CN109267808B - 调谐液体型惯容系统 - 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调谐液体型惯容系统，该装置包括建立了双重的减振调谐机制，使用调谐液体质量单元、调谐惯容限位单元来调整系统频率并进行减振控制；建立了双重储能机制、基于摩擦运动和液体非线性晃动的耗能机制。通过有效地利用调谐惯容限位单元质量增效作用，显著地降低了调谐液体质量单元的附加质量和相对变形，不仅提供了一种轻量化调谐型减振装置，更节约了装置的安装和使用空间，提高了调谐液体阻尼耗能的效率。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。

Description

调谐液体型惯容系统
技术领域
本发明属于土木工程结构耗能减振技术领域，尤其涉及一种调谐液体型惯容系统。
背景技术
耗能减振技术是，通过在结构在振动过程中，变形较大的位置安装耗能减振装置，以达到减小结构振动响应的一种技术。耗能减振装置可以在结构遭受地震或者强风等强烈振动时，利用自身的特性，如滞回变形、摩擦作用等方式，大量消耗输入能量，抑制主结构的动力响应，不但保证了结构的安全性，提高了其可靠度，同时能够满足使用者的舒适性和结构内部装置正常使用性等要求。
本领域的调谐液体阻尼器是一种实用的耗能减振装置，已被长期运用于土木工程领域，其通过容器内调谐液体的振动，吸收和耗散输入的能量。但是调谐液体阻尼器只能抑制频率接近调谐液体自振频率的振动作用，控制的频带较窄，而且调谐液体耗能机理单一且效率不高。此外装置所占空间较大，并且在受到较大幅度振动时，装置的变形较大，提高了装置安装的难度。
发明内容
本发明目的在于，克服现有技术的不足，采用惯容阻尼单元和液体阻尼单元同时作用耗散能量，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调谐液体型惯容系统。
本发明需要保护的技术方案概括为：
一种调谐液体型惯容系统，包括调谐液体质量单元、调谐弹簧、调谐惯容限位单元和安装单元；调谐惯容限位单元与调谐液体质量单元均滑动安装在安装单元上，且调谐惯容限位单元与调谐液体质量单元刚性连接，同时调谐液体质量单元通过调谐弹簧与安装单元连接；调谐惯容限位单元用于调谐频率，吸收结构振动能量，提高耗能效率并限制调谐液体质量单元的变形。
进一步，安装单元包括一体成型的安装底座和“L”型的连接板；连接板竖直部的左侧为其水平部，其右侧为安装底座；安装底座上设置有垂直于连接板竖直部的滑动槽，滑动槽内安装有摩擦板。
进一步，液体惯容阻尼单元包括齿轮组单元、轴承、惯容单元容器、齿条和惯容调谐弹簧；齿轮组单元置于惯容单元容器内，并通过轴承与惯容单元容器的前后侧壁连接；惯容单元容器的左侧通过调谐弹簧与连接板的竖直部连接，其底部滑动设置于安装底座的滑动槽内，惯容单元容器能够沿滑动槽作往复运动，并与摩擦板发生滑动摩擦；沿滑动槽设置方向，齿条沿滑动槽方向设置在安装底座上，并穿过惯容单元容器下部与齿轮组单元相咬合；齿轮组单元能够在惯容单元容器在滑动槽内作往复运动时，通过齿条发生转动。
进一步，调谐液体质量单元包括调谐液体容器和调谐液体；调谐液体置于调谐液体容器内；调谐液体容器的左侧通过刚性连杆与惯容单元容器的右侧连接，同时调谐液体容器的左侧还通过调谐弹簧与连接板竖直部连接；调谐弹簧的伸缩方向与滑动槽的方向一致；调谐液体容器底部滑动设置于安装底座的滑动槽内，调谐液体容器能够沿滑动槽作往复运动，并与摩擦板发生滑动摩擦。
进一步，连接板与安装底座为一整体，两者通过连接螺栓安装于主结构之上。
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，包括调谐液体质量单元、液体惯容阻尼单元，通过调谐弹簧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。包括利用双级的质量调谐单元中调谐质量的运动和调谐弹簧的变形来吸收储存能量，利用调谐惯容限位单元中液体运动形式储存能量；利用惯容单元容器和调谐液体容器往复运动时的摩擦作用来耗散能量，利用调谐阻尼液体的流动来耗散结构振动能量。
2.本发明充分利用液体惯容阻尼单元的质量增效作用，将二级调谐单元的调谐质量与惯容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液体质量，可以显著地降低一级液体调谐质量单元所需要附加的物理质量，减小了液体容器的尺寸，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及其调谐弹簧的设置，有效地控制一级液体调谐质量单元整体的变形，节省了装置所需要的安装空间。同时，由于惯容单元传递的加速度相关的作用力，进一步激起了一级液体调谐质量单元内部调谐液体的振动幅度，提高了调谐液体阻尼耗能的效率。
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调谐液体型惯容系统的示意图。
图中标号：
1-调谐液体容器、2-调谐液体、3-齿轮组单元、4-轴承、5-惯容单元容器、6-齿条、7-惯容调谐弹簧、8-调谐弹簧、9-滑动槽、10-摩擦板、11-连接板、12-连接螺栓、13-安装底座。
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，一种调谐液体型惯容系统，包括调谐液体质量单元、调谐弹簧8、调谐惯容限位单元和安装单元。
安装单元包括一体成型的安装底座13和“L”型的连接板11，连接板11竖直部的左侧为其水平部，其右侧为安装底座13；安装底座13上设置有垂直于连接板11竖直部的滑动槽9，滑动槽9内装有摩擦板10。
液体惯容阻尼单元包括齿轮组单元3、轴承4、惯容单元容器5、齿条6和惯容调谐弹簧7。其中，齿轮组单元3置于惯容单元容器5内，并通过轴承4与惯容单元容器5的前后内侧壁连接；惯容单元容器5的左侧上部通过惯容调谐弹簧7与连接板11的竖直部连接；惯容单元容器5的底部置于安装底座13的滑动槽9内，并可在滑动槽9内作往复运动，且能够与摩擦板10发生摩擦；沿滑动槽9设置方向，齿条6设置在安装底座13上，并穿过惯容单元容器5下部与齿轮组单元3相咬合；齿轮组单元3能够在惯容单元容器5在滑动槽9内作往复运动时，通过齿条6发生转动。
作为举例而非限定，本发明中，齿轮组单元3可以包含一个主动齿轮和若干从动齿轮，主动齿轮与齿条6啮合，一个从动齿轮与主动齿轮同轴设置，其他从动齿轮与前述从动齿轮啮合，主动齿轮带动从动齿轮旋转。
调谐液体质量单元包括调谐液体容器1和调谐液体2。其中，调谐液体2置于调谐液体容器1内；调谐液体容器1的左侧通过刚性连杆与惯容单元容器5的右侧连接，同时调谐液体容器1的左侧还通过调谐弹簧8与连接板11竖直部连接，调谐弹簧8的伸缩方向与滑动槽9的方向一致；调谐液体容器1底部置于安装底座13的滑动槽9内，调谐液体容器1能够在滑动槽9内作往复运动，并与摩擦板10发生滑动摩擦。
本发明中，调谐液体容器1与惯容单元容器5通过刚性连杆连接，两者在滑动槽9内作往复运动时，不发生相对位移。
本发明中，连接板11与安装底座13为一整体，两者通过连接螺栓12安装于主结构之上。
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 (5)

