一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器及制造方法与流程

本发明涉及建筑钢结构领域技术领域，特别是涉及一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器及制造方法。

背景技术：

阻尼器是一种利用阻尼特性来减缓机械振动及消耗动能的装置。目前常见的摩擦阻尼器主要有：普通摩擦阻尼器、pall摩擦阻尼器、sumitomo摩擦阻尼器、压电智能摩擦阻尼器等。摩擦阻尼器是一种耗能能力较强、结构稳定、简单以及安装方便的阻尼器。但传统的摩擦阻尼器，仅能实现耗能，无自复位能力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器及制造方法，使阻尼器具有自复位能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器，包括楔块组、底板螺杆、第一形状记忆合金杆和第二形状记忆合金杆；

所述楔块组包括下小上大的第一楔形块、上小下大的第二楔形块、左大右小的第三楔形块和左小右大的第四楔形块；

所述第一楔形块和所述第二楔形块上下对称，所述第一楔形块的小端和所述第二楔形块的小端相对设置；

所述第三楔形块和所述第四楔形块左右对称，所述第三楔形块的小端和所述第四楔形块的小端相对设置；

所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块形成中心有通孔的封闭结构；

所述第一楔形块的两个斜面分别与所述第三楔形块的上侧斜面和所述第四楔形块的上侧斜面滑动摩擦接触；所述第二楔形块的两个斜面分别与所述第三楔形块的下侧斜面和所述第四楔形块的下侧斜面滑动摩擦接触；

所述第一楔形块与所述第二楔形块上分别对应设置有第一安装孔位；

所述第三楔形块与所述第四楔形块上分别对应设置有第二安装孔位和第三安装孔位；

所述第一形状记忆合金杆依次穿过所述第三楔形块和所述第四楔形块的第二安装孔位；

所述第二形状记忆合金杆依次穿过所述第三楔形块和所述第四楔形块的第三安装孔位；

所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆相互平行；

所述底板螺杆依次穿过所述第一楔形块和所述第二楔形块的第一安装孔位；

所述底板螺杆垂直于所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆形成的平面，位于所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆之间；

所述底板螺杆两端均设置有螺纹，用于拧入底板螺母固定所述第一楔形块和所述第二楔形块；

所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆两端分别设置有螺纹，用于拧入张拉螺母限制所述第三楔形块和所述第四楔形块沿所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆的轴向方向滑动。

可选的，所述第一安装孔位贯穿所述第一楔形块和所述第二楔形块上下面的中心。

可选的，所述第二安装孔位的轴线和所述第三安装孔位的轴线相互平行，位于同一水平面上，对称分布在所述第一安装孔位轴线的两侧，贯穿所述第三楔形块和所述第四楔形块的左右面；

所述第二安装孔位与所述第三安装孔位之间的距离大于所述底板螺杆的直径。

可选的，所述第一楔形块的两个斜面分别与所述第三楔形块的上侧斜面和所述第四楔形块的上侧斜面上对应设置有相互匹配的凸出和凹陷的脊，或

所述第一楔形块的两个斜面分别与所述第三楔形块的上侧斜面和所述第四楔形块的上侧斜面上对应设置有相互匹配的凹陷和凸出的脊；

所述第二楔形块的两个斜面与所述第三楔形块的下侧斜面和所述第四楔形块的下侧斜面上对应设置有相互匹配的凸出或凹陷的脊，或

所述第二楔形块的两个斜面与所述第三楔形块的下侧斜面和所述第四楔形块的下侧斜面上对应设置有相互匹配的凹陷和凸出的脊；

所述脊沿所述楔块组中心方向延伸。

可选的，所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块的斜面与所述第一形状记忆合金杆所成锐角的角度值大小为30～60°之间。

可选的，所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块的材料为铸铁。

一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器的制造方法，所述制造方法包括：

确定第一楔形块、第二楔形块、第三楔形块和第四楔形块的斜面与水平面所成锐角的角度值；

按照所述角度值加工所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块，所述第一楔形块为下小上大的楔形块，所述第二楔形块为下大上小的楔形块，所述第三楔形块为左大右小的楔形块，所述第四楔形块为左小右大的楔形块；

采用钢丝刷清除所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块的斜面的浮锈；

分别确定底板螺杆、第一形状记忆合金杆和第二形状记忆合金杆的长度与直径；

按照所述长度与直径采用车削技术将底板螺杆材料、第一形状记忆合金杆材料和第二形状记忆合金杆材料加工成所述底板螺杆、所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆；

