專利名稱：沖擊傳輸單元的制作方法
一種在兩個力傳輸區(qū)域之間動作的沖擊傳輸單元(STU)，其包括一活塞和液壓缸單元，在活塞兩邊具有容納粘性材料的空間。一種特別形式的粘性材料是脹流性材料，其為非牛頓物質(zhì)，亦即粘度與剪切速率有關(guān)。其粘度隨著剪切速率增加而增加，它越被攪拌粘度越高。在某一剪切速率下，該脹流性材料被有效地凝固。這個不應(yīng)該與觸變性材料(其粘度隨剪力所作用的時間而減少)或抗流變材料(其粘度隨剪力所作用的時間而增加)混淆。
在此活塞和液壓缸單元上，有一力傳輸區(qū)域在液壓缸的封閉端，而另一力傳輸區(qū)域則在從液壓缸延伸的活塞端。如果粘性材料不能通過活塞溢出，則此單元被牢固鎖定，作用力在此單元兩端被傳輸而沒有損失。如果材料可以在液壓缸里從活塞的一端溢出至另一端，則在作用于力傳輸區(qū)域的力和由另一端傳輸?shù)牧χg將會有一些傳輸損失，因為粘性材料的移動將會允許活塞在液壓缸里移動。
粘性材料經(jīng)過活塞的移動是隨著作用負荷增加的速率而發(fā)生的。因此，一持續(xù)負荷造成活塞移動通過該材料，直至它到達可利用行程的極限。本發(fā)明與確?；钊辉谛∮诮o定臨界值的持續(xù)負荷情況下移動通過粘性材料的問題有關(guān)。該臨界值可設(shè)定在此結(jié)構(gòu)的正常熱移動所施加的負荷處，使該STU被保護。如現(xiàn)在設(shè)想的，本發(fā)明提供一種沖擊傳輸單元，它包括一液壓缸、一在液壓缸里的活塞、在液壓缸里并在活塞頭部兩側(cè)的脹流性材料、以及可操作控制脹流性材料在液壓缸中從活塞頭部的一側(cè)通向另一側(cè)的閥門。
該閥門可包括一中空圓柱形閥門件，它可移動進出延伸通過活塞的圓柱形孔，該閥門件具有遠離被封閉的活塞的端部，及一穿過鄰近該封閉端的圓柱形壁的通道，當(dāng)封閉端離開活塞壁時，將允許粘性材料通過該通道和閥門孔，此閥門件被偏壓而朝向其打開位置。當(dāng)粘性材料經(jīng)由閥門到閥門孔而達到一給定的最大速率時，此閥門將關(guān)閉，因為閥門封閉端的壓力差超過使它保持打開的偏壓力。這種中空圓柱形閥門件可以放置在通過活塞的圓柱形孔的任一端，以便雙向操作。可在活塞上設(shè)置多個圓柱形孔，每一個孔具有一圓柱形閥門件。
脹流性材料移動速率還決定于它的粘度，它隨溫度改變。為了提供一在溫度改變時盡可能勻速工作的STU，此閥門可對應(yīng)溫度而調(diào)整。此閥門可對脹流性材料體積膨脹作出反應(yīng)，較佳的是可與脹流性材料的主體隔離。此閥門可安裝在活塞的周緣，且可相對于活塞的周緣徑向移動，以便控制粘性材料通道的橫截面。此閥門較佳的是包括活塞環(huán)部分。此外，該通道可延伸通過液壓缸壁。
現(xiàn)在，參考附圖描述本發(fā)明的例子，其中
圖1是一STU局部剖視圖；圖2是圖1中的STU中的活塞的平面圖；圖3是沿圖2中的A-A線的剖視圖；圖4是用于圖1中的總配置中的一交替式活塞的平面圖；圖5是沿圖4中的A-A線的剖視圖；圖6是本發(fā)明另一STU實施例的局部剖視圖。
在圖1中，液壓缸1包括一主室，其中軸3上的活塞2可軸向移動。主室的一端被液壓缸壁4封閉，而另一端被一密封件5封閉，密封件5在液壓缸的一孔和軸3之間。在壁4的外側(cè)提供一第一強力連接頭6，在軸3的自由端提供一第二連接頭7。在此室內(nèi)有脹流性材料，它們位于將此室分成兩部分8和9的活塞的兩側(cè)?；钊?0的中央?yún)^(qū)域形成有一孔洞11，其中安裝著單元的軸3，活塞被固定在軸3上?；钊拇笮∈沟没钊鸵簤焊字g的間隙對此兩零件互不妨礙。
活塞包含脹流性材料從室的一部分到另一部分的路徑，每一路徑包含一圓柱形孔。如果所有的路徑被關(guān)閉，那么任何作用在輸入終端的力在沒有活塞移動的情況下被直接傳輸?shù)酱藛卧硪欢说妮敵鼋K端，因為脹流性材料不能流動通過活塞，且材料基本上是不可壓縮的。當(dāng)路徑的橫截面為非零時，脹流性材料可在液壓缸的兩部分之間流動，從而因施加負荷的原因而允許活塞移動。單元的反應(yīng)取決于路徑的存在或其它情況。
如圖2和3所示，以多個圓柱形孔12形式出現(xiàn)的路徑延伸通過活塞，從一平面至另一平面。各孔具有可移動進出孔的閥門件，該閥門件具有一中空氣缸，在靠近端部的圓柱形壁處形成有一個或幾個小孔，該壁端部可從圓柱形孔端部突出，并被一錐形蓋封閉。
