[发明专利]一种惯容耗能增效装置

说明书

本发明涉及一种惯容耗能增效装置，包括滚珠螺杆式惯容组件和黏滞阻尼组件，滚珠螺杆式惯容组件包括一号外筒、螺旋副和旋转飞轮，一号外筒内部设有螺杆行程室以及与外界相连通的飞轮室，螺旋副包括螺杆、螺母和多个滚珠，黏滞阻尼组件包括二号外筒、导杆和活塞，二号外筒和一号外筒相连接，二号外筒内部设有相连通的主腔室和副腔室，主腔室和螺杆行程室相连通，导杆和螺杆相连接，活塞将主腔室分隔成一号室和二号室，一号室和二号室中均填充有黏滞流体。与现有技术相比，本装置出力大，行程长，双出杆构造可避免顶死现象，增强稳定性，形式简单易实现，与弹簧或支撑等连接后安装到结构中，可与结构产生异步相位，产生吸能‑耗能阻尼增效。

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种惯容耗能增效装置。

背景技术

目前惯容元件一般作为独立的装置，与耗能装置、弹簧等连接形成减振系统，各元件分别进行单独的设计与加工后投入使用。有学者提出包含旋转黏滞阻尼元件和惯容元件两部分的惯性质量阻尼器，黏滞阻尼元件部分的筒体和惯容部分的滚珠螺母同步作旋转运动，从而放大质量和阻尼效应，但这种惯容耗能增效装置机制复杂，加工难度大，不易实现，目前尚未得到推广使用。

有学者在专利CN102494080A中提出一种惯容器与阻尼同轴并联的一体式减振器装置，然而该装置为单出杆形式，由于油缸与其内部黏滞流体体积不可压缩，当活塞运动时常会导致缸内的压力急剧变化，导杆抽出和回缩过程中油缸内出现真空和顶死现象，使导杆运动受阻，导致其出力和减振性能非常不理想，也无法保证其轴向受力稳定平衡，难以投入实际使用。同时，由于该减震器装置中飞轮位于惯容工作腔内，整体的横向宽度较大，这符合该减震器装置适用于汽车工程领域的需求，这种设置是出于车辆底盘内可供惯容器布置的空间较小、惯容器和阻尼的工作行程有限等考虑，将惯容器与阻尼集成的主要目的是克服车辆底盘内机械元件布置空间较小和工作行程有限的缺点，且阻尼结构部分是采用活塞、活塞杆和节流阀进行配合工作的，这也使得该装置行程短、出力有限，因此该装置吨位小，行程短，出力有限，不能解决大型土木结构的振动控制问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种惯容耗能增效装置，将轴向运动的黏滞阻尼组件与旋转运动的滚珠螺杆式惯容组件集成为一体，惯容耗能增效装置与弹簧或钢支撑等连接后安装到结构中，可产生吸能-耗能阻尼增效，与传统的减振装置相比，阻尼增效特性一方面可以通过调谐机制将能量由结构吸收到惯容耗能增效装置中，由阻尼组件进行耗散，另一方面惯容耗能增效装置可以与主结构产生异步相位，放大惯容耗能增效装置的变形，提高阻尼组件的耗能效率，在结构变形一定的情况下，耗散的能量大于传统的黏滞阻尼器，从而产生更好的减振效果。定义耗能变形放大率a这一无量纲参数来描述惯容耗能增效装置的阻尼增效特征，同时以减振比b作为结构减振效果的指标参数。基于随机振动理论，得到了安装惯容耗能增效装置的单自由度减振结构随机响应、耗能变形放大率及减振比的解析表达式，并经过数学推导发现了惯容系统的阻尼增效公式，即：b²(1+a²·c/d)＝1，其中耗能变形放大率a为惯容耗能增效装置的变形和安装位置处的结构变形的比值，减振比b为安装惯容耗能增效装置的减振结构响应和原结构响应比值，c为惯容耗能增效装置的阻尼比，d为结构的固有阻尼比。

该装置中的滚珠螺杆式惯容组件的惯容系数为几何参数等相关的非线性函数，同时考虑摩擦等对于耗能的贡献，黏滞阻尼组件的阻尼力与黏滞系数也有非线性的指数关系。本发明提出的惯容耗能增效装置为双出杆形式，避免真空或顶死现象，增强出力的稳定性；同时出力大，行程长，简单易加工，可用于大型土木结构的振动控制。

本发明的目的通过以下技术方案实现：