一种自复位单向摩擦耗能装置发明专利

专利名称：一种自复位单向摩擦耗能装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210860247.5

专利申请（专利权）人：西安建筑科技大学
权利人地址：陕西省西安市碑林区雁塔路13号

专利发明（设计）人：朱丽华,刘通,宁秋君,李子杰,罗金武

专利摘要：本发明公开了一种自复位单向摩擦耗能装置，包括护筒；复位单元同心设置在护筒内，并置于护筒的中部；第一推拉杆同心设置在护筒的一端，第二推拉杆同心设置在护筒的另一端；第一推拉杆的第一端与复位单元的一端相连，第一推拉杆的第二端延伸至护筒外侧；第二推拉杆的第一端与复位单元的另一端相连，第二推拉杆的第二端延伸至护筒外侧；第一耗能单元套设在第一推拉杆的外侧，并置于第一推拉杆的第一端与护筒的第一端之间；第二耗能单元套设在第二推拉杆的外侧，并置于第二推拉杆的第一端与护筒的第二端之间；第一耗能单元和第二耗能单元均为摩擦耗能单元；本发明实现耗能与复位过程的互不干扰，承载力较高，耗能能力突出且自复位性能强。

主权利要求：
1.一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，包括第一推拉杆(1)、第二推拉杆(2)、复位单元、第一耗能单元、第二耗能单元及护筒；
所述护筒为中空的圆柱筒结构；所述复位单元同心设置在所述护筒内，并置于所述护筒的中部；所述第一推拉杆(1)同心设置在所述护筒的一端，所述第二推拉杆(2)同心设置在所述护筒的另一端；所述第一推拉杆(1)的第一端与所述复位单元的一端相连，所述第一推拉杆(1)的第二端延伸至所述护筒的第一端外侧；所述第二推拉杆(2)的第一端与所述复位单元的另一端相连，所述第二推拉杆(2)的第二端延伸至所述护筒的第二端外侧；
所述第一耗能单元套设在所述第一推拉杆(1)的外侧，并置于所述第一推拉杆(1)的第一端与所述护筒的第一端之间；所述第二耗能单元套设在所述第二推拉杆(2)的外侧，并置于所述第二推拉杆(2)的第一端与所述护筒的第二端之间；其中，所述第一耗能单元和所述第二耗能单元的结构相同，均为摩擦耗能单元；
所述复位单元包括SMA螺杆(3)、第一SMA挡板(5)及第二SMA档板(6)；
所述第一SMA挡板(5)套设所述第一推拉杆(1)的第一端外侧，所述第二SMA挡板(6)套设在所述第二推拉杆(2)的第一端外侧；所述SMA螺杆(3)设置在所述第一SMA档板(5)与所述第二SMA挡板(6)之间；所述SMA螺杆(3)的一端与所述第一SMA挡板(5)固定相连，所述SAM螺杆(3)的另一端与所述第二SMA挡板(6)固定相连；
所述第一耗能单元包括第一内楔形块(8)、第一外楔形块(10)、第一弹簧挡板(12)及第一弹簧(14)；
所述第一内楔形块(8)、第一外楔形块(10)、第一弹簧挡板(12)及第一弹簧(14)依次套设在所述第一推拉杆(1)的外侧，并置于所述第一推拉杆(1)的第一端与所述护筒的第一端之间；
所述第一内楔形块(8)的一端与所述复位单元的一端接触；所述第一内楔形块(8)的另一端为凸起的楔形端面；所述第一外楔形块(10)的一端为内凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述内凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；
所述第一外楔形块(10)的另一端与所述第一弹簧挡板(12)的一侧光滑连接，所述第一外楔形块(10)的四周与所述护筒的第一端内壁摩擦相连；所述第一弹簧挡板(12)的另一侧与所述第一弹簧(14)的一端固定相连，所述第一弹簧(14)的另一端与所述护筒的第一端端部固定相连；
所述第二耗能单元包括第二内楔形块(9)、第二外楔形块(11)、第二弹簧挡板(13)及第二弹簧(15)；
第二内楔形块(9)、第二外楔形块(11)、第二弹簧挡板(13)及第二弹簧(15)依次套设在所述第二推拉杆(2)的外侧，并置于所述第二推拉杆(2)的第一端与所述护筒的第二端之间；
所述第二内楔形块(9)的一端与所述复位单元的另一端接触；所述第二内楔形块(9)的另一端为凸起的楔形端面；所述第二外楔形块(11)的一端为下凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；
所述第二外楔形块(11)的另一端与所述第二弹簧挡板(13)的一侧光滑连接，所述第二外楔形块(11)的四周与所述护筒的第二端内壁摩擦相连；所述第二弹簧挡板(13)的另一侧与所述第二弹簧(15)的一端固定相连，所述第二弹簧(15)的另一端与所述护筒的第二端端部固定相连。
2.根据权利要求1所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述第一SMA挡板与所述第二SMA挡板(6)的结构相同，均采用圆盘形SMA挡板；所述圆盘形SMA挡板的中心设置有中心安装孔，所述第一推拉杆(1)的第一端或所述第二推拉杆(2)的第一端穿设在所述中心安装孔内；所述圆盘形SMA挡板的四周开设有若干固定孔，所述SMA螺杆(3)的端部固定穿设在所述固定孔内；其中，所述SMA螺杆(3)的端部与所述圆盘形SMA挡板之间采用高强螺母(4)固定相连。
3.根据权利要求2所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述圆盘形SMA挡板的侧面设置有加劲肋；其中，所述加劲肋沿所述圆盘形SMA挡板的直径方向，且呈垂直交叉设置。
