一种可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器技术领域
本发明涉及减震装置，特别是涉及采用复合弹簧的阻尼器。
背景技术
复合弹簧全称为橡胶金属螺旋复合弹簧，是在金属螺旋弹簧周围包裹一层橡胶材
料复合硫化而成的一种弹簧。复合弹簧具有橡胶弹簧的非线特性，又具有金属螺旋弹簧大
变形和承载能力大的特性，其稳定性和承载能力优于橡胶弹簧。由于复合弹簧具有类似橡
胶空气弹簧的工作特性曲线，却较橡胶空气弹簧结构简单，无气体泄漏风险，因此也被用于
替代橡胶空气弹簧广泛用于矿上、冶金、煤炭等大型振动设备的消能减振以及建筑物隔震。
单一金属螺旋弹簧只能单独工作在拉伸或压缩其中一种状态下(即所谓拉簧或压
簧)，而橡胶弹簧往往只能工作在压缩状态，抗拉能力弱，因此两者复合硫化而成的复合弹
簧通常是压缩弹簧，只能单向减振。若是想将复合弹簧用于双向减振场合，则需使用至少两
只复合弹簧组成阻尼器，利用两只复合弹簧的压缩弹性变形分别消减双向振动。
授权公告号为CN 204081122 U的实用新型专利申请公开了一种建筑用抗风减震
弹簧阻尼器，该阻尼器将导向套内的两只弹性体(即两只螺旋弹簧)分别固接在中心轴上的
中间限制组件上，当阻尼器受拉或受压时，其中一个弹性体受拉，另一弹性体受压，从而实
现抗风减震。但是，该实用新型专利明显存在下述缺点：1、需要两只螺旋弹簧，整个阻尼器
的长度较长，不适合在距离较小的空间安装；2、在工艺上很难甚至不可能保证两只弹簧的
刚度(包括拉伸刚度和压缩刚度)相等，因此风向不同减震效果即不同；3、无法改变阻尼器
的初始刚度，达到预设抗风级别，降低减震成本的目的；4、一只螺旋弹簧同时在拉伸与压缩
两种状态下工作，现有弹簧的金属材料和生产工艺很难满足要求，只能通过缩小螺旋弹簧
的弹性变形范围来实现拉伸与压缩两种工作状态，这显然会造成资源浪费。若要将复合弹
簧用于抗风减振显然也需如上述实用新型专利一样利用两只复合弹簧组成抗风阻尼器，而
如此组成的阻尼器显然也具备上述专利一样的的缺点。
另外，人们对于抗震结构尤其是高层建筑物的抗震结构的设计追求一种“抗”与
“耗”相结合的综合的抗震性能，即在弱风振和小地震的作用下抗震结构能为建筑物主体提
供额外的附加刚度来抵抗外部载荷的作用，保持主体结构的完整性，避免结构主体出现内
部损伤；在强风振和大地震的作用下抗震结构则开始屈服变形，通过抗震结构中的阻尼器
的阻尼作用来耗散外部能量，使结构主体在强风振和大地震中不至于被严重破坏甚至倒
塌。这便要求应用于抗震结构在外部弱载荷的作用下能保持刚性，不发生变形；在外部强载
荷的作用下则能变形耗能。然而现有的隔震元件，无论是金属弹簧阻尼器还是橡胶空气弹
簧，均无法完美的满足上述抗震需求。
公开号为CN101457553A的发明专利申请公开了一种“弹簧刚度可调式调谐质量减
振器”，该减振器是一种复合阻尼器，通过改变质量块的厚度改变其特征频率，通过改变粘
滞阻尼器的工作介质的流量改变其阻尼比，通过改变弹簧的有效工作长度改变其刚度，其
中改变弹簧的有效工作长度的手段有三种，一是采用固化材料将弹簧位于固化筒内的一段
固化，二是往螺旋弹簧的中心内塞入约束块，并二者过盈配合，使与约束块接触的一段弹簧
失效，三是在约束块表面设置螺旋状凸起，将螺旋状凸起卡在弹簧丝之间，使弹簧丝之间卡
有螺旋状凸起的一段弹簧失效。上述三种改变弹簧的有效工作长度的手段显然不适用于复
合弹簧；另外这种形式的阻减震器不仅弹簧的有效工作长度明显缩短，而且只能压缩耗能
减振，不能拉伸耗能减振。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器，该阻
