与支撑结构一起使用的阻尼组件和对结构进行减幅的方法

摘要

一种用于结构的阻尼组件(100)包含具有第一固定端(108)和第二可移动相对端(112)的壳体(104)。所述壳体(104)的第一可平移部分可相对于所述壳体(104)的相邻第二区段(120)以可滑动方式移动，当所述结构承受载荷时，所述第一可平移部分固定地紧固到底座。只有在所述第一可平移区段已首先移动超过指示较高振幅载荷事件的初始预定距离之后，才能启动安置于所述壳体(104)内的粘性阻尼器。至少一个偏置特征(180)阻止所述粘性阻尼器工作，直到所述第一可平移区段已首先移动超过所述初始预定距离为止。

权利要求

1.一种与支撑结构一起使用的阻尼组件，所述阻尼组件包括：

壳体，其具有被配置成用于附接到所述结构的第一端以及被配置成用于附接到固定表面的相对第二端，所述壳体包括：第一套筒区段，所述第一套筒区段在所述壳体的所述第一端处，所述第一套筒区段具有中空内部；

第二套筒区段，所述第二套筒区段具有定尺寸成接纳所述第一套筒区段的至少一轴向部分的中空内部；以及第三套筒区段，所述第三套筒区段具有定尺寸成接纳所述第二套筒区段的至少一轴向部分的中空内部，所述第一套筒区段、所述第二套筒区段和所述第三套筒区段中的每一者由具有外径和内径的圆筒限定，其中，所述第二套筒区段从所述第三套筒区段伸缩式地延伸并且所述第一套筒区段从所述第二套筒伸缩式地延伸，并且其中，所述第一套筒区段的外径基本与所述第二套筒区段的内径相符合并且所述第二套筒区段的外径基本与所述第三套筒区段的内径相符合，所述第一套筒区段、所述第二套筒区段和所述第三套筒区段中的每一者都能够可平移地移动；以及粘性阻尼器，所述粘性阻尼器包括

活塞杆，所述活塞杆附接至所述壳体的所述第二端并且延伸穿过所述第三套筒区段、所述第二套筒区段的内部以及所述第一套筒区段的至少一部分的内部；

活塞头，所述活塞头在所述第二套筒区段内固定地附接至所述活塞杆，其中，所述第二套筒区段的各端包括轴承组件，所述轴承组件限定位于所述活塞头的相对侧的液压流体腔室；以及至少一个密封部件，所述至少一个密封部件设置在所述活塞头的外部上并且被配置成支撑抵靠所述第二套筒区段的内表面，所述至少一个密封部件构造成产生使所述第二套筒区段的可平移的移动延迟的力直至所述第一套筒区段已首先相对于所述第二套筒区段移动预定距离。

2.根据权利要求1所述的阻尼组件，其中，每个轴承组件包含至少一个密封部件。

3.根据权利要求1所述的阻尼组件，其中，所述壳体的所述第二端包含限定在所述第三套筒区段的中空内部内的蓄积器腔室。

4.根据权利要求3所述的阻尼组件，其中，所述蓄积器腔室填充有弹性材料。

5.根据权利要求3所述的阻尼组件，其中，所述密封部件包括相对于所述活塞头的所述外部设置的至少一个楔形部分以及密封环，所述至少一个楔形部分构造成与所述第二套筒区段的内壁接合。

6.一种利用根据权利要求1‑5中的任一项所述的阻尼组件对结构进行减幅的方法，所述方法包括以下步骤：将阻尼组件附接到承受载荷的结构上，所述阻尼组件包括从第二套筒区段伸缩式地延伸的第一套筒区段，并且其中所述第二套筒区段从第三套筒区段伸缩式地延伸，所述第一套筒区段、所述第二套筒区段和所述第三套筒区段中的每一者由具有内径和外径的圆筒限定，其中，所述第一套筒区段的外径基本与所述第二套筒区段的内径相符合并且所述第二套筒区段的外径基本与所述第三套筒区段的内径相符合，所述阻尼组件还包括保持在所述第二套筒区段中的粘性阻尼器，所述粘性阻尼器包括固定地设置在活塞杆上的活塞头，所述活塞杆固定地附接至所述壳体的第二端，其中，所述第二套筒区段的各端包括轴承组件，所述轴承组件限定形成在所述活塞头的相对侧的液压流体腔室；