一軸向螺桿18安裝在穿孔的截面壁17上的一個孔里，其上安裝一從活塞向外推壓閥門件13的彈簧16，以及一限制閥門件13向外移動的螺母19。當(dāng)作用在該裝置上的負荷非常低時(這種情況在安裝有閉鎖裝置(LUD)的結(jié)構(gòu)經(jīng)受熱移動時發(fā)生)，該LUD處于準靜態(tài)；在這種情況下，彈簧16使閥門件13處于打開位置。由此允許脹流性材料流動通過小孔15，下到閥門件的中空圓柱形部分，且經(jīng)由圓柱形孔12和穿孔的截面壁17，到達活塞的另一側(cè)。此時，活塞組件2可在液壓缸里移動，以調(diào)節(jié)母結(jié)構(gòu)的熱移動。當(dāng)一外部作用在此結(jié)構(gòu)上的力大于熱移動產(chǎn)生的力時，例如一地震作用在一建筑結(jié)構(gòu)上，彈簧16的偏壓被克服，這是因為在脹流性材料中的壓力增加，其作用在閥門件上的力大于彈簧的力，使閥門向穿孔的截面壁17滑動，從而關(guān)閉小孔15。在這種情況下，防止脹流性材料從活塞的一側(cè)移動到另一側(cè)，使活塞限定在液壓缸里。消除外部施加的負荷將使液壓缸里的壓力釋放，接著打開閥門，恢復(fù)準靜態(tài)。
適當(dāng)選擇零件13-19可調(diào)節(jié)配置的敏感度。
這種裝置的效果是允許經(jīng)由連接頭6和7連接的兩主體之間有小的相對移動，但當(dāng)一主體將相對于另一主體以比給定的臨界值大的振幅移動時，此STU被鎖定，并確保一個主體移動的整個振幅被傳輸給另一主體。以一建筑結(jié)構(gòu)來考慮，例如一橋梁橫跨一山谷，一連接在橋梁的兩板材之間的STU將允許在這些板材之間的小的熱移動，但如果有地震欲使橋面板材大量移動，整個橋面將鎖定成一整體，而整個結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)可用來保持橋面不動。在STU里的閥門封閉端(閥門在此處關(guān)閉脹流性材料的通道)上的壓力差實際上遠小于在通過圓柱形孔12的脹流性材料的剪切速率將達到的值(脹流性材料在該值時將有效地凝固)之前必須達到的壓力，在該點，脹流性材料有它固有的值。由于這些壓力是不同的，故需要一分隔閥。
上述裝置已用粘性材料進行過測試，這些材料是非脹流性的、例如硅油，測試是令人滿意的。
在圖4的交替式活塞中，活塞頭部2上形成有圓孔23，其中安裝著單元的軸3，活塞頭部固定安裝在軸上。一環(huán)形槽34沿活塞的周邊延伸，其中安裝著兩半圓形活塞環(huán)部分35。活塞環(huán)部分35被鉸接在活塞的一端部36上，以便軸向移動進出環(huán)形槽34。在活塞環(huán)部分被鉆孔形成多個軸向通道37，以便當(dāng)活塞環(huán)部分轉(zhuǎn)向環(huán)形槽底部時允許留在活塞環(huán)部分和環(huán)形槽底部之間的脹流性材料溢出。其中一通道如圖5所示。大約是四分之一圓環(huán)、并與軸3同心的兩個腔室24和25形成于活塞頭里，其一端被封閉，而另一端延伸通過圓柱形室26至活塞頭的周邊。圓柱形室26里安裝一活塞27，活塞27相對氣缸的孔形成一緊閉密封?；钊?7上設(shè)置一O形環(huán)密封件41，以改善與氣缸26的密封，從而將脹流性材料保持在與活塞外部隔絕的腔室24和25里。活塞的外端形成U形夾31，活塞環(huán)部分35的自由端32固定在U形夾31上。在活塞面向腔室的端部上設(shè)有孔眼28，它與延伸至在腔室里的固定錨基33的螺旋彈簧29嚙合，將活塞27偏壓向腔室的封閉端部。當(dāng)溫度回落和腔室里的脹流性材料收縮時，螺旋彈簧29有助于活塞27在氣缸26里復(fù)原。
在腔室24和25里的脹流性材料從在較低溫度時的第一體積向在較高溫度時的第二體積膨脹，它的膨脹驅(qū)動氣缸26里的活塞27向主活塞2的周邊移動，從而使活塞環(huán)部分35從主活塞的周邊向外轉(zhuǎn)向液壓缸的內(nèi)壁，由此減少活塞的周邊與液壓缸之間的通道的橫截面，脹流性材料可通過該通道從活塞2的一側(cè)到另一側(cè)。