尼器不但可调节早期刚度，而且仅采用一只复合弹簧，便既可压缩耗能减振，又可拉伸耗能
减振。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器，该复合弹簧阻尼器包括导向套，该导向
套的一头设有第一端盖，另一头设有第二端盖；所述的导向套内同轴设有弹簧，一驱动构件
由第一端盖的外侧伸进所述的导向套内，该驱动构件包括动压板和驱动杆，其中所述的动
压板位于所述弹簧的头部，所述驱动杆设在动压板上并沿导向套轴线延伸出导向套；其特
征在于，
所述的弹簧为复合弹簧(全称为橡胶金属螺旋复合弹簧)，该复合弹簧的外径小于
导向套的内径，二者之间形成一环形空间；
所述的导向套内还设有反压装置，该反压装置包括数量分别至少为三根的两组预
压钢索、两块浮动压板和数量为所述两组预压钢索之和的钢索自锁张紧锚具，其中，
所述的浮动压板一块设在所述动压板与复合弹簧之间，另一块设在第二端盖与复
合弹簧之间；
所述的钢索自锁张紧锚具由第一自定心锁紧夹具、第二自定心锁紧夹具、防扭压
缩弹簧和平面轴承组成，其中：
A)所述的第一自定心锁紧夹具具有一连接座，该连接座一端的中部设有轴向延伸
的圆柱形凸台，该凸台的体内沿轴心线设有由3～5瓣爪片组成的第一锥形夹爪，外周面套
设有张紧螺套；其中，所述第一锥形夹的小头指向连接座，所述张紧螺套的外周面为正六边
形；
B)所述的第二自定心锁紧夹具具有一锥套，该锥套的体内沿轴线依次设有由3～5
瓣爪片组成的第二锥形夹爪和空心螺栓，其中，所述的空心螺栓的头部与第二锥形夹爪的
大头相对，所述锥套的外周面为正六边形；
C)所述的平面轴承由滚珠—保持架组件和分别设在张紧螺套与锥套相对的端面
上的环形滚道构成，其中所述的环形滚道与滚珠—保持架组件中的滚珠相匹配；
D)所述第二自定心锁紧夹具位于所述张紧螺套头部的外侧，且第二锥形夹爪小头
与第一锥形夹爪小头的指向一致；所述的平面轴承位于所述张紧螺套与锥套之间，所述的
防扭压缩弹簧设在张紧螺套的内孔中；当预压钢丝绳由第一锥形夹爪的爪片之间经防扭压
缩弹簧与平面轴承的中心孔以及第二锥形夹爪的爪片之间穿出后，在预压钢丝绳张力作用
下，所述防扭压缩弹簧的一头作用在第一锥形夹爪上，另一头作用在锥套上；
所述的两组预压钢索分别绕导向套的轴线以直线状态对称分布于分布所述环形
空间内，且一组预压钢索的一头分别固定在与第二端盖相邻的浮动压板上，另一头穿过与
动压板相邻的浮动压板分别由一钢索自锁张紧锚具锚固在动压板上，另一组预压钢索的一
头分别固定在与动压板相邻的浮动压板上，另一头穿过与第二端盖相邻的浮动压板分别由
一钢索自锁张紧锚具锚固在第二端盖上；
所述的浮动压板上，在穿过所述预压钢索的位置分别设有穿设该预压钢索的通
孔，该通孔的孔径大于所穿设的预压钢索的直径；
所述的导向套与两块浮动压板之间分别采用动配合；
张紧两组预压钢索，使两块浮动压板之间的距离等于将复合弹簧压缩至预设早期
刚度的长度。
上述方案中，所述的预压钢索可以是钢丝绳，也可以是预应力钢铰线。
上述的复合弹簧阻尼器的工作原理如下：当动载荷沿导向套的轴线相对作用时，
所述的驱动构件向下压缩复合弹簧；当动载荷沿导向套的轴线相背作用时，所述的两组预
压钢索拉动两块浮动压板相向移动压缩复合弹簧。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相
背作用在阻尼器上，都能压缩复合弹簧，使其发生弹性变形而耗能。
由上述工作原理可见，工作过程中所述的预压钢索与所述浮动压板上的通孔的孔
壁不能产生摩擦，否则就会干扰浮动压板的上下移动，因此所述浮动压板上所设通孔的直
径比所述预压钢索的直径大多少，应以不干扰和影响浮动压板的上下移动为宜。