在施加第一载荷时，将所述第一套筒区段在所述第二套筒区段的内部内可平移地移动并且将包含在所述液压流体腔室中的一个液压流体腔室内的液压流体压缩；以及经压缩的液压流体启动所述粘性阻尼器，所述粘性阻尼器具有至少一个密封部件，所述至少一个密封部件使得所述第二套筒区段延迟移动直至所述第一套筒区段首先已移动超过预定距离。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述粘性阻尼器的所述至少一个密封部件包括相对于所述活塞头的外部设置的至少一个楔形部分，所述至少一个楔形部分构造成当所述第一套筒区段朝向所述活塞头移动时与所述第二套筒区段的内壁接合。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个楔形部分设置在所述活塞头的相对端处。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述密封部件包括相对于所述活塞头的所述外部安置的密封环以及所述至少一个楔形部分，所述密封环被配置成与所述第二套筒区段的所述内壁接合。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述活塞头包括至少一个轴向孔口。

说明书

与支撑结构一起使用的阻尼组件和对结构进行减幅的方法

[0001] 相关申请的交叉参考

[0002] 本申请根据35U.S.C.§119的相关部分主张美国专利申请第15/977,005号的优先权，其标题为：具有间隙特征的载荷阻尼组件。上述申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本申请大体上涉及结构阻尼的领域，且更具体地说，涉及用于经常承受不需要阻尼的小工作载荷的悬索桥或类似支撑结构的阻尼组件。当例如地震载荷等较大量值载荷施
加到支撑结构时，阻尼组件对这些载荷进行补偿，同时仍能实现阻尼。

背景技术

[0004] 在例如悬索桥等某些支撑结构中，常规性地且频繁地遇到相当小的工作载荷和结构的偏转，这些工作载荷具有相当小的振幅。通常不需要为这些工作载荷提供阻尼，其中应准许结构响应于所述工作载荷而移动。然而，仍然需要或要求为可能会施加到支撑结构上
的更大和更显著的载荷提供阻尼，例如地震载荷或高振幅载荷。

[0005] 在已知的这些支撑结构的阻尼组件中频繁施加低振幅工作载荷会产生问题，因为在给定总循环次数的情况下，所用阻尼器的密封元件会产生损坏，从而导致过早失效而需
要更换这些组件。

发明内容

[0006] 因此，根据第一方面，提供了一种用于支撑结构的阻尼组件。所述阻尼组件包括壳体，所述壳体具有附接到所述结构的一端的第一区段，当将载荷施加到结构时，第一区段可相对于附接到固定支撑件的壳体的固定第二端可平移地移动。壳体的第二区段容纳粘性阻尼器，例如，液压阻尼器，所述粘性阻尼器仅在所施加的载荷超过预定值并且第一区段已首先移动或平移预定距离之后才启动。

[0007] 在一个版本中，粘性阻尼器可以包含往复式液压组件，所述往复式液压组件包含各自安置在壳体内的可移动活塞头和活塞杆。在活塞头的相对侧上产生密封的流体腔室，
其中阻尼组件的滑动机构可以在施加载荷时进行移动。内部阻力或偏置机构阻止活塞头的
移动，直到首先超过预定力为止，所述预定力显著大于允许滑动机构初始移动的力。一旦超过预定力，则在组件内启用活塞头以在承受载荷的情况下移动液压流体，并且在活塞头移
动通过流体时，实现密封腔室之间所含液压流体的阻尼/流动。根据一个版本，内部阻力机构可以包含至少一个密封部件，所述至少一个密封部件对壳体内部产生足够的偏置力以抵
抗活塞头的移动，直到第一区段已首先移动初始预定距离为止。

[0008] 根据另一方面，提供了一种用于对支撑结构进行减幅的方法，其中阻尼组件的第一部分附接到支撑结构，其中阻尼组件的相对端附接到固定支撑件。在所施加的载荷下，首先允许阻尼组件的第一部分移动预定距离而无需对结构进行减幅。根据此方法，只有在阻
尼组件的第一部分首先已移动预定距离之后才能启动所包含的粘性阻尼器以在其中提供
对支撑结构的阻尼。根据一个版本，粘性阻尼器是液压阻尼器，并且其中提供了至少一个偏置特征以阻止粘性阻尼器工作直到组件的第一部分已首先移动预定距离为止。

