[发明专利]筒式变摩擦阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种筒式变摩擦阻尼器，可应用于建筑结构减振控制及机车减振。亦可用于制作用于航天、电子、化工、能源、仪表、医疗、卫生等领域的阻尼器。

背景技术

摩擦阻尼器是一类利用摩擦面的摩擦耗能消散振动能量的一种控制装置。建筑用摩擦阻尼器的摩擦面通常包括钢-铜、钢-钢和重载制动衬面。常见的摩擦阻尼器的核心部位为具有一定预压力的一对或多对摩擦面，外力需要克服摩擦面之间的摩擦力才能驱使阻尼器的摩擦面发生相对运动。一般的摩擦阻尼器的预压力和摩擦面的属性都是不能自动发生改变的，因而其提供的摩擦阻力也通常保持不变，阻尼器的滞回曲线接近矩形。具有矩形滞回曲线的阻尼器在工程应用中，最为关键的问题是如何确定振动荷载的作用强度，因为此类阻尼器的最大摩擦阻力一旦确定就不能更改。比如在建筑结构的抗震和抗风设计中，如果按照强振作用下的情况设计摩擦阻尼器，则该阻尼器在弱振作用下根本不会滑动，而如果按弱振情况确定滑动摩擦力，则该阻尼器在强振作用下将因为出力吨位过小而达不到理想的减振效果。由于建筑结构面临的地震作用的强度是不能准确预测的，所以在建筑结构中采用摩擦阻尼器作为减振部件存在强振和弱振不能兼顾的问题，这是影响摩擦阻尼器的广泛应用的一种重要因素。基于此，出现了一些对变摩擦的研究。

目前有三种方法产生变摩擦的效果：

1)哈尔滨工业大学在上世纪九十年代提出的“拟粘滞摩擦阻尼器”，该阻尼器的摩擦面由两个相对的凸起弧面组成，而且在初始状态时两个凸起顶点接触，如图1.(a)所示。摩擦面位于两个弹性横梁的中部，在这两个弹性横梁的端部通过螺栓施加预压力，通过弹性变形压紧弹性横梁中部的摩擦面。当摩擦面相对滑动时，两个凸起顶点错开，摩擦面将相互贴近，弹性横梁的弹性变形逐步减小，正压力相应减小，摩擦阻力因而随之减小；

2)半主动摩擦装置，此类装置在常规摩擦阻尼器中增加半控制元件，如压电元件和电磁元件，通过改变控制元件的电流调节摩擦面的正压力，从而实现变摩擦，如图1.(b)所示。

3)向心式摩擦阻尼器。美国加州伯克利大学曾研究过一种向心式变摩擦阻尼器，该阻尼器设有内置弹簧，阻尼器变形越大，弹簧压力越大，导致摩擦面正压力越大，进而实现变摩擦，如图1.(c)所示。该阻尼器的滞回曲线表现为在加载时提供大刚度、卸载时提供小刚度，能够用被动的方式实现半主动控制。其滞回曲线是两个顶点相对的三角形。

上述三种方法有一个共同点：都是通过调整摩擦面的正压力而摩擦面的属性保持不变实现变摩擦。存在较为严重的缺陷：

1)拟粘滞阻尼器虽然能够产生类似于粘滞阻尼器的滞回曲线，但是其最大值依然是固定的，这是与粘滞阻尼器的主要区别，因而该阻尼器依然存在常规摩擦阻尼器不能同时适应强振和弱振的缺陷；

2)半主动摩擦装置虽然性能优越，但是该类装置构造复杂、造价高昂、维护要求高，目前尚不可能推广使用；

3)向心式摩擦阻尼器构造精巧，但是由于其摩擦面的正压力主要来自于中间的弹簧，如图1.(c)所示，为获得建筑结构减振所需的吨位和变形能力，需要图1.(c)中的弹簧同时具有极大的刚度和较大的变形能力，如果采用螺旋弹簧，变形能力可以满足，但难获得满足要求的大刚度；

而如果采用碟形弹簧，则刚度要求可以满足，而变形能力要求则不易满足。总之，对于向心式摩擦阻尼器，很难同时满足大吨位和大变形能力的要求，因而，该阻尼器应用于小型设备减振尚可，不能满足建筑结构的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于解决了现有阻尼器的上述缺陷，提供了一种筒式变摩擦阻尼器。本发明为线性摩擦阻尼，能够同时满足工程结构强振和弱振时的减振要求。