具有復(fù)阻尼特征的板式向心摩擦阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有復(fù)阻尼特征的板式向心摩擦阻尼器，可應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)減振控制，屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工程結(jié)構(gòu)減振和隔振領(lǐng)域采用的減振阻尼器目前大體上可分為速度相關(guān)型和位移相關(guān)型兩大類，位移相關(guān)型阻尼器主要包括利用金屬材料塑性變形耗能的各種金屬阻尼器和利用摩擦機(jī)制耗能的各類摩擦阻尼器;速度相關(guān)型阻尼器目前主要包括利用粘滯流體通過(guò)阻尼孔產(chǎn)生阻尼力耗散能量的粘滯阻尼器和利用粘彈性材料塑性能力耗能的粘彈性阻尼器。大多數(shù)位移相關(guān)型阻尼器具有明確的開始耗能的阻尼力閾值，當(dāng)阻尼器受力小于該閾值時(shí)，阻尼器提供彈性剛度，不產(chǎn)生能量消耗，當(dāng)其受力超過(guò)該閾值后，阻尼器進(jìn)入屈服狀態(tài)或摩擦滑動(dòng)狀態(tài)，開始耗散能量，但其阻尼力隨變形的增長(zhǎng)通常很小或者不再增長(zhǎng)。從這個(gè)角度看，位移相關(guān)型通常需要設(shè)定其發(fā)揮耗能作用的變形條件，變形小于設(shè)定值時(shí)，阻尼器不起耗能作用，而當(dāng)變形遠(yuǎn)大于設(shè)定值，由于對(duì)阻尼力的增長(zhǎng)較小，其附加的等效阻尼比將隨變形的增加而減小，僅在設(shè)定變形幅值附近可提供預(yù)期的附加阻尼比。粘滯阻尼器則可隨速度變化提供不同的阻尼力和能量消耗，速度越高、阻尼力越大、消耗能量越多，不存在位移相關(guān)型閾值問(wèn)題，因而在工程結(jié)構(gòu)的減振控制中粘滯阻尼器的使用要多于位移相關(guān)型。不過(guò)粘滯阻尼器的加工精度和密封要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于位移相關(guān)型，這導(dǎo)致其造價(jià)也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的位移相關(guān)型，綜合其性價(jià)比不如后者。但在一些特殊情況下，粘滯阻尼器具有一些位移相關(guān)型不具備的優(yōu)勢(shì)，通常情況下不能用位移型阻尼器替代。例如對(duì)于TMD減振結(jié)構(gòu)體系，未獲得最優(yōu)的減震效果TMD子結(jié)構(gòu)的阻尼比存在最優(yōu)值，且其振幅通常不確定，采用位移相關(guān)型明顯是不行的:如果選擇過(guò)高的起阻尼力閾值，會(huì)導(dǎo)致TMD不能適時(shí)啟動(dòng)而失去調(diào)頻減振作用;選擇過(guò)小的起滑力閾值，又會(huì)出現(xiàn)耗能能力不足缺陷，導(dǎo)致TMD在大振幅作用下控制效果不佳。因而目前的TMD減振工程應(yīng)用中，絕大多數(shù)情況下都是采用粘滯阻尼器提供阻尼力。另外，常規(guī)摩擦阻尼器需要預(yù)加摩擦正應(yīng)力，摩擦界面在長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)下的摩擦性能會(huì)發(fā)生變化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有阻尼器的上述缺陷，本實(shí)用新型提出了一種具有復(fù)阻尼特征的板式向心摩擦阻尼器，用以提供復(fù)阻尼特征以及穩(wěn)定的摩擦界面。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案:
[0005]—種具有復(fù)阻尼特征的板式向心摩擦阻尼器，所述阻尼器包括摩擦板、上部固定板、下部固定板、端板、中間連接板、楔形滑動(dòng)摩擦塊、擠壓楔形塊以及壓縮彈簧;兩塊摩擦板、上部固定板以及下部固定板圍成一板式腔體，腔體左端與端板連接，腔體內(nèi)部設(shè)有變摩擦構(gòu)造裝置，所述變摩擦構(gòu)造裝置由一對(duì)摩擦組件、中間連接板和壓縮彈簧組成;每個(gè)摩擦組件均由兩個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊以及兩個(gè)擠壓楔形塊組成;壓縮彈簧固定安裝在兩個(gè)摩擦組件之間，其兩端分別固定在兩個(gè)摩擦組件內(nèi)側(cè)的兩個(gè)擠壓楔形塊上；中間連接板中部開有洞口，用壓縮彈簧連接的兩個(gè)摩擦組件安裝在中間連接板的洞口中；摩擦板的一側(cè)平面開有凹槽，摩擦板的摩擦面位于凹槽的底面，用壓縮彈簧連接的兩個(gè)摩擦組件正好嵌于兩個(gè)摩擦板的凹槽中，使得楔形滑動(dòng)摩擦塊不能移動(dòng)到凹槽之外；中間連接板通過(guò)擠壓楔形塊上部與下部的凹槽卡住連接，從而可帶動(dòng)中間的摩擦組件左、右往復(fù)移動(dòng)。
[0006]進(jìn)一步地，所述腔體左端通過(guò)限位螺栓與端板連接，且上部固定板、下部固定板分別用螺栓連接在兩塊摩擦板的側(cè)邊，用于固定摩擦板的位置。
[0007]進(jìn)一步地，所述中間連接板位于擠壓楔形塊中間。
[0008]進(jìn)一步地，兩個(gè)所述摩擦組件中與中間連接板洞口接觸的端部的兩個(gè)擠壓楔形塊通過(guò)螺栓固定在中間連接板上。
[0009]進(jìn)一步地，所述中間連接板與端板之間留有間隙，且中間連接板左端與左側(cè)端板之間的距離，大于中間連接板向左移動(dòng)的最遠(yuǎn)距離，以保證中間連接板向左側(cè)的運(yùn)動(dòng)不受阻礙。
[0010]進(jìn)一步地，楔形滑動(dòng)摩擦塊包括一個(gè)摩擦面和兩個(gè)斜面，擠壓楔形塊包括上、下兩個(gè)斜面，兩個(gè)斜面相對(duì)的擠壓楔形塊、兩個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊組成一個(gè)摩擦組件，摩擦組件中兩個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊的摩擦面分別與兩個(gè)摩擦板的摩擦面接觸，摩擦組件中楔形滑動(dòng)摩擦塊的兩個(gè)斜面分別與兩個(gè)擠壓楔形塊的斜面接觸。
[0011]進(jìn)一步地，所述壓縮彈簧連接的摩擦組件至少為一對(duì)。
[0012]進(jìn)一步地，所述楔形滑動(dòng)摩擦塊的大小和尺寸相同。
[0013]進(jìn)一步地，所述壓縮彈簧采用高性能鉻合金彈簧鋼制作，且壓縮彈簧的壓縮反力大于楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦板摩擦面之間的摩擦力。
[0014]進(jìn)一步地，所述上部固定板、下部固定板中間沿中間連接板移動(dòng)方向設(shè)有凹槽，以使中間連接板和摩擦組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)被擠壓造成錯(cuò)動(dòng)而偏離，影響滯回性能的穩(wěn)定性。
[0015]當(dāng)阻尼器安裝于結(jié)構(gòu)上時(shí)，分別連接在端板和中間連接板上。初始狀態(tài)時(shí)，壓縮彈簧處于不受力狀態(tài)，當(dāng)中間連接板進(jìn)行加載時(shí)，中間連接板會(huì)帶動(dòng)擠壓楔形塊擠壓與之相接觸的楔形滑動(dòng)摩擦塊的斜面，而該楔形滑動(dòng)摩擦塊的另外一個(gè)斜面與該摩擦組件中另外一個(gè)與壓縮彈簧相連的擠壓楔形塊接觸，中間連接板的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致壓縮彈簧的壓縮變形，壓縮彈簧變形后產(chǎn)生的壓力會(huì)通過(guò)該摩擦組件中兩個(gè)相對(duì)的擠壓楔形塊對(duì)楔形滑動(dòng)摩擦塊的擠壓作用傳遞到楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦板之間的接觸面上，壓縮彈簧壓縮量越大，楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦板之間的摩擦力就越大，且摩擦力與彈簧壓縮量呈線性關(guān)系。