CN107268819B - 一种多维电阻耗能减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维电阻耗能减振装置，包括一个外箱体，外箱体内设置一个内箱体，所述的内箱体底部通过液体粘滞阻尼器和弹簧与所述的外箱体连接；内箱体侧壁通过四个方向上的滚轮与外箱体接触，保证内箱体的竖向振动；在内箱体的顶部垂直设置一个刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球；质量球下端连接一根起到传递能量的作用的钢丝绳I，钢丝绳I连接在小磁球上；小磁球下部连接一根穿过双向滑轮组的钢丝绳II；钢丝绳II绕过转盘与位于内箱体内壁上的弹性装置连接；转盘安装位于转盘轴一端，转盘轴水平的架于内部支架上；转盘轴上设置数匝闭合线圈；内部支架设置于内箱体底部，内部支架顶面与底面设置磁铁板，提供均匀磁场。

Description

一种多维电阻耗能减振装置

技术领域

本发明是一种多维电阻耗能减振装置，主要针对某些复杂或者重要的工程结构，及高耸建筑结构的一种多维电阻耗能减振装置。

背景技术

随着社会的发展，工程结构形式日益多样化、柔性化，在强风或强烈地震作用下，建筑物的动力反应强烈，很难满足结构舒适性和安全性的要求。如何使建筑物具有良好的抗震和抗风性能，减少风荷载及地震作用对建筑物造成的危害成为土木工程领域的研究热点，受到越来越多的关注，结构振动控制已经成为减小结构振动响应的重要方法。

传统的抗风抗震设计方法，是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用，依靠构件的弹塑性变形来耗能的，是一种“硬碰硬”式的抗震方法。它既不经济，又存在一定的安全隐患，并且高强材料自身的优势也难以得到充分的发挥。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤，提高结构的抗震能力和抗灾性能。

结构控制的概念可以简单表述为：通过对结构附加控制装置，由控制装置与结构共同承受振动作用，以调谐和减轻结构的振动响应，消耗外部荷载传递给结构的能量，使它在外界干扰作用下的响应被控制在允许范围内。

目前的减振控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者是某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种多维电阻耗能减振装置，旨在减小建筑结构(尤其是高层建筑或高耸结构等)在地震或风荷载作用下的振动响应，达到减振耗能的效果；本发明将利用磁生电原理，通过电阻耗能，研制出一种多维电阻耗能减振装置。在地震或风荷载作用时，随着结构受力和变形的增大，耗能装置率先产生较大阻尼，大量消耗输入结构的能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速减小结构的振动响应，保护主体结构。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多维电阻耗能减振装置，包括一个外箱体，所述的外箱体内设置一个内箱体，所述的内箱体底部通过液体粘滞阻尼器和弹簧与所述的外箱体连接；所述的内箱体侧壁通过四个方向上的滚轮与所述的外箱体接触，保证内箱体的竖向振动；在所述内箱体的顶部垂直设置一个刚性吊杆，所述的刚性吊杆的底部连接一个质量球；所述的质量球下端连接一根起到传递能量的作用的钢丝绳I，所述的钢丝绳I连接在小磁球上；所述的小磁球下部连接一根穿过双向滑轮组的钢丝绳II；所述的钢丝绳II绕过转盘与位于内箱体内壁上的弹性装置连接；所述的转盘安装位于转盘轴一端，所述的转盘轴水平的架于内部支架上；所述的转盘轴上设置数匝闭合线圈；所述的内部支架设置于内箱体底部，所述的内部支架顶面与底面设置磁铁板，提供均匀磁场。

进一步的，所述刚性吊杆及质量球的中心均位于内箱体的竖向中心线上，刚性吊杆上端与固定在内箱体内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，质量球在金属箱内部任意方向摆动。

