本發(fā)明涉及減震裝置，特別是涉及采用圓柱形螺旋壓縮彈簧的阻尼器。

背景技術(shù)：

阻尼器是一種以提供運(yùn)動的阻力來耗減運(yùn)動能量的減震裝置。利用阻尼器來耗能減震是一種被廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍工、槍炮以及汽車等行業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)。自二十世紀(jì)七十年代以來，人們開始逐步的把利用阻尼器耗能減震的技術(shù)應(yīng)用到建筑、橋梁、鐵路等結(jié)構(gòu)工程中。而螺旋彈簧阻尼器以其抗沖擊能力高、成本低、減震效果好的特性被廣泛應(yīng)用于各種建筑的抗震結(jié)構(gòu)中。

人們對于建筑物尤其是高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)追求一種“抗”與“耗”相結(jié)合的綜合的抗震性能，即在弱風(fēng)振和小地震的作用下抗震結(jié)構(gòu)能為建筑物主體提供額外的附加剛度來抵抗外部載荷的作用，保持主體結(jié)構(gòu)的完整性，避免結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)內(nèi)部損傷，而在強(qiáng)風(fēng)振和大地震的作用下抗震結(jié)構(gòu)則開始屈服變形，通過抗震結(jié)構(gòu)中的阻尼器的阻尼作用來耗散外部能量，使結(jié)構(gòu)主體在強(qiáng)風(fēng)振和大地震中不至于被嚴(yán)重破壞甚至倒塌，保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。這便要求應(yīng)用于抗震結(jié)構(gòu)在外部弱載荷的作用下能保持剛性，不發(fā)生變形；在外部強(qiáng)載荷的作用下則能變形耗能。然而現(xiàn)有的彈簧阻尼器還無法滿足上述抗震需求，任何彈簧阻尼器在外部載荷的作用下均會產(chǎn)生或多或少的彈性變形。因此上述人們所追求的建筑物抗震結(jié)構(gòu)的性能是很難實(shí)現(xiàn)的。

授權(quán)公告號為CN 204081122 U的實(shí)用新型專利申請公開了一種建筑用抗風(fēng)減震彈簧阻尼器，該阻尼器將導(dǎo)向套內(nèi)的兩只彈性體(即兩只螺旋彈簧)分別固接在中心軸上的中間限制組件上，當(dāng)阻尼器受拉或受壓時(shí)，其中一個(gè)彈性體受拉，另一彈性體受壓，從而實(shí)現(xiàn)抗風(fēng)減震。但是，該實(shí)用新型專利明顯存在下述缺點(diǎn)：1、需要兩只螺旋彈簧，整個(gè)阻尼器的長度較長，不適合在距離較小的空間安裝；2、在工藝上很難甚至不可能保證兩只彈簧的剛度(包括拉伸剛度和壓縮剛度)相等，因此風(fēng)向不同減震效果即不同；3、無法改變阻尼器的早期剛度，達(dá)到預(yù)設(shè)抗風(fēng)級別，降低減震成本的目的；4、一只螺旋彈簧同時(shí)在拉伸與壓縮兩種狀態(tài)下工作，現(xiàn)有彈簧的金屬材料和生產(chǎn)工藝很難滿足要求，只能通過縮小螺旋彈簧的彈性變形范圍來實(shí)現(xiàn)拉伸與壓縮兩種工作狀態(tài)，這顯然會造成資源浪費(fèi)。

公開號為CN 102409777A的專利申請公開了“一種結(jié)構(gòu)三維隔震和抗傾覆裝置”，該裝置包括疊層橡膠隔震支座和設(shè)在疊層橡膠隔震支座下部的由螺旋壓縮彈簧構(gòu)成的彈簧隔震支座，其中彈簧隔震支座主要用于隔離豎向地震波；但是由于豎向地震波為雙向的，而該發(fā)明中的彈簧隔震支座僅能壓縮變形耗能；因此該裝置無法隔離地震中地表瞬間向下移動的負(fù)向波。此外，該裝置還存在無法改變阻尼器的剛度，達(dá)到預(yù)設(shè)抗震烈度，降低減震成本的目的。

