空气式减振阻尼器.pdf

一种用于桥梁拉索减振的空气式减振阻尼器，它由橡胶护层、金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器、气囊、钢管支座、防雨罩等连接构成；其金属内毂安装在橡胶护层外表面，上连接器、下连接器安装在金属内毂与金属外毂之间，气囊安装在金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器围成的空间内，金属外毂一端与防雨罩相连接、另一端与钢管支座相连接，钢管支座安装在桥面上。拉索的振动力通过橡胶护层和金属内毂传递给气囊，气囊以金属外毂和钢管支座为支撑，气囊的气体压力即为空气式减振阻尼器的阻尼力，其反作用拉索后即改变拉索原先的振动模态，从而实现抑制拉索振动的目的。

权利要求书
1、  一种空气式减振阻尼器，由橡胶护层、金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器、气囊、气阀、气压表、钢管支座、防雨罩、螺钉和螺栓连接构成，其特征是橡胶护层安装在拉索外表面，金属内毂安装在橡胶护层外表面，金属外毂通过上连接器和下连接器与金属内毂相连接，气囊安装在金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器围成的空间内，气压表与气阀相连接，气阀与气囊相连接，金属外毂与钢管支座相连接，防雨罩与金属外毂相连接。

2、  根据权利要求1所述的空气式减振阻尼器，其特征是金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器和气囊分别是围绕拉索中心线的旋转体；上连接器安装在金属内毂和金属外毂的上端口，下连接器安装在金属内毂和金属外毂的下端口，上连接器和下连接器均为橡胶制品。

说明书空气式减振阻尼器
所属技术领域
本实用新型涉及一种用于安装在斜拉桥拉索或悬索桥吊索上的空气式减振阻尼器，其主要功能是为了有效地降低处于工作状态中的拉索的振动幅度和加速度。
背景技术
以斜拉桥为例，拉索是斜拉桥上部箱梁的重要受力金属构件，拉索的制作与安装费用一般占斜拉桥总造价的10％～25％，如果拉索的正常使用寿命大幅度缩短或意外损坏、将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响，所以拉索消能减振技术又是斜拉桥的关键应用技术。
拉索长期置于外界自然环境之中，要经受日晒雨淋、高温、严寒和昼夜温差的不断考验，其工作条件异常恶劣。特别是拉索在风雨荷载和车辆冲击荷载等因素的综合作用下极易产生振动，由振动产生的附加力极易造成拉索过度疲劳和外层防护保护层的破坏，所以在大中型斜拉桥拉索的设计或使用过程中，应当考虑在拉索的适当位置上，选用与安装相应的消能减振阻尼器。拉索消能减振阻尼装置(简称“阻尼器”)是安装在拉索上的附属机械装置，其主要作用是吸收或转换因各种自然因素导致拉索振动而产生的能量，确保拉索在设计工况下安全运行。
用于斜拉桥拉索消能与减振的阻尼措施主要分为气动措施、辅助(绳)索措施、机械阻尼措施三大类型；其中机械阻尼措施又可分为内置式阻尼装置和外置式阻尼装置二大系列。目前国内外在斜拉桥拉索上普遍应用的内置式阻尼装置主要有三种基本形式，它们的共同特点就是利用拉索的振动位移，产生与拉索振动运动方向相反的阻尼力，反过来再作用于拉索，从而达到抑制拉索振动的目的；内置式阻尼器的核心部件一般安装在拉索和钢管支座之间，不同内置式阻尼器之间的差别，主要在于其产生阻尼力的形式或机械工作原理各不相同。经查阅国内外用于斜拉桥上的内置式消能与减振阻尼器的科研成果或产品的技术资料，现将具有代表性的内置式阻尼器的工作原理和初步调查的使用效果简要介绍如下：
