CN109184018A - 一种多维电涡流调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维电涡流调谐质量阻尼器，属于结构振动控制技术领域。多维电涡流调谐质量阻尼器的主体由两个空心圆柱体构成，内空心圆柱体位于外空心圆柱体内部，二者相对的上下壁设有滚珠凹槽a，滚珠凹槽内安装有滚珠a，内空心圆柱体通过滚珠a在外空心圆柱体内部转动；内空心圆柱体上设有内盖板，外空心圆柱体上设有外盖板，形成相对封闭的箱体结构；内空心圆柱体内设置正交双向的质量单元、刚度单元和电涡流阻尼单元，内空心圆柱体和外空心圆柱体之间设置扭转刚度单元和电涡流阻尼单元。本发明的多维电涡流调谐质量阻尼器，不仅可以方便的调节质量、刚度和阻尼参数，而且外形规整美观，构造简单，与主结构连接非常简便。
Description
技术领域
本发明属于结构振动控制技术领域，尤其涉及一种多维电涡流调谐质量阻尼器。
背景技术
随着国家的发展，高层建筑、高耸结构、大跨结构等结构的重要性与日俱增。在强风、地震等动力荷载作用下，这些结构会产生比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全。结构振动控制是通过在结构中设置减振或隔振装置来消耗或隔离外部激励对结构的作用。目前针对振动控制装置的研发多集中于被动控制装置，这些装置具有构造简单，无需人工干预等优点，其中，调谐质量阻尼器(TMD)是一类应用广泛的被动控制装置。
传统的TMD仅能有效地控制结构某一方向的振动，但在各种荷载激励下，结构会不可避免地在多个方向发生振动，因此多维减振就成为国内外急于解决的一个技术难题。为确保阻尼器对结构振动控制的可靠性，通常需要在结构两主轴方向同时设置阻尼器，从而大大增加了结构振动控制的成本。因此，考虑到结构振动的复杂性，传统的TMD无法很好的满足工程振动控制的需求。
电涡流阻尼技术是基于电磁感应定律把物体运动的机械能转化为导体板中的电能，然后通过导体板的热阻效应将电能转化为热能来耗散系统的振动能量。导体板在磁场中运动产生涡电流后，涡电流会与原磁场相互作用，产生阻碍导体板与磁场相对运动的阻尼力，同时导体板内产生的涡电流以热能的形式不断地耗散到周围的环境中。电涡流阻尼技术采用非接触式耗能的方式，具有耐久性好、寿命长、阻尼易调节等优点，得到广泛应用。
针对以往单维减振装置的不足，本发明将电涡流阻尼技术和其他被动减振技术相结合，提供了一种多维电涡流调谐质量阻尼器。该装置具有模块化生产，安装便捷，维修方便，使用简单等特点，市场前景十分广阔。
发明内容
本发明将电涡流阻尼技术和其他被动减振技术相结合，提供了一种多维电涡流调谐质量阻尼器。通过设置正交双向质量-刚度-阻尼单元和扭转刚度-阻尼单元，实现对结构水平方向和扭转方向的振动控制。
本发明的技术方案：
一种多维电涡流调谐质量阻尼器，包括空心圆柱体、盖板、滚珠、铜环2、连接板4、永磁体5、质量块8、限位角钢9、铜板10、竖杆11、水平杆12、拉压弹簧13和扭转弹簧15；
多维电涡流调谐质量阻尼器的主体由两个空心圆柱体构成，内空心圆柱体3位于外空心圆柱体1内部，二者相对的上下壁设有滚珠凹槽a19，滚珠凹槽a19内安装有滚珠a6，内空心圆柱体3通过滚珠a6在外空心圆柱体1内部转动；内空心圆柱体3上设有内盖板18，外空心圆柱体1上设有外盖板17，形成相对封闭的箱体结构；
内空心圆柱体3内设置正交双向的质量单元、刚度单元和电涡流阻尼单元，内空心圆柱体3和外空心圆柱体1之间设置扭转刚度单元和电涡流阻尼单元；
正交双向的质量单元主要由连接板4和质量块8组成，两块连接板4水平、相互垂直呈十字状，在其端部均固接质量块8；质量块8与内空心圆柱体3相对的上下内壁上设有滚珠凹槽b7，滚珠凹槽b7内安装有滚珠b14，质量块8通过滚珠b14在内空心圆柱体3内滑动，沿质量块8运动方向两端设置限位角钢9，以避免相邻质量块8发生碰撞；
刚度单元主要由竖杆11、水平杆12和拉压弹簧13组成，每根水平杆12穿过预留在连接板4中的孔道，水平杆12与各自对应的质量块8的运动轨迹相平行；拉压弹簧13套在水平杆12的两端，限位于连接板4与竖杆11之间；竖杆11两端分别与水平杆12和内空心圆柱体3底面刚接；