公開號為CN101457553A的發(fā)明專利申請公開了一種“彈簧剛度可調(diào)式調(diào)諧質(zhì)量減振器”，該減振器是一種復(fù)合阻尼器，通過改變質(zhì)量塊的厚度改變其特征頻率，通過改變粘滯阻尼器的工作介質(zhì)的流量改變其阻尼比，通過改變彈簧的有效工作長度改變其剛度，其中改變彈簧的有效工作長度的手段有三種，一是采用固化材料將彈簧位于固化筒內(nèi)的一段固化，二是往螺旋彈簧的中心孔內(nèi)塞入約束塊，二者過盈配合，使與約束塊接觸的一段彈簧失效，三是在約束塊表面設(shè)置螺旋狀凸起，將螺旋狀凸起卡在彈簧絲之間，使彈簧絲之間卡有螺旋狀凸起的一段彈簧失效。由此可見，該專利申請方案中的彈簧雖然可改變剛度，但所述的彈簧不僅有效工作長度明顯縮短，而且只能壓縮耗能減振，不能拉伸耗能減振。另外，通過改變彈簧有效工作長度的方式來改變彈簧的剛度，調(diào)節(jié)范圍受彈簧自身材質(zhì)和形狀的約束，調(diào)節(jié)范圍十分有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種早期剛度可預(yù)設(shè)的螺旋彈簧阻尼器，該阻尼器不僅保持了螺旋彈簧的有效工作長度，而且既可壓縮耗能減振，又可拉伸耗能減振。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

一種早期剛度可預(yù)設(shè)的螺旋彈簧阻尼器，該螺旋彈簧阻尼器包括兩塊端板，所述的兩塊端板之間設(shè)有圓柱形螺旋壓縮彈簧，其中一塊端板上設(shè)有導(dǎo)向桿，該導(dǎo)向桿沿所述圓柱形螺旋壓縮彈簧的中心孔穿出另一端板；其特征在于，

所述的兩塊端板之間還設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括數(shù)量分別至少為三根的兩組預(yù)壓鋼索和兩塊浮動壓板，其中，

所述的兩塊浮動壓板分別套設(shè)在一塊端板與圓柱形螺旋壓縮彈簧之間的導(dǎo)向桿上；

所述的兩組預(yù)壓鋼索分別繞導(dǎo)向桿的軸線以直線狀態(tài)對稱分布于所述圓柱形螺旋壓縮彈簧的四周，且，每一組預(yù)壓鋼索的一頭分別固定在一塊浮動壓板上，另一頭分別穿過另一塊浮動壓板固定在與該浮動壓板相鄰的端板上；

所述的浮動壓板上在穿過所述預(yù)壓鋼索的位置分別設(shè)有穿設(shè)該預(yù)壓鋼索的通孔，該通孔的孔徑大于所穿設(shè)的預(yù)壓鋼索的直徑；

張緊兩組預(yù)壓鋼索，使兩塊浮動壓板之間的距離等于將圓柱形螺旋壓縮彈簧壓縮至預(yù)設(shè)早期剛度的長度。

上述方案中，所述的預(yù)壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預(yù)應(yīng)力鋼鉸線。