液压式阻尼器又被称为“油阻尼器”的一般工作原理：该阻尼器主要由连接器、液压部件和钢管支座等组成；液压部件的外壳一般固定在钢管支座上，拉索通过连接器与液压部件的金属活塞杆相连，拉索的振动位移打破液压部件内部金属活塞两端原先的压力平衡而产生的阻力，即阻尼器为阻尼力，该阻尼力反作用于拉索后，即可达到拉索减振的目的。液压式阻尼器如果结合传感器、控制器和油泵进行使用的，即称为“主动式阻尼器”或称为“智能型阻尼器”；对于不用外接电源和油泵的阻尼器，一般称其为“被动式阻尼器”或“普通型阻尼器”，液压式阻尼器大多数做成外置式阻尼器。以法国和瑞士等阻尼器专业设备制造商生产与提供的这类产品的特性作为参考，其优点是阻尼力的大小调节较容易，缺点是体积较大影响城市斜拉桥的整体外观。
橡胶式阻尼器一般工作原理：该阻尼器主要由内外连接器、橡胶柱和钢管支座等组成；橡胶柱的一端通过内连接器与拉索相连，另一端通过外连接器与钢管支座相连，拉索的振动位移导致橡胶柱的形体发生变化，橡胶柱为保持原始形态对应产生的恢复力即为拉索的振动阻尼力。以德国等阻尼器专业设备制造商生产并提供的这类产品的特性作为参考，其优点是结构简单，缺点是阻尼力调整范围小、精度不高。
金属摩擦片式阻尼器一般工作原理：该阻尼器主要由内外连接器、金属摩擦片和钢管支座等组成；活动的“动金属摩擦片”通过内连接器与拉索相连接，固定的“静金属摩擦片”通过外连接器与钢管支座相连接，阻尼器的阻尼力即为“动金属摩擦片”与“静金属摩擦片”的摩阻力，摩阻力的大小是通过安装在静金属摩擦片上的螺杆进行调节的。以瑞士有关阻尼器专业设备制造商生产与提供的这类产品的特性作为参考，其优点是工作比较可靠，缺点是造价昂贵、每次维护时间较长。
外置式阻尼器一般工作原理：该阻尼器主要由连接器、液压部件和金属机架等组成；液压部件的金属外壳大多数采用螺栓安装固定在金属支架(或称“基座”)上，其活塞杆通过连接器与拉索相连，拉索的振动通过连接器传导至液压部件，液压部件提供的阻尼力反作用于拉索，从而达到减振的目的。外置阻尼器的核心部件通常采用液压部件、也可以选用磁流变部件、或由机械弹簧零件组成。
综上所述，目前国内外在桥梁上普遍使用的拉索减振阻尼器，不论是内置式阻尼器还是外置式阻尼器，尽管它们都各有其自身独特的机械特性，但共同不足基本上都是以“点”的形式与拉索相连接，即不能完全与拉索的振动特征相匹配，有的甚至不能达到减振作用。例如液压式阻尼器，当拉索在低频振动时，阻尼器的阻尼力较小，而拉索振动频率较高或振动加速度较大时，阻尼器的阻尼力极大，相当于制动；又如金属摩擦片式阻尼器的阻尼力难以量化；橡胶式阻尼器阻尼力的调整难以与拉索的振动位移相匹配；磁流变式阻尼器需要消耗一定电能等。
发明内容
为了克服现有阻尼器机械特性不能与拉索振动特性相匹配的不足，本实用新型为斜拉索提供一种全新的不用外接电源的阻尼机械特性可调节的空气式减振阻尼器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在空气式减振阻尼器金属外毂即外壳中，橡胶护层安装在拉索外表面，金属内毂安装在橡胶护层外表面，橡胶护层和金属内毂一同安装在拉索的设计减振位置；金属外毂通过上连接器和下连接器与金属内毂相连接，即上连接器、下连接器安装在金属内毂与金属外毂之间；气囊安装在金属内毂、金属外毂、上连接器、下连接器围成的空间内；气压表与气阀相连接，气阀与气囊相连接；金属外毂一端与防雨罩采用螺钉相连接、另一端与钢管支座的法兰盘采用螺栓相连接；钢管支座安装在桥面上。