加載時(shí)，阻尼力等于彈簧壓縮反力與楔形滑動(dòng)摩擦塊和摩擦板之間摩擦力之和；當(dāng)中間連接板從位移幅值處卸載時(shí)，阻尼力等于二者之差。通常設(shè)置為壓縮彈簧的壓縮反力大于摩擦力，這樣可使得卸載時(shí)阻尼器可以自行回到初始位置。由于組成阻尼力的兩部分力都與壓縮彈簧壓縮量保持線性關(guān)系，因此，在往復(fù)荷載作用下阻尼器的滯回曲線為位于一、三象限的兩個(gè)對(duì)角三角形，具有復(fù)阻尼特征。同時(shí)，初始狀態(tài)時(shí)，所述楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦板之間無(wú)預(yù)壓力(即接觸應(yīng)力為零)，故阻尼器的加載不需要起滑力，這有利于保證摩擦界面的性能穩(wěn)定。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0017]該阻尼器制作簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定，同時(shí)該阻尼器還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1)阻尼力隨變形線性變化，具有復(fù)阻尼特征，在大多數(shù)情況下可替代粘滯阻尼器。即該阻尼器在變形從初始位置增大時(shí)(即加載過(guò)程)，提供隨位移幅值線性增加的阻尼力，當(dāng)其從振幅位置向初始位置回復(fù)時(shí)(即卸載過(guò)程)，提供隨位移幅值線性減小的阻尼力，且相同變形位置處對(duì)應(yīng)的加載過(guò)程阻尼力大于卸載過(guò)程阻尼力。由于加載過(guò)程和卸載過(guò)程都是線性的，二者對(duì)應(yīng)的力-變形曲線所圍面積(即為耗散的能量)也隨著振幅的增加而線性增加；當(dāng)結(jié)構(gòu)保持彈性時(shí)，該阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比不受變形幅值的影響，具有復(fù)阻尼的特征。復(fù)阻尼力隨變形幅值線性變化，粘滯阻尼力隨變形速度線性變化，在絕大多數(shù)工程應(yīng)用條件下，包括TMD減振結(jié)構(gòu)體系中，兩種阻尼具有相近的減振效果。而本實(shí)用新型的造價(jià)遠(yuǎn)低于粘滯阻尼器，性價(jià)比占優(yōu)。
[0019]2)摩擦界面初始狀態(tài)無(wú)接觸應(yīng)力，即本實(shí)用新型提出的阻尼器雖然也是基于摩擦機(jī)制提供耗能，但在初始狀態(tài)時(shí)，摩擦界面接觸應(yīng)力為零，有利于保證摩擦界面的性能穩(wěn)定性，這也是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的具有復(fù)阻尼特征的板式向心摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖；
[0021]圖2是圖1的C-C剖面圖；
[0022]圖3是楔形滑動(dòng)摩擦塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是圖3的A-A剖面圖；
[0024]圖5是圖3楔形滑動(dòng)摩擦塊的三維立體圖；
[0025]圖6是擠壓楔形塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是圖6的B-B剖面圖；
[0027]圖8是圖6擠壓楔形塊的三維立體圖；
[0028]圖9是中間連接板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖10是圖9的A-A剖面圖
[0030]圖11是圖9中間連接板的三維立體圖；
[0031]圖12是本實(shí)用新型阻尼器滯回曲線；
[0032]圖13是本實(shí)用新型阻尼器所用不同彈簧的力-位移關(guān)系曲線；
[0033]圖中:1:摩擦板，2:上部固定板，3:下部固定板，4:端板，5:中間連接板，6、7:楔形滑動(dòng)摩擦塊、8、9、10、11:擠壓楔形塊，12:壓縮彈簧。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]如