[0009] 根据至少一个版本，组件可以包含第一套筒部分、第二套筒部分和第三部分，其中第一套筒部分具有允许第一套筒部分在第二套筒部分的外表面上滑动的直径，并且第二套筒部分具有允许第二套筒部分在第三套筒部分的外表面上滑动的直径。可移动活塞安置于
第二套筒部分的内部内，并且其中阻尼组件的第一部分至少包含第一套筒部分。

[0010] 至少一个偏置特征阻止活塞头在组件内移动，直到已经施加预定量的力并且第一套筒部分已经朝向第二套筒部分移动其预定范围为止。根据一个版本，偏置特征是相对于
活塞头的外部安置的密封部件，其中密封部件被配置成与壳体的内壁接合。

[0011] 本文所述的阻尼组件实现的一个优点是，可易于适应通常且定期地施加给结构(例如悬索桥或其它相关结构)的小振幅载荷(工作载荷)，而无需过早地启动阻尼器。因此，阻尼器密封件不会过早损坏，从而可以维持阻尼组件的有效使用寿命。

[0012] 实现的另一优点是，在本文中由所述阻尼组件提供“间隙”功能，以便在没有阻尼的情况下适应支撑结构的频繁的小振幅载荷。这种功能可以容易地并入单个组件中，而不会显著影响阻尼组件的制造成本和费用。

[0013] 再另一优点是，可以适当地调谐或调整本文所述的阻尼组件的间隙特征，以便按需要延迟组件的主动阻尼，从而在总体设计和用途方面提供相当多的通用性。

[0014] 这些和其它特征和优点将从以下具体实施方式中变得显而易见，以下具体实施方式应结合附图阅读。

附图说明

[0015] 图1是根据实施例的阻尼组件的透视图；

[0016] 图2是以截面示出的图1的阻尼组件的透视图；

[0017] 图3是图1和2的阻尼组件的一端的放大截面视图；以及

[0018] 图4是图1‑3的阻尼组件的活塞头的放大截面视图，所述活塞头包含至少一个偏置特征。

具体实施方式

[0019] 以下描述涉及一种结构阻尼器或阻尼组件，其被配置成在没有阻尼的情况下适应施加给结构(例如悬索桥)的相对低的振幅(即，工作)荷载，但其中施加给结构的大于预定
值的显著更大的荷载可以被有效地减幅。在本说明书的整个过程中，经常使用若干术语，以便在参考附图时提供合适的参考框架。然而，应注意，除非如此明确地指示，否则包含“内”、“外”、“外部”、“内部”、“上方”、“下方”、“远端”、“近端”、“朝内”和“朝外”等这些术语的使用，并不意图显著影响包含权利要求书在内的本发明的预期范围。

[0020] 以下描述中使用的术语“包括(comprising/comprises/comprise)”和术语“包含(includes/include/included)”旨在为同义词，其中每个术语通常意指非包含关系。

[0021] 参考图1，描绘了根据实施例的阻尼组件100的透视图。阻尼组件100由具有相对端108和112的基本上是圆柱形的壳体104限定，并且其中，壳体104分别由一系列相邻的第一、第二和第三套筒状区段116、120和124进一步限定。根据此版本，套筒部分116、120和124中的每一个是中空的并且基本上是圆柱形的区段，其中第一套筒部分116的大小适于装配在
第二套筒部分120的中空内部123内，并且第二套筒部分120的大小适于装配在第三套筒部
分124的中空内部134内，从而形成可伸缩式构造。第一套筒区段116安置成与壳体104的第
一端108相邻，第一套筒部分包含具有U形接头128的端部部分132，以使本文所述组件100能够附接到支撑结构(未示出)。根据此具体实施例的端部部分132由紧固到第一套筒部分116
的一端的管状区段构成。端部部分132具有大于第一套筒部分116的外径的内径，以使端部
部分132能够覆盖第一套筒部分116的一部分。参考图1和3，端部部分132固定地紧固到第一套筒部分116的端部，并且端部部分包含例如弹性体O形环或其它合适的结构的密封部件
136，密封部件安置在端部部分132的内表面内形成的环形槽140内。