4.根据权利要求1所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述第一外楔形块(10)包括若干个第一楔形单元体(18)，若干个第一楔形单元(18)依次拼接形成第一圆环状楔形实体；其中，所述第一楔形单元体(18)为采用第一内圆弧面、第一楔形弧面、第一外圆弧面、第一圆环面、第二圆环面、第一端面及第二端面合围形成的圆弧型楔形实体；
若干个第一楔形单元体(18)中，所有第一内圆弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内圆环面，所有第一外圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的外圆环面，所有第一楔形弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第一圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第二圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，所述第一圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第一端内壁粗糙接触，所述第一圆环端面与所述第一弹簧挡板(12)光滑连接；其中一个第一楔形单元体的第一端面与相邻的第一楔形单元体的第二端面光滑接触。
5.根据权利要求1所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述第二外楔形块(11)包括若干个第二楔形单元体，若干个第二楔形单元体依次拼接形成第二圆环状楔形实体；其中，所述第二楔形单元体为采用第二内圆弧面、第二楔形弧面、第二外圆弧面、第三圆环面、第四圆环面、第三端面及第四端面合围形成的圆弧型楔形实体；
若干个第二楔形单元体中，所有第二内圆弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内圆环面，所有第二外圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的外圆环面，所有第二楔形弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第三圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第四圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，第二圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第二端内壁粗糙接触；第二圆环状楔形实体的第一圆环端面与所述第二弹簧挡板(13)光滑连接；其中一个第二楔形单元体的第三端面与相邻的第二楔形单元体的第四端面紧密接触。
6.根据权利要求1所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述第一推拉杆(1)和所述第二推拉杆(2)的结构相同，均采用推杆结构；
所述推杆结构，包括施力杆、连接体及两个圆形传力杆；所述施力杆的一端，用于与主体框架结构相连；所述施力杆的另一端与连接体的一侧相连；两个圆形传力杆平行设置，所述圆形传力杆的一端与所述连接体的另一侧相连，所述圆形传力杆的另一端用于与所述复位单元接触。
7.根据权利要求1所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，其特征在于，所述护筒包括中护筒(7)、第一外护筒(16)及第二外护筒(17)；
所述第一外护筒(16)可拆卸固定在所述中护筒(7)的一端，所述第二外护筒(17)可拆卸固定在所述中护筒(7)的另一端；所述中护筒(7)、第一外护筒(16)及第二外护筒(17)组合形成中空的圆柱筒结构。 说明书 : 一种自复位单向摩擦耗能装置技术领域[0001] 本发明属于消能减震技术领域，特别涉及一种自复位单向摩擦耗能装置。背景技术[0002] 可恢复功能结构是指结构受罕遇地震或达到设防烈度地震后无需修复或经过简单修复即可恢复其使用功能的结构；可恢复功能结构安装方便，维护简单，且可在地震后迅速回到正常使用状态；此外，还可利用其可恢复性和结构自身耗能能力来耗散地震能量；可恢复功能结构因其优良的抗震性能和震后迅速恢复使用的性能，具有巨大的发展空间和应用前景；近年来，国内外学者基于不同的复位材料和耗能机制提出了多种自复位耗能装置，并针对其装置开展了相关研究，同时也指出了一些需要进一步完善解决的问题：[0003] (1)作为复位材料，钢绞线弹性变形能力不足，复合材料纤维筋锚固困难；形状记忆合金虽然具有优越的变形能力，但是其丝材与绞线同样存在锚固困难问题；其中，SMA丝材装置还存在承载能力较低的缺点。[0004] (2)现有的自复位耗能装置大多依靠摩擦耗能元件耗能，导致自复位耗能装置的存在是一个“矛盾体”；对于自复位装置而言，虽然增加摩擦耗能元件可以提高其耗能能力，但在装置复位过程中，摩擦力的存在会明显降低其复位能力；然而，如果不附加摩擦耗能元件，则会导致装置出现耗能能力差甚至无耗能现象，不利于其在消能减震技术领域的应用。发明内容[0005] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种自复位单向摩擦耗能装置，以解决现有的自复位耗能装置承载力小，复位能力和耗能能力存在需求矛盾的技术问题。