本发明所述的可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器，其中所述的预压钢索两头可采
用锚固，也可采用类似吊环螺钉系接固定。
为防止所述复合弹簧两头在所述浮动压板上滑动，本发明的一个改进方案是：所
述两块浮动压板相对的表面上分别设有一定位环，所述复合弹簧两头分别嵌在所述的定位
环内。
本发明所述的阻尼器可广泛用于各种一维隔震领域，如，机械设备内部振动的隔
离、设备基础隔震、建筑结构的抗震加固、建筑基础隔震等。
本发明所述的阻尼器具有如下有益效果：
(1)仅需一只复合弹簧就可使阻尼器无论所受轴向外力为正向还是反向，所述的
复合弹簧均能产生弹性压缩变形而耗能，既节省了一只复合弹簧，又大大的缩短了阻尼器
的长度。
(2)当动载荷大于阻尼器所设早期刚度的抵御能力时，双向弹性变形对称，因此外
力载荷的正负方向的变化不影响其压缩变形而耗能的效果。
(3)改变预压钢索的长度即可改变整个阻尼器的早期刚度，当早期刚度大于零时，
外力在克服该早期刚度之前无法使阻尼器产生变形，因此将其用于建筑结构抗震时，可预
设地震设防等级，显著降低隔震成本。
(4)预设所述预压钢索的长度即可预设阻尼器早期刚度，但所述复合弹簧有效工
作长度不变，不会改变复合弹簧原有的特性参数。
(5)采用钢索自锁张紧锚具将预压钢索的另一头固定在动压板或第二端盖上，一
是可对预压钢索的长度进行调节，二是利用防扭压缩弹簧和第一自定心锁紧夹具的联合作
用，可有效防止预压钢索在进行长度调节的过程中扭动而改变钢索的特性参数。
附图说明
图1～8为本发明所述阻尼器的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图
(剖视)，图2为图1的A-A剖视图，图3为图1的B-B剖视图，图4为图1的C-C剖视图，图5为仰视
图，图6为图1中局部Ⅰ的放大图，图7为图1中局部Ⅱ的放大图，图8为图2中局部Ⅲ的放大图。
图9～13为图1～8所示实施例中钢索自锁张紧锚具的结构示意图，其中，图9为主
视图(剖视)，图中虚线表示预压钢索，图10为仰视图，图11为图9的D—D剖面图，图12为图9
的E—E剖面图，图13为图9的F—F剖视图。
图14～15为本发明所述阻尼器第二个具体实施例的结构示意图，其中，图14为主
视图(剖视)，图15为图14的G-G剖视图，图16为图14的H-H剖视图，图17为图14的I-I剖视图，
图18为仰视图。
图19～23为本发明所述阻尼器第三个具体实施例的结构示意图，其中，图19为主
视图(剖视)，图20为图19的J-J剖视图，图21为图19的K-K剖视图，图22为图19的L-L剖视图，
图23为仰视图。
具体实施方式
例1
参见图1，本例中的可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器是一种可用于建筑结构抗
震加固的耗能装置，它包括导向套1、分别设在导向套1两头的第一端盖2和第二端盖3，其
中，所述第一端盖2与和第二端盖3通过螺钉分别与导向套的两端固定连接。所述的导向套1
内沿轴向设有一复合弹簧4，一驱动构件由第一端盖2中心伸进所述的导向套1内压在所述
复合弹簧4上；其中，所述的驱动构件由位于复合弹簧4上端且与导向套1动配合的动压板5
和由动压板5上表面向上延伸出导向套1的驱动杆5-1构成，所述驱动杆5-1位于导向套1外
的末端设有带铰接孔14的连接环5-2，所述连接环5-2与驱动杆5-1通过螺纹连接的方式对
接在一起。
参见图1～3并结合图6，本例中的复合弹簧4由圆柱形螺旋压缩弹簧4-1和包裹在
圆柱形螺旋压缩弹簧4-1外的橡胶弹簧4-2复合硫化而成。所述复合弹簧4的外径小于导向
套1的内径，在两者之间形成一环形空间。
