專(zhuān)利名稱(chēng)：運(yùn)動(dòng)鎖定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在低速載荷下允許構(gòu)件相互運(yùn)動(dòng)，而在高速載荷下鎖定構(gòu)件
運(yùn)動(dòng)的阻尼裝置，特別是用于橋梁活動(dòng)支座中的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置。
背景技術(shù)：
地震作為不能避免的自然災(zāi)害，會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。而地震對(duì)于橋梁的破壞 直接損失更大，因此對(duì)于橋梁建設(shè)而言，如何提高橋梁的抗震能力并降低地震對(duì)橋梁的坡 環(huán)，是十分重要的問(wèn)題。 對(duì)于橋梁抗震來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)人們往往是加大梁、柱、剪力墻用來(lái)被動(dòng)抵抗，而非 采用更主動(dòng)的辦法去減小結(jié)構(gòu)所受地震力。到了二十世紀(jì)末期，這種現(xiàn)象有了很大的改變。 人們?cè)谠鰪?qiáng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之外，吸收航空和機(jī)械等其他領(lǐng)域的成果，采取在結(jié)構(gòu)上另外安 裝新的裝置來(lái)減小結(jié)構(gòu)所受的地震力，例如利用隔震措施或各種阻尼器的減震系統(tǒng)，以及 在高層建筑中已投入實(shí)用的被動(dòng)質(zhì)量調(diào)諧阻尼系統(tǒng)和主動(dòng)控制減震系統(tǒng)。這些方法歸納起 來(lái)形成了目前橋梁抗震領(lǐng)域常用的三種抗震設(shè)計(jì)方法，即傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，近些年 出現(xiàn)的減隔震結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)方法。 減隔震技術(shù)是通過(guò)引入隔震裝置改變結(jié)構(gòu)在地震中的動(dòng)力響應(yīng)特性，從而減少地
震輸入，外加耗能機(jī)制作為主要的抗震構(gòu)件，而以結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震為輔。在該方法中，基本目
的是要大大減小傳遞到結(jié)構(gòu)上的地震力和能量，其抗震能力是通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，增加耗
能能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)依據(jù)一般包括全保護(hù)隔震設(shè)計(jì)、部分保護(hù)隔震設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)原則。從
各國(guó)的橋梁減隔震應(yīng)用情況來(lái)看，目前橋梁減隔震設(shè)計(jì)中已采用的主要是分層橡膠支座、
鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座，且通常安裝在橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺(tái)之間。 目前針對(duì)這種情況研究和使用較多的是從減隔震設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，將制動(dòng)墩支座
做成減隔震支座進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，但是該方法也有它的適用范圍，因?yàn)闃蛄菏欠襁m合采用隔
震設(shè)計(jì)，應(yīng)從橋梁在地震時(shí)和正常使用時(shí)兩個(gè)方面來(lái)考慮，并結(jié)合其延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)固有周
期及吸收能量能力的效果進(jìn)行研究后方可決定。 而且，減隔震設(shè)計(jì)也面臨著其它問(wèn)題首先，因?yàn)闇p隔震設(shè)計(jì)一般是通過(guò)使用低剛 度的支座來(lái)改變延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力周期，這樣由于支座剛度較低使得它自身的變形在地震以 外的工況下會(huì)增大，進(jìn)而可能會(huì)影響整體系統(tǒng)的穩(wěn)定及自身的穩(wěn)定，所以每個(gè)減隔震系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)都需要針對(duì)具體工程情況進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算和設(shè)計(jì)，以保證在常規(guī)作用和地震作用下結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度、靜動(dòng)剛度和穩(wěn)定性能夠滿(mǎn)足兩個(gè)時(shí)期各自的要求，這需要設(shè)計(jì)單位有很高的減隔 