專利名稱：一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，屬于土木工程和機械工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管狀結(jié)構(gòu)一般具有外表呈圓柱形、壁厚相對外直徑較小、長細比較大等特征。在土木工程和機械工程中，包括管道、桅桿、塔式結(jié)構(gòu)及其部件等多種形式的管狀結(jié)構(gòu)的振動可能嚴(yán)重影響正常的使用，甚至造成較嚴(yán)重的破壞，必要時需要采用有效的減振措施保證結(jié)構(gòu)的適用性和安全性。例如，管道作為液體動力傳輸、傳動和控制的基本元件，在動力源的壓力脈動下可能產(chǎn)生較大振動，以致不能穩(wěn)定工作.當(dāng)壓力脈動的諧振頻率與管道結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時，會發(fā)生共振，甚至使管道系統(tǒng)嚴(yán)重破壞，發(fā)生重大事故。又如，對于較高較柔的信號塔等結(jié)構(gòu)，其在颶風(fēng)和地震作用下將產(chǎn)生較明顯的動力響應(yīng)，如果結(jié)構(gòu)剛度不足或與外界環(huán)境產(chǎn)生共振，將產(chǎn)生嚴(yán)重的變形甚至倒塌，必將嚴(yán)重影響使用性能。近年來，針對土木及機械領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)抗振減振措施日益豐富，但由于管狀結(jié)構(gòu)的輕柔特性及其有限的內(nèi)部空間，常用的抗振減振技術(shù)很難具備良好的效果。例如，應(yīng)用于管道的法蘭連接一般屬于剛性連接，將產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，而屬于柔性連接的普通卡箍又不具備良好的阻尼耗能特性。又如，適用于一般土木結(jié)構(gòu)的粘滯阻尼器和調(diào)諧阻尼器，由于安裝不便或?qū)Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的動力性能影響而很難在高聳結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上應(yīng)用。借鑒各領(lǐng)域的技術(shù)手段，采用新型減振材料和工藝，綜合利用各種措施的特點，可以部分克服上述管狀結(jié)構(gòu)隔振的不足，為結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)提供更多樣性的技術(shù)支持，具有重大的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，屬于土木工程和機械工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種能夠降低管狀結(jié)構(gòu)多個方向振動的卡箍式阻尼器。該阻尼器具有功能豐富、安裝簡便、布置靈活、成本低廉等特點。本發(fā)明通過在能夠?qū)⒐軤罱Y(jié)構(gòu)箍緊的內(nèi)卡箍的環(huán)向和長軸向上布置具有較強耗能特性的橡膠阻尼環(huán)，在振動過程中，橡膠阻尼環(huán)由于變形將產(chǎn)生較大阻尼并與管狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對調(diào)諧振動，從而實現(xiàn)對管狀結(jié)構(gòu)長軸方向、任意徑向的減振，也可以適當(dāng)降低繞徑向的扭轉(zhuǎn)振動。布置于阻尼環(huán)和防撞墊外面的外卡箍具有美觀性和防護性，可以保證阻尼器普遍適用于外露式和埋入式管狀結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，包括內(nèi)卡箍1、軸向橡膠阻尼環(huán)2、環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3、減振彈簧4、防撞墊5、外卡箍6、鎖定螺栓7 ;在管狀結(jié)構(gòu)外部設(shè)置內(nèi)卡箍1，內(nèi)卡箍I將管狀結(jié)構(gòu)箍緊，在內(nèi)卡箍I的軸向設(shè)置的減振彈簧4與軸向橡膠阻尼環(huán)2相連，在內(nèi)卡箍I的環(huán)向設(shè)置的減振彈簧4與環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3相連，在軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3外部均設(shè)置防撞墊5,在防撞墊5外部設(shè)置外卡箍6,在外卡箍6外端部設(shè)置鎖定螺栓7 ;在管狀結(jié)構(gòu)振動時，布置在內(nèi)卡箍I外面的軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3利用阻尼降低結(jié)構(gòu)多維動力反應(yīng)，同時和減振彈簧4形成調(diào)諧減振器進行多維耗能；防撞墊5控制軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的行程；外卡箍6避免外部環(huán)境對阻尼環(huán)振動的干擾。