拉索的振动将带动橡胶护层和金属内毂挤压并导致上连接器和下连接器产生变形，变形量(Δξ)的大小将取决于气囊的充气气压；气囊工作时的压力即为空气式减振阻尼器的阻尼力，其反作用拉索后即改变拉索原先的振动模态，从而实现抑止拉索振动的目的。空气式减振阻尼器阻尼力的大小与气囊的充气气压成正比，与金属内毂、金属外毂的长度成正比；金属内毂、金属外毂的长度越长，即阻尼器整体阻尼力就越大。
本实用新型的有益效果是：空气式减振阻尼器表现出来的局部柔性和整体刚性的独特阻尼特征，能够与拉索的振动特征保持基本一致，实现对拉索的各种振动模态产生全方位的阻尼作用，最终达到消能减振的目的。空气式减振阻尼器的全部材料和器件均可在国内实现采购、加工和制造，其结构简单，安装和使用维护简易，性能可靠和使用寿命长。空气式减振阻尼器不仅打破了国外在大型拉索阻尼器技术上的垄断和封锁，也增加了国内大中型斜拉桥选择拉索阻尼器的种类，由于可以取代进口的大型拉索阻尼装置，所以未来一定能够取得很好的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的剖面构造图。
图1中：1.橡胶护层，2.金属内毂，3.上连接器、4.气囊，5.金属外毂，6.下连接器，7.防雨罩，8.气阀，9.气压表，10.螺钉，11.螺栓，12.钢管支座，13.拉索，14.桥面。
具体实施方式
在图1中，空气式减振阻尼器由橡胶护层(1)、金属内毂(2)、金属外毂(5)、上连接器(3)、下连接器(6)、气囊(4)、气阀(8)、气压表(9)、钢管支座(12)、防雨罩(7)、螺钉(10)和螺栓(11)连接构成。橡胶护层(1)安装在拉索(13)外表面，金属内毂(2)安装在橡胶护层(1)外表面，橡胶护层(1)和金属内毂(2)一同安装在拉索(3)的设计减振位置；金属内毂(2)与金属外毂(5)通过上连接器(3)和下连接器(6)相连接，即上连接器(3)、下连接器(6)安装在金属内毂(2)与金属外毂(5)之间；气囊(4)安装在金属内毂(2)、金属外毂(5)、上连接器(3)、下连接器(6)围成的空间内；气压表(9)与气阀(8)相连接，气阀(8)与气囊(4)相连接；金属外毂(5)一端与防雨罩(7)采用螺钉(10)相连接，即防雨罩(7)通过螺钉(10)安装在金属外毂(5)上端口，金属外毂(5)的另一端与钢管支座(12)的法兰盘采用螺栓(11)相连接；钢管支座(12)安装在桥面(14)上。
在图1中，金属内毂(2)、金属外毂(5)、上连接器(3)、下连接器(6)和气囊(4)分别是围绕拉索(3)中心线的旋转体；上连接器(3)安装在金属内毂(2)和金属外毂(5)的上端口，下连接器(6)安装在金属内毂(2)和金属外毂(5)的下端口，上连接器(3)和下连接器(6)均为橡胶制品，金属外毂(5)也是本实施例外壳的上半部分；金属内毂(2)、金属外毂(5)的制造长度一般不大于20m；钢管支座(12)的制造长度不大于30m，10cm≤直径≤150cm；上连接器(3)和下连接器(6)的变形量(Δξ)一般控制在0.5～500mm之间；气阀(8)分别与气压表(9)和气囊(4)相连接，气阀(8)用于调节气囊(4)的工作压力即阻尼力，气压表(9)显示阻尼力的数值；气囊(4)内部的气体通过外接充气设备从气阀(8)注入，气囊(4)的充气气压一般控制在0.1～15kg/cm2之间，其对应阻尼力调整范围：0.5K～100KN。