一种金属橡胶复合减震器的制作方法

本发明涉及结构减震技术领域，特别涉及一种金属橡胶复合减震器。

背景技术：

地震是一种破坏力很大的自然灾害，除了直接造成房倒屋塌和山崩、地裂、砂土液化、喷砂冒水外，还会引起火灾、爆炸、毒气蔓延、水灾、滑坡、泥石流、瘟疫等次生灾害。除此之外，地震还会带来次生灾害，主要有：1.火灾：由房屋倒塌、煤气泄漏和明火引起；2.水灾：由水坝决口或山崩壅塞河道等引起；3.毒气泄漏：由建筑物或装置破坏等引起；4.瘟疫：由震后生存环境的严重破坏所引起。人们常用阻尼器来控制结构的地震响应。

在土木结构振动控制中使用黏弹性阻尼器最初的意图是为了控制高层建筑的风振效应，后来被人们用于结构抗震中。黏弹性阻尼器依靠黏弹性材料的剪切滞回性能来增加结构的阻尼，达到减小结构动力反应的效果。常用的黏弹性材料为高分子聚合物，这种材料既有粘性，又具有很好的弹性，可以在变形时将吸收的能量转换成热量散发出来，可用来减少结构的风振和地震反应。但黏弹性阻尼器对温度很敏感，应用于温度较低的地区时不适用。

黏滞阻尼器也存在着自身的缺点，如过大的压力差会不仅产生阻尼器的动刚度，动刚度可能会引起结构不正常的内力重分布，进而可能会对阻尼器的密封系统和缸筒侧壁产生破坏。而且在速度很快时甚至会锁死，当黏滞阻尼器被锁死时，甚至会引发黏滞阻尼器爆缸，或导致活塞杆弯曲或活塞杆倾斜卡死，最终引起黏滞阻尼器破坏。

金属橡胶是一种可以有效减轻结构的地震反应的新型减震材料。当地震来临时，金属橡胶可以将一部分地震的能量转化为金属橡胶的弹性势能和干摩擦耗能，达到保护主结构的目的。此外，金属橡胶也是一种适用于设备振动的宽领域减震(振)材料，在很多设备振动的环境下均有应用的例子。

中国发明专利第cn103267078a号公开了一种复合弹簧阻尼可调式隔振器，该隔振器包括上端具有开口的外壳，外壳下方装有底板，外壳内设有连接轴，连接轴上端伸出外壳开口，连接轴中部设有轴肩，轴肩上表面与外壳顶壁间、轴肩下表面与底板间均装有碟形弹簧和金属丝网垫，连接轴下端具有内孔，内孔中装有螺旋簧。该隔振器较好地解决了隔振效果不佳、性能不稳定且适用范围小的不足，但碟形弹簧在受压后会出现回弹，会将部分势能转化为动能，削弱减震的效果，而本发明使用的金属橡胶通过干摩擦耗能，有效地解决了这个问题。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提出来一种金属橡胶复合减震器，该减震器通过弹簧调节整个结构的振动固有周期，减少外部振动源对结构的振动能量输入；此外，还通过金属橡胶的干摩擦耗散大量输入振动能量，其耗能效率高，能量损失较小，提高了结构的安全性和耐久性。

金属橡胶复合减震器包括上连接钢板，下连接钢板，上金属橡胶，下金属橡胶，连接轴，接触盘，衬套和弹簧。其衬套为空心圆柱体形状，由侧壁钢圆环与顶部开孔的原钢板焊接。而其连接轴与接触盘焊接成整体，置于衬套内。连接轴从下方穿过衬套的顶部开孔后，与上连接钢板焊接连接，衬套内放置下金属橡胶与接触盘下方，接触盘与衬套顶部钢板间放置中间开孔的圆柱体形的上金属橡胶，上金属橡胶的开孔内嵌套连接轴，上金属橡胶与下金属橡胶均充满衬套的空间。

上金属橡胶和下金属橡胶是由一定质量的螺旋金属丝经有序编织后置于模具中冲压而成的，为匀弹性多孔材料，具有高弹性、大阻尼、耐高温、耐高压真空及耐腐蚀性等特点，金属橡胶受振动激励或冲击时其内部螺旋金属丝会发生弹性变形，该变形达到临界值时金属丝之间开始接触，继而发生摩擦、挤压并耗散大量能量。上金属橡胶与下金属橡胶为主要减震构件，当地震力作用在减震器上时，金属橡胶可以发生压缩形变，将部分地震力转化为金属橡胶的弹力，从而达到减震的目的。金属橡胶为圆环状柱体，套嵌在连接轴外侧，下金属橡胶为圆柱体，置于接触盘以下。金属橡胶复合减震器在不受力的初始状态下，上金属橡胶填充于接触盘上部与连接轴和衬套形成的空间内，下金属橡胶填充于接触盘下部与衬套形成的空间内，上金属橡胶与下金属橡胶均充满衬套的空间。

