一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器制造技术

本发明专利技术公开了一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，包括：套筒，所述套筒两端经由封板封闭；隔离阀，所述隔离阀设置在所述套筒内部，所述隔离阀将所述套筒分隔为左右两个腔室；基底板，两个所述基底板分别设置在所述隔离阀两侧；1#弹簧、2#弹簧，所述1#弹簧和所述2#弹簧分别设置在所述套筒的左右两个腔室内；两个连杆，每个所述连杆一端穿过1#弹簧或2#弹簧固定在相应腔室的基底板上，另一端穿过封板与外部待保护装置相连；在初始状态，保持所述1#弹簧自由，移动隔离阀推动基底板移动至预定位置，对所述2#弹簧施加预压缩。本发明专利技术所述缓冲器原理清晰、缓冲机制明确、结构设计合理，同时具有启动力连续可调、可重复使用的显著特点。可重复使用的显著特点。可重复使用的显著特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器


[0001]本专利技术涉及崩塌落石柔性防护
，提供了一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器。

技术介绍

[0002]山地占我国国土面积的2/3，崩塌落石灾害频发，对落石防护需求非常迫切，柔性防护作为一类高效的防治技术，近年来被广泛采用。在柔性防护系统中，耗能器/缓冲器是其核心工作器件，防护系统中的消能/储能部件可耗散落石冲击70％以上能量。耗能器常用类型有减压环，板式耗能器和棒式耗能器，根据作用原理可以分为摩擦型、塑性变形型和混合型耗能器；缓冲器通常为线性拉伸弹簧。
[0003]当前在柔性防护系统中，塑性变形型耗能器趋于主流，其通过材料塑性形变来消耗能量。耗能器通常在加工制造完成后其启动力便已确定，不可更改，对于更高启动力、更大耗能需求的防护系统，往往需要多个耗能器的并联才能实现，连接工艺复杂，成本较高。同时，由于基于材料塑性变形，耗能器力学性能具有较大的离散性，且耗能器无法重复使用，不能满足具有自恢复特性的韧性防护系统的需要。而线性拉伸弹簧缓冲器由于刚度恒定，无塑性特征，往往存在线性弹力过高，线性变形量受限，缓冲储能不足的问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，目的在于克服普通弹簧线性弹力过高，线性变形量受限，缓冲储能不足的缺陷，解决弹簧拟塑性缓冲的难题。本申请的提出的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，包括：
[0006]套筒，所述套筒两端经由封板封闭；
[0007]隔离阀，所述隔离阀设置在所述套筒内部，并可在所述套筒内部自由移动，所述隔离阀将所述套筒分隔为左右两个腔室；
[0008]基底板，两个所述基底板分别设置在所述隔离阀两侧，所述基底板可与所述隔离阀抵接但相互不固定；
[0009]刚度分别为k1、k2的1#弹簧(1)、2#弹簧(2)，k1大于k2，所述1#弹簧和所述2#弹簧分别设置在所述套筒的左右两个腔室内，所述1#弹簧和所述2#弹簧的两端分别与所在的腔室内的基底板和封板连接；
[0010]两个连杆，每个所述连杆一端穿过1#弹簧或2#弹簧固定在相应腔室的基底板上，另一端穿过封板与外部待保护装置相连；
[0011]在初始状态，保持所述1#弹簧自由，移动隔离阀推动基底板移动至预定位位置，对所述2#弹簧施加预压缩。
[0012]进一步地，所述套筒在所述2#弹簧压缩路径上开有长圆孔并标注刻度，所述隔离阀通过紧固件在长圆孔范围内与套筒相连，并能够固定隔离阀。
[0013]进一步地，包括：
[0014]工作状态1，连接于外部待保护装置的连杆受拉，并且拉力小于所述2#弹簧预压力，所述1#弹簧产生压缩变形，所述2#弹簧不产生新的压缩变形，此工作状态缓冲器刚度为所述1#弹簧的刚度。
[0015]进一步地，还包括：
[0016]工作状态2，连接于外部待保护装置的连杆受拉，并且拉力大于所述2#弹簧预压力，所述1#弹簧和所述2#弹簧都进一步压缩变形，所述1#弹簧和所述2#弹簧形成串联弹簧组，此工作状态缓冲器刚度为两个弹簧串联组合的刚度。
[0017]进一步地，未进行预压前，所述1#弹簧和所述2#弹簧处于自由状态，其最大压缩长度分别为D
a
、D
b
，套筒长圆孔长度为D
m
，长圆孔长度D
m
取值范围通过下式确定：
[0018]D
m
∈[0,D
b
]。
[0019]进一步地，初始状态下，隔离阀可向2#弹簧预压距离D
p
，预压距离D
p
的取值范围通过下式确定：
[0020]D
p
∈[0,D
m
]。
[0021]进一步地，隔离阀给2#弹簧施加预压力F
p
，定义所述预压力F
p
为缓冲器启动力，所述启动力F
p
通过下式确定：
[0022]F
p
＝k2D
p
[0023]其中，启动力F
p
取值范围通过下式确定：
[0024]F
p
∈[0,k2D
m
]。
[0025]进一步地，在工作状态1，连杆所受拉力F≤F
p
，仅有1#弹簧压缩，其压缩长度为D1，拉力F通过下式确定：
