一种柔性传动旋转摩擦阻尼器

本发明属于振动控制，涉及一种柔性传动旋转摩擦阻尼器。

背景技术：

1、在地震、风、车辆、行人等动力作用下，桥梁会产生振动。为了有效减小各种动力作用下桥梁振动和内力，可在桥梁的塔梁、墩梁、台梁连接处安装粘滞阻尼器或摩擦阻尼器。然而，由于粘滞阻尼器与桥梁结构以往均采用硬连接方式，桥梁振动时无法保证阻尼器仅受轴力作用，复杂多变的自然环境会导致阻尼器仍会受到弯矩作用，对阻尼器密封造成极大威胁，极易出现严重漏油现象，控制效率大幅降低，因此在实际工程经常在远未达到预期服役时间即发生损坏甚至完全失效。尽管在阻尼器与桥梁结构之间加装万向铰可以改善受力，但仍无法完全解决问题。另外，由于温度、强风等因素可能引起(超)大跨度桥梁主梁与桥塔之间产生很大的静位移(>2m)，传统粘滞阻尼器可能超过其行程而失效，过大阻尼器费用高昂。总之，大型粘滞阻尼器往往存在构造复杂、费用高昂、耐久性差的问题。传统摩擦阻尼器为了产生足够大的摩擦力和耗能能力，需要保证摩擦板承受足够大的压力，该压力可以通过施加物理质量块加压或用承压板辅以螺栓等夹紧。显然，如果要求压力太大，采用质量块加压模式经济性较差，且不一定有足够的空间布置质量块。采用螺栓配合承压板预紧加压模式虽然可以实现非常大的压力，但是随着磨擦板长期磨耗不可避免地变薄，必然导致螺栓松动，压力急剧下降甚至消失。因此，传统摩擦阻尼器难以保证在复杂多变环境中所受压力和能够产生的摩擦力基本保持恒定，最终导致难以保证较为稳定可靠的控制效率。因此，需要研发一种构造简单、费用低廉、适用耐久的阻尼器，以解决传统粘滞阻尼器和摩擦阻尼器的不足。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性传动旋转摩擦阻尼器，具体
技术实现要素：
及其优势如下：采用柔性连接传动方式将桥梁主梁与桥塔、主梁与桥墩、主梁与桥台之间的相对水平振动转化为固定在主梁或桥塔(墩、台)转子的转动，为转子增设可提供长期、稳定可控摩擦力的装置，消耗桥梁结构往复振动的能量，降低桥梁振幅和内力，保障结构安全。本发明构造简单，摩擦耗能强度在很大范围内可调，具有良好的耐久性和鲁棒性，部件便于更换，经济性能良好，适用范围广。

2、本发明的技术方案：

3、一种柔性传动旋转摩擦阻尼器，包括支座1、轴承2、转轴3、柔性传动件4、预紧器5、连接座6、螺杆7、摩擦块8、压缩弹簧9、套筒10和螺母11；支座1固定在桥塔横梁上，为柔性传动旋转摩擦阻尼器传动耗能提供稳定支撑；轴承2安装在支座1上，用于支撑转轴3；水平布置在转轴3左右的柔性传动件4分别顺时针或逆时针反向缠绕在外露的转轴3上，一端与转轴3锚固，另一端与预紧器5相连，由此保证在柔性传动件4带动下转轴3发生转动时柔性传动件4交替缠绕张紧和退绕松弛，以驱动转轴3在轴承2内稳定可靠地往复旋转；预紧器5安装在连接座6上，预紧器5为柔性传动件4提供预紧力，避免柔性传动件4在振动过程中处于过度松弛状态；连接座6固定在主梁底部，为柔性传动旋转摩擦阻尼器传动耗能提供稳定支撑；螺杆7与摩擦块8固结，压缩弹簧9套在螺杆7上；螺杆7从固定在两支座1间的套装在转轴3外的套筒10上的壁孔穿入；压缩弹簧9的外径大于壁孔直径，一端顶在套筒10的内壁，另一端顶住摩擦块8，使摩擦块8压紧在转轴3的外壁；主梁相对横梁发生水平位移时，柔性传动件4带动转轴3发生转动，转轴3与摩擦块8发生摩擦，消耗主梁水平振动能量，降低振幅。