震設(shè)計(jì)理論和計(jì)算分析能力；同時(shí)，從隔震產(chǎn)品角度來(lái)講，由于環(huán)保的原因，發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在 已經(jīng)較少使用原本減隔震支座中的主力——鉛芯橡膠支座，而另一個(gè)主要的隔震產(chǎn)品—— 分層橡膠支座由于需要控制它在地震下過(guò)大的變形，一般需要配合阻尼器來(lái)共同使用，這 需要各個(gè)隔震產(chǎn)品的成熟和配合的可靠，同時(shí)也增加了使用的復(fù)雜度和成本，而高阻尼橡 膠支座需要保證能生產(chǎn)出大量性能穩(wěn)定和可靠產(chǎn)品；另外，從耐久性角度，使用減隔震支座 后，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震將依賴(lài)隔震支座來(lái)獨(dú)自承擔(dān)，而隔震支座目前多為橡膠和鋼板膠合結(jié)構(gòu)，在風(fēng)吹日曬等條件下的使用壽命一般低于盆式支座，這將成為整個(gè)抗震系統(tǒng)的隱憂(yōu)；最 后，從工程造價(jià)角度，橋梁結(jié)構(gòu)使用隔震支座時(shí)，一般每個(gè)支撐位置都需要使用隔震支座， 這也使得整個(gè)系統(tǒng)成本大大提高。 為此，本發(fā)明的申請(qǐng)人提出 一種橋梁抗震活動(dòng)支座，支座的上部結(jié)構(gòu)安裝在梁體 上，支座的下部結(jié)構(gòu)安裝在墩柱上。在低速載荷下，支座上部結(jié)構(gòu)可以相對(duì)支座下部結(jié)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)。但是在高速載荷下(例如發(fā)生地震時(shí))，可以鎖定支座上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，使得梁體 和墩柱剛性地連成一體。這樣地震水平載荷由橋梁中的所有支座分擔(dān)，而不單獨(dú)由隔震支 座承擔(dān)，從而改善了墩柱的受力狀況，有利于提高橋梁的抗震能力。 現(xiàn)有的流體阻尼器主要是用于大跨度橋梁、大柔度橋梁上，由于耗能需要大的位 移量，就需要阻尼器產(chǎn)生很大的位移，來(lái)吸收能量。因而，這種現(xiàn)有流體阻尼器不能滿(mǎn)足在 低速載荷下允許相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在高速載荷下鎖定運(yùn)動(dòng)的要求，因而無(wú)法應(yīng)用到該橋梁抗震支 座中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，其能滿(mǎn)足在低速荷載下允許相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，在高速荷載下能鎖定運(yùn)動(dòng)的要求。 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，包括缸體和活塞桿，活塞桿包括 位于缸體內(nèi)的活塞頭，活塞頭將缸體分成第一腔室和第二腔室，端蓋分別位于缸體的兩端， 活塞桿的兩端從端蓋伸出，其中所述活塞頭的外徑比缸體的內(nèi)徑小，從而在活塞頭和缸體 之間形成有間隙；阻尼介質(zhì)充滿(mǎn)在缸體的第一腔室和第二腔室中，并可通過(guò)間隙在第一腔 室和第二腔室中流動(dòng)，該阻尼介質(zhì)對(duì)活塞桿產(chǎn)生的阻尼力F與活塞桿運(yùn)動(dòng)的速度V的關(guān)系 由下式?jīng)Q定
F = C V° 其中，C為阻尼系數(shù)，a為速度指數(shù)，該速度指數(shù)大于等于2。 上述阻尼介質(zhì)為有機(jī)硅油，其有機(jī)基質(zhì)為甲基硅油，無(wú)機(jī)填料為白炭黑。 上述缸體的壁面上的設(shè)有通孔，所述阻尼介質(zhì)可通過(guò)該通孔注入或卸出缸體，該
通孔上設(shè)有密封件將其密封。 上述端蓋上在靠近活塞桿的內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽、第二密封槽、第三 密封槽和第四密封槽；在靠近缸體的外壁上設(shè)有第五密封槽，第一密封槽內(nèi)設(shè)置有第一密 封環(huán)，第四密封槽內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)，第二密封槽內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán)，第三密封槽內(nèi)設(shè)有第 二導(dǎo)向環(huán)，第五密封槽內(nèi)設(shè)有卡環(huán)。 本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，使得在低速情況下可以允許活塞桿相對(duì)缸體運(yùn)動(dòng)，而在 高速情況下則產(chǎn)生極大阻尼力使得活塞桿鎖定。