分别在所述底板螺杆、所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆两端锚固段车螺纹；

分别在所述第一楔形块和所述第二楔形块上开设第一安装孔位；

分别在所述第三楔形块和所述第四楔形块上开设第二安装孔位与第三安装孔位；

上下对称放置所述第一楔形块和所述第二楔形块，使所述第一楔形块的小端和所述第二楔形块的小端相对；左右对称放置所述第三楔形块和所述第四楔形块，使所述第三楔形块的小端和所述第四楔形块的小端相对；使所述第一楔形块、所述第二楔形块、所述第三楔形块和所述第四楔形块形成中心有通孔的封闭结构；

将所述第一形状记忆合金杆依次穿过所述第三楔形块和所述第四楔形块的第二安装孔位；

将所述第二形状记忆合金杆依次穿过所述第三楔形块和所述第四楔形块的第三安装孔位；

分别在所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆两端安装张拉螺母固定；

将所述底板螺杆依次穿过所述第一楔形块和所述第二楔形块的第一安装孔位；

在所述底板螺杆两端安装底板螺母固定。

可选的，所述分别在所述第一楔形块和所述第二楔形块上开设第一安装孔位，具体包括：

分别在所述第一楔形块和所述第二楔形块上开设与所述底板螺杆的直径相匹配的所述第一安装孔位，使所述第一安装孔位贯穿所述第一楔形块和所述第二楔形块的上下面的中心；

所述分别在所述第三楔形块和所述第四楔形块上开设第二安装孔位与第三安装孔位，具体包括：

分别在所述第三楔形块和所述第四楔形块上开设与所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆直径相匹配的所述第二安装孔位和所述第三安装孔位，使所述第二安装孔位和所述第三安装孔位贯穿所述第三楔形块和所述第四楔形块的左右面，所述第二安装孔位的轴线和所述第三安装孔位的轴线相互平行，且位于同一水平面上。

可选的，所述按照所述长度与直径采用车削技术将底板螺杆材料、第一形状记忆合金杆材料和第二形状记忆合金杆材料加工成所述底板螺杆、所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆之前，还包括：

分别对所述底板螺杆材料、所述第一形状记忆合金杆材料和所述第二形状记忆合金杆材料进行热处理。

可选的，所述分别确定底板螺杆、所述第一形状记忆合金杆和第二形状记忆合金杆的长度与直径，具体包括：

根据所述阻尼器的刚度、出力大小、耗能和自复位能力，计算得到所述底板螺杆、所述第一形状记忆合金杆和所述第二形状记忆合金杆的长度与直径。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的阻尼器利用第一楔形块和第二楔形块挤压第三楔形块和第四楔形块，使第一形状记忆合金杆和第二形状记忆合金杆沿轴向方向拉伸，再利用第一形状记忆合金杆和第二形状记忆合金杆较高的回复力，带动第三楔形块和第四楔形块挤压第一楔形块和第二楔形块，最后通过底板螺栓实现阻尼器的自复位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器结构图；

图2为本发明实施例提供的楔块组斜面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器在柱脚结构中的应用示意图；

附图标记说明：

1-第一楔形块；2-第二楔形块；3-第三楔形块；4-第四楔形块；5-底板螺杆；6-第一形状记忆合金杆；7-第二形状记忆合金杆；8-第一安装孔位；9-第二安装孔位；10-第三安装孔位；11-第一楔形块的斜面；12-第三楔形块的上侧斜面；13-第三楔形块的下侧斜面；14-第二楔形块的斜面；15-阻尼器；16-钢柱；17-底板；18-型钢基础。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器及制造方法，使阻尼器具有自复位能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器结构图，如图1所示，一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器，包括楔块组、底板螺杆5、第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7；

所述楔块组包括下小上大的第一楔形块1、上小下大的第二楔形块2、左大右小的第三楔形块3和左小右大的第四楔形块4；本实施例中，所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的材料为铸铁或其他钢材。

所述第一楔形块1和所述第二楔形块2上下对称，所述第一楔形块1的小端和所述第二楔形块2的小端相对设置；所述第三楔形块3和所述第四楔形块4左右对称，所述第三楔形块3的小端和所述第四楔形块4的小端相对设置；所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4形成中心有通孔的封闭结构。

所述第一楔形块1的两个斜面分别与所述第三楔形块3的上侧斜面和所述第四楔形块4的上侧斜面滑动摩擦接触；所述第二楔形块2的两个斜面分别与所述第三楔形块3的下侧斜面和所述第四楔形块4的下侧斜面滑动摩擦接触。

