CN107152100B - 质量阻尼复合结构的atmd减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块，磁流变液阻尼单元，2个发电单元，滑动导轨；所述质量块的中心部位嵌套在滑动导轨的中心横梁；所述质量块的滚轮轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘相配合，在辅助限位的同时使质量块沿滑动导轨作往复运动；所述滑动导轨的一端设有第一挡板；另一端设有第二挡板，第二挡板通过螺栓固定在高耸塔设备上；所述的2个发电单元的两端分别固定在第二挡板和质量块之上。本发明根据高塔设备振动频率的不同，压电晶片产生的电量也不一样，从而影响线圈产生的磁场强弱，最终直接导致磁流变液的阻尼大小，达到主动调节ATMD振动频率至被控结构的自振频率区域内，达到有效的减振效果。

Description

质量阻尼复合结构的ATMD减振装置
技术领域
本发明设计减振控制技术领域，具体涉及一种质量阻尼复合结构的ATMD减振装置。
背景技术
石油化工行业存在大量高耸塔设备，由于高塔设备的自身结构特点使其具有高柔特点，对风载荷较为敏感。经分析，在实际受风载过程中，横风向的振动即风诱导振动往往比顺风向的震动大很多，导致塔体振动频繁，塔身结构以及底座链接部位由于长时间承受疲劳载荷，极易产生疲劳裂纹，给塔体的结构完整性带来隐患，如何解决高耸塔设备的减震问题一直备受关注。
与传统的结构设计方法相比，振动控制从仅仅依靠改变结构自身性能来抵抗环境荷载的方法，逐渐发展为由结构-抗风抗震振动控制系统主动地控制结构的动力反应。例如调谐质量阻尼器（TMD），存在启动滞后问题，一旦失调，其控制有效性将明显下降。
主动调谐质量阻尼器（ATMD）引入外部能量使ATMD质量块获得加速度，产生合适的惯性力，克服了TMD的减振问题，提高了TMD的有效性和鲁棒性。ATMD的减振效果虽优于被动TMD，但需要可靠的大功率外部能源供给，操作维护昂贵，在实际应用方面有不小的限制。质量块和阻尼占据了大量的工作空间，给工程实施上增加了难度，且装置本身受到了风载的影响。
随着科学技术的日新月异，一些新的减振材料、减振方法逐渐被应用到减振领域中来。目前，一些新的减振材料主要有压电智能材料、形状记忆合金、磁流变流体、电流变流体等；其中，压电陶瓷以其出力大、响应快、无电磁干扰、能耗低、良好的机电耦合特性、易于控制等优势而在航空航天、汽车发动机、微动平台等的隔振减振领域得到了广泛的研究与应用，但压电陶瓷在受振动时所产生的电能均未进行有效利用，造成能源的流失、浪费；磁流变液以其良好的屈服应力、宽广的工作温度范围、较强的塑性粘度和优良的稳定性，也已经在隔振减振领域得到一定的应用；但磁流变液在工作时需有电能，使磁流变液因供能问题而造成使用地域受限。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种质量阻尼复合结构的ATMD减振装置。
本发明的技术方案为： 一种质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块，磁流变液阻尼单元，2个发电单元，滑动导轨；所述质量块的中心部位嵌套在滑动导轨的中心横梁，对质量块的运动作主要限位；所述质量块的滚轮轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘相配合，在辅助限位的同时使质量块沿导轨作往复运动；所述滑动导轨的一端设有第一挡板，另一端设有第二挡板；所述的2个发电单元的两端水平固定在第二挡板和质量块之上。
所述磁流变液阻尼单元置于质量块内部，主要包括2块T字绕线板，磁流变液腔体；T字绕线板上缠绕有电磁线圈，并通过第一螺栓与质量块相连接；磁流变液腔体嵌套在质量块和T字绕线板之间，并由质量块上的第二螺栓加以固定；磁流变液腔体的液腔设置于磁流变液腔体与滑动导轨中心横梁之间，液腔上部有一个注液通道，与第二螺栓的内螺纹段相互贯通，在没有连接第二螺栓时，以用来填充铁流变液；磁流变液腔体与滑动导轨接触部位均设置有弹性密封条。
所述发电单元的外部由壳体，第一盖板，第二盖板组成，壳体与第一盖板，第二盖板均由螺栓相连接；第一盖板中心设置有一通孔，对侧开有走线槽，并分布有两个连接座，每个连接座通过销固定有两块凹凸间隔的金属基板，金属基板上粘接有压电晶片，两个金属基板的内凹处通过铆钉相互连接，金属基板的另一端则固定在固定块上；第一连杆的杆体与第一盖板的通孔间隙配合，第一连杆的凸台与固定块用螺栓相连接；固定块另一侧通过弹簧与第二盖板相连接；第二连杆通过螺栓与第二盖板固定相连；压电晶片之间通过导线相连，并由第一盖板的走线槽接出，与磁流变液阻尼单元的电磁线圈相连。
高塔设备因风载产生振动；当振动量较小时，质量块启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器ATMD控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块开始运动，带动第一连杆产生位移，发电单元内的压电振子产生弯曲形变从而生成电荷，使机械能转换成电能；所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的电磁线圈，在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼的效果，大量消耗振动能量。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、质量块和磁流变液阻尼的复合结构大大减小了工作空间，方便布置，减小了装置本身受风载的影响。
2、压电晶片对于振动信号非常敏感，发电单元产生的电量瞬时可供给磁流变液阻尼单元实现变阻尼的功能，响应速度快。
3、在优化减振效果的同时，减小了ATMD所需的能源供给。
附图说明
图1是本发明的质量阻尼复合结构的ATMD减振装置结构示意图；
图2是发电单元示意图；
图3是磁流变液阻尼单元示意图；
图4是磁流变液阻尼单元与导轨配合示意图；
图5是本发明的质量阻尼复合结构的ATMD减振装置安装方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细说明如下，但不因具体的实施例限制本发明。
如图1-5所示，本发明的质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块1，磁流变液阻尼单元2，2个发电单元3，滑动导轨4；所述质量块1的中心部位嵌套在滑动导轨的中心横梁41，对质量块1的运动作主要限位；所述质量块1的滚轮11轮缘中凹外凸，与滑动导轨4的凸缘42相配合，在辅助限位的同时使质量块1沿滑动导轨4作往复运动；所述滑动导轨4的一端设有第一挡板43，以防止质量块1突破滑动范围；另一端设有第二挡板44，通过螺栓固定在高耸塔设备5上；所述的2个发电单元3的两端分别固定在第二挡板44和质量块1之上。
所述磁流变液阻尼单元2置于质量块1内部，主要包括2块T字绕线板21，磁流变液腔体22； T字绕线板21的凹坑内缠绕有电磁线圈211，并通过第一螺栓212与质量块1相连接；磁流变液腔体22嵌套在质量块1和T字绕线板21之间，并由质量块1上的第二螺栓222加以固定；磁流变液腔体22的液腔23设置于磁流变液腔体22与滑动导轨中心横梁41之间，液腔23上部有一个注液通道24，与第二螺栓222的内螺纹段相互贯通，在没有连接第二螺栓222时，以用来填充铁流变液；磁流变液腔体22与滑动导轨4接触部位均设置有弹性密封条25。
所述发电单元3的外部由壳体31，第一盖板32，第二盖板33组成，壳体31与第一盖板32，第二盖板33均由螺栓相连接；第一盖板31中心开有一通孔311，对侧开有走线槽323，并分布有两个连接座322，每个连接座322通过销固定有两块凹凸间隔的金属基板39；金属基板39上粘接有压电晶片34，两个金属基板39的内凹处通过铆钉331相互连接，金属基板39的另一端则固定在固定块35上；第一连杆36的杆体与第一盖板的通孔311间隙配合，第一连杆的凸台361与固定块35用螺栓相连接；固定块35另一侧通过弹簧37与第二盖板33相连接；第二连杆38通过螺栓与第二盖板33固定相连；压电晶片34之间通过导线相连，并由第一盖板的走线槽323处接出，与磁流变液阻尼单元2的电磁线圈211相连。
高塔设备5因风载产生振动；当振动量较小时，质量块1启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器ATMD控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块1开始运动，带动第一连杆36产生位移，发电单元3内的压电振子产生弯曲形变从而生成电荷，使机械能转换成电能；所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的电磁线圈211，在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼的效果，大量消耗振动能量。