[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：[0007] 本发明提供了一种自复位单向摩擦耗能装置，包括第一推拉杆、第二推拉杆、复位单元、第一耗能单元、第二耗能单元及护筒；[0008] 所述护筒为中空的圆柱筒结构；所述复位单元同心设置在所述护筒内，并置于所述护筒的中部；所述第一推拉杆同心设置在所述护筒的一端，所述第二推拉杆同心设置在所述护筒的另一端；所述第一推拉杆的第一端与所述复位单元的一端相连，所述第一推拉杆的第二端延伸至所述护筒的第一端外侧；所述第二推拉杆的第一端与所述复位单元的另一端相连，所述第二推拉杆的第二端延伸至所述护筒的第二端外侧；[0009] 所述第一耗能单元套设在所述第一推拉杆的外侧，并置于所述第一推拉杆的第一端与所述护筒的第一端之间；所述第二耗能单元套设在所述第二推拉杆的外侧，并置于所述第二推拉杆的第一端与所述护筒的第二端之间；其中，所述第一耗能单元和所述第二耗能单元的结构相同，均为摩擦耗能单元。[0010] 进一步的，所述复位单元包括SMA螺杆、第一SMA挡板及第二SMA档板；[0011] 所述第一SMA挡板套设所述第一推拉杆的第一端外侧，所述第二SMA挡板套设在所述第二推拉杆的第一端外侧；所述SMA螺杆设置在所述第一SMA档板与所述第二SMA挡板之间；所述SMA螺杆的一端与所述第一SMA挡板固定相连，所述SAM螺杆的另一端与所述第二SMA挡板固定相连。[0012] 进一步的，所述第一SMA挡板与所述第二SMA挡板的结构相同，均采用圆盘形SMA挡板；所述圆盘形SMA挡板的中心设置有中心安装孔，所述第一推拉杆的第一端或所述第二推拉杆的第一端穿设在所述中心安装孔内；所述圆盘形SMA挡板的四周开设有若干固定孔，所述SMA螺杆的端部固定穿设在所述固定孔内；其中，所述SMA螺杆的端部与所述圆盘形SMA挡板之间采用高强螺母固定相连。[0013] 进一步的，所述圆盘形SMA挡板的侧面设置有加劲肋；其中，所述加劲肋沿所述圆盘形SMA挡板的直径方向，且呈垂直交叉设置。[0014] 进一步的，所述第一耗能单元包括第一内楔形块、第一外楔形块、第一弹簧挡板及第一弹簧；[0015] 所述第一内楔形块、第一外楔形块、第一弹簧挡板及第一弹簧依次套设在所述第一推拉杆的外侧，并置于所述第一推拉杆的第一端与所述护筒的第一端之间；[0016] 所述第一内楔形块的一端与所述复位单元的一端接触；所述第一内楔形块的另一端为凸起的楔形端面；所述第一外楔形块的一端为内凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；[0017] 所述第一外楔形块的另一端与所述第一弹簧挡板的一侧光滑连接，所述第一外楔形块的四周与所述护筒的第一端内壁摩擦相连；所述第一弹簧挡板的另一侧与所述第一弹簧的一端固定相连，所述第一弹簧的另一端与所述护筒的第一端端部固定相连。[0018] 进一步的，所述第一外楔形块包括若干个第一楔形单元体，若干个第一楔形单元依次拼接形成第一圆环状楔形实体；其中，所述第一楔形单元体为采用第一内圆弧面、第一楔形弧面、第一外圆弧面、第一圆环面、第二圆环面、第一端面及第二端面合围形成的圆弧型楔形实体；[0019] 若干个第一楔形单元体中，所有第一内圆弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内圆环面，所有第一外圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的外圆环面，所有第一楔形弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第一圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第二圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，所述第一圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第一端内壁粗糙接触，所述第一圆环端面与所述第一弹簧挡板光滑连接；其中一个第一楔形单元体的第一端面与相邻的第一楔形单元体的第二端面光滑接触。[0020] 进一步的，所述第二耗能单元包括第二内楔形块、第二外楔形块、第二弹簧挡板及第二弹簧；[0021] 第二内楔形块、第二外楔形块、第二弹簧挡板及第二弹簧依次套设在所述第二推拉杆的外侧，并置于所述第二推拉杆的第一端与所述护筒的第二端之间；[0022] 所述第二内楔形块的一端与所述复位单元的另一端接触；所述第二内楔形块的另一端为凸起的楔形端面；所述第二外楔形块的一端为下凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；[0023] 所述第二外楔形块的另一端与所述第二弹簧挡板的一侧光滑连接，所述第二外楔形块的四周与所述护筒的第二端内壁摩擦相连；所述第二弹簧挡板的另一侧与所述第二弹簧的一端固定相连，所述第二弹簧的另一端与所述护筒的第二端端部固定相连。