CN104372870A - 一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置 - Google Patents

Abstract

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，包括支架及通过摆绳悬挂在支架顶端的1-4个质量块，每个质量块与支架之间安装电涡流阻尼系统和导向机构；所述电涡流阻尼系统包括永磁体和导体板，导体板安装在质量块的侧面，永磁体安装在与导体板对应侧的支架内侧；导向机构对称安装在质量块摆动方向的两侧，包括固定安装在质量块两侧的导向板，安装在支架内侧、与导向板滚动接触的导向轴承。所述支架上设有摆长调节部件和移动滚轮，摆长调节部件四角与支架活动连接，其中框设有固定摆绳的锁紧机构。本控制装置整体移动方便，频率和阻尼系数调节方便；摩擦阻尼小，质量块灵敏度高，电涡流阻尼比可从1%～20%范围内任意调节，且不产生附加刚度。

Description

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置

技术领域

本发明涉及减隔振技术领域，尤其涉及一种用于建筑结构、桥梁等高耸轻柔结构在低频状态下抗风减振的摆式调谐质量阻尼器减振控制装置。

背景技术

随着国民经济的发展以及交通运输的需求，桥梁事业的发展越来越趋向于总体结构轻柔，以实现大跨度的目的，特别是斜拉桥，尽管桥梁在成桥状态下具有足够的抗风稳定性，但在桥梁施工期，特别是在悬臂施工状况下，梁体悬臂端及主塔相对大桥合拢时更为轻柔，在强震、飓风等灾害环境下，可能会出现损伤，甚至破坏。

综合国内外高墩大垮桥梁施工期抗风措施的情况发现，控制斜拉桥施工期的风致振动有两大类，即下拉索措施和调谐质量阻尼器措施；下拉索措施一般控制桥梁施工期的竖向风致振动响应，调谐质量阻尼器用于控制桥梁施工期的横向风致振动响应。

调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)，主要由质量块、耗散结构振动能量的阻尼元件、调谐频率的弹性元件等组件构成；阻尼元件，一般采用粘滞流体阻尼器、电涡流阻尼等，弹性元件主要有弹簧、摆或悬臂梁钢板等。

1．关于作调谐频率用的弹性元件：

（1）采用弹簧作为弹性元件的优势是刚度比较容易设计与调整，所需空间小，但需要额外机械装置或滑轨导向，在低频状态下，要求弹簧刚度很小，这就使机械装置或滑轨导向机构的加工和装配精度非常高，TMD才能有效的起到相应的作用，因此在低频状态下，采用弹簧制作的TMD成本很高；

（2）采用悬臂梁钢板作弹性元件，悬臂梁固定端存在应力集中，在TMD长期工作中，很容易发生疲劳损伤，同时在低频状况下，悬臂梁TMD的结构也相当复杂，不利于实时调节其频率；

（3）普通摆式TMD需要较大的空间。

2.关于阻尼元件

（1）采用粘滞流体阻尼器的阻尼元件易损耗、后期调节难、在低频状态下产生的附加刚度不容忽视；

（2）采用电涡流阻尼系统需要稳定的导向机构，以确保阻尼间隙以及阻尼系数的稳定性。目前主要应用直线轴承作为导向元件，但大型TMD若采用直线轴承，其结构变得复杂且增加较大的成本。

综合考虑以上利弊，在高墩大垮桥梁施工期抗风措施一般选择普通摆式TMD，但目前的普通摆式TMD仍存在如下问题：

1.大型摆式TMD一是移动困难，很难随梁体的施工推进，给施工带来不便，二是不能随梁体频率的改变，实时调节TMD频率；

2.部分采用粘滞流体阻尼器作阻尼元件的普通摆式TMD，阻尼系数后期调节困难、产生较大的附加刚度，不能适应梁体频率改变时进行调整，粘滞流体阻尼器一般只适合在频率固定的结构上使用；

3. 采用电涡流阻尼系统按安装位置有两种情况：一是安装在质量块的底部，二是安装在质量块的侧面：

（1）若安装在质量块底部，可以不用导向结构，但需要将永磁体和导体板的相切面加工成与质量块摆动一致的弧面，以满足“确保阻尼间隙以及阻尼系数的稳定性”的要求，但是随摆长的变化，质量块的摆动弧面是变化的。因此该方法只适合频率固定的结构上使用；

