一种早期刚度可预设的橡胶空气弹簧阻尼器的制作方法

本发明涉及减震装置，特别是涉及采用橡胶空气弹簧的阻尼器。

背景技术：

橡胶空气弹簧是一种由橡胶、网线贴合形成的曲形胶囊，胶囊两端用两块钢板密封，形成一个压缩空气室，利用空气的可压缩性实现弹性作用；由于橡胶空气弹簧具有非线性特性，且自振频率低，它作为隔震部件被广泛的应用于一些高频振动场合，如汽车、高频机械以及建筑结构等。

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，任何弹簧阻尼器在外部载荷的作用下均会产生或多或少的弹性变形。因此上述人们所追求的建筑物抗震结构的性能是很难完美的实现的。

授权公告号为CN 204081122U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、无法改变阻尼器的早期刚度，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。

橡胶空气弹簧通常只能承受压载荷，抗拉能力弱，若要组成既能拉伸耗能又能压缩耗能的阻尼器，就需要如上述建筑用抗风减震弹簧阻尼器一样由两只橡胶空气弹簧来分别承受双向变形；因此橡胶空气弹簧作为隔震装置也具有如上述建筑用抗风减震弹簧阻尼器一样的缺点。

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。由于橡胶空气弹簧是主体由橡胶构成的密闭气室，上述三种改变弹簧的有效工作长度的手段显然不适用于橡胶空气弹簧；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。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种早期刚度可预设的橡胶空气弹簧阻尼器，该阻尼器不仅能够预设早期刚度，而且仅采用一只橡胶空气弹簧，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：

一种早期刚度可预设的橡胶空气弹簧阻尼器，该橡胶空气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，

所述的弹簧为橡胶空气弹簧，该橡胶空气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和两块浮动压板，其中，

所述的浮动压板一块设在所述动压板与橡胶空气弹簧之间，另一块设在第二端盖与橡胶空气弹簧之间；

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固定在动压板上，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固定在第二端盖上；

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橡胶空气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。

上述的橡胶空气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橡胶空气弹簧；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橡胶空气弹簧。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在阻尼器上，都能压缩橡胶空气弹簧，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。

本发明所述的早期刚度可预设的橡胶空气弹簧阻尼器，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，因此，如果将所述预压钢索的两头都采用锚固或吊环螺钉系接固定死，那么要达到预设早期刚度的目的，就必须预先计算并严格控制所述预压钢索的长度才能预设张力，进而达到预设早期刚度的目的。但是，在实际生产调试过程中，要采用控制所述预压钢索长度的方法达到预设早期刚度的目的则存在下述两大难题，一是锚固或系接的过程会产生误差，二是即使控制了焊接或系接的过程所产生误差，但预压钢索在切断、放置过程中还会导致其特性参数的变化。为了解决上述技术难题，本发明的一个改进方案是：

所述的两组预压钢索的另一头均由钢索自锁锚具分别固定在动压板和第二端盖上；所述的钢索自锁锚具由安装孔、夹爪和防松螺栓构成，其中，

所述的安装孔设在动压板或第二端盖上；所述的安装孔由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于靠近浮动压板的一侧，且尖头指向所述浮动压板，螺纹孔位于远离浮动压板的一侧；

所述的夹爪为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3～5瓣组成，其体内沿轴线设有夹持相应预压钢索的装夹孔；

所述的防松螺栓与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于所述的预压钢索直径的圆孔；

所述的夹爪安装在所述锥孔内，防松螺栓安装在所述螺纹孔内。

由上述改进方案可见，将第一组预压钢索的一头全部固定在第二浮动压板上，另一头由所述的钢索自锁锚具的装夹孔和圆孔中穿出，将第二组预压钢索的一头全部固定在第一浮动压板上，另一头由所述的钢索自锁锚具的装夹孔和圆孔中穿出，这样即可把露出的绳头系接在牵引张拉机上，在牵引张拉的同时监测橡胶空气弹簧的压缩量(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橡胶空气弹簧压缩至满足早期刚度的长度时，拧动防松螺栓即可推动所述夹爪将预压钢索夹紧并锁死即可(此时需保证第二端盖和与第二端盖相邻的浮动压板紧贴在一起)；使用时即使在振动过程中两组预压钢索反复张紧、松驰的情况下也不会松动。

为防止所述橡胶空气弹簧两头在所述浮动压板上滑动，本发明的另一个改进方案是：所述两块浮动压板相对的表面上分别设有一定位环，所述橡胶空气弹簧的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)仅需一只橡胶空气弹簧就可使阻尼器无论所受轴向外力为正向还是反向，所述的橡胶空气弹簧均能产生弹性压缩变形而耗能，既节省了一只橡胶空气弹簧，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，但所述橡胶空气弹簧有效工作长度不变，不会改变橡胶空气弹簧原有的特性参数。

