CN109267807B - 摩擦摆型惯容调谐系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于土木工程和能源基础设施领域的摩擦摆型惯容调谐系统，建立了双重的减振调谐机制，包括摩擦摆调谐耗能单元、惯容型阻尼单元，来调整系统频率并进行减振控制。同时，该装置利用惯容单元中飞轮的旋转吸收和存储能量；摩擦摆调谐单元以及惯容型摩擦增效单元的摩擦作用来耗散能量。利用这种双调谐的机制，提高了该减振系统有效减振控制的频带宽度，提高了装置整体的吸能效果。利用惯容的吸能和耗能增效原理，显著地降低了调谐质量块所需要的附加质量，限制了调谐系统的内部变形，提供了一种轻量化高效型的调谐减振装置，不仅节省了装置所需要的安装空间，显著提高了摩擦摆型调谐质量阻尼器的耗能效率,具有广泛的推广和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构耗能减振技术领域，尤其涉及一种摩擦摆型惯容调谐系统。
背景技术
消能减振技术作为一种非常有效的减振手段，被引入土木工程领域几十年，其效果已经被许多强烈地震和飓风所验证。消能减振技术通过在结构中增设特殊的耗能装置来达到减振目标，该装置可以在结构受地震或强风等受迫振动作用时，利用装置自身的耗能特性消耗输入结构的能量，减小结构本体的振动响应，从而保证了结构的安全性、舒适性，保护了人民的人身财产安全。
本领域中摩擦摆型调谐质量阻尼器构造简单实用，通过附加调谐质量块，调谐结构的自振频率，滑块的滑动摩擦消耗振动能量，抑制结构的振动响应。但是摩擦摆型调谐质量阻尼器自复位能力不足，耗能效率受到摩擦面系数、滑块滑动距离等限制，效率不高；为了实现目标性能需求所需要的附加物理质量过大。
发明内容
本发明目的在于，克服现有技术的不足，采用摩擦滑块和惯容型摩擦增效单元同时作用耗散能量，并附加设计一套液体型惯容机构和调谐质量单元，联合构成一种新型的摩擦摆型惯容调谐系统。
本发明需要保护的技术方案概括为：
一种摩擦摆型惯容调谐系统，包括调谐质量块、摩擦摆调谐耗能单元、惯容型摩擦增效单元和安装底座；所述调谐质量块与安装底座上下设置；所述摩擦摆调谐耗能单元和惯容型摩擦增效单元并排安装于调谐质量块与安装底座之间；所述惯容型摩擦增效单元用于该系统的质量调谐、能量吸收、摩擦阻尼耗能增效。
进一步，所述惯容型摩擦增效单元包括上连接齿板、旋转轴、若干飞轮、下连接齿板、齿轮组单元、摩擦面；所述下连接齿板置于安装底座上，所述上连接齿板安装在调谐质量块下，两连接齿板方向相同，且齿面上均贴有摩擦面；所述齿轮组单元置于上连接齿板和下连接齿板之间，并与两连接齿板咬合，能在调谐质量块的带动下在作往复运动；所述旋转轴固定穿设于齿轮组单元的转动中心，若干飞轮固定在旋转轴上。
进一步，所述摩擦摆调谐耗能单元包括摩擦滑块、上摩擦面、限位块、上连接板、安装螺栓和下摩擦面；所述下摩擦面通过安装螺栓固定在安装底座上，所述上连接板安装于调谐质量块之下，所述上连接板底部设置上摩擦面；所述摩擦滑块位于上摩擦面和下摩擦面之间；在调谐质量块发生位移时，所述摩擦滑块的下表面能在下摩擦面内发生滑动，其上表面能在上摩擦面内滑动；沿所述摩擦摆调谐耗能单元和惯容型摩擦增效单元的并排方向，下摩擦面在其两端分别装有限位块，以防止调谐质量块位移较大时，所述摩擦滑块滑出下摩擦面。
进一步，所述上摩擦面的摩擦系数、下摩擦面的摩擦系数、下摩擦面的曲率半径，根据减振目标和所需的摩擦耗能效果、惯容耗能单元的表观质量、调谐频率进行调整。
本发明与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：
1.本发明建立了双重的减振调谐机制，包括摩擦摆调谐耗能单元、惯容型阻尼单元，通过摩擦面的曲率半径、调谐质量块的质量和飞轮的数量来调整系统频率并进行减振控制。利用这种双调谐的机制，提高了该减振系统有效减振控制的频带宽度，提高了装置整体的吸能效果。
2.本发明建立了多重的能量吸收和耗散机制。包括利用惯容单元中飞轮的旋转吸收和存储能量；摩擦滑块上下表面在上下摩擦面上的滑动摩擦，以及惯容型摩擦增效单元的齿轮滚动时在齿条摩擦面的摩擦作用来耗散能量。
2.本发明充分利用齿轮惯容单元质量增效的作用，将惯容型摩擦增效单元表观调谐质量与摩擦摆调谐机制有效地结合在一起，使用惯容的吸能作用部分代替传统的调谐质量块，可以显著地调谐质量块所需要附加的物理质量，提供了一种轻量化调谐型减振装置。
3.本发明通过惯容单元的设置，令装置在调谐质量块有限的位移下发挥出高效的耗能作用，节省了装置所需要的安装空间，显著提高了摩擦摆型调谐质量阻尼器的耗能效率。