[0022] 参考图1‑4并且根据本实施例，第一套筒部分116由中空内部127限定，中空内部的大小和配置用于接纳活塞组件150的一部分，如下文更详细地论述。第一套筒部分116的一端最初延伸到第二套筒部分120的中空内部123中，其中第一套筒部分116的延伸端与环形
肩部121接合。

[0023] 本文所述的阻尼组件100的第二套筒部分120包含外表面或外部表面122，所述外表面或外部表面使得第二套筒部分120能够在相邻的第三套筒部分124的中空内部134内轴
向移动，后一套筒部分124延伸到壳体104的第二端112。与第一套筒部分116类似，第二套筒部分120也基本上由中空内部123限定，所述中空内部容纳活塞组件150的一部分以及一对
轴承组件160、170，轴承组件设置在第二套筒部分120的各端。轴承组件160、170中的每一个通常分别由延伸穿过其中的中心开口以及颈缩部分162、172和相应的内部部分164、174限
定。根据此具体实施例，轴承组件160中的一个的颈缩部分162的大小适于装配在环形肩部
121内形成的开口内，其中相应的内部部分164延伸到第二套筒部分120的中空内部123中。
剩余轴承组件170的颈缩部分172延伸到第二套筒部分120的端壁122内，其中相应的内部部
分174的大小和配置适于抵靠端壁122的内表面以及抵靠第二套筒部分120的内径配合。

[0024] 根据此具体实施例的活塞组件150包含安置于第二套筒部分120的内部123内的可移动活塞头154，以及延伸穿过其中的圆柱形活塞杆156。活塞杆156的一端固定地附接在壳体104的端部112上，而活塞头154居中安置在密封组件160、170之间，其中第二套筒部分120的中空内部123被分成一对液压腔室或流体腔室125、126。根据此实施例的活塞头154由具
有中心贯通开口的基本上是圆柱形的区段限定，所述中心贯通开口的大小适于容纳活塞杆
156，并且其中活塞杆156固定地附接到活塞头154。根据此实施例，如图4所示，活塞杆156包含一个外环形槽，所述外环形槽的大小适于容纳活塞头154的内部径向突出部，以将其固定在固定位置。活塞头154包含至少一个孔口158，所述至少一个孔口轴向延伸穿过活塞头154以准许液压流体在腔室125、126之间流动。

[0025] 具体参考图4并根据此实施例，活塞头154由在每一端和相对侧上的一对肩部进一步限定，其中活塞头154的外径的大小适于与第二套筒部件120的内壁接合。一对密封部件
180在相对端安置在活塞头154的外径上，其中密封部件180与第二套筒部分120的内壁接触
装配。根据此实施例并参考图4，每个密封环180装配有楔形特征或部分185，所述楔形特征或部分被配置成与装配在活塞头154的肩部191内的接纳部件187接合。楔形特征185与第二
套筒部分120的内壁相邻但最初不直接接触。

[0026] 如所提及，如本文所论述，活塞头154被安置成相对于第二套筒部分120的内部123移动。活塞杆154的未固定端延伸到第一套筒部分116的中空内部127中。

[0027] 在操作之前，使用U形接头128或其它合适的附接装置将本文所述的阻尼组件100的第一端108附接到例如悬索桥等的支撑结构(未示出)的一部分。类似地，壳体104的相对
第二端112，更具体地说是U形接头129，类似地紧固到底座或其它固定(稳固)表面(未示
出)。通过可密封的填充端口166最初向第二套筒部分120的中空内部123添加一定量的流
体，例如液压流体，以基本上填充密封的流体腔室125、126。

[0028] 在操作中以及在图2中所描绘的初始未载荷的位置中，本文所述的阻尼组件100的第一套筒部分116相对于第二套筒部分120向外延伸，其中第二套筒部分120也相对于固定
的第三套筒部分124部分地向外延伸(即，朝向壳体104的第一端108)。