附图说明

图1～7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为仰视图，图5为图1中局部Ⅰ的放大图，图6为图1中局部Ⅱ的放大图，图7为图2中局部Ⅲ的放大图。

图8～13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8为主视图(剖视)，图9为图8的C-C剖视图，图10为图8的D-D剖视图，图11为仰视图，图12为图8中局部Ⅳ的放大图，图13为图9中局部Ⅴ的放大图。

图14～16为图8～13所示实施例中钢索自锁锚具的结构示意图，其中图14为主视图(剖视图，图中双点划线示意预压钢索)，图15为俯视图，图16为图14的E-E剖视图。

图17～21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17为主视图(剖视)，图18为图17的F-F剖视图，图19为图17的G-G剖视图，图20为图17的H-H剖视图，图21为仰视图。

具体实施方式

例1

参见图1，本例中的早期刚度可预设的橡胶空气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内沿轴向设有一橡胶空气弹簧4，一驱动构件由第一端盖2中心伸进所述的导向套1内压在所述橡胶空气弹簧4上；其中，所述的驱动构件由位于橡胶空气弹簧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，本例中的橡胶空气弹簧4的囊壁4-1由三个串连在一起的曲囊形成，任意两相邻的曲囊的过渡处外壁箍设有腰环4-2，所述囊壁4-1两头由密封端板4-3密封，该密封端板4-3配合连接法兰4-4将囊壁4-1端部的边缘夹持在两者之间，所述囊壁4-1内充有压缩空气。所述橡胶空气弹簧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4，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1～7，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和两块浮动压板；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与橡胶空气弹簧4之间的第一浮动压板6和设在第二端盖3与橡胶空气弹簧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1～7，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由吊环螺钉12固定在所述动压板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由吊环螺钉12固定在第二端盖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；所述的预压钢索的两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。

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橡胶空气弹簧4的密封端板4-3外径相匹配的定位环15，所述橡胶空气弹簧4两头的密封端板4-3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。

为了实现可预设早期刚度的目的，上述两预压钢索的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据预设的早期刚度和橡胶空气弹簧4的特性曲线确定橡胶空气弹簧4压缩量，进而计算出每一根第一组预压钢索8和第二组预压钢索9的长度；(2)按图1～3将橡胶空气弹簧4、反压装置和驱动构件连接好，然后反复调节使每一根预压钢索的实际长度与计算长度相等并用常见的钢索夹(图中没显示)固定死，将橡胶空气弹簧4始终夹持在第一浮动压板6与第二浮动压板7之间；(3)套上导向套1，并盖上第一端盖2与和第二端盖3，最后将连接环5-2与驱动杆5-1对接起来，即得所述的早期刚度可预设的橡胶空气弹簧阻尼器。

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橡胶空气弹簧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，橡胶空气弹簧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继续压缩橡胶空气弹簧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橡胶空气弹簧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橡胶空气弹簧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

本例与例1具有如下区别：

参见图8～10，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。

参见图8～13，所述的第一组预压钢索8的上头和第二组预压钢索9的下头分别采用钢索自锁锚具16替代例1中的吊环螺钉固定在所述动压板5和第二端盖3上。

参见图14～16，并结合图7，所述的钢索自锁锚具16由设置在安装板16-1上的安装孔、夹爪16-2和防松螺栓16-4构成，其中，所述安装板16-1即为动压板5或第二端盖3。所述的安装孔的轴线与相应的预压钢索所在的直线共线；所述的安装孔由一段锥孔和一螺纹孔组成，其中所述锥孔位于靠近浮动压板的一侧，且尖头指向所述浮动压板，螺纹孔位于远离浮动压板的另一侧。所述的夹爪16-2为与所述锥孔相匹配的圆锥形，并由3瓣组成，其体内沿轴线设有夹持相应预压钢索的装夹孔16-3。所述的防松螺栓16-4与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于相应预压钢索直径的圆孔16-5。所述的夹爪16-2安装在所述锥孔内，防松螺栓16-4安装在所述螺纹孔内，拧动防松螺栓16-4可推动所述夹爪16-2将穿过所述装夹孔16-3的相应的预压钢索夹紧并锁死；相应的钢索的末端自对应防松螺栓16-4的圆孔16-5穿出。

按本例的方案制作组装好所述阻尼器后，把露出的第一组预压钢索8和第二组预压钢索9的绳头系接在牵引张拉机上，在牵引张拉的同时监测橡胶空气弹簧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橡胶空气弹簧4压缩至满足早期刚度的长度时，拧动防松螺栓16-4即可推动所述夹爪16-2将预压钢索夹紧并锁死，从而将橡胶空气弹簧4始终夹持在第一浮动压板6与第二浮动压板7之间。

本例上述以外的实施方法与例1相同。

例3

参见图17～21，本例中的早期刚度可预设的橡胶空气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，本例中省略了例2中第二端盖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锚具16露在第二端盖3外侧部分的长度。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、所述橡胶空气弹簧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。

本例上述以外的其它实施方式与例2相同。