[發(fā)明專(zhuān)利]多用途主動(dòng)可控的大出力隔震減振裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310208933.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103290943A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李潤(rùn)璞;杜成斌;于國(guó)軍;沈方偉;戴上秋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E04B1/98
• 分類(lèi)號(hào): E04B1/98;F16F9/53
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 虞希光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)一種主動(dòng)可控的大出力隔震減振裝置，主要用于土木結(jié)構(gòu)隔震減振混合控制、特種車(chē)輛懸架隔震減振混合控制或振動(dòng)臺(tái)基座隔震減振混合控制，屬于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域。

技術(shù)背景

振動(dòng)問(wèn)題廣泛存在于國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在土木及汽車(chē)領(lǐng)域。在土木工程領(lǐng)域，基礎(chǔ)隔震是土木建筑的主要振動(dòng)問(wèn)題，基礎(chǔ)隔震技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)抗震安全性和使用功能有較高要求或?qū)ｉT(mén)要求的建筑的（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5001-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.8.1條）。隨著抗震理念從計(jì)算設(shè)計(jì)到概念設(shè)計(jì)，再到基于性能的抗震設(shè)計(jì)的變遷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更需要對(duì)建筑物（設(shè)備）提出更精確性能要求，地震荷載作用下土木工程結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)響應(yīng)控制，特別是主動(dòng)控制或者混合控制必然成為隔震技術(shù)主要發(fā)展方向之一。

現(xiàn)階段，隔震支座是土木工程隔震減震設(shè)計(jì)的主要技術(shù)，隔震支座能夠降低土木結(jié)構(gòu)固有剛度，延長(zhǎng)土木結(jié)構(gòu)的自振周期，增大土木結(jié)構(gòu)物的響應(yīng)位移和耗能，從而達(dá)到隔震減震的目的。按照此種傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)物不具有自我調(diào)節(jié)的能力，土木結(jié)構(gòu)的水平變位受偶然因素影響大，特別是被動(dòng)控制類(lèi)型的隔震支座，如疊層橡膠隔震支座等，易產(chǎn)生不滿(mǎn)足安全性的情況。

常見(jiàn)的隔震支座類(lèi)型主要有疊層橡膠隔震支座、單擺摩擦型隔震支座和球鉸隔震支座三種形式。相對(duì)于本發(fā)明，現(xiàn)有隔震支座主要有抗拉能力、抗扭能力不足或不易同時(shí)滿(mǎn)足等技術(shù)問(wèn)題。如專(zhuān)利文獻(xiàn)（申請(qǐng)?zhí)?00910226649.4）描述了一種疊層橡膠隔震支座抗拉機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)克服了傳統(tǒng)橡膠隔震支座的低抗拉能力的缺陷，但其轉(zhuǎn)動(dòng)能力未能得到改善。如專(zhuān)利文獻(xiàn)（申請(qǐng)?zhí)?01210335693.0）公布了一種軟鋼滾動(dòng)隔震支座，該裝置“在地震作用時(shí)，滾珠滾動(dòng)產(chǎn)生滾動(dòng)位移，減小結(jié)構(gòu)的地震輸入；軟鋼棒產(chǎn)生滯回變形，消耗地震動(dòng)能量”。此種做法用高強(qiáng)合金鋼滾珠代替了聚四氟乙烯材料，克服了“豎向承載力不足或支座面積過(guò)大的問(wèn)題”，這種類(lèi)型隔震支座的豎向剛度與高強(qiáng)合金鋼滾珠相近，限制了其豎向抗震性能的發(fā)揮；四個(gè)U型軟鋼的設(shè)計(jì)，使得此種支座主要依靠U型軟鋼直角處的塑形變形來(lái)消耗水平地震作用，削弱了其水平抗震的能力。另外，減振技術(shù)在車(chē)輛行車(chē)機(jī)動(dòng)性能保障方面也有應(yīng)用，如特種車(chē)輛（如履帶式）懸架減振中對(duì)車(chē)輪偏移的調(diào)整。行駛在崎嶇地形條件下的車(chē)輛極易產(chǎn)生大幅度顛簸起伏，這對(duì)車(chē)輛耐久性、穩(wěn)定性以及操作員的工作條件造成不利影響。車(chē)輪偏移允許車(chē)輛在顛簸路面上行駛更穩(wěn)定，但履帶車(chē)輛的扭桿彈簧懸架由于其線性特性及其導(dǎo)致的不良駕駛性能限制了車(chē)輛的機(jī)動(dòng)性。

磁流變液（Magneto-rheological?Fluid，MRF）是一種可控液態(tài)智能材料，其具備良好的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、低粘度、溫度穩(wěn)定性和瞬間模態(tài)變化等。在零磁場(chǎng)條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性，而在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)出高粘度、低流動(dòng)性的Bingham體特性。隨著外加磁場(chǎng)變化，其表觀粘度能夠在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)改變幾個(gè)數(shù)量級(jí)，基本不存在時(shí)遲。

本發(fā)明利用磁流變液的優(yōu)良特性，聯(lián)合截錐型工作模塊，能夠?yàn)橥聊窘Y(jié)構(gòu)物提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼，并實(shí)現(xiàn)隔震減震支座剛度可調(diào)，避免恒定剛度產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧振動(dòng)破壞。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)置可以得到較大的初始剛度和較小的屈服剛度，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)物常規(guī)荷載時(shí)的穩(wěn)定性和地震荷載下的高耗能。改變本發(fā)明結(jié)構(gòu)參數(shù)后，亦可應(yīng)用于特種車(chē)輛（如履帶式）懸架減振中對(duì)車(chē)輪偏移的調(diào)整，能夠改良懸架中彈簧剛度性能，在增加車(chē)輛載重負(fù)荷的情況下不降低車(chē)輛機(jī)動(dòng)性能。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題:

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的大出力多向隔震減振裝置，較現(xiàn)有隔震減振裝置，其水平剛度、豎向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度以及阻尼比均可根據(jù)其所受動(dòng)荷載的變化，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)待控結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制，充分發(fā)揮磁流變液和磁流變彈性體的優(yōu)良特性。本發(fā)明各個(gè)方向出力可調(diào)范圍大，且可用于抵抗振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，適于復(fù)雜工況下的隔震減振控制。

技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種多用途主動(dòng)可控的大出力隔震減振裝置，包括截錐型工作模塊和盤(pán)式抗扭工作模塊。其中：導(dǎo)磁凹型板、支桿、磁流變彈性體復(fù)合導(dǎo)磁板、環(huán)形勵(lì)磁線圈Ⅰ、環(huán)式永磁體Ⅰ、縱向?qū)Т怒h(huán)和大變形軟磁體組成截錐型工作模塊；固定壓環(huán)大柱、A定位角接觸球軸承、抗剪切導(dǎo)磁盤(pán)、環(huán)形勵(lì)磁線圈Ⅱ、環(huán)盤(pán)式永磁體Ⅱ、軸承封圈、B定位推力球軸承和基座槽共同組成盤(pán)式抗扭工作模塊。