图2为本发明实施例提供的楔块组斜面结构示意图，如图2所示，所述第一楔形块1的两个斜面分别与所述第三楔形块的上侧斜面12和所述第四楔形块的上侧斜面上对应设置有相互匹配的凸出或凹陷的脊；所述第二楔形块2的两个斜面与所述第三楔形块的下侧斜面13和所述第四楔形块的下侧斜面上对应设置有相互匹配的凸出或凹陷的脊；所述脊沿所述楔块组中心方向延伸。

本实施例中将第一楔形块的斜面11上设置为沿楔块组中心方向延伸的凸出脊或为凸出的v型结构，在与第一楔形块的斜面11摩擦接触的第三楔形块的上侧斜面12和第四楔形块的上侧斜面上对应设置相匹配的凹陷的脊或凹陷的v型结构；第二楔形块的斜面14上设置为沿楔块组中心方向延伸的凸出脊或凸出的v型结构，在与第二楔形块的斜面14摩擦接触的第三楔形块的下侧斜面13和第四楔形块的下侧斜面上对应设置相匹配的凹陷的脊或凹陷的v型结构。

通过在各楔形块斜面上设置相互匹配的凸出或凹陷的脊，有利于楔块组结构的稳定，防止各楔形块产生平面外位移和楔块组结构的散架。

图3为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器剖面结构示意图，如图3所示，所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的斜面与水平面所成锐角的角度值大小为30～60°之间。

所述第一楔形块1与所述第二楔形块2上分别对应设置有第一安装孔位8；

所述第一安装孔位8贯穿所述第一楔形块1和所述第二楔形块2上下面的中心。

所述第三楔形块3与所述第四楔形块4上分别对应设置有第二安装孔位9和第三安装孔位10；所述第二安装孔位9的轴线和所述第三安装孔位10的轴线相互平行，位于同一水平面上，对称分布在所述第一安装孔位8轴线的两侧，贯穿所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的左右面；所述第二安装孔位9与所述第三安装孔位10之间的距离大于所述底板螺杆5的直径。

所述第一形状记忆合金杆6依次穿过所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的第二安装孔位9；

所述第二形状记忆合金杆7依次穿过所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的第三安装孔位10；

所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7相互平行；

所述底板螺杆5依次穿过所述第一楔形块1和所述第二楔形块2的第一安装孔位8；

所述底板螺杆5垂直于所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7形成的平面，位于所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7之间；

所述底板螺杆5两端均设置有螺纹，用于拧入底板螺母固定所述第一楔形块1和所述第二楔形块2；

所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7两端分别设置有螺纹，用于拧入张拉螺母限制所述第三楔形块3和所述第四楔形块4沿所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7的轴向方向滑动。

本发明的阻尼器利用第一楔形块1和第二楔形块2挤压第三楔形块3和第四楔形块4，使第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7沿轴向方向拉伸，再利用第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7较高的回复力，带动第三楔形块3和第四楔形块4挤压第一楔形块1和第二楔形块2，最后通过底板螺栓实现阻尼器的自复位。

并且，第一楔形块1和第二楔形块2分别与第三楔形块3和第四楔形块4摩擦接触，产生摩擦耗能，同时利用第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7本身具有的耗能能力，使本发明的阻尼器具有较好的耗能效果。

本发明的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器为外置耗能组件，安装方便，且使用形状记忆合金，不易损坏；且通过楔块组与形状记忆合金杆配合的形式，使对象构件实现自复位，形状记忆合金杆的直径越大，出力和自复位能力越强。

本实施例还提供一种利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器的制造方法，所述制造方法包括：

确定第一楔形块1、第二楔形块2、第三楔形块3和第四楔形块4的斜面与水平面所成锐角的角度值；

按照所述角度值加工所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4，所述第一楔形块1为下小上大的楔形块，所述第二楔形块2为下大上小的楔形块，所述第三楔形块3为左大右小的楔形块，所述第四楔形块4为左小右大的楔形块；

采用钢丝刷清除所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的斜面的浮锈；

分别确定底板螺杆5、第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7的长度与直径；

按照所述长度与直径采用车削技术将底板螺杆材料、第一形状记忆合金杆材料和第二形状记忆合金杆材料加工成所述底板螺杆5、所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7；

分别在所述底板螺杆5、所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7两端锚固段车螺纹；

分别在所述第一楔形块1和所述第二楔形块2上开设第一安装孔位8；

分别在所述第三楔形块3和所述第四楔形块4上开设第二安装孔位9与第三安装孔位10；

上下对称放置所述第一楔形块1和所述第二楔形块2，使所述第一楔形块1的小端和所述第二楔形块2的小端相对；左右对称放置所述第三楔形块3和所述第四楔形块4，使所述第三楔形块3的小端和所述第四楔形块4的小端相对；使所述第一楔形块1、所述第二楔形块2、所述第三楔形块3和所述第四楔形块4形成中心有通孔的封闭结构；