所述的內(nèi)卡箍I由完全相同的兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的組成，材料為橡膠或鋼材，其內(nèi)徑與管狀結(jié)構(gòu)的外徑相同，當(dāng)內(nèi)卡箍I將管狀結(jié)構(gòu)箍緊后，在兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的接縫處需要進行密封或焊接以及防水處理，內(nèi)卡箍I沿環(huán)向和長軸向的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈黃4能夠與之有效連接。所述的軸向橡膠阻尼環(huán)2的內(nèi)外徑分別與內(nèi)卡箍I的內(nèi)外徑相等，軸向橡膠阻尼環(huán)2的厚度不大于其外徑的50%。環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的外徑不大于管狀結(jié)構(gòu)外徑的3倍，環(huán)向橡膠阻尼環(huán)2的厚度不大于其外徑的30%。所述的軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的材料成分為以下材料中的一種或多種:丁基橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠。所述的軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)2的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧4能夠與軸向橡膠阻尼環(huán)2有效連接；所述的減振彈簧4的無外力長度不應(yīng)大于內(nèi)卡箍I外徑的50%。所述的防撞墊5外形為圓形，材料為天然橡膠，厚度不大于軸向橡膠阻尼環(huán)2厚度的50%，且在無外力作用下防撞墊5與軸向橡膠阻尼環(huán)2的間隙不小于減振彈簧4長度的30%。所述的外卡箍6由完全相同的兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的組成,夕卜卡箍6的內(nèi)徑與防撞墊5的外徑相同，半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別留有兩個螺栓孔，使鎖定螺栓7能夠鎖緊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:I)本發(fā)明中的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器可以有效降低管狀結(jié)構(gòu)的軸向及環(huán)向振動，部件組合合理，機理明確。2)本發(fā)明中的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器既可以用阻尼減振，也可以用調(diào)諧質(zhì)量的方法減振，綜合利用了多種減振技術(shù)。3 )本發(fā)明構(gòu)造較簡單，所用材料成本較低，普遍適用于外露式和埋入式管狀結(jié)構(gòu)，不影響原有管狀結(jié)構(gòu)的使用功能，且可以在管狀結(jié)構(gòu)使用的任何階段進行施工安裝。


圖1為本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器軸向剖面示意圖；圖2為本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器1-1環(huán)向剖面示意圖；圖3為本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器內(nèi)部側(cè)向示意圖；圖4為本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器在管道外部布置時的示意圖；圖5為本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器在管道外部布置時的示意圖；圖中:1-內(nèi)卡箍，2-軸向橡膠阻尼環(huán)，3-環(huán)向橡膠阻尼環(huán)，4-減振彈簧，5—防撞墊，6—外卡箍，7—鎖定螺栓，8—管狀結(jié)構(gòu)，9一管道，10-動力泵，11-信號塔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。實施例1:如圖4所示，某露天輸液管道9在兩個動力泵10之間的長度為50米，管道9內(nèi)徑為0.5米，外徑為0.6米。由于中間受使用環(huán)境影響不能采取直線型管道，因此管道9振動比較復(fù)雜，基本振動頻率為0.455Hz，使用時最大加速度幅值為2.llX10_2m/s2。為了降低振動幅值，采用本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器。在管道9每個直段的中部布置同樣規(guī)格的卡箍式阻尼器，共計三個。首先，內(nèi)卡箍I由兩個完全相同的半圓柱形薄壁天然橡膠套組成，內(nèi)徑為0.6米，壁厚0.08米，軸長1.2米。內(nèi)卡箍I沿環(huán)向和長軸向的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧)能夠與之有效連接。軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的材料成分為均為丁基橡膠。軸向橡膠阻尼環(huán)2有兩個，其內(nèi)外徑均分別與內(nèi)卡箍I的內(nèi)外徑相等，軸向橡膠阻尼環(huán)2的厚度均為0.08米。環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的壁厚為0.04米，外徑為0.84米。軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧4能夠與之有效連接。軸向減振彈簧共計12個，自由長度為0.15米；環(huán)向減振彈簧共計8個，自由長度為0.12米。防撞墊5外形為圓形,材料為天然橡膠,厚度為0.05米。外卡箍6由完全相同的兩個半圓柱形薄壁鋼結(jié)構(gòu)的組成，外卡箍6內(nèi)徑與防撞墊5外徑相同。當(dāng)內(nèi)卡箍I將管道9箍緊后，在兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的接縫處需要進行密封以及防水處理。然后將軸向和環(huán)向的減振彈簧4分別與軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3相連，并確保軸向橡膠阻尼環(huán)2對稱安裝在內(nèi)卡箍I兩端。將防撞墊5和外卡箍6先后放入管道9外徑上，用鎖定螺栓7將兩個半圓柱形薄壁鋼結(jié)構(gòu)栓緊，最后使外卡箍6完全密封。經(jīng)實體有限元數(shù)值仿真分析并結(jié)合部分實測，添加卡箍式阻尼器后，管道9的基本振動頻率降為0.382Hz，最大加速度幅值降為1.58X 10_2m/s2。結(jié)果表明控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器具有較明顯的減振效果。實施例2:如圖5所示，某信號塔11外徑為0.66米，壁厚0.04米，高22米。該塔水平向基本振動頻率為0.911Hz，在風(fēng)載作用下使用時最大加速度幅值為4.34X10_2m/s2。為了降低振動幅值，采用本發(fā)明的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器。在距離信號塔11的頂端5米處布置一個卡箍式阻尼器。首先，內(nèi)卡箍I由兩個完全相同的半圓柱形薄壁天然橡膠套組成，內(nèi)徑為0.66米，壁厚0.12米，軸長1.8米。內(nèi)卡箍I沿環(huán)向和長軸向的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧4能夠與之有效連接。軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的材料成分為均為硅橡膠。軸向橡膠阻尼環(huán)2有兩個，其內(nèi)外徑均分別與內(nèi)卡箍I的內(nèi)外徑相等，軸向橡膠阻尼環(huán)2的厚度均為0.12米。環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的壁厚為0.07米，外徑為0.9米。軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧4能夠與之有效連接。軸向減振彈簧共計15個，自由長度為0.12米；環(huán)向減振彈簧共計8個，自由長度為
0.12米。防撞墊5外形為圓形,材料為天然橡膠,厚度為0.05米。外卡箍6由完全相同的兩個半圓柱形薄壁鋼結(jié)構(gòu)的組成，外卡箍6內(nèi)徑與防撞墊5外徑相同。當(dāng)內(nèi)卡箍I將信號塔外壁箍緊后，在兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的接縫處需要進行密封以及防水處理。然后將軸向和環(huán)向的減振彈簧4分別與軸向橡膠阻尼環(huán)2和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)3相連，并確保軸向橡膠阻尼環(huán)2對稱安裝在內(nèi)卡箍I兩端。將防撞墊5和外卡箍6先后放入信號塔11外徑上，用鎖定螺栓7將兩個半圓柱形薄壁鋼結(jié)構(gòu)栓緊，最后使外卡箍6完全密封。經(jīng)實體有限元數(shù)值仿真分析并結(jié)合部分實測，添加卡箍式阻尼器后，基本振動頻率降為0.875Hz，最大加速度幅值降為4.08X 10_2m/s2。結(jié)果表明控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器具有較明顯的減振效果。以上為本發(fā)明的2個典型實施例，但本發(fā)明的實施不限于此。
權(quán)利要求