在活塞環(huán)部分的自由端39和相鄰的活塞環(huán)部分的鉸接端部36之間設(shè)置一擋塊38，以防止脹流性材料通過交錯區(qū)域。
當(dāng)溫度增加時，由于活塞環(huán)部分向外轉(zhuǎn)動而使脹流性材料可從腔室的一部分到另一部分的通道的截面減少。通道截面的減少可補償因材料溫度增加而發(fā)生的粘度減少，這樣，由于溫度增加而發(fā)生的粘度減少、進而使在單元的兩端部之間的力的傳輸?shù)娜魏巫兓捎蓪?yīng)這種溫度增加而使供材料在活塞的兩側(cè)移動的通道截面的縮小來補償。以此方法，通過適當(dāng)選擇零件24-36的尺寸，已發(fā)現(xiàn)有可能對穩(wěn)定負荷的傳輸、在一較寬溫度范圍內(nèi)、諸如從-25至40℃提供一個統(tǒng)一的回應(yīng)。
在圖6里，使脹流性材料可從活塞頭13的一側(cè)流向另一側(cè)的通道延伸通過液壓缸壁41，并包括在液壓缸外側(cè)的導(dǎo)管42和43。這些導(dǎo)管在一溫度感應(yīng)閥44處相遇，該感應(yīng)閥控制通道的橫截面。這種感應(yīng)閥可是任何適當(dāng)類型的、諸如閘閥或針閥，圖6顯示了一種針閥。該閥的針狀封閉件45延伸進入充滿脹流性材料47的腔室46。一復(fù)原彈簧48使閥回復(fù)到一中點位置，以便在溫度變化時反抗脹流性材料的作用。
在第一個實施例里，改變連接通道橫截面的目的是為了調(diào)整在活塞兩側(cè)之間的總的流動路徑，以便補償粘度變化，對穩(wěn)定負荷的傳輸、在一較寬溫度范圍內(nèi)、諸如從-25至40℃提供一個統(tǒng)一的回應(yīng)。
權(quán)利要求
1．一種沖擊傳輸單元，包括一液壓缸；一在液壓缸里的活塞；在液壓缸里的活塞頭部兩側(cè)的脹流性材料；以及一閥門，其可操作控制在液壓缸里的、從活塞頭部的一側(cè)到另一側(cè)的脹流性材料的通道。
2．如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所述閥門可響應(yīng)溫度而進行調(diào)整。
3．如權(quán)利要求2所述的單元，其特征在于，所述閥門對脹流性材料體積的膨脹起反應(yīng)。
4．如權(quán)利要求3所述的單元，其特征在于，所述脹流性材料的體積與在活塞頭部兩側(cè)的所述脹流性材料隔絕。
5．如權(quán)利要求1至4之一所述的單元，其特征在于，所述閥門安裝在所述活塞的周邊上，并可相對活塞的周邊軸向移動，由此控制該粘性材料通道的橫截面。
6．如權(quán)利要求5所述的單元，其特征在于，閥門包括活塞環(huán)部分，所述通道位于活塞通道和液壓缸之間，
7．如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，閥門包括可移動進出延伸通過活塞的圓柱形孔的中空圓柱形閥門件，該閥門件遠離活塞的一端被封閉，而在靠近封閉端處有一通過圓柱形壁的通道，當(dāng)封閉端離開活塞的壁時，將允許粘性材料通過通道和閥門孔，該閥門件被偏壓朝向打開位置。
8．如權(quán)利要求7所述的單元，其特征在于，在通過活塞的圓柱形孔兩端各包括一所述的中空圓柱形閥門件，以便雙向操作。
9．如權(quán)利要求7或8所述的單元，其特征在于，活塞頭部上形成有許多所述的圓柱形孔，各圓柱形孔具有一個圓柱形閥門件。
10．如權(quán)利要求1所述的沖擊傳輸單元，其特征在于，其基本上是參考附圖所述的。
全文摘要
一種沖擊傳輸單元具有一液壓缸,一在液壓缸里的活塞,在液壓缸里并在活塞頭部兩側(cè)的脹流性材料,以及一操作控制在液壓缸里的脹流性材料從活塞的一側(cè)到另一側(cè)的通道的閥門。該閥門可響應(yīng)溫度,以便補償脹流性材料隨溫度發(fā)生的粘度變化。該閥門可響應(yīng)橫跨活塞頭部兩側(cè)的壓力差,以便響應(yīng)在給定的臨界值下面的壓力差允許脹流性材料從頭部的一側(cè)到另一側(cè)的流動。
文檔編號F16F9/34GK1285901SQ9881314
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月16日
發(fā)明者N·H·湯森 申請人:可布安德有限公司