进一步的，所述的小磁球位于双向滑轮组上部，具有与上部磁铁板相异的磁性，防止与上部磁铁板相吸，起到控制钢丝绳受力状态及钢丝绳复位的作用。

进一步的，所述的双向滑轮组设置于内部支架一侧顶部，为金属材质，起到利于小磁球复位及控制钢丝绳位置的作用。

进一步的，所述的转盘在钢丝绳的拉伸作用下转动。

进一步的，所述的弹簧设置于内箱体侧壁，起到提供弹性回复力的作用。

进一步的，所述的闭合线圈拥有一定的电阻，在均匀磁场中转动过程内部产生电流，电阻在电流的作用下发热耗能。

进一步的，所述质量球通过连有万向铰的刚性吊杆与箱顶连接，保证与竖向振动互不影响。

进一步的，竖向调谐质量阻尼器的频率通过弹簧的刚度来调节；

进一步的，悬挂质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与内箱体顶部相连，刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量块组成了一个多向的悬挂质量摆，通过质量球的摆动和线圈电阻发热消耗能量，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；内箱体、弹簧及液体粘滞阻尼器组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。质量球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节刚性吊杆的长度、弹簧的刚度或者质量块的质量来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本发明的有益效果是：

该减振装置可以减小结构在地震或风荷载作用下多维振动响应，可以有效的弥补荷载发生时方向不确定所带来的隐患；该减振装置可以实现任意方向的振动控制，具有较强的实用性；该减振装置中闭合线圈电阻的耗能，起到减振效果，噪音较小；该减振装置构造简单、加工方便、性价比高、灵活性高、便于安装、环保安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是一种多维电阻耗能减振装置的主视图。

图2是一种多维电阻耗能减振装置的侧视图。

图3是一种多维电阻耗能减振装置A-A剖面图。

图中：1滚轮，2外箱体，3内箱体，4万向铰，5刚性吊杆，6质量球，7钢丝绳，8内部支架，9转盘，10闭合线圈，11小磁球，12双向滑轮组，13钢丝绳，14弹簧，15弹簧，16液体粘滞阻尼器，17磁铁板，18转盘轴。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，目前的减振控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者是某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求；与传统悬挂摆相比，本专利中摆线由万向铰和刚性吊杆替代，可以进行任意方向上的减振；质量球的摆动通过钢丝绳、转盘带动闭合线圈在均匀磁场中的转动，利用磁生电原理，通过闭合线圈的发热进行耗能，制作简单。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种多维电阻耗能减振装置。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

本发明提出的一种多维电阻耗能减振装置，如图1，图2，图3所示，包括一个外箱体，所述的外箱体内设置一个内箱体，所述的内箱体底部通过液体粘滞阻尼器和弹簧与所述的外箱体连接；所述的内箱体侧壁通过四个方向上的滚轮与所述的外箱体接触，保证内箱体的竖向振动；在所述内箱体的顶部垂直设置一个刚性吊杆，所述的刚性吊杆的底部连接一个质量球；所述的质量球下端连接一根起到传递能量的作用的钢丝绳I，所述的钢丝绳I连接在小磁球上；所述的小磁球下部连接一根穿过双向滑轮组的钢丝绳II；所述的钢丝绳II绕过转盘与位于内箱体内壁上的弹性装置连接；所述的转盘安装位于转盘轴一端，所述的转盘轴水平的架于内部支架上；所述的转盘轴上设置数匝闭合线圈；所述的内部支架设置于内箱体底部，所述的内部支架顶面与底面设置磁铁板，提供均匀磁场。

具体的结构如下：

该装置减振器是由调谐质量阻尼器与悬挂质量摆共同组成的。

悬挂质量摆，由一个万向铰4、一根刚性吊杆5，质量球6组成；

竖向调谐质量阻尼器，是由四根弹簧15和四个液体粘滞阻尼器16，内箱体3以及箱内质量球6构成。

外箱体2悬挂或安装于结构物的顶部，其内的内箱体3通过弹簧15和液体粘滞阻尼器16与外箱体相连。内箱体3内设置水平方向的悬挂质量摆。万向铰4焊接于内箱体顶部中心，刚性吊杆5的上端与万向铰4通过销栓连接，下端通过焊接固定质量球6，并在质量球6下部与钢丝绳7连接，钢丝绳7下部连接小磁球11，小磁球11下部连接钢丝绳13，钢丝绳13穿过双向滑轮组12，绕过转盘9，另一端与固定在内箱体3侧壁的弹簧14连接。内箱体3底部设置内部支架8，内部支架8的顶面与底面设置磁铁板17，内部支架8的中部架起转盘轴18，转盘轴18上设置闭合线圈10，内部支架顶部一侧设置双向滑轮组12。由于万向铰的存在，刚性吊杆5和质量球6能沿任意方向摆动，并可以与带动钢丝绳的拉伸，带动转盘转动，均匀磁场中的闭合线圈转动产生电流，电阻发热消耗能量达到减振效果。