本發(fā)明所述的早期剛度可預(yù)設(shè)的螺旋彈簧阻尼器，其中所述的預(yù)壓鋼索兩頭可采用采用常規(guī)的方法錨固，也可采用類似吊環(huán)螺釘或由鋼筋彎曲的U形構(gòu)件系接固定，因此，如果將所述預(yù)壓鋼索的兩頭都采用錨固或吊環(huán)螺釘系接固定死，那么要達(dá)到預(yù)設(shè)早期剛度的目的，就必須預(yù)先計(jì)算并嚴(yán)格控制所述預(yù)壓鋼索的長度才能獲得預(yù)設(shè)的張力，進(jìn)而達(dá)到預(yù)設(shè)早期剛度的目的。但是，在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試過程中，要采用控制所述預(yù)壓鋼索長度的方法達(dá)到預(yù)設(shè)早期剛度的目的則存在下述兩大難題，一是焊接或系接的過程會產(chǎn)生誤差，二是即使控制了焊接或系接的過程所產(chǎn)生誤差，但預(yù)壓鋼索在切斷、放置過程中還會導(dǎo)致其特性參數(shù)的變化。為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案是：

每一組預(yù)壓鋼索的另一頭分別由鋼索自鎖錨具固定在相應(yīng)的端板上；所述的鋼索自鎖錨具由安裝孔、夾爪和防松螺栓構(gòu)成，其中，

所述的安裝孔設(shè)在與浮動壓板相鄰的端板上；所述的安裝孔由一段錐孔和一段螺紋孔組成，其中所述錐孔位于靠近浮動壓板的一側(cè)，且尖頭指向浮動壓板，所述螺紋孔位于遠(yuǎn)離浮動壓板的一側(cè)；

所述的夾爪為與所述錐孔相匹配圓錐形，并由3～5瓣組成，其體內(nèi)沿軸線設(shè)有夾持預(yù)壓鋼索的裝夾孔；

所述的防松螺栓與所述螺紋孔相匹配，且體內(nèi)沿軸線設(shè)有直徑大于所述預(yù)壓鋼索直徑的圓孔；

所述的夾爪安裝在所述錐孔內(nèi)，防松螺栓安裝在所述螺紋孔內(nèi)。

由上述改進(jìn)方案可見，將所述預(yù)壓鋼索的一頭固定在所述一塊浮動壓板上，另一頭穿過另一塊浮動壓板由所述鋼索自鎖錨具的裝夾孔和圓孔中穿出，這樣即可把露出的繩頭系接在牽引張拉機(jī)上，在牽引張拉的同時(shí)監(jiān)測兩塊浮動壓板之間的距離；當(dāng)兩塊浮動壓板之間的距離等于將圓柱形螺旋壓縮彈簧壓縮至滿足早期剛度的長度時(shí)，擰動防松螺栓即可推動所述夾爪將預(yù)壓鋼索夾緊并鎖死，即使在振動過程中兩組預(yù)壓鋼索反復(fù)張緊、松馳的情況下也不會松動。

本發(fā)明所述的阻尼器可廣泛用于各種一維隔震領(lǐng)域，如，機(jī)械設(shè)備內(nèi)部振動的隔離、設(shè)備基礎(chǔ)隔震、建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固、建筑基礎(chǔ)隔震等。

本發(fā)明所述的阻尼器具有如下有益效果：

(1)僅需一只圓柱形螺旋壓縮彈簧就可使阻尼器無論所受軸向外力為正向還是反向，所述的圓柱形螺旋壓縮彈簧均能產(chǎn)生彈性壓縮變形而耗能，不僅節(jié)省了一只彈簧，而且大大的縮短了阻尼器的長度。

(2)當(dāng)動載荷大于阻尼器所設(shè)早期剛度的抵御能力時(shí)，雙向彈性變形對稱，因此外力載荷的正負(fù)方向的變化不影響其壓縮變形而耗能的效果。

(3)改變預(yù)壓鋼索的長度即可改變整個(gè)阻尼器的早期剛度，當(dāng)早期剛度大于零時(shí)，外力在克服該早期剛度之前無法使阻尼器產(chǎn)生變形，因此將其用于建筑結(jié)構(gòu)抗震時(shí)，可預(yù)設(shè)地震設(shè)防等級，顯著降低隔震成本。