参见图1和5，所述第二端盖3的外侧设有与之连成一体的两个连接耳板13，每一连
接耳板13上设有铰接孔14。
参见图1～8，所述的导向套1内设有反压装置，该反压装置包括两组预压钢索、两
块浮动压板和八只钢索自锁张紧锚具16；其中，所述的两组预压钢索为由三根预压钢索组
成的第一组预压钢索8和由五根预压钢索组成的第二组预压钢索9；所述的两块浮动压板为
设在所述驱动构件的动压板5与复合弹簧4之间的第一浮动压板6和设在第二端盖3与复合
弹簧4之间的第二浮动压板7，该两块浮动压板分别与导向套1的内壁动配合。
参见图9～13，每一钢索自锁张紧锚具16由第一自定心锁紧夹具、第二自定心锁紧
夹具、防扭压缩弹簧16-1和平面轴承16-2组成，其中：
所述的第一自定心锁紧夹具具有一连接座16-3，该连接座16-3的边缘设有安装孔
16-12，下端的中部设有轴向延伸的圆柱形凸台16-4，该凸台16-4的体内沿轴心线设有第一
锥孔16-5，该锥孔内设有由3瓣爪片组成的第一锥形夹爪16-7，所述凸台16-4的外周面套设
有张紧螺套16-6，二者之间螺纹连接；其中，所述第一锥形夹16-7的小头指向连接座16-3，
所述张紧螺套16-6的外周面为正六边形；
所述的第二自定心锁紧夹具具有一锥套16-8，该锥套16-8的体内沿轴线依次设有
一段第二锥孔16-13和一段螺纹孔；其中，第二锥孔16-13内设有由3瓣爪片组成的第二锥形
夹爪16-9，所述的螺纹孔内设有空心螺栓16-10，空心螺栓16-10的头部与第二锥形夹爪16-
9的大头相对，所述锥套16-8的外周面为正六边形；
所述的平面轴承16-2由滚珠—保持架组件16-11和分别设在张紧螺套16-6与锥套
16-8相对的端面上的环形滚道构成，其中所述的环形滚道与滚珠—保持架组件16-11中的
滚珠相匹配；
所述第二自定心锁紧夹具位于张紧螺套16-6头部的外侧，且第二锥形夹爪16-9的
小头与第一锥形夹爪16-7小头的指向一致；所述的平面轴承16-2位于所述张紧螺套16-6与
锥套16-8之间，所述的防扭压缩弹簧16-1设在张紧螺套16-6的内孔中。当预压钢索由第一
锥形夹爪16-7的爪片之间经防扭压缩弹簧16-1与平面轴承16-2的中心孔以及第二锥形夹
爪16-9的爪片之间穿出后，在预压钢索张力作用下，所述防扭压缩弹簧16-1的一头作用在
第一锥形夹爪16-7上，另一头作用在锥套16-8上。
参见图1～8，所述两组预压钢索分别以直线状态绕导向套1轴线对称分布在所述
环形空间内，每一根预压钢索均平行于导向套1轴线，且第一组预压钢索8距导向套轴线的
距离等于第二组预压钢索9距导向套轴线的距离；其中，所述第一组预压钢索8的下头分别
由吊环螺钉12固定在第二浮动压板7上，上头分别穿过第一浮动压板6由一只钢索自锁张紧
锚具16锚固在所述动压板5上；所述第二组预压钢索9的上头分别由吊环螺钉12固定在第一
浮动压板6上，下头穿过第二浮动压板7由一只钢索自锁张紧锚具16锚固在第二端盖3上。所
述第一浮动压板6上在每一根第一组预压钢索8穿过的位置设有供其穿越的第一通孔10，该
第一通孔10的孔径大于所述第一组预压钢索8的直径；所述的动压板5上，在每一根第一组
预压钢索8穿过位置均设有锚固该第一组预压钢丝绳8的第一锚固孔5-3；所述第二浮动压
板7上在每一根第二组预压钢索9穿过的位置设有供其穿越的第二通孔11，该第二通孔11的
孔径大于所述第二组预压钢索9的直径；所述的第二端盖3上，在每一根第二组预压钢索9穿
过位置均设有锚固第二组预压钢丝绳9的第二锚固孔3-1。所述的预压钢索的一头由吊环螺
钉固定在相应构件上的方法为：将吊环螺钉12固定在相应的构件上，然后将预压钢索的一
头系接在吊环螺钉的吊环上，并由钢丝绳夹(图中未画出)固定死。