进一步的，所述刚性吊杆5及质量球6的中心均位于内箱体3的竖向中心线上，刚性吊杆5上端与固定在内箱体内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，质量球在金属箱内部任意方向摆动。

进一步的，所述的小磁球11位于双向滑轮组上部，具有与上部磁铁板相异的磁性，防止与上部磁铁板相吸，起到控制钢丝绳受力状态及钢丝绳复位的作用。

进一步的，所述的双向滑轮组12设置于内部支架一侧顶部，为金属材质，起到利于小磁球复位及控制钢丝绳位置的作用。

进一步的，所述的转盘9在钢丝绳的拉伸作用下转动。

进一步的，所述的弹簧设置于内箱体侧壁，起到提供弹性回复力的作用。

进一步的，所述的闭合线圈10拥有一定的电阻，在均匀磁场中转动过程内部产生电流，电阻在电流的作用下发热耗能。

进一步的，所述质量球6通过连有万向铰的刚性吊杆与箱顶连接，保证与竖向振动互不影响。

进一步的，所述的竖向调谐质量阻尼器的频率通过弹簧的刚度来调节；所述悬挂质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与内箱体顶部相连，刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量块组成了一个多向的悬挂质量摆，通过质量球的摆动和电阻耗能，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；内箱体及其内部质量球、弹簧、液体粘滞阻尼器组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。质量球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节刚性吊杆的长度、弹簧的刚度或者质量块的质量来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本实施方案中质量球、内箱体内刚性吊杆长度和弹簧刚度设置时，需要的注意是：第一，质量球6摆动频率尽可能接近被控结构的主频率；第二，合理选择弹簧刚度，确保调谐质量阻尼器的频率接近被控结构的竖向振动频率；第三，转盘轴与内部支架契合部分应刷涂适量的润滑油，确保转动的正常进行。

本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定一种多维电阻耗能减振装置的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。

本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多维电阻耗能减振装置，其特征在于，包括一个外箱体，所述的外箱体内设置一个内箱体，所述的内箱体底部通过液体粘滞阻尼器和弹簧与所述的外箱体连接；所述的内箱体侧壁通过四个方向上的滚轮与所述的外箱体接触，保证内箱体的竖向振动；在所述内箱体的顶部垂直设置一个刚性吊杆，所述的刚性吊杆的底部连接一个质量球；所述的质量球下端连接一根起到传递能量的作用的钢丝绳I，所述的钢丝绳I连接在小磁球上；所述的小磁球下部连接一根穿过双向滑轮组的钢丝绳II；所述的钢丝绳II绕过转盘与位于内箱体内壁上的弹性装置连接；所述的转盘安装位于转盘轴一端，所述的转盘轴水平的架于内部支架上；所述的转盘轴上设置数匝闭合线圈；所述的内部支架设置于内箱体底部，所述的内部支架顶面与底面设置磁铁板，提供均匀磁场；

所述刚性吊杆及质量球的中心均位于内箱体的竖向中心线上，刚性吊杆上端与固定在内箱体内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，质量球在金属箱内部任意方向摆动；

所述的小磁球位于双向滑轮组上部，具有与内部支架顶部的磁铁板相异的磁性。

2.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，所述的双向滑轮组设置于内部支架一侧顶部，为金属材质。

3.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，所述的转盘在钢丝绳的拉伸作用下转动。

4.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，所述的弹性装置设置于内箱体侧壁，起到提供弹性回复力的作用。

5.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，所述的闭合线圈拥有一定的电阻，在均匀磁场中转动过程内部产生电流，电阻在电流的作用下发热耗能。

6.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，竖向调谐质量阻尼器的频率通过设置在内箱体底部的弹簧刚度来调节。

7.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，悬挂质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制。

8.如权利要求1所述的多维电阻耗能减振装置，其特征在于，所述的液体粘滞阻尼器和弹簧相间布置在所述的内箱体和外箱体底部之间。