1.一种调谐液体型惯容系统，其特征在于：包括调谐液体质量单元、调谐弹簧(8)、调谐惯容限位单元和安装单元；
所述调谐惯容限位单元与调谐液体质量单元均滑动安装在安装单元上，且所述调谐惯容限位单元与调谐液体质量单元刚性连接，同时所述调谐液体质量单元通过调谐弹簧(8)与安装单元连接；所述调谐惯容限位单元用于调谐频率，吸收结构振动能量，提高耗能效率并限制调谐液体质量单元的变形。
2.根据权利要求1所述的调谐液体型惯容系统，其特征在于：所述安装单元包括一体成型的安装底座(13)和“L”型的连接板(11)；
所述连接板(11)竖直部的左侧为其水平部，其右侧为安装底座(13)；
所述安装底座(13)上设置有垂直于连接板(11)竖直部的滑动槽(9)，所述滑动槽(9)内安装有摩擦板(10)。
3.根据权利要求2所述的调谐液体型惯容系统，其特征在于：所述液体惯容阻尼单元包括齿轮组单元(3)、轴承(4)、惯容单元容器(5)、齿条(6)和惯容调谐弹簧(7)；
所述齿轮组单元(3)置于惯容单元容器(5)内，并通过轴承(4)与惯容单元容器(5)的前后侧壁连接；所述惯容单元容器(5)的左侧通过惯容调谐弹簧(7)与连接板(11)的竖直部连接，其底部滑动设置于安装底座(13)的滑动槽(9)内，所述惯容单元容器(5)能够沿滑动槽(9)作往复运动，并与摩擦板(10)发生滑动摩擦；沿滑动槽(9)设置方向，所述齿条(6)沿滑动槽(9)方向设置在安装底座(13)上，并穿过惯容单元容器(5)下部与齿轮组单元(3)相咬合；所述齿轮组单元(3)能够在惯容单元容器(5)在滑动槽(9)内作往复运动时，通过齿条(6)发生转动。
4.根据权利要求3所述的调谐液体型惯容系统，其特征在于：所述调谐液体质量单元包括调谐液体容器(1)和调谐液体(2)；
所述调谐液体(2)置于调谐液体容器(1)内；所述调谐液体容器(1)的左侧通过刚性连杆与惯容单元容器(5)的右侧连接，同时调谐液体容器(1)的左侧还通过调谐弹簧(8)与连接板(11)竖直部连接；所述调谐弹簧(8)的伸缩方向与滑动槽(9)的方向一致；所述调谐液体容器(1)底部滑动设置于安装底座(13)的滑动槽(9)内，所述调谐液体容器(1)能够沿滑动槽(9)作往复运动，并与摩擦板(10)发生滑动摩擦。
5.根据权利要求2所述的调谐液体型惯容系统，其特征在于：所述连接板(11)与安装底座(13)为一整体，两者通过连接螺栓(12)安装于主结构之上。
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