1.一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:包括內(nèi)卡箍(I)、軸向橡膠阻尼環(huán)(2)、環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)、減振彈簧(4)、防撞墊(5)、外卡箍(6)、鎖定螺栓(7);在管狀結(jié)構(gòu)外部設(shè)置內(nèi)卡箍(1)，內(nèi)卡箍(I)將管狀結(jié)構(gòu)箍緊，在內(nèi)卡箍(I)的軸向設(shè)置的減振彈簧(4 )與軸向橡膠阻尼環(huán)(2)相連，在內(nèi)卡箍(I)的環(huán)向設(shè)置的減振彈簧(4 )與環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)相連，在軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)外部均設(shè)置防撞墊(5)，在防撞墊(5)外部設(shè)置外卡箍(6),在外卡箍(6)外端部設(shè)置鎖定螺栓(7);在管狀結(jié)構(gòu)振動時，布置在內(nèi)卡箍(I)外面的軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)利用阻尼降低結(jié)構(gòu)多維動力反應(yīng)，同時和減振彈簧(4)形成調(diào)諧減振器進行多維耗能；防撞墊(5)控制軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)的行程；外卡箍(6)避免外部環(huán)境對阻尼環(huán)振動的干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的內(nèi)卡箍(I)由完全相同的兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的組成，材料為橡膠或鋼材，其內(nèi)徑與管狀結(jié)構(gòu)的外徑相同，當(dāng)內(nèi)卡箍(I)將管狀結(jié)構(gòu)箍緊后，在兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的接縫處需要進行密封或焊接以及防水處理，內(nèi)卡箍(I)沿環(huán)向和長軸向的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈黃(4)能夠與之有效連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的軸向橡膠阻尼環(huán)(2)的內(nèi)外徑分別與內(nèi)卡箍(I)的內(nèi)外徑相等，軸向橡膠阻尼環(huán)(2)的厚度不大于其外徑的50%。環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)的外徑不大于管狀結(jié)構(gòu)外徑的3倍，環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(2)的厚度不大于其外徑的30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)的材料成分為以下材料中的一種或多種:丁基橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(2)的外表均具有嵌入式鋼掛鉤，保證減振彈簧(4)能夠與軸向橡膠阻尼環(huán)(2)有效連接；所述的減振彈簧(4)的無外力長度不應(yīng)大于內(nèi)卡箍(I)外徑的50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的防撞墊(5)外形為圓形，材料為天然橡膠，厚度不大于軸向橡膠阻尼環(huán)(2)厚度的50%，且在無外力作用下防撞墊(5)與軸向橡膠阻尼環(huán)(2)的間隙不小于減振彈簧(4)長度的30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，其特征在于:所述的外卡箍(6)由完全相同的兩個半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的組成,夕卜卡箍(6)的內(nèi)徑與防撞墊(5)的外徑相同，半圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別留有兩個螺栓孔，使鎖定螺栓(7)能夠鎖緊。
全文摘要
一種控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器，屬于土木工程和機械工程技術(shù)領(lǐng)域。在管狀結(jié)構(gòu)外部設(shè)置內(nèi)卡箍(1)，內(nèi)卡箍(1)將管狀結(jié)構(gòu)箍緊，在內(nèi)卡箍(1)的軸向設(shè)置的減振彈簧(4)與軸向橡膠阻尼環(huán)(2)相連，在內(nèi)卡箍(1)的環(huán)向設(shè)置的減振彈簧(4)與環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)相連，在軸向橡膠阻尼環(huán)(2)和環(huán)向橡膠阻尼環(huán)(3)外部均設(shè)置防撞墊(5)，在防撞墊(5)外部設(shè)置外卡箍(6)，在外卡箍(6)外端部設(shè)置鎖定螺栓(7)；控制管狀結(jié)構(gòu)多維振動的卡箍式阻尼器可以有效降低管狀結(jié)構(gòu)的軸向及環(huán)向振動，部件組合合理，機理明確；本發(fā)明造較簡單，所用材料成本較低，且可以在管狀結(jié)構(gòu)使用的任何階段進行施工安裝。
文檔編號F16F7/00GK103104646SQ201310023729
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者何浩祥, 叢茂林, 馬裕超, 韓恩圳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)