[0024] 进一步的，所述第二外楔形块包括若干个第二楔形单元体，若干个第二楔形单元体依次拼接形成第二圆环状楔形实体；其中，所述第二楔形单元体为采用第二内圆弧面、第二楔形弧面、第二外圆弧面、第三圆环面、第四圆环面、第三端面及第四端面合围形成的圆弧型楔形实体；[0025] 若干个第二楔形单元体中，所有第二内圆弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内圆环面，所有第二外圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的外圆环面，所有第二楔形弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第三圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第四圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，第二圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第二端内壁粗糙接触；第二圆环状楔形实体的第一圆环端面与所述第二弹簧挡板光滑连接；其中一个第二楔形单元体的第三端面与相邻的第二楔形单元体的第四端面紧密接触。[0026] 进一步的，所述第一推拉杆和所述第二推拉杆的结构相同，均采用推杆结构；[0027] 所述推杆结构，包括施力杆、连接体及两个圆形传力杆；所述施力杆的一端，用于与主体框架结构相连；所述施力杆的另一端与连接体的一侧相连；两个圆形传力杆平行设置，所述圆形传力杆的一端与所述连接体的另一侧相连，所述圆形传力杆的另一端用于与所述复位单元接触。[0028] 进一步的，所述护筒包括中护筒、第一外护筒及第二外护筒；[0029] 所述第一外护筒可拆卸固定在所述中护筒的一端，所述第二外护筒可拆卸固定在所述中护筒的另一端；所述中护筒、第一外护筒及第二外护筒组合形成中空的圆柱筒结构。[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0031] 本发明提供了一种自复位单向摩擦耗能装置，利用单向摩擦耗能原理，将复位单元同心设置在护筒中部，并与两个推拉杆相连；同时，将两个耗能单元分别套设在两个推拉杆外侧；耗能过程能够利用耗能单元与护筒的摩擦作用以及复位单元的形变共同耗能，复位过程利用复位单元分离单独工作复位，实现耗能与复位过程的互不干扰，承载力较高，耗能能力突出且自复位性能强；装置结构简单，装配方便，便于震后维修和更换。[0032] 进一步的，复位单元采用SMA螺杆及两个SMA挡板的组合形式，能够有效利用SMA材料优越的变形能力，且便于对SMA材料的锚固固定。[0033] 进一步的，通过在圆盘形SMA挡板的侧面设置加劲肋，能够有效提高了圆盘形SMA挡板的承载能力，且能够避免对SMA螺杆的锚固固定。[0034] 进一步的，耗能单元中内楔形块与外楔形块光滑连接，以便于内楔形块与外楔形块之间发生相对滑动；同时，将外楔形块与弹簧挡板之间光滑接触，以便于外楔形块与弹簧挡板之间发生相对滑动；将外楔形块与护筒的内壁之间摩擦相连，有效提高了装置的摩擦耗能能力。附图说明[0035] 图1为本发明所述的自复位单向摩擦耗能装置的整体结构示意图；[0036] 图2为本发明所述的自复位单向摩擦耗能装置的内部结构示意图；[0037] 图3为本发明所述的自复位单向摩擦耗能装置的爆炸图；[0038] 图4为本发明中的推杆结构示意图；[0039] 图5为本发明中的SMA螺杆及高强螺母的结构示意图；[0040] 图6为本发明中的第一SMA挡板结构示意图；[0041] 图7为本发明中的第一内楔形块结构示意图；[0042] 图8为本发明中的第一外楔形块结构示意图；[0043] 图9为本发明中的第一外楔形块的爆炸图；[0044] 图10为本发明中的第一楔形单元体结构示意图；[0045] 图11为本发明中的第一弹簧挡板结构示意图；[0046] 图12为本发明中的第一弹簧结构示意图；[0047] 图13为本发明中的中护筒结构示意图；[0048] 图14为本发明中的第一外护筒结构示意图；[0049] 图15为本发明所述的自复位单向摩擦耗能装置工作状态示意图。[0050] 其中，1第一推拉杆，2第二推拉杆，3SMA螺杆，4高强螺母，5第一SMA挡板，6第二SMA挡板，7中护筒，8第一内楔形块，9第二内楔形块，10第一外楔形块，11第二外楔形块，12第一弹簧挡板，13第二弹簧挡板，14第一弹簧，15第二弹簧，16第一外护筒，17第一外护筒，18第一楔形单元体；101施力杆，102连接体，103圆形传力杆。具体实施方式[0051] 为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0052] 本发明提供了一种自复位单向摩擦耗能装置，包括第一推拉杆1、第二推拉杆2、复位单元、第一耗能单元、第二耗能单元及护筒。[0053] 所述护筒为中空的圆柱筒结构，包括中护筒7、第一外护筒16及第二外护筒17；所述第一外护筒可拆卸固定在所述中护筒7的一端，所述第二外护筒17可拆卸固定在所述中护筒7的另一端，所述中护筒7、第一外护筒16及第二外护筒17组合形成中空的圆柱筒结构；其中，所述第一外护筒16的端面中心设置有第一中心孔，所述第一推拉杆1的第二端贯穿设置在所述第一中心孔中；所述第二外护筒17的端面中心设置有第二中心孔，所述第二推拉杆1的第二端贯穿设置在所述第二中心孔中。[0054] 所述复位单元同心设置在所述护筒内，并置于所述中护筒7的中部；所述第一推拉杆1同心设置在所述护筒的一端，所述第二推拉杆2同心设置在所述护筒的另一端；其中，所述第一推拉杆1的第一端与所述复位单元的一端相连，所述第一推拉杆1的第二端贯穿设置在所述第一中心孔中，并延伸至所述第一外护筒16的端面外侧；所述第二推拉杆2的第一端与所述复位单元的另一端相连，所述第二推拉杆2的第二端贯穿设置在所述第二中心孔中，并延伸至所述第二外护筒17的端面外侧。