(4)預(yù)設(shè)所述預(yù)壓鋼索的長度即可預(yù)設(shè)阻尼器早期剛度，所述圓柱形螺旋壓縮彈簧沒有一圈失效，即有效工作長度不變，不會改變圓柱形螺旋壓縮彈簧原有的特性參數(shù)。

附圖說明

圖1～6為本發(fā)明所述阻尼器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1為主視圖(剖視)，圖2為圖1的A-A剖視圖，圖3為圖1的B-B剖視圖，圖4為仰視圖，圖5為圖1中局部Ⅰ的放大圖，圖6為圖2中局部Ⅱ的放大圖。

圖7～12為本發(fā)明所述阻尼器的第二個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖7為主視圖(剖視)，圖8為圖7的C-C剖視圖，圖9為圖7的D-D剖視圖，圖10為仰視圖，圖11為圖7中局部Ⅲ的放大圖，圖12為圖8中局部Ⅳ的放大圖；為便于觀察，圖8～9中均隱藏了保護(hù)套。

圖13～15為圖7～12所示實(shí)施例中鋼索自鎖錨具的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖13為主視圖(剖視圖，圖中雙點(diǎn)劃線示意預(yù)壓鋼索)，圖14為俯視圖，圖15為圖13的E-E剖視圖。

圖16～18為本發(fā)明所述阻尼器第三個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖16為主視圖(剖視)，圖17為圖16的F-F剖視圖，圖18為圖16的G-G剖視圖；為便于觀察，圖17～18中均隱藏了保護(hù)套。

具體實(shí)施方式

例1

參見圖1和4，本例中早期剛度可預(yù)設(shè)的螺旋彈簧阻尼器是一種可用于建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的阻尼器，該阻尼器包括圓盤狀的上端板2和下端板3，上下端板之間設(shè)有圓柱形螺旋壓縮彈簧4，其中上端板2上設(shè)有導(dǎo)向桿1，該導(dǎo)向桿4向下沿圓柱形螺旋壓縮彈簧4的中心孔穿出下端板3；所述下端板3與所述導(dǎo)向桿1動配合。

參見圖1和4，所述上端板2的上表面和下端板3的下表面分別設(shè)有兩個(gè)帶鉸接孔12的連接耳板11。且下端板3上所設(shè)連接耳板11上的鉸接孔12與下端板3的距離大于所述導(dǎo)向桿1端部穿出下端板3下表面的長度，在該兩鉸接孔12與下端板3的下表面之間形成供導(dǎo)向桿1端部伸縮的活動空間。

參見圖1～6，所述上端板2和下端板3之間設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括兩組預(yù)壓鋼索和兩塊浮動壓板；其中，所述的兩組預(yù)壓鋼索為由五根預(yù)壓鋼索組成的第一組預(yù)壓鋼索8和由三根預(yù)壓鋼索組成的第二組預(yù)壓鋼索7；所述的兩塊浮動壓板為套設(shè)在所述下端板3與圓柱形螺旋壓縮彈簧4之間的導(dǎo)向桿上的第一浮動壓板6和套設(shè)在上端板2與圓柱形螺旋壓縮彈簧4之間的導(dǎo)向桿上的第二浮動壓板5。