Claims (1)

1.一种质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块（1），磁流变液阻尼单元（2），2个发电单元（3），滑动导轨（4）；其特征在于：所述质量块（1）的中心部位嵌套在滑动导轨（4）的中心横梁（41）；所述质量块（1）的滚轮（11）轮缘中凹外凸，与滑动导轨（4）的凸缘（42）相配合，在辅助限位的同时使质量块（1）沿滑动导轨（4）作往复运动；所述滑动导轨（4）的一端设有第一挡板（43）；另一端设有第二挡板（44），第二挡板（44）通过螺栓固定在高耸塔设备（5）上；所述的2个发电单元（3）的两端分别固定在第二挡板（44）和质量块（1）之上；
所述磁流变液阻尼单元（2）置于质量块（1）内部，包括2块T字绕线板（21），磁流变液腔体（22）；所述T字绕线板（21）的凹坑内缠绕有电磁线圈（211），并通过第一螺栓（212）与质量块（1）相连接；磁流变液腔体（22）嵌套在质量块（1）和T字绕线板（21）之间，并由质量块（1）上的第二螺栓（222）加以固定；磁流变液腔体（22）的液腔（23）设置于磁流变液腔体（22）与滑动导轨中心横梁（41）之间，液腔（23）上部有一个注液通道（24），与第二螺栓（222）的内螺纹段相互贯通；磁流变液腔体（22）与滑动导轨（4）接触部位均设置有弹性密封条（25）；
所述发电单元（3）的外部由壳体（31），第一盖板（32），第二盖板（33）组成，壳体（31）与第一盖板（32），第二盖板（33）均由螺栓相连接；第一盖板（ 32 ） 中心开有一通孔（311），对侧开有走线槽（323），并分布有两个连接座（322），每个连接座（322）通过销固定有两块凹凸间隔的金属基板（39）；金属基板（39）上粘接有压电晶片（34），两个金属基板（39）的内凹处通过铆钉（331）相互连接，金属基板（39）的另一端则固定在固定块（35）上；
还具有第一连杆（36）和第二连杆（38），所述第一连杆（36）的杆体与第一盖板的通孔（311）间隙配合，第一连杆的凸台（361）与固定块（35）用螺栓相连接；固定块（35）另一侧通过弹簧（37）与第二盖板（33）相连接；第二连杆（38）通过螺栓与第二盖板（33）固定相连；压电晶片（34）之间通过导线相连，并由第一盖板的走线槽（323）处接出，与磁流变液阻尼单元（2）的电磁线圈（211）相连；
高塔设备（5）因风载产生振动；当振动量较小时，质量块（1）启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器ATMD控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块（1）开始运动，带动第一连杆（36）产生位移，发电单元（3）内的压电振子产生弯曲形变从而生成电荷，使机械能转换成电能；所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的电磁线圈（211），在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼作用。
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