[0029] 准许本文所述的包含第一套筒部分116的组件100的第一端108在由附接结构输入载荷时相对于阻尼组件100的其余部分移动。如图1‑4所示并且在初始施加载荷时，使包含端部部分132的第一端108向壳体104的第二端112平移，直到端部部分132内的内壁表面133
移动到与第一套筒部分116的外端117接触为止。在此接合后，端部部分132和第一套筒部分
116中的每一个朝向壳体104的第二端112整体移动。

[0030] 响应于所施加的载荷，第一套筒部分116的轴向移动进一步引起第一套筒部分116的内端119与第二套筒部分120的环形肩部121之间的接合。此接合进一步使第二套筒部分
120在第三套筒部分124的中空内部内轴向移动。虽然此移动对所容纳的液压流体产生了压
力，但是不存在活塞头154的初始移动，因为使得密封部件180的楔形特征185抵靠住第二套筒部分120的内壁，以产生阻止活塞头154移动的偏置力直到首先实现预定压力为止。

[0031] 当实现压力时，除了第二套筒部分124在第三套筒部分124的内部内移动之外，还使得活塞头154在第二套筒部分120的内部123的范围内沿活塞杆154轴向移动，并且在包含
液压流体的情况下产生阻尼使其通过活塞头154中的限定孔口在第二套筒部分120的中空
内部123的限定和密封的液压腔室125、126之间移动。替代地，可以在活塞头154的外表面与第二套筒部分120的内径之间提供环形间隙(未示出)，以便实现在限定腔室125、126之间的流体移动。

[0032] 当压力足以承受由活塞头154的密封组件产生的偏置力时，进一步使得活塞头154以及第二套筒部分120一起朝向组件100的端部112移动。当载荷不再作用于组件100上时，
液压流体的压力使活塞154恢复到其原始位置，分别在第一、第二和第三套筒部分116、120、
124上，并且端部部分132进一步移动到其原始位置。任选地，偏置弹簧(未示出)可以被引入到第三套筒部分124的内部134中，以在载荷不再主动与组件100接合时将帮助组件恢复到
其原始位置。

[0033] 基于所保持的活塞头154的移动，使本文所述的阻尼组件100在活塞头154的每侧上连接的液压腔室125、126之间移动所包含的流体。在一个版本中，活塞头154可以包含延伸穿过其中的至少一个轴向孔口(未示出)，和/或当活塞头154在第二套筒部分120的内部
内施加最小载荷的情况下轴向移动时，液压流体可交替地围绕活塞头154的外部移动，以产生合适的阻尼力。

[0034] 如所提及并且根据此具体实施例，至少部分地基于密封部件180提供的偏置力，活塞头154最初不会在第二套筒部分120的内部内平移，由于密封部件180的楔形形状，每个密封部件都抵靠着第二套筒部分120的内表面。如所提及，密封部件180被适当配置成使得活
塞头154直到预定轴向距离/载荷首先被施加到阻尼组件100才能移动。应注意，也可替代地采用其它合适的技术以用于后一个目的，例如可相对于活塞头154安置的偏置轴向孔口(未
示出)或结构特征，例如擦拭器组件(未示出)。

[0035] 在任何一种情况下，从原理上讲，所提供的偏置特征在功能上维持活塞头154的位置直到接收到克服偏置力的预定载荷为止，然后准许活塞头154在第二套筒部分120内移
动，以及准许第二套筒部分120相对于第三套筒部分124的相应的轴向移动。

[0036] 应理解，可以对所描述的实施例进行其它合适的改变。例如并且根据替代版本(未示出)，多个液压阻尼器可以在限定的壳体内彼此平行或轴向(串行)地安置，并且其中在结构的主动阻尼开始之前，所有或部分布置的阻尼器直到已施加了预定力或已超过预定间隙
距离才启用。此外，用于偏置活塞头154的密封部件或其它装置可以基于将施加到结构的载荷类型以调谐方式设计。在另一个替代实施例中并且代替偏置弹簧，第三套筒部分124的中空内部可以填充或至少部分地填充有被配置成充当蓄积器的弹性材料(未示出)。

[0037] 尽管本文中仅详细描述了具有间隙特征的阻尼组件的单个实施例，但是对于任何具有足够技能的人来说显而易见的是，可以基于本文所述的创造性概念并在本公开的范围
内导出各种数量的修改和变化。