參見圖1～6，所述兩組預(yù)壓鋼索分別以直線狀態(tài)繞導(dǎo)向桿1軸線對稱分布在所述圓柱形螺旋壓縮彈簧4的四周，每一根預(yù)壓鋼索均平行于導(dǎo)向桿1軸線，且第一組預(yù)壓鋼索8距導(dǎo)向桿軸線的距離等于第二組預(yù)壓鋼索7距導(dǎo)向桿軸線的距離；其中，所述第一組預(yù)壓鋼索8的上頭分別由吊環(huán)螺釘13固定在第二浮動壓板5上，下頭分別穿過第一浮動壓板6由吊環(huán)螺釘13固定在所述下端板3上；所述第二組預(yù)壓鋼索7的下頭分別由吊環(huán)螺釘13固定在第一浮動壓板6上，上頭穿過第二浮動壓板5由吊環(huán)螺釘13固定在上端板2上；所述第一浮動壓板6上在每一根第一組預(yù)壓鋼索8穿過的位置設(shè)有供其穿越的第一通孔10，該第一通孔10的孔徑大于所述第一組預(yù)壓鋼索8的直徑；所述第二浮動壓板5上在每一根第二組預(yù)壓鋼索7穿過的位置設(shè)有供其穿越的第二通孔9，該第二通孔9的孔徑大于所述第二組預(yù)壓鋼索7的直徑；所述的預(yù)壓鋼索的兩頭由吊環(huán)螺釘固定在相應(yīng)構(gòu)件上的方法為：將吊環(huán)螺釘13固定在相應(yīng)的構(gòu)件上，然后將預(yù)壓鋼索的一頭系接在吊環(huán)螺釘?shù)牡醐h(huán)上，并由鋼絲繩夾(圖中未畫出)固定死。

本例中的所述的預(yù)壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，具體實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要自行選取。

為了實(shí)現(xiàn)可預(yù)設(shè)早期剛度的目的，上述兩組預(yù)壓鋼索的安裝及張緊方法如下所述：(1)按圖1～6將本例所述阻尼器組中除所述兩組預(yù)壓鋼索以外的其他構(gòu)件全部組裝好；(2)對步驟(1)所得的阻尼器的兩頭施加壓力，使所述圓柱形螺旋壓縮彈簧4壓縮至滿足早期剛度的長度(此長度可根據(jù)圓柱形螺旋壓縮彈簧4的彈性系數(shù)以及需預(yù)設(shè)的早期剛度計(jì)算得到)；(3)用常見的鋼絲繩夾(圖中沒顯示)將每一根預(yù)壓鋼索的兩頭系接到對應(yīng)的吊環(huán)螺釘13上，使每一根預(yù)壓鋼索張緊，然后撤消步驟(2)中所施加的壓力，所述兩組預(yù)壓鋼索就會將所述圓柱形螺旋壓縮彈簧4始終夾持在第一浮動壓板6與第二浮動壓板5之間。

參見圖1，所述兩組預(yù)壓鋼索分別牽拉兩塊浮動壓板壓縮所述圓柱形螺旋壓縮彈簧4為其來提供預(yù)壓力，通過改變預(yù)壓鋼索的長度即可改變預(yù)壓力的大小，進(jìn)而達(dá)到預(yù)設(shè)早其剛度的目的。參見圖1，當(dāng)阻尼器受到軸向的外部載荷時(shí)，無論外部載荷是壓力還是拉力，只要其小于上述預(yù)壓力，圓柱形螺旋壓縮彈簧4是不會繼續(xù)變形的。當(dāng)外部載荷大于所述預(yù)壓力時(shí)，若外部載荷為壓力，所述下端板3推動所述第一浮動壓板6繼續(xù)壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧4產(chǎn)生彈性變形耗能，若外部載荷為拉力，所述兩組預(yù)壓鋼索分別牽拉兩塊浮動壓板相對移動壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧4產(chǎn)生彈性變形耗能。因?yàn)闊o論阻尼器所受的動載荷為拉力或壓力，最終產(chǎn)生的變形均是同一只彈簧的壓縮變形，所以阻尼器的雙向彈性變形必然是對稱的。

例2

參見圖7～10，所述第一組預(yù)壓鋼索8和第二組預(yù)壓鋼索7均由三根預(yù)壓鋼索組成。

參見圖7～12，所述的第一組預(yù)壓鋼索8的下頭和第二組預(yù)壓鋼索7的上頭分別采用鋼索自鎖錨具14替代例1中的吊環(huán)螺釘固定在所述下端板3和上端板2上。為防止灰塵與其它雜物落到圓柱形螺旋壓縮彈簧4上而影響阻尼器的正常工作，在反壓裝置外側(cè)包裹一層橡膠的保護(hù)套15，該保護(hù)套15的兩頭分別與第一浮動壓板6和第二浮動壓板5的外周面粘接在一起。所述護(hù)套15的長度大于上端板2上表面與下端板3下表面之間的距離，以免影響阻尼器的工作。