[0055] 所述第一耗能单元套设在所述第一推拉杆1的外侧，并置于所述第一推拉杆1的第一端与所述护筒的第一端之间；所述第二耗能单元套设在所述第二推拉杆2的外侧，并置于所述第二推拉杆2的第一端与所述护筒的第二端之间；其中，所述第一耗能单元和所述第二耗能单元的结构相同，均为摩擦耗能单元。[0056] 本发明中，所述复位单元包括SMA螺杆3、第一SMA挡板5及第二SMA挡板6；所述第一SMA挡板5套设在所述第一推拉杆1的第一端外侧，所述第二SMA挡板6套设在所述第二推拉杆2的第一端外侧；所述SMA螺杆3设置在所述第一SMA挡板5与所述第二SMA挡板6之间，并与所述中护筒7同轴线设置；所述SMA螺杆3的一端与所述第一SMA挡板5固定相连，所述SMA螺杆3的另一端与所述第二SMA挡板6固定相连；所述第一SMA挡板与所述第二SMA挡板6的结构相同，均采用圆盘形SMA挡板；所述圆盘形SMA挡板的中心设置有中心安装孔，所述第一推拉杆1的第一端或所述第二推拉杆2的第一端穿设在所述中心孔内；所述圆盘形SMA挡板的四周开设有若干固定孔，所述SMA螺杆3的端部固定穿设在所述固定孔内；优选的，所述SMA螺杆3的端部与所述圆盘形SMA挡板之间采用高强螺母4固定相连；所述圆盘形SMA挡板的侧面设置有加劲肋；其中，所述加劲肋沿所述圆盘形SMA挡板的直径方向，且呈垂直交叉设置。[0057] 本发明中，所述第一推拉杆1和所述第二推拉杆2的结构相同，均采用推杆结构；所述推杆结构，包括施力杆、连接体及两个圆形传力杆；所述施力杆的一端用于与主体框架结构相连，所述施力杆的另一端与连接体的一侧相连；两个圆形传力杆平行设置，所述圆形传力杆的一端与所述连接体的另一侧相连，所述圆形传力杆的另一端用于与所述复位单元接触。[0058] 本发明中，所述第一耗能单元包括第一内楔形块8、第一外楔形块10、第一弹簧挡板12及第一弹簧14；所述第一内楔形块8、第一外楔形块10、第一弹簧挡板12及第一弹簧14依次套设在所述第一推拉杆1的外侧，并置于所述第一推拉杆1的第一端与所述护筒的第一端之间；所述第一内楔形块8的一端与所述复位单元的一端接触；所述第一内楔形块8的另一端为凸起的楔形端面；所述第一外楔形块10的一端为内凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；所述第一外楔形块10的另一端与所述第一弹簧挡板12的一侧光滑连接，所述第一外楔形块10的四周与所述护筒的第一端内壁摩擦相连；所述第一弹簧挡板12的另一侧与所述第一弹簧14的一端固定相连，所述第一弹簧14的另一端与所述护筒的第一端端部固定相连。[0059] 所述第一外楔形块10包括若干个第一楔形单元体18，若干个第一楔形单元18依次拼接形成第一圆环状楔形实体；其中，所述第一楔形单元体18为采用第一内圆弧面、第一楔形弧面、第一外圆弧面、第一圆环面、第二圆环面、第一端面及第二端面合围形成的圆弧型楔形实体；若干个第一楔形单元体18中，所有第一内圆弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内圆环面，所有第一外圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的外圆环面，所有第一楔形弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第一圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第二圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，所述第一圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第一端内壁粗糙接触，所述第一圆环端面与所述第一弹簧挡板12光滑连接；其中一个第一楔形单元体的第一端面与相邻的第一楔形单元体的第二端面光滑接触。[0060] 本发明中，所述第二耗能单元包括第二内楔形块9、第二外楔形块11、第二弹簧挡板13及第二弹簧15；第二内楔形块9、第二外楔形块11、第二弹簧挡板13及第二弹簧15依次套设在所述第二推拉杆2的外侧，并置于所述第二推拉杆2的第一端与所述护筒的第二端之间；所述第二内楔形块9的一端与所述复位单元的另一端接触；所述第二内楔形块9的另一端为凸起的楔形端面；所述第二外楔形块11的一端为下凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；所述第二外楔形块11的另一端与所述第二弹簧挡板13的一侧光滑连接，所述第二外楔形块11的四周与所述护筒的第二端内壁摩擦相连；所述第二弹簧挡板13的另一侧与所述第二弹簧15的一端固定相连，所述第二弹簧15的另一端与所述护筒的第二端端部固定相连。