（2）安装在质量块的侧面则需要较为精确的导向机构，一般采用直线轴承等，存在结构复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有大型TMD技术在结构低频振动控制中存在的制作成本高、没有移动功能、结构件容易损坏、阻尼不易调节且产生附加刚度等问题，提供一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，以克服已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，包括支架、导向机构和电涡流阻尼系统； 

所述支架上安装1-4个质量块，所述质量块通过1-4根摆绳悬挂在支架上，每个质量块与支架之间安装导向机构和电涡流阻尼系统，所述电涡流阻尼系统安装在质量块摆动方向的一侧或两侧，所述电涡流阻尼系统包括永磁体和导体板，导体板安装在质量块的侧面，永磁体通过永磁体安装板安装在与导体板对应的支架内侧、并与导体板保持一定间隙；所述导向机构对称安装在质量块摆动方向的两侧，包括导向轴承和导向板，所述导向板固定在质量块的两侧，导向轴承安装在与导向板对应的支架两侧、并与导向板滚动接触； 

所述支架上安装有摆长调节部件，所述摆长调节部件为一方形框架，框架四角与支架活动连接，其中框设有固定摆绳的锁紧机构；所述支架的底板上均匀分布安装移动滚轮，移动滚轮数量或为4个、或为6个、或为8个。

其进一步的技术方案是：所述导体板为一整块长形条板，导体板或采用高导电率材料，或采用铜板或铝板制成，所述永磁体包括至少2个并排安装的独立永磁体，每个独立永磁体通过一永磁体安装板固定在支架内侧。

其更进一步的技术方案是：所述安装在质量块一侧的单个导向系统至少包括两个导向轴承和一块导向板，所述的导向轴承或为滚珠轴承、或为滚柱轴承，所述导向板或为不锈钢板、或为聚四氟乙烯板、或为三层复合板低摩擦系数材料。

由于采用上述技术方案，本发明之一种大型可移动摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置具有如下有益效果：

1. 本发明之摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置设置移动滚轮，解决大型TMD在现有吊装设备下，无法整体吊装移动等问题；所述的摆长调节部件与支架活动连接，通过调节摆长调节部件与支架安装高度后锁紧摆绳，调节摆绳的有效摆动长度，可从而实现TMD频率的调节；

2. 本发明之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置在侧面设置导向机构，导向机构采用导向轴承和导向板，可降低质量块活动时的摩擦阻尼，并确保电涡流阻尼系数的稳定性，当没有附加电涡流阻尼时，机构的摩擦阻尼小于0.5%，确保质量块活动的灵敏度，从而克服了现有大型TMD导向结构过于复杂，要求精度高，制作成本高昂等问题；

3. 本发明之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其电涡流阻尼系统由永磁体、永磁体安装板和导体板构成，所述的永磁体由N个独立永磁体构成，通过改变独立永磁体的数量、或改变永磁体安装板的厚度、或改变导体板的厚度即可调节TMD阻尼系数的大小，调节方式简单、便捷，电涡流阻尼比可从1%～20%范围内任意调节，且不产生附加刚度。

4. 所述的质量块由多块小质量块组成，以便根据实际需要调整质量块总体质量。

下面结合附图和实施例对本发明之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置

的技术特征做进一步说明。

附图说明

图1～图4为实施例一之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置结构示意图：

图1为主视图，图2为左视图，图3为图1之A-A视图，图4为图1之B部放大图；

图5～图7为实施例二之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置结构示意图：

图5为主视图，图6为左视图，图7为图5之C-C视图；

图8～图10为实施例三之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置结构示意图：

图8为主视图，图9为左视图，图10为图8之D-D视图；

图11～图12为实施例四之一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置结构示意图：

图11为主视图，图12为左视图；

图中：

1—移动滚轮，2—支架，3—导向轴承，4—导向板，5—永磁体，6—永磁体安装板，7—导体板，8—质量块，9—摆绳，10—摆长调节部件，11—锁紧机构。

具体实施方式

实施例一：

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，包括支架2、一块质量块8、电涡流阻尼系统和导向机构，所述质量块通过4根摆绳9悬挂在支架2上；

