述活塞杆固定连接，所述液缸的一端设有第一连接件，所述液缸的另一端设有第二连接件，所述第一连接件与所述活塞杆固定连接，所述第二连接件与所述液缸固定连接，所述液缸的外侧套装有螺旋回流管，所述螺旋回流管的两端均与所述液缸内部连通，所述螺旋回流管内设有若干个滚珠，所述滚珠的两侧设有封堵球，所述封堵球的直径大于或等于所述螺旋回流管的内径，所述活塞与所述液缸间隙配合，所述活塞沿其周向均匀设有若干个贯穿孔。
2.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述液缸内部的两端均设有密封套，所述密封套的外侧套装有紧固圈，所述紧固圈与所述液缸的内壁旋合连接，所述密封套通过所述紧固圈固定在所述液缸内，所述活塞杆与两个所述密封套插接连接。
3.根据权利要求2所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述活塞杆两端的直径与所述密封套的内径相同。
4.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述滚珠的直径小于所述螺旋回流管的内径。
5.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述液缸内的液体为二甲基硅油。
6.根据权利要求2所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述密封套的内壁上设有密封槽，所述密封槽内固定安装有密封胶圈。
7.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述第二连接件靠近所述液缸的一端设有容纳腔，所述容纳腔的深度大于所述活塞杆最大行程所需的深度。
8.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述第一连接件与所述液缸之间设有防尘套，所述防尘套的一端与所述活塞杆固定连接，所述防尘套的另一端与所述液缸固定连接。
9.根据权利要求1所述的新型液力式惯容减震装置，其特征在于，所述第一连接件和所述第二连接件上设有安装孔，所述安装孔内螺纹连接有吊环。
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