内空心圆柱体3中的电涡流阻尼单元主要由永磁体5和铜板10组成，永磁体5嵌在内空心圆柱体3侧壁预留的孔洞内，铜板10固定在质量块8一侧；
扭转刚度单元为扭转弹簧15，扭转弹簧15分别固定在内盖板18和外盖板17之间、内空心圆柱体3和外空心圆柱体1底部之间；
外空心圆柱体1中的电涡流阻尼单元主要由永磁体5和铜环2组成，铜环2固定在外空心圆柱体1内壁。
外空心圆柱体1、内空心圆柱体3、连接板4和质量块8均采用导磁材料制成；所述滚珠为球形钢珠。
本发明的工作原理：
(1)当结构产生多维振动时，水平振动分量可由内箱体中的正交双向质量-刚度-阻尼单元控制；
(2)由于外箱体固定在主结构上随结构一起振动，内箱体由于惯性作用，发生转动时滞后于外箱体，进而带动永磁体转动使铜环切割磁感线产生电涡流阻尼，控制结构的扭转振动分量。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种多维电涡流调谐质量阻尼器，具有多维减振机制。当结构产生多维振动时，内箱体中的正交双向质量-刚度-阻尼单元控制结构的水平振动，内箱体与外箱体间的时滞扭转使扭转刚度-阻尼单元控制结构的扭转振动；
(2)本发明的一种多维电涡流调谐质量阻尼器，可以很方便的调节质量、刚度和阻尼参数。通过调节质量块的质量可以控制阻尼器的质量参数；通过调节拉压弹簧和扭转弹簧可以控制阻尼器的刚度参数；通过调节永磁体与铜环或铜板之间的距离，或者调整永磁体的磁场强度，可以实现阻尼参数的调节；
(3)本发明的一种多维电涡流调谐质量阻尼器，采用永磁体提供连续不断的磁场源，无需外界能源，由于各控制单元的物理性能保持长期不变，该装置能提供长期稳定的减振效果；
(4)本发明的一种多维电涡流调谐质量阻尼器，内外箱体采用导磁材料，可以有效避免磁路的漏磁，不仅提高了电涡流阻尼的效率，而且避免了对周围各种元器件的影响；
(5)本发明的一种多维电涡流调谐质量阻尼器，外形规整美观，构造简单，与主结构连接非常简便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种多维电涡流调谐质量阻尼器的整体三维图；
图2为本发明实施例提供的一种多维电涡流调谐质量阻尼器的A-A剖面图；
图3为本发明实施例提供的一种多维电涡流调谐质量阻尼器的B-B剖面图；
图4为本发明实施例提供的一种多维电涡流调谐质量阻尼器的C-C剖面图；
图中：1外空心圆柱体；2铜环；3内空心圆柱体；4连接板；5永磁体；6滚珠a；7滚珠凹槽b；8质量块；9限位角钢；10铜板；11竖杆；12水平杆；13拉压弹簧；14滚珠b；15扭转弹簧；16螺栓；17外盖板；18内盖板；19滚珠凹槽a。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4，本发明实施例提供的一种多维电涡流调谐质量阻尼器的一个实施例，包括外空心圆柱体1、铜环2、内空心圆柱体3、连接板4、永磁体5、滚珠a6、滚珠凹槽b7、质量块8、限位角钢9、铜板10、竖杆11、水平杆12、拉压弹簧13、滚珠b14、扭转弹簧15、螺栓16、外盖板17、内盖板18和滚珠凹槽a19。
在本实施例中，外空心圆柱体1和外盖板17通过螺栓16相连接构成外箱体，内空心圆柱体3和内盖板18通过螺栓16相连接构成内箱体，内箱体通过滚珠a6在外箱体上下内壁上设置的滚珠凹槽a19内转动；
连接板4水平放置并相互垂直呈十字状，在其两端固接质量块8，质量块8通过滚珠b14在内箱体上下内壁上设置的滚珠凹槽b7内滑动，沿质量块8运动方向两端通高设置限位角钢9，以避免相邻质量块8发生碰撞；
永磁体5嵌在内箱体侧壁预留的孔洞内，铜板10固定在质量块8一侧，铜环2固定在外箱体内壁；
水平杆12穿过预留在连接板4中的孔道与质量块8运动轨迹相平行，拉压弹簧13套在水平杆12上布置在连接板4两侧，竖杆11两端分别与水平杆12和内箱体底面刚接；
扭转弹簧15一处固定在内盖板18和外盖板17之间，另一处固定在外空心圆柱体1和外空心圆柱体3底面之间；