将所述第一形状记忆合金杆6依次穿过所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的第二安装孔位9；

将所述第二形状记忆合金杆7依次穿过所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的第三安装孔位10；

分别在所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7两端安装张拉螺母固定；

将所述底板螺杆5依次穿过所述第一楔形块1和所述第二楔形块2的第一安装孔位8；

在所述底板螺杆5两端安装底板螺母固定。

所述分别在所述第一楔形块1和所述第二楔形块2上开设第一安装孔位8，具体包括：

分别在所述第一楔形块1和所述第二楔形块2上开设与所述底板螺杆5的直径相匹配的所述第一安装孔位8，使所述第一安装孔位8贯穿所述第一楔形块1和所述第二楔形块2的上下面的中心；

所述分别在所述第三楔形块3和所述第四楔形块4上开设第二安装孔位9与第三安装孔位10，具体包括：

分别在所述第三楔形块3和所述第四楔形块4上开设与所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7直径相匹配的所述第二安装孔位9和所述第三安装孔位10，使所述第二安装孔位9和所述第三安装孔位10贯穿所述第三楔形块3和所述第四楔形块4的左右面，所述第二安装孔位9的轴线和所述第三安装孔位10的轴线相互平行，且位于同一水平面上。

所述按照所述长度与直径采用车削技术将底板螺杆材料、第一形状记忆合金杆材料和第二形状记忆合金杆材料加工成所述底板螺杆5、所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7之前，还包括：

分别对所述底板螺杆5材料、所述第一形状记忆合金杆6材料和所述第二形状记忆合金杆7材料进行热处理。

所述分别确定底板螺杆5、所述第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7的长度与直径，具体包括：

根据所述阻尼器的刚度、出力大小、耗能和自复位能力，计算得到所述底板螺杆5、所述第一形状记忆合金杆6和所述第二形状记忆合金杆7的长度与直径。

制造过程中，楔形块斜面与水平面的角度由小到大变化过程中，阻尼器的刚度、出力大小、耗能和自复位能力均依次增强，可恢复弹性变形依次减小。针对应用环境的不同，预先确定楔形块斜面与水平面之间夹角的角度值。以及根据不同构件的使用需求，预先设定构件的刚度、阻尼和变形等参数，得到形状记忆合金杆的性能参数，即长度和直径，使制造得到的阻尼器满足耗能减震和自复位能力需求。

本发明的阻尼器能够应用于多种环境中，以地震监测设备为例，本发明的阻尼器应用于地震设备中，能够有效控制土木工程结构在动力荷载作用下的响应，保护主体结构中的梁柱节点。地震发生时，该节点的螺栓受力发生位移，使第一楔形块1和第二楔形块2挤压第三楔形块3和第四楔形块4，从而使第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7受到挤压产生延长形变，再通过第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7的回复力带动第三楔形块3和第四楔形块4挤压第一楔形块1和第二楔形块2，将回复力传递至底板螺栓实现节点的自复位。

同时，在上下设置的第一楔形块1和第二楔形块2与左右设置的第三楔形块3和第四楔形块4之间的挤压产生摩擦滑动，使楔块组的各摩擦接触的楔形块之间产生摩擦耗能。由于形状记忆合金杆材料本身具有一定耗能能力，所以节点的耗能减震由第一楔形块1和第二楔形块2与第三楔形块3和第四楔形块4间的摩擦和第一形状记忆合金杆6和第二形状记忆合金杆7共同提供，有效避免主体结构的损伤。

针对不同构件在地震作用下的需求，预先设定好构件的刚度、阻尼和变形等参数，通过设计阻尼器中各楔形块斜面与水平面之间的角度和形状记忆合金杆的长度与直径来进行调节摩擦阻尼器的刚度、出力大小、耗能和自复位能力，并且该结构形式摩擦性能稳定，构造简单。

图4为本发明实施例提供的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器在柱脚结构中的应用示意图，如图4所示，本发明的利用楔形滑块摩擦耗能的自复位阻尼器各楔形块斜面与水平面的角度值越小，柱脚阻尼摩擦力越大，摩擦耗能越强，柱脚整体刚度提高，自复位能力增强，但这角度不是越小越好，根据使用对象对刚度和变形综合考虑。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。