[0061] 所述第二外楔形块11包括若干个第二楔形单元体，若干个第二楔形单元体依次拼接形成第二圆环状楔形实体；其中，所述第二楔形单元体为采用第二内圆弧面、第二楔形弧面、第二外圆弧面、第三圆环面、第四圆环面、第三端面及第四端面合围形成的圆弧型楔形实体；若干个第二楔形单元体中，所有第二内圆弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内圆环面，所有第二外圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的外圆环面，所有第二楔形弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第三圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第四圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，第二圆环状楔形实体的外圆环面与所述护筒的第二端内壁粗糙接触；第二圆环状楔形实体的第一圆环端面与所述第二弹簧挡板13光滑连接；其中一个第二楔形单元体的第三端面与相邻的第二楔形单元体的第四端面紧密接触。[0062] 本发明所述的一种自复位单向摩擦耗能装置，利用单向摩擦耗能原理，将复位单元同心设置在护筒中部，并与两个推拉杆相连；同时，将两个耗能单元分别套设在两个推拉杆外侧；耗能过程能够利用耗能单元与护筒的摩擦作用以及复位单元的形变共同耗能，复位过程利用复位单元分离单独工作复位，实现耗能与复位过程的互不干扰，承载力较高，耗能能力突出且自复位性能强；装置结构简单，装配方便，便于震后维修和更换。[0063] 实施例[0064] 如附图1‑14所述，本实施例提供了一种自复位单向摩擦耗能装置，包括第一推拉杆1、第二推拉杆2、复位单元、第一耗能单元、第二耗能单元及护筒。[0065] 本实施例中，所述第一推拉杆1及所述第二推拉杆2的结构相同，均采用推杆结构；所述推杆结构，包括施力杆101、连接体102及两个圆形传力杆103；所述施力杆101的一端用于与主体框架结构相连，所述施力杆101的另一端与连接体102的第一侧中部相连；两个圆形传力杆103平行设置在所述圆形传力杆103的一端与所述连接体102的第二侧相连，所述圆形传力杆103的另一端用于与所述复位单元接触；其中，两个圆形传力杆103分别位于所述连接体102的第二侧两端。[0066] 本实施例中，所述护筒为中空的圆柱筒结构，包括中护筒7、第一外护筒16及第二外护筒17；所述第一外护筒可拆卸固定在所述中护筒7的一端，所述第二外护筒17可拆卸固定在所述中护筒7的另一端；所述中护筒7、第一外护筒16及第二外护筒17组合形成中空的圆柱筒结构，所述中护筒7为两端开口的圆柱筒，所述第一外护筒16及所述第二外护筒17均为一端开口的圆柱筒；所述中护筒7的两端外侧分别设置有外螺纹，所述第一外护筒16及所述第二外护筒17的开口端均设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合相连；所述第一外护筒16的封闭端中心设置有第一中心孔，所述第二外护筒17的端面中心设置有第二中心孔。[0067] 所述第一推拉杆1同心设置在所述中护筒7的一端，并延伸至所述第一外护筒16的封闭端外侧；具体的，所述第一推拉杆1中的施力杆贯穿所述第一中心孔设置，并延伸至所述第一外护筒16的封闭端外侧；所述第二推拉杆2同心设置在所述中护筒7的另一端，并延伸至所述第二外护筒17的封闭端外侧；具体的，所述第二推拉杆2中的施力杆贯穿所述第二中心孔设置，并延伸至所述第二外护筒17的封闭端外侧。[0068] 本实施例中，所述复位单元同心设置在所述护筒内，并置于所述中护筒7的中部；所述复位单元的一端与所述第一推拉杆1相连，所述复位单元的另一端与所述第二推拉杆2相连；所述复位单元，包括SMA螺杆3、高强螺母4、第一SMA挡板5及第二SMA挡板6；所述第一SMA挡板5套设在所述第一推拉杆1中的施力杆上，并置于所述第一推拉杆1中的连接体的第一侧；所述第二SMA挡板6套设在所述第二推拉杆2中的施力杆上，并置于所述第二推拉杆2中的连接体的第一侧；所述SMA螺杆3设置在所述第一SMA挡板5与所述第二SMA挡板6之间，并与所述中护筒7同轴线设置；其中，所述第一推拉杆1中的施力杆的端部、所述第二推拉杆2中的连接体的第二侧均与所述第二SMA挡板6的一侧面接触，所述第二SMA挡板6的另一侧面与所述第二耗能单元中的第二内楔形块9接触；所述第二推拉杆2中的施力杆的端部、所述第一推拉杆中的连接体的第二侧均与所述第一SMA挡板5的一侧面接触，所述第一SMA挡板5的另一侧与所述第二耗能单元中的第一内楔形块8接触。[0069] 所述SMA螺杆3的一端与所述第一SMA挡板5固定相连，所述SMA螺杆3的另一端与所述第二SMA挡板6固定相连；所述第一SMA挡板5与所述第二SMA挡板6的结构相同，均采用圆盘形SMA挡板；所述圆盘形SMA挡板的中心设置有中心安装孔，所述第一推拉杆1中的施力杆或所述第二推拉杆2中的施力杆穿设在所述中心安装孔内；所述圆盘形SMA挡板的四周开设有若干固定孔，所述SMA螺杆3的端部固定传射在所述固定孔内；其中，所述SMA螺杆3的端部与所述圆盘形SMA挡板之间采用高强螺母4固定相连；所述圆盘形SMA挡板的侧面设置有加劲肋；其中，所述加劲肋沿所述圆盘形SMA挡板的直径方向，且呈垂直交叉设置；并且，所述加劲肋设置在所述圆盘形SMA挡板与所述第一耗能单元或第二耗能单元之间。[0070] 本实施例中，所述第一耗能单元包括第一内楔形块8、第一外楔形块10、第一弹簧挡板12及第一弹簧14；所述第一内楔形块8、第一外楔形块10、第一弹簧挡板12及第一弹簧14依次套设在所述第一推拉杆1中的施力杆外侧，并置于所述中护筒7的第一端与所述第一外护筒16之间；所述第一内楔形块8的一端与所述复位单元中的第一SMA挡板5接触，所述第一内楔形块8的另一端为凸起的楔形端面；所述第一外楔形块10的一端为内凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；所述第一外楔形块10的另一端与所述第一弹簧挡板12的一侧光滑连接，所述第一外楔形块10的四周与所述中护筒7的内壁摩擦相连；所述第一弹簧挡板12的另一侧与所述第一弹簧14的一端固定相连，所述第一弹簧14的另一端与所述第一外护筒16的封闭端内壁固定相连。