圖1為本發(fā)明運(yùn)動(dòng)鎖定裝置的剖視圖。
圖2為圖1中A部的放大圖。 圖3為安裝有本發(fā)明運(yùn)動(dòng)鎖定裝置的橋梁支座的俯視圖。 圖4為本發(fā)明運(yùn)動(dòng)鎖定裝置與現(xiàn)有流體阻尼器的速度_阻尼力曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置包括缸體1和活塞桿2。缸體1的兩端設(shè)有端
蓋3，用于密閉缸體1。端蓋3上設(shè)有開(kāi)口供活塞桿2的兩端從端蓋中伸出?；钊麠U2中部
形成活塞頭21，活塞頭21位于缸體1中將其分成第一腔室11和第二腔室12。 活塞頭21的外徑小于缸體1的內(nèi)徑，從而在兩者之間形成細(xì)微的間隙22。在一較
佳實(shí)施例中，該間隙的徑向距離例如為lmm。第一腔室11和第二腔室12通過(guò)該間隙22連通。 缸體1內(nèi)充滿(mǎn)阻尼介質(zhì)4。阻尼介質(zhì)4可通過(guò)缸體1壁面上的通孔23注入或卸出 缸體l。阻尼介質(zhì)4注入后，需將通孔23用密封件(未顯示)密封，防止泄漏。
由于間隙22較小，當(dāng)活塞桿2在低速載荷下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼介質(zhì)4可通過(guò)間隙 22從第一腔室11緩慢地流到第二腔室12，或者從第二腔室12緩慢地流到第一腔室11。在 這種情況下，活塞桿2可以相對(duì)缸體1沿軸向運(yùn)動(dòng)。 端蓋3設(shè)有密封槽和密封件以密封阻尼介質(zhì)4。具體地，端蓋3上在靠近活塞桿2 的內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽31、第二密封槽32、第三密封槽33和第四密封槽34 ;在 靠近缸體1的外壁上設(shè)有第五密封槽35。第一密封槽31內(nèi)設(shè)置有第一密封環(huán)310，第四密 封槽34內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)340。第二密封槽32內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán)320，第三密封槽33內(nèi) 設(shè)有第二導(dǎo)向環(huán)330。第五密封槽35內(nèi)設(shè)有卡環(huán)350。當(dāng)安裝到如圖2所示的活動(dòng)橋梁支 座上時(shí)，缸體1與支座的上部結(jié)構(gòu)50固定，活塞桿與支座的下部結(jié)構(gòu)60固定，從而在低速 條件下可以讓支座上部結(jié)構(gòu)50相對(duì)于支座下部結(jié)構(gòu)60水平運(yùn)動(dòng)。 若活塞桿2受到高速載荷，例如地震發(fā)生時(shí)的水平載荷，由于間隙22較小，阻尼介 質(zhì)4無(wú)法快速通過(guò)間隙22在兩個(gè)腔室內(nèi)流動(dòng)，從而對(duì)活塞體21形成極大的反向阻力。此 時(shí)，活塞桿2無(wú)法相對(duì)缸體1運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于將活塞桿2鎖定。通過(guò)此方式，將橋梁支座鎖定， 讓地震載荷由橋梁上所有的支座一起分擔(dān)。 —般，流體阻尼器中的阻尼力由下列公式得出F = C Va 上式中，F(xiàn)為阻尼力，C為阻尼系數(shù)，V為活塞桿的速度，a為速度指數(shù)。 現(xiàn)有的流體阻尼器，通常選擇a = 0. 1為速度指數(shù)，因而隨著速度的上升，阻尼力
而緩慢增大。在本發(fā)明中，選擇a》2為速度指數(shù)。這樣，阻尼力隨著速度上升而急劇上
升，受此阻力，活塞桿2無(wú)法相對(duì)于缸體1運(yùn)動(dòng)而鎖定。 圖3所示為本發(fā)明與現(xiàn)有流體阻尼器的曲線比較圖，其中橫軸表示活塞桿的速度 V，縱軸表示阻尼力F。曲線A表示本發(fā)明在a =2時(shí)實(shí)施例的速度_阻尼力比率圖，曲線 B表示現(xiàn)有阻尼器的速度_阻尼力比率圖，直線C表示兩者的分界線。從圖3可以看出，現(xiàn) 有阻尼器隨著速度增加，阻尼力也會(huì)逐漸增加。而本發(fā)明的速度在同樣增加的情況下，阻尼 力上升的斜率很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有阻尼器的升幅，因此很快就能達(dá)到使得活塞桿2鎖定的 預(yù)定值。 本發(fā)明采用性能穩(wěn)定的有機(jī)硅油作為阻尼介質(zhì)，該有機(jī)硅油的塑性粘度0.82，反 彈率80%，塌落度12.7mm。有機(jī)硅油是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，其分子 主鏈?zhǔn)且粭l由硅原子和氧原子交替組成的骨架。在本發(fā)明中，該硅脂材料的有機(jī)基質(zhì)為甲 基硅油，無(wú)機(jī)填料為白炭黑，分子量為6787 。