上金属橡胶通过螺栓与衬套连接，其作用为将上金属橡胶固定在衬套内部。

衬套顶部与上连接钢板底面之间留有间隙，间隙的距离等于金属橡胶减震器的设计行程，其作用为防止减震器受压时，上连接钢板向下运动与衬套碰撞在一起无法继续变形。衬套底部与下连接钢板顶面焊接，其作用为将衬套固定在下连接钢板上。衬套为一上顶板开口的空心圆柱体构件，其作用为限制上金属橡胶与下金属橡胶向四周膨胀。

连接轴与衬套之间设置乙聚四氟乙烯，其作用为防止连接轴在运动过程与衬套发生摩擦破坏。

上连接钢板与下连接钢板分别与主体结构连接。

弹簧与上连接钢板和下连接钢板相连，弹簧为辅助的减震构件，当地震作用于减震器时，弹簧可将部分地震释放的能量转化为弹性势能，达到减震的目的。在减震器静止的状态下，弹簧还起到支撑的作用，防止上连接钢板掉落。

接触盘将上金属橡胶与下金属橡胶隔开，上、下金属橡胶分别受力变形，提高了减震器的工作效率。

接触盘外侧装有环形缓冲垫，环形缓冲垫的材料为橡胶或聚氨酯，内侧与接触盘用胶粘结成整体，其作用为缓冲地震带来的振动作用，防止接触盘与衬套发生碰撞摩擦。连接轴与接触盘焊接成一个整体，在地震作用下在衬套内部上下移动，压缩金属橡胶。缓冲垫最外层设置甲聚四氟乙烯，不与衬套相连，其作用是在上下振动时，缓冲垫侧面通过甲聚四氟乙烯与衬套侧壁接触，聚四氟乙烯的摩擦力很小，可防止接触盘在运动过程中与发生摩擦破坏。

上述金属橡胶复合减震器工作过程1如下：

当上连接钢板1相对于下连接钢板8向下运动时，由于衬套4可视为刚体，且与下连接钢板8刚接，因此衬套4的变形和位移可忽略不计。上连接钢板1可带动连接轴3向下运动，由于接触盘不与衬套连接，连接轴3带动接触盘11压缩下金属橡胶7，金属橡胶的变形可以消耗地震产生的部分能量。同时弹簧6也被压缩，对减震器起到缓冲的作用，保护减震器不易受损。

上述金属橡胶复合减震器工作过程2如下：

当上连接钢板1相对于下连接钢板8向上运动时，由于衬套4可视为刚体，且与下连接钢板8刚接，因此衬套4的变形和位移可忽略不计。上连接钢板1可带动连接轴3向上运动，由于接触盘不与衬套连接，连接轴3带动接触盘11压缩上金属橡胶7，金属橡胶的变形可以消耗地震产生的部分能量。同时弹簧6也被压缩，对减震器起到缓冲的作用，保护减震器不易受损。

此外，本减震器结构简单，各零部件和配件均可在工厂预制加工，经济合理。采用这种金属橡胶复合减震器可保证其滞回曲线稳定，减震的防护效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：金属橡胶复合减震器整体结构示意图；

图2：金属橡胶复合减震器俯视图；

图3：环形缓冲垫与衬套连接示意图；

图4：连接轴与衬套连接示意图；

图5：上金属橡胶与衬套连接示意图；

图6：连接轴与衬套连接示意图；

图7：连接轴与接触盘等轴测图；

图8：连接轴与接触盘俯视图；

图9：衬套等轴测图。

在附图1～附图9中，1为上连接钢板；2为乙聚四氟乙烯；3为连接轴；4为衬套；5为上金属橡胶；6为弹簧；7为下金属橡胶；8为下连接钢板；9为环形缓冲垫；10为甲聚四氟乙烯；11为接触盘。

具体实施方法

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1是本发明的金属橡胶复合减震器的整体结构示意图。如图1，本金属橡胶复合减震器主要包括上连接钢板1，下连接钢板8，弹簧6，连接轴3，接触盘11，衬套4，上金属橡胶5，下金属橡胶7，环形缓冲垫9，甲聚四氟乙烯10和乙聚四氟乙烯2等，其中金属橡胶在减震器工作过程中可以被压缩，消耗地震的部分能量，从而达到减震的目的。本发明提供的一种金属橡胶复合减震器，其特征在于其施工步骤如下：

(1)将下金属橡胶7安装于在工厂预制好的下连接钢板8上；

(2)将衬套4在工厂内预制好，上部钢板的开孔内部粘贴一圈乙聚四氟乙烯2，将上金属橡胶5用螺栓连接在衬套4内部顶端；

(3)将连接轴3和接触盘11焊接相连，将环形缓冲垫9粘贴在连接轴3外侧，甲聚四氟乙烯10粘贴在环形缓冲垫9外侧；

(4)将连接轴3和接触盘11安装在下金属橡胶7上，连着上金属橡胶5的衬套4套在接触盘11外部，将接触盘11与衬套4和下连接钢板8焊接；

(5)将弹簧6一端固定在下连接钢板8上，另一端固定上连接钢板1，并将上连接钢板1与连接轴3焊接。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。