所述电涡流阻尼系统安装在质量块摆动方向的一侧或两侧，所述电涡流阻尼系统包括永磁体5和导体板7，导体板7安装在质量块的侧面，永磁体5通过永磁体安装板6安装在与导体板对应的支架内侧、并与导体板7保持一定间隙；所述导向机构对称安装在质量块摆动方向的两侧，包括导向轴承3和导向板4，所述导向板固定在质量块的两侧，导向轴承安装在与导向板对应的支架两侧、并与导向板滚动接触； 

所述支架上安装有摆长调节部件10，所述摆长调节部件为一方形框架，框架四角与支架活动连接，其中框设有固定摆绳的锁紧机构11；所述支架的底板上均匀分布安装4个移动滚轮1；

所述导体板7为一整块长形条板，导体板或采用高导电率材料，或采用铜板或铝板制成；所述永磁体5包括至少2个并排安装的独立永磁体，每个独立永磁体通过一永磁体安装板6固定在支架内侧；所述安装在质量块每侧的单个导向系统至少包括两个导向轴承和一块导向板，所述的导向轴承为滚珠轴承，所述导向板为不锈钢板。

实施例二：

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其基本结构与实施例一相同，包括支架、一块质量块、电涡流阻尼系统和导向机构；所不同的是：

所述质量块通过2根摆绳悬挂在支架顶端（参见附图5～图7）。

实施例三：

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其基本结构与实施例一相同，包括支架、一块质量块、电涡流阻尼系统和导向机构；所不同的是：

所述质量块通过1根摆绳悬挂在支架顶端（参见附图8～图10）。

实施例四：

一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其基本结构与实施例一相同，包括支架、电涡流阻尼系统和导向机构；所不同的是：

所不同的是：所述支架上分别通过4根摆绳悬挂两块质量块，每块质量块与支架之间分别设电涡流阻尼系统和导向机构（参见附图11～图12），电涡流阻尼系统和导向机构的结构和安装方式与实施例一相同。

作为上述实施例一～例四的变换：

1. 所述支架上安装的质量块，也可为3块或4块，此时的支架加长；

2. 所述电涡流阻尼系统也可只设在质量块摆动方向的一侧；

3．所述的导向轴承可为滚柱轴承，所述导向板可为聚四氟乙烯板或为三层复合板低摩擦系数材料；

4．所述支架的底板上安装的移动滚轮可根据支架的长度不同而增减，或为4个、或为6个或为8个。

Claims (3)

1.一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，包括支架、导向机构和电涡流阻尼系统；其特征在于：

所述支架上安装1-4个质量块（8），所述质量块通过1-4根摆绳（9）悬挂在支架上，每个质量块与支架之间安装导向机构和电涡流阻尼系统，所述电涡流阻尼系统安装在质量块摆动方向的一侧或两侧，所述电涡流阻尼系统包括永磁体（5）和导体板（7），导体板（7）安装在质量块的侧面，永磁体（5）通过永磁体安装板（6）安装在与导体板对应的支架内侧、并与导体板（7）保持一定间隙；所述导向机构对称安装在质量块摆动方向的两侧，包括导向轴承（3）和导向板（4），所述导向板固定在质量块的两侧，导向轴承安装在与导向板对应的支架两侧、并与导向板滚动接触； 

所述支架上安装有摆长调节部件（10），所述摆长调节部件为一方形框架，框架四角与支架活动连接，其中框设有固定摆绳的锁紧机构（11）；

所述支架的底板上均匀分布安装移动滚轮（1），移动滚轮数量或为4个、或为6个、或为8个。

2.根据权利1所述的一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于： 

所述导体板（7）为一整块长形条板，导体板或采用高导电率材料，或采用铜板或铝板制成；所述永磁体（5）包括至少2个并排安装的独立永磁体，每个独立永磁体通过一永磁体安装板（6）固定在支架内侧。

3.根据权利1或2所述的一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于：

所述安装在质量块每侧的单个导向系统至少包括两个导向轴承和一块导向板，所述的导向轴承或为滚珠轴承、或为滚柱轴承，所述导向板或为不锈钢板、或为聚四氟乙烯板、或为三层复合板低摩擦系数材料。