外空心圆柱体1、内空心圆柱体3、外盖板17、内盖板18、质量块8和连接板4均采用导磁材料制成；滚珠a6和滚珠b14为球形钢珠。
在本实施例中，质量单元由质量块8和连接板4组成，刚度单元由水平杆12、竖杆11和拉压弹簧13组成，内箱体中电涡流阻尼单元由永磁体5和铜板10组成，扭转刚度单元为扭转弹簧15，外箱体中电涡流阻尼单元由永磁体5和铜环2组成。当结构产生多维振动时，水平振动分量可由内箱体中的质量单元、刚度单元和电涡流阻尼单元控制，扭转振动分量可由外箱体中的扭转刚度单元和电涡流阻尼单元控制。本发明的多维电涡流调谐质量阻尼器，可以很方便的调节质量、刚度和阻尼参数。通过调节质量块8的质量可以控制阻尼器的质量参数；通过调节拉压弹簧13和扭转弹簧15可以控制阻尼器的刚度参数；通过调节永磁体5与铜环2或铜板10之间的距离，或者调整永磁体5的磁场强度，可以实现阻尼参数的调节。
设计本发明时需要注意：第一，限位角钢9应有足够的强度和刚度，以避免质量块8与其发生碰撞而破坏，也可以在表层贴橡胶垫以起到防护和耗能的作用；第二，滚珠a6和滚珠b14分别嵌在滚珠凹槽a19和滚珠凹槽b7中，在滚珠凹槽a19和滚珠凹槽b7内适当涂抹润滑油方便滚珠滚动，滚珠a6由于承担整个内箱体的重量，可根据需要调整滚珠的大小和数量；第三，本发明在工程结构中的布设位置应根据相应的减振方案和控制目标合理布置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种多维电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的多维电涡流调谐质量阻尼器包括空心圆柱体、盖板、滚珠、铜环(2)、连接板(4)、永磁体(5)、质量块(8)、限位角钢(9)、铜板(10)、竖杆(11)、水平杆(12)、拉压弹簧(13)和扭转弹簧(15)；
多维电涡流调谐质量阻尼器的主体由两个空心圆柱体构成，内空心圆柱体(3)位于外空心圆柱体(1)内部，二者相对的上下壁设有滚珠凹槽a(19)，滚珠凹槽a(19)内安装有滚珠a(6)，内空心圆柱体(3)通过滚珠a(6)在外空心圆柱体(1)内部转动；内空心圆柱体(3)上设有内盖板(18)，外空心圆柱体(1)上设有外盖板(17)，形成相对封闭的箱体结构；
内空心圆柱体(3)内设置正交双向的质量单元、刚度单元和电涡流阻尼单元，内空心圆柱体(3)和外空心圆柱体(1)之间设置扭转刚度单元和电涡流阻尼单元；
正交双向的质量单元主要由连接板(4)和质量块(8)组成，两块连接板(4)水平、相互垂直呈十字状，在其端部均固接质量块(8)；质量块(8)与内空心圆柱体(3)相对的上下内壁上设有滚珠凹槽b(7)，滚珠凹槽b(7)内安装有滚珠b(14)，质量块(8)通过滚珠b(14)在内空心圆柱体(3)内滑动，沿质量块(8)运动方向两端设置限位角钢(9)，以避免相邻质量块(8)发生碰撞；
刚度单元主要由竖杆(11)、水平杆(12)和拉压弹簧(13)组成，每根水平杆(12)穿过预留在连接板(4)中的孔道，水平杆(12)与各自对应的质量块(8)的运动轨迹相平行；拉压弹簧(13)套在水平杆(12)的两端，限位于连接板(4)与竖杆(11)之间；竖杆(11)两端分别与水平杆(12)和内空心圆柱体(3)底面刚接；
内空心圆柱体(3)中的电涡流阻尼单元主要由永磁体(5)和铜板(10)组成，永磁体(5)嵌在内空心圆柱体(3)侧壁预留的孔洞内，铜板(10)固定在质量块(8)一侧；
扭转刚度单元为扭转弹簧(15)，扭转弹簧(15)分别固定在内盖板(18)和外盖板(17)之间、内空心圆柱体(3)和外空心圆柱体(1)底部之间；
外空心圆柱体(1)中的电涡流阻尼单元主要由永磁体(5)和铜环(2)组成，铜环(2)固定在外空心圆柱体(1)内壁。
2.根据权利要求1所述的多维电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的外空心圆柱体(1)、内空心圆柱体(3)、连接板(4)和质量块(8)均采用导磁材料制成；所述的滚珠为球形钢珠。
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