4、以安装在桥塔横梁与主梁之间，控制桥梁轴向水平振动的阻尼器为例，

5、所述的支座1应具有高强、高刚特性，尺寸、形式、材料、数量不限，支座1可加装万向铰，进一步提升装置的适应偏移能力。

6、所述的轴承2应具有高强、高刚特性，尺寸与转轴3直径匹配。

7、所述的转轴3应具有高强、高刚特性，应具有优良的耐磨性和高摩擦系数。转轴3的尺寸应根据具体应用进行优化设计，如果在其上增加更大直径的飞轮，由此能够增大其与套筒10之间的旋转位移，效果更好，但构造更复杂。

8、所述的柔性传动件4需要保证足够的强度和刚度，材料形式、尺寸、数量不限，可采用高强度、高刚度分子聚乙烯纤维带、钢链条、钢丝绳等柔性构件，由此能够保证振动发生偏移时，柔性传动件4与转轴3之间仍能可靠传递振动，从而有效消耗能量，抑制振动。转轴3左右布置的柔性传动件4沿转轴3轴向采用对称布置形式，保证转轴3受力均匀。

9、所述的预紧器5形式和材料不限，可设计为模块化组件，考虑防松机制，便于安装、使用和维护，避免柔性传动件4处于松弛状态。

10、所述的连接座6应具有高强、高刚特性，其尺寸、形式、材料、数量不限，连接座6可加装万向铰，进一步提升装置的适应偏移能力。

11、所述的螺杆7应具有足够的强度、刚度与耐久性，以确保其在装置运行过程中不发生断裂、变形或腐蚀，其尺寸、材料、数量不限。

12、所述的摩擦块8材料应具有优良的耐磨性和高摩擦系数、足够的厚度，确保耐久性，其尺寸、形式、材料、数量不限，摩擦块8数量越多，对转轴3的压力越大，摩擦耗能越强，振动控制效果越明显。

13、所述的压缩弹簧9应具有足够的长度、强度、刚度与耐久性，其尺寸、形式、材料、数量不限。在长期使用过程中，摩擦块8不可避免地被磨耗变薄，压缩弹簧9随之变长，压力变小，因此压缩弹簧9应该具有足够长度，其长度变化对压力影响较小，以确保足够的压力、摩擦力和耗能。

14、所述的套筒10应具有高强、高刚特性，尺寸与转轴3、螺杆7、摩擦块8等匹配。

15、所述的螺母11应采用高强材料，确保能承受压缩弹簧9的巨大压力。

16、所述的螺杆7、摩擦块8、压缩弹簧9共同组成一种自适应摩擦装置，随着摩擦块8被逐渐损耗变薄，摩擦块8始终在压缩弹簧9的作用下持续压紧转轴3，确保摩擦块8与转轴3之间具有足够大的压力和摩擦力，最终保证整个系统的耗能效率。该自适应摩擦装置有多种安装方式，在此提供一种较为方便实用的安装步骤：将压缩弹簧9套在螺杆7上，螺杆7从套筒10内部穿过预先在套筒10上开的孔；通过内压或外拉的方法将弹簧7压缩至预定位置后用螺母11临时将螺杆7固定在套筒10上；将转轴3安装至轴承2和套筒10内后，取掉螺母11，此时压缩弹簧9将摩擦块8牢牢压紧在转轴3的外壁。

17、如果桥塔横梁与主梁之间、桥墩或桥墩顶部盖梁与主梁之间、桥台与主梁之间没有足够的竖向空间，或桥塔与主梁临近区域没有横梁，可以在桥塔横梁、塔柱、桥墩、桥台或盖梁上增设用于支撑支座1的具有足够强度和刚度的支架，具体材料、构造和形式不限。

18、通常情况下，在振动过程中，柔性传动件4缠绕在转轴3上的长度与支座1和连接座6的之间的水平位移相等。为了提高控制效率，可以通过在主梁底部连接座6上增设滑轮，将预紧器5安装在支座1上，柔性传动件4一端连接预紧器5，绕过滑轮，另一端与转轴3相连，由此在相同支座1和连接座6的之间的水平位移条件下，将转轴3的旋转角度加倍，摩擦耗能也基本随之加倍，不过其构造更为复杂。

19、所述的支座1和连接座6的安装位置可以交换，即支座1及与其相连的构件安装在桥梁主梁上，连接座6安装在桥塔横梁、桥墩盖梁或桥台上。

20、本发明的有益效果：(1)不同于传统粘滞阻尼器，本发明无需粘滞液密封筒，也不存在漏油导致性能下降甚至失效问题；(2)本发明自适应摩擦装置，可保证长期处于基本不变的摩擦受力状态，因此具有良好的耐久性；(3)本发明由于采用柔性传动方式，避免刚性传动方式在自然现场复杂多变条件下存在的碰撞或连接传动失效问题；(4)本发明构造简单、适用范围广，费用低廉。