[0071] 所述第一外楔形块10包括四个第一楔形单元体18，四个第一楔形单元体依次拼接形成第一圆环楔形实体；其中，所述第一楔形单元体18为采用第一内圆弧面、第一楔形弧面、第一外圆弧面、第一圆环面、第二圆环面、第一端面及第二端面合围形成的圆弧型楔形实体；若干个第一楔形单元体18中，所有第一内圆弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内圆环面，所有第一外圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的外圆环面，所有第一楔形弧面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第一圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第二圆环面依次拼接形成第一圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，所述第一圆环状楔形实体的外圆环面与所述中护筒7的第一端内壁粗糙接触，所述第一圆环端面与所述第一弹簧挡板12光滑连接；其中一个第一楔形单元体的第一端面与相邻的第一楔形单元体的第二端面光滑接触。[0072] 本实施例中，所述第二耗能单元包括第二内楔形块9、第二外楔形块11、第二弹簧挡板13及第二弹簧15；第二内楔形块9、第二外楔形块11、第二弹簧挡板13及第二弹簧15依次套设在所述第二推拉杆2中的施力杆外侧，并置于所述中护筒7的第二端与所述第二外护筒17之间；所述第二内楔形块9的一端与所述复位单元中的第二SMA挡板6接触；所述第二内楔形块9的另一端为凸起的楔形端面；所述第二外楔形块11的一端为下凹的楔形端面；其中，所述凸起的楔形端面与所述下凹的楔形端面配合相连，且光滑接触；所述第二外楔形块11的另一端与所述第二弹簧挡板13的一侧光滑连接，所述第二外楔形块11的四周与所述中护筒7的内壁摩擦相连；所述第二弹簧挡板13的另一侧与所述第二弹簧15的一端固定相连，所述第二弹簧15的另一端与所述第二外护筒17的封闭端内壁固定相连。[0073] 所述第二外楔形块11包括四个第二楔形单元体，四个第二楔形单元体依次拼接形成第二圆环状楔形实体；其中，所述第二楔形单元体为采用第二内圆弧面、第二楔形弧面、第二外圆弧面、第三圆环面、第四圆环面、第三端面及第四端面合围形成的圆弧型楔形实体；若干个第二楔形单元体中，所有第二内圆弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内圆环面，所有第二外圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的外圆环面，所有第二楔形弧面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的内凹的楔形端面，所有第三圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第一圆环端面，所有第四圆环面依次拼接形成第二圆环状楔形实体的第二圆环端面；其中，第二圆环状楔形实体的外圆环面与所述中护筒7的第二端内壁粗糙接触；第二圆环状楔形实体的第一圆环端面与所述第二弹簧挡板13光滑连接；其中一个第二楔形单元体的第三端面与相邻的第二楔形单元体的第四端面紧密接触。[0074] 本实施例所述的自复位单向摩擦耗能装置，其中，所述第一推拉杆1与第二推拉杆2呈90°交叉布置，第一SMA挡板5和第二SMA挡板6分别设置于第一推拉杆1和第二推拉杆2两侧；第一SMA挡板5与第二SMA挡板6通过若干SMA螺杆3和若干高强螺母4连接；第一SMA挡板5与第一内楔形块8硬接触，第二SMA挡板6与第二内楔形块9硬接触；第一外楔形10设于第一内楔形块8的外侧，第二外楔形块11设于第二内楔形块9的外侧；第一外楔形块10与第二外楔形块11均与中护筒7内部紧密硬接触且可沿水平方向自由移动；第一弹簧挡板12位于第一外楔形块10的外侧，第二弹簧挡板13位于第二外楔形块11的外侧；第一弹簧14的第一端与第一弹簧挡板12焊接固定，第二弹簧15的第一端与第二弹簧挡板13焊接固定；第一外护筒16位于第一弹簧14的第二端，第二外护筒17位于第二弹簧15的第二端，第一外护筒16和第二外护筒17均与中护筒7通过螺纹连接固定。[0075] 第一SMA挡板5、第二SMA挡板6、第一内楔形块8、第二内楔形块9、第一弹簧挡板12、第二弹簧挡板13、第一外护筒16和第二外护筒17均在同一水平轴线处开圆形孔，以便于第一推拉杆1与第二推拉杆2在其孔中穿过并将其连接；第一SMA挡板5和第二SMA挡板6在对应位置均开有螺栓孔，以便于第一SMA挡板5和第二SMA挡板6通过若干SMA螺杆3和若干高强螺母4连接；第一SMA挡板5和第二SMA挡板6均设置加劲肋，有利于减小其变形，但加劲肋设置不应影响SMA螺杆的锚固操作。