參見圖13～15，并結(jié)合圖7，所述的鋼索自鎖錨具14由設(shè)置在安裝板14-1上的安裝孔、夾爪14-2和防松螺栓14-4構(gòu)成，其中，所述安裝板14-1即為下端板3或上端板2。所述的安裝孔的軸線與相應(yīng)的預(yù)壓鋼索所在的直線共線；所述的安裝孔由一段錐孔和一螺紋孔組成，其中所述錐孔位于靠浮動壓板的一側(cè)，且尖頭指向所述浮動壓板，螺紋孔位于遠(yuǎn)離浮動壓板的另一側(cè)。所述的夾爪14-2為與所述錐孔相匹配圓錐形，并由3瓣組成，其體內(nèi)沿軸線設(shè)有夾持相應(yīng)預(yù)壓鋼索的裝夾孔14-3。所述的防松螺栓14-4與所述螺紋孔相匹配，且體內(nèi)沿軸線設(shè)有直徑大于相應(yīng)預(yù)壓鋼索直徑的圓孔14-5。所述的夾爪14-2安裝在所述錐孔內(nèi)，防松螺栓14-4安裝在所述螺紋孔內(nèi)；相應(yīng)的預(yù)壓鋼索的另一頭被夾持在所述的裝夾孔14-3內(nèi)，且末端自對應(yīng)防松螺栓14-4的圓孔14-5穿出。

按本例的方案制作組裝好所述阻尼器后，把露出的第一組預(yù)壓鋼索8和第二組預(yù)壓鋼索7的繩頭系接在牽引張拉機(jī)上，在牽引張拉的同時(shí)監(jiān)測兩塊浮動壓板之間的距離；當(dāng)兩塊浮動壓板之間的距離等于將圓柱形螺旋壓縮彈簧4壓縮至滿足早期剛度的長度時(shí)，擰動防松螺栓14-4即可推動所述夾爪14-2將預(yù)壓鋼索夾緊并鎖死，從而將圓柱形螺旋壓縮彈簧4始終夾持在第一浮動壓板6與第二浮動壓板5之間。

本例上述以外的實(shí)施方法與例1相同。

例3

參見圖16～18，本例中的早期剛度可預(yù)設(shè)的螺旋彈簧阻尼器為一種可用于建筑物豎向隔震的隔振裝置(也稱隔震支座)，本例與例2相比主要具有如下區(qū)別：

1、作為隔震支座，為便于安裝，本例中省略了上端板2上所設(shè)的連接耳板，而將上端板2的邊緣先向上軸向延伸再向外徑向延伸，并于邊緣處均勻設(shè)置連接螺栓孔16；其中，向上軸向延伸的長度需大于所述鋼索自鎖錨具14露在上端板2外側(cè)部分的長度。

2、省略了下端板3外側(cè)所設(shè)的連接耳板，而將下端板3自邊緣開始先向下軸向延伸再向外徑向延伸形成阻尼器的底座，并于邊緣均勻設(shè)置連接螺栓孔16；其中向下軸向延伸的長度大于所述導(dǎo)向桿1端部穿出下端板3外側(cè)的長度和所述鋼索自鎖錨具14露在下端板3外側(cè)部分的長度以形成供導(dǎo)向桿1端部伸縮的活動空間17。

3、所述第一組預(yù)壓鋼索8和第二組預(yù)壓鋼索7均由五根預(yù)壓鋼索組成。

本例上述以外的其它實(shí)施方式與例2相同。