参见图1，所述钢索自锁张紧锚具16的连接座16-3由螺钉固定在第二端盖3的下表
面或动压板5的上表面。
本例中的所述的预压钢索可以是钢丝绳，也可以是预应力钢铰线，具体实施时，可
根据实际需要自行选取。
参见图1～3和图6，所述第一浮动压板6和第二浮动压板7相对的表面均设有内径
与复合弹簧4的外径相匹配的定位环15，所述复合弹簧4两头的分别嵌在第一浮动压板6和
第二浮动压板7上的定位环15内。
参见图1～8并结合图9～13，为了实现可预设早期刚度的目的，上述两组预压钢索
的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据阻尼器预设的早期刚度和复合弹簧4的特性参数，
计算出复合弹簧4满足阻尼器早期刚度时的长度；(2)按图1将所述阻尼器组装好，使每一根
预压钢索的另一头自相应的钢索自锁张紧锚具16的第一锥形夹爪16-7、第二锥形夹爪16-9
和空心螺栓16-10的中心孔中穿出；然后，(3)把露出的预压钢索的绳头系接在牵引张拉机
上，并在牵引张拉的同时监视复合弹簧4的压缩量(即为张拉距离)，以便确定两块浮动压板
之间的距离；当两块浮动压板之间的距离等于将复合弹簧4压缩至满足早期刚度的长度时，
向前挪动第二自定心锁紧夹具，同时调节拧动张紧螺套16-6，使得平面轴承16-2被紧紧夹
在所述张紧螺套16-6与锥套16-8之间，且防扭压缩弹簧16-1被压缩，其所产生的张力推动
第一锥形夹爪16-7前移将预压钢索夹紧，尔后拧动所述的空心螺栓16-10将位于第二锥形
夹爪16-9内预压钢索夹死；最后，移除牵引张拉机，截断多余的预压钢索，即可将复合弹簧4
始终夹持在两块浮动压板之间。
参见图1和图9～13，在安装阻尼器的施工过程中或日常维护过程中，如果发现某
预压钢索的张力不足，即可拧动钢索自锁张紧锚具16中的张紧螺套16-6进行调节。
参见图1，所述两组预压钢索分别牵拉两块浮动压板压缩所述复合弹簧4为其来提
供预压力，改变预压钢索的长度即可调节预压力的大小，进而达到预设早其刚度的目的。当
阻尼器受到轴向的外部载荷时，无论外部载荷是压力还是拉力，只要其小于上述预压力，复
合弹簧4是不会继续变形的。当外部载荷大于所述预压力时，若外部载荷为压力，所述动压
板5推动所述第一浮动压板6继续压缩复合弹簧4产生弹性变形耗能，若外部载荷为拉力，所
述两组预压钢索分别牵拉两块浮动压板相对移动压缩复合弹簧4产生弹性变形耗能。因为
无论阻尼器所受的动载荷为拉或压，最终产生的变形均是同一只复合弹簧4的压缩变形，所
以阻尼器的双向弹性变形必然是对称的。
例2
参见图14～18，本例与例1具有如下区别：
所述第一组预压钢索8和第二组预压钢索9均由三根钢索组成。所述钢索自锁张紧
锚具16的数量为六只。
本例上述以外的实施方法与例1相同。
例3
参见图19～23，本例中的可调节早期刚度的复合弹簧阻尼器为一种可用于建筑物
竖向隔震的隔振装置(也称隔震支座)，本例与例2相比主要具有如下区别：
1、作为隔震支座，为便于安装，本例中省略了第二端盖3上所设的连接耳板，而将
第二端盖3自边缘先向下轴向延伸再向外径向延伸，并于边缘处均匀设有连接螺栓孔18，以
第二端盖3作为隔震支座的底座，其中向下轴向延伸的长度需大于所述钢索自锁张紧锚具
16的高度。所述驱动构件的驱动杆5-1为一与动压板5上表面通过螺栓固定连接的的金属
管，该金属管位于导向套1外的端部设有连接托板17，且，该连接托板17上同样设有连接螺
栓孔18。
2、所述复合弹簧4的囊壁4-1由两个串联在一起的曲囊组成；所述第一组预压钢索
8和第二组预压钢索9分别由五根钢索组成；钢索自锁张紧锚具16的数量为十只。
本例上述以外的其它实施方式与例2相同。