[0026]F＝k1D1[0027]此时，缓冲器刚度K1通过下式确定：
[0028]K1＝k1。
[0029]进一步地，在工作状态2，连杆所受拉力F＞F
p
，2#弹簧继续压缩，与1#弹簧形成串联弹簧组，缓冲器刚度K2通过下式确定：
[0030][0031]进一步地，缓冲器的缓冲能力以总储能E量化，当两根弹簧压缩量均达到最大可压缩长度D
a
、D
b
时，缓冲器达到工作极限，最大压缩量D
M
、总储能E分别为：
[0032]D
M
＝D
a
+D
b
‑
D
p
[0033][0034]进一步地，所述2#弹簧的刚度k2显著小于1#弹簧的刚度k1以确保启动形成串联弹簧时缓冲器刚度显著降低，取2#弹簧与1#弹簧刚度比取0.1～0.3。
[0035]进一步地，所述1#弹簧和所述2#弹簧在外荷载撤销后可回弹到初始状态，可重复使用。
[0036]与现有技术相比，本专利技术有效益效果如下：
[0037]本专利技术的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，缓冲器通过启动前1#弹簧工作，启动后两弹簧串联工作，实现了缓冲器启动前后刚度减小的目的，实现了拟塑性的受力储能过程。
[0038]本专利技术所述缓冲器启动后两根弹簧形成串联系统，刚度大幅减小，避免了系统过载，形成缓冲机制。
[0039]本专利技术可以通过调整弹簧的刚度以及隔离阀的位置，对弹簧进行预压缩，对启动力进行定量控制且连续可调。
[0040]本专利技术所述缓冲器采用弹簧作为主要的储能部件，因为弹簧自身的弹性，在外荷载撤销后弹簧可回弹到初始状态，缓冲器具有良好的可恢复性、可重复使用的特点。
[0041]综上，本专利技术设计目标明确、缓冲器原理清晰、结构设计合理、加工制作简易、适合推广应用。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0043]图1为本专利技术的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器的结构示意图。
[0044]图2为本专利技术的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器的设计原理示意图。
[0045]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，其特征在于，包括：套筒(7)，所述套筒(7)两端经由封板(5)封闭；隔离阀(3)，所述隔离阀(3)设置在所述套筒(7)内部，并可在所述套筒(7)内部自由移动，所述隔离阀(3)将所述套筒(7)分隔为左右两个腔室；基底板(4)，两个所述基底板(4)分别设置在所述隔离阀(3)两侧，所述基底板(4)可与所述隔离阀(3)抵接但相互不固定；刚度分别为k1、k2的1#弹簧(1)、2#弹簧(2)，k1大于k2，所述1#弹簧(1)和所述2#弹簧(2)分别设置在所述套筒(7)的左右两个腔室内，所述1#弹簧(1)和所述2#弹簧(2)的两端分别与所在的腔室内的基底板(4)和封板(5)连接；两个连杆(6)，每个所述连杆(6)一端穿过1#弹簧(1)或2#弹簧(2)固定在相应腔室的基底板(4)上，另一端穿过封板(5)与外部待保护装置相连；在初始状态，保持所述1#弹簧(1)自由，移动隔离阀(3)推动基底板(4)移动至预定位置，对所述2#弹簧(2)施加预压缩。2.根据权利要求1所述的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，其特征在于，所述套筒(7)在所述2#弹簧(2)压缩路径上开有长圆孔并标注刻度，所述隔离阀(3)通过紧固件(8)在长圆孔范围内与套筒(7)相连，并能够固定隔离阀(3)。3.根据权利要求1或2所述的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，其特征在于，包括：工作状态1，连接于外部待保护装置的连杆(6)受拉，并且拉力小于所述2#弹簧(2)预压力，所述1#弹簧产生压缩变形，所述2#弹簧(2)不产生新的压缩变形，此工作状态缓冲器刚度为所述1#弹簧(1)的刚度。4.根据权利要求1或2所述的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，其特征在于，还包括：工作状态2，连接于外部待保护装置的连杆(6)受拉，并且拉力大于所述2#弹簧(2)预压力，所述1#弹簧(1)和所述2#弹簧(2)都进一步压缩变形，所述1#弹簧和所述2#弹簧(2)形成串联弹簧组，此工作状态缓冲器刚度为两个弹簧串联组合的刚度。5.根据权利要求1
‑
4之一所述的一种高缓冲拟塑性组合弹簧缓冲器，其特征在于，未进行预压前，所述1#弹簧(1)和所述2#弹簧(2)处于自由状态，其最大压缩长度分别为D
a
、D
b
，套筒长圆孔长度为D
m
，长圆孔长度D
m
取值范围通过下式确定：D
m
∈[0,D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，邹定富，余志祥，金云涛，田永丁，齐欣，许浒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：