4.本发明装置设置方便灵活，能够有效吸收并耗散振动能量，具有轻量化，耗能高效和鲁棒性强等特点，有较好的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的摩擦摆型惯容调谐系统的示意图。
图中标号：
1-调谐质量块、2-上连接齿板、3-旋转轴、4-飞轮、5-下连接齿板、6-齿轮组单元、7-摩擦面、8-摩擦滑块、9-上摩擦面、10-限位块、11-上连接板、12-安装底座、13-安装螺栓、14下摩擦面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，一种摩擦摆型惯容调谐系统，包括调谐质量块1、摩擦摆调谐耗能单元、惯容型摩擦增效单元和安装底座12。
惯容型摩擦增效单元包括上连接齿板2、旋转轴3、若干飞轮4、下连接齿板5、齿轮组单元6、摩擦面7。其中，下连接齿板5置于安装底座12上，上连接齿板2安装在调谐质量块1下，两连接齿板方向相同，且齿面上均贴有摩擦面7；齿轮组单元6置于上连接齿板2和下连接齿板5之间，并与两连接齿板咬合，能在调谐质量块1的带动下在作往复运动；旋转轴3固定穿设于齿轮组单元6的转动中心，若干飞轮4固定在旋转轴3上。
作为举例而非限定，在本发明中，齿轮组单元6可以包括一个主动齿轮，旋转轴3穿设于主动齿轮轴心，飞轮4固定在旋转轴3上，如图1所示；也可以包括一个主动齿轮和若干从动齿轮，主动齿轮与上、下连接齿板啮合，从动齿轮均与主动齿轮啮合，但不与上、下连接齿板啮合，旋转轴3固定穿设于从动齿轮轴心，飞轮4固定在旋转轴3上，主动齿轮带动从动齿轮旋转，并可放大从动齿轮的转速。
摩擦摆调谐耗能单元包括摩擦滑块8、上摩擦面9、限位块10、上连接板11、安装螺栓13和下摩擦面14。其中，下摩擦面14通过安装螺栓13固定在安装底座12上，上连接板11置于调谐质量块1之下，上连接板11底部设置上摩擦面9；摩擦滑块8位于上摩擦面9和下摩擦面14之间；在调谐质量块1发生位移时，摩擦滑块8的下表面能在下摩擦面14内发生滑动，其上表面能在上摩擦面9内滑动；沿上连接齿板2和下连接齿板5的设置方向，下摩擦面14在其两端分别装有限位块10，防止调谐质量块1位移较大时，摩擦滑块8滑出下摩擦面9。
本发明中，调谐质量块1下部装有上连接齿板2和上连接板11，同时连接摩擦摆调谐耗能单元和惯容型摩擦增效单元。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (1)
1.一种摩擦摆型惯容调谐系统，其特征在于：包括调谐质量块（1）、摩擦摆调谐耗能单元、惯容型摩擦增效单元和安装底座（12）；
所述调谐质量块（1）与安装底座（12）上下设置；所述摩擦摆调谐耗能单元和惯容型摩擦增效单元并排安装于调谐质量块（1）与安装底座（12）之间；所述惯容型摩擦增效单元用于该系统的质量调谐、能量吸收、摩擦阻尼耗能增效；
所述惯容型摩擦增效单元包括上连接齿板（2）、旋转轴（3）、若干飞轮（4）、下连接齿板（5）、齿轮组单元（6）、摩擦面（7）；
所述下连接齿板（5）置于安装底座（12）上，所述上连接齿板（2）安装在调谐质量块（1）下，两连接齿板方向相同，且齿面上均贴有摩擦面（7）；所述齿轮组单元（6）置于上连接齿板（2）和下连接齿板（5）之间，并与两连接齿板咬合，能在调谐质量块（1）的带动下在作往复运动；所述旋转轴（3）固定穿设于齿轮组单元（6）的转动中心，若干飞轮（4）固定在旋转轴（3）上；
所述摩擦摆调谐耗能单元包括摩擦滑块（8）、上摩擦面（9）、限位块（10）、上连接板（11）、安装螺栓（13）和下摩擦面（14）；
所述下摩擦面（14）通过安装螺栓（13）固定在安装底座（12）上，所述上连接板（11）安装于调谐质量块（1）之下，所述上连接板（11）底部设置上摩擦面（9）；所述摩擦滑块（8）位于上摩擦面（9）和下摩擦面（14）之间；在调谐质量块（1）发生位移时，所述摩擦滑块（8）的下表面能在下摩擦面（14）内发生滑动，其上表面能在上摩擦面（9）内滑动；沿所述摩擦摆调谐耗能单元和惯容型摩擦增效单元的并排方向，下摩擦面（14）在其两端分别装有限位块（10），以防止调谐质量块（1）位移较大时，所述摩擦滑块（8）滑出下摩擦面（14）；
所述上摩擦面（9）的摩擦系数、下摩擦面（14）的摩擦系数、下摩擦面（14）的曲率半径，根据减振目标和所需的摩擦耗能效果、惯容耗能单元的表观质量、调谐频率进行调整。
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