這種特殊的分子結(jié)構(gòu)和組成使硅油集無(wú)機(jī)物的特性和有機(jī)物的功能于一身，不但 具有無(wú)機(jī)物二氧化硅的耐高溫、耐氣候老化、耐臭氧、電絕緣、耐燃、無(wú)毒無(wú)腐蝕和化學(xué)性穩(wěn) 定、無(wú)色無(wú)味、不揮發(fā)等優(yōu)異性能，而且具有高分子材料高粘性的特性。
權(quán)利要求
一種運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，包括缸體(1)和活塞桿(2)，活塞桿(2)包括位于缸體(1)內(nèi)的活塞頭(21)，活塞頭(21)將缸體分成第一腔室(11)和第二腔室(12)，端蓋(3)分別位于缸體(1)的兩端，活塞桿(2)的兩端從端蓋(3)伸出，其特征在于，所述活塞頭(21)的外徑比缸體(1)的內(nèi)徑小，從而在活塞頭(21)和缸體(1)之間形成有間隙(22)；阻尼介質(zhì)(4)充滿(mǎn)在缸體(1)的第一腔室(11)和第二腔室(12)中，并可通過(guò)間隙(22)在第一腔室(11)和第二腔室(12)中流動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，其特征在于，該阻尼介質(zhì)(4)對(duì)活塞桿(2)產(chǎn)生 的阻尼力F與活塞桿運(yùn)動(dòng)的速度V的關(guān)系由下式?jīng)Q定F = C V。其中，C為阻尼系數(shù)，a為速度指數(shù)，該速度指數(shù)大于等于2。
3. 如權(quán)利要求l所述的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，其特征在于，所述阻尼介質(zhì)(4)為有機(jī)硅油，其 有機(jī)基質(zhì)為甲基硅油，無(wú)機(jī)填料為白炭黑。
4. 如權(quán)利要求l所述的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，其特征在于，所述缸體(1)的壁面上的設(shè)有通孔 (23)，所述阻尼介質(zhì)(4)可通過(guò)該通孔(23)注入或卸出缸體(l)，該通孔(23)上設(shè)有密封 件將其密封。
5. 如權(quán)利要求l所述的運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，其特征在于，端蓋(3)上在靠近活塞桿(2)的 內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽(31)、第二密封槽(32)、第三密封槽(33)和第四密封槽 (34);在靠近缸體(1)的外壁上設(shè)有第五密封槽(35)，第一密封槽(31)內(nèi)設(shè)置有第一密封 環(huán)(310)，第四密封槽(34)內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)(340)，第二密封槽(32)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán) (320)，第三密封槽(33)內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)向環(huán)(330)，第五密封槽(35)內(nèi)設(shè)有卡環(huán)(350)。
全文摘要
本發(fā)明為一種運(yùn)動(dòng)鎖定裝置，包括缸體和活塞桿，活塞桿包括位于缸體內(nèi)的活塞頭，活塞頭將缸體分成第一腔室和第二腔室，端蓋分別位于缸體的兩端，活塞桿的兩端從端蓋伸出，其中所述活塞頭的外徑比缸體的內(nèi)徑小，從而在活塞頭和缸體之間形成有間隙；阻尼介質(zhì)充滿(mǎn)在缸體的第一腔室和第二腔室中，并可通過(guò)間隙在第一腔室和第二腔室中流動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)鎖定裝置的力學(xué)性能可以用F＝C·Vα來(lái)描述，其中F為阻尼力，V為活塞桿相對(duì)于缸體的速度，α為速度指數(shù)，C為阻尼系數(shù)，通常α≥2。該運(yùn)動(dòng)鎖定裝置使得在低速情況下可以允許活塞桿相對(duì)缸體運(yùn)動(dòng)，而在高速情況下則產(chǎn)生極大阻尼力使得活塞桿鎖定。
文檔編號(hào)E01D19/04GK101718076SQ20081020097
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者仝強(qiáng), 周振興, 周良, 沈桂平, 閆興非, 陳巧珊, 馬韓江 申請(qǐng)人:上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院;武漢艾爾格橋梁新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司