[0076] 本实施例中，第一推拉杆1、第二推拉杆2、第一SMA挡板5、第二SMA挡板6、中护筒7、第一内楔形块8、第二内楔形块9、第一外楔形块10、第二外楔形块11、第一弹簧挡板12、第二弹簧挡板13、第一弹簧14、第二弹簧15、第一外护筒16及第二外护筒17均为同一水平轴线对齐。[0077] 本实施例中，内楔形块和外楔形块的楔形面光滑设置，以便于其二者之间容易发生相对滑动；外楔形块与弹簧挡板之间的接触面光滑设置，以便于其二者之间容易发生相对滑动；外楔形块与中护筒之间的接触面应相对粗糙，以便于提高装置的摩擦耗能能力。[0078] 本实施例中，第一外护筒16、第二外护筒17和中护筒7之间的接触面设置齿合对应的螺纹，以便于外护筒和中护筒的连接固定以及给弹簧施加预压力；外楔形块可采用Q235钢或低屈服点钢加工，另外可通过附加工艺调整其各表面的摩擦系数；推杆采用Q460钢材加工，其余部件可采用Q345或Q420钢材加工。[0079] 本实施例中，所述自复位单向摩擦耗能装置的复位能力由SMA材料参数决定；耗能能力由内楔形块与外楔形块接触面角度、内楔形块与外楔形块摩擦系数、外楔形块与中护筒摩擦系数、外楔形块与弹簧挡板摩擦系数、弹簧的刚度系数和弹簧的预压长度等参数共同决定；耗能系统和复位系统可组合应用，也可分别单独应用；同时，通过调节上述参数，实现控制耗能能力和复位能力的占比。[0080] 本实施例所述的自复位单向摩擦耗能装置，所需部件均可在工厂加工完成，现场装配时无焊接要求；所述的自复位单向摩擦耗能装置的组装过程，具体如下：[0081] (1)第一推拉杆1与第二推拉杆2呈90°交叉布置。[0082] (2)分别将第一SMA挡板5和第二SMA挡板6嵌套在第一推拉杆1与第二推拉杆2上，并通过SMA螺杆3和高强螺母4施加预紧力固定，此时复位单元安装完成。[0083] (3)将安装完成的复位单元置于中护筒内并调节水平轴向居中。[0084] (4)将第一内楔形块8和第二内楔形块9分别嵌套在第一推拉杆1与第二推拉杆2上。[0085] (5)将若干楔形单元体置于护筒，并将其楔形面推压至与内楔形块楔形面紧密接触，此时第一外楔形块10与第二外楔形块11拼接完成。[0086] (6)分别将第一弹簧挡板12、第二弹簧挡板13、第一弹簧14和第二弹簧15嵌套在第一推拉杆1与第二推拉杆2上。[0087] (7)分别将第一外护筒16和第二外护筒17嵌套在第一推拉杆1与第二推拉杆2上，调节对准螺纹位置，将其扭转拧紧在中护筒7上，并通过预紧力或拧紧位移控制弹簧预压力的大小。[0088] 工作原理：[0089] 如附图15所示，以所述的自复位单向摩擦耗能装置的受拉状态、初始状态和受压状态为例，对本实施例所述的自复位单向摩擦耗能装置的工作过程，进行详细说明，具体如下：[0090] 受拉状态：[0091] 当第一推拉杆1与第二推拉杆2同时受到拉力作用时，推拉杆上的连接件与SMA挡板之间传力，两根平行的圆形传力杆则处于不受力状态。第一SMA挡板5向第一方向运动，第二SMA挡板6向第二方向运动；其中，所述第一方向为第一推拉杆1的所在方向，所述第二方向为第二推拉杆2的所在方法；其内部SMA螺杆处于受拉状态，外部两侧弹簧均处于受压状态。以第一推拉杆为例，当第一SMA挡板5向第一方向运动时，第一楔形内块8在第一SMA挡板5的推力作用下向第一方向运动，第一楔形外块10受到第一楔形内块8的向第一方向推力和弹簧挡板提供的向第二方向阻力，第一楔形外块10在向第一方向运动的同时有沿楔形面滑动的趋势，第一楔形外块10与中护筒7内壁存在挤压产生摩擦力；如果在某一时刻撤销拉力作用，第一推拉杆在SMA螺杆作用下先行复位，第一弹簧在弹簧恢复力作用向第二方向运动，内、外楔形块均不受阻力作用，第一楔形外块10与中护筒7内壁无挤压力与摩擦力，第一弹簧可自由复位；受拉过程第二推拉杆的工作原理同上，此处不在赘述。[0092] 受压状态：[0093] 当第一推拉杆1与第二推拉杆2同时受到压力作用时，推拉杆上的两根平行的圆形传力杆端部与SMA挡板接触传力，推拉杆整体均处于受压状态；第一SMA挡板5向远离第一方向运动，第二SMA挡板6向远离第二方法运动，其内部SMA螺杆处于受拉状态，外部两侧弹簧均处于受压状态；以第一推拉杆为例，当第一SMA挡板5向远离第一方向运动时，第一楔形内块8在第一SMA挡板5的推力作用下向远离第一方向运动，第一楔形外块10受到第一楔形内块8的向远离第一方向推力和弹簧挡板提供的远离第二方向阻力，第一楔形外块10在向远离第一方向运动的同时有沿楔形面滑动的趋势，第一楔形外块10与中护筒7内壁存在挤压产生摩擦力；如果在某一时刻撤销压力作用，推拉杆在SMA螺杆作用下先行复位，第一弹簧在弹簧恢复力作用向远离第二方向运动，内、外楔形块不受阻力作用，第一楔形外块10与中护筒7内壁无挤压力与摩擦力，弹簧系统可自由复位。在受压过程第二推拉杆的工作原理同上，此处不再赘述。[0094] 本发明所述的自复位单向摩擦耗能装置，采用两个耗能单元和复位单元串连而成；其中，复位单元提供复位能力；耗能单元采用弹簧、内外楔形块和中护筒共同组成单向摩擦耗能机构；本发明中，摩擦耗能过程和复位过程互不干扰，摩擦耗能过程和复位过程可共同工作，也可根据工程需求分别单独应用；本发明所述的装置，具有耗能能力突出、自复位能力强、工业化生产效率高、装配和维修更换简单等优点。[0095] 上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

专利地区：陕西

专利申请日期：2022-07-21

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN115075418B