CN112144684B - 一种电涡流式颗粒惯容阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，包括单摆阻尼单元和颗粒惯容单元，之间通过齿轮传动组件连接，并通过所述齿轮传动组件，所述单摆阻尼单元的摆动能够传递至所述颗粒惯容单元；所述单摆阻尼单元包括单摆阻尼单元箱体和单摆质量体，所述单摆质量体能够摆动的设于所述单摆阻尼单元箱体内，其上端与所述齿轮传动组件连接，所述单摆质量体上设置有永磁体，与所述永磁体相对应在所述单摆阻尼单元箱体内壁上设有导体板，所述单摆质量体摆动时产生电涡流阻尼作用。本发明不仅可以通过单摆质量体调谐耗能，还可以通过颗粒碰撞以及弹塑性变形耗能，具备多重耗能机制，此外利用惯容的放大效应增大颗粒碰撞效率，使减振耗能效果更好。

Description

一种电涡流式颗粒惯容阻尼器

技术领域

本发明属于土木结构振动控制领域，具体涉及一种电涡流式颗粒惯容阻尼器。

背景技术

现阶段在土木工程领域，结构振动控制技术在抗震、抗风中发挥着重要的作用，其中被动控制技术发展较为成熟，因其概念简单、机理明确、无需外部能量输入等优点而广泛应用于工程实践中。其中调谐质量阻尼器的力学原理简单明晰、对原结构改动小且减振效果明显，目前已成熟应用于工程实践中，但其只能在共振区附近的很小一段特定频率范围内具有良好的减振效果，对于偏离这一范围的频率其减振效果不佳，且对工作环境变化敏感。

调谐质量阻尼器主要由弹簧、阻尼器和质量块组成。按照阻尼元件来分主要有：油阻尼、黏弹阻尼、粘滞阻尼、电涡流阻尼等。然而油阻尼器、黏弹阻尼器、粘滞阻尼器的阻尼都存在性质不稳定和需要经常维护的缺点。而电涡流调谐质量阻尼器采用永磁铁或电磁铁，由于不接触所以没有机械摩擦、不需要润滑、不需要经常维护。电涡流阻尼的原理是导体板以一定相对速度运动时，导体板中的磁通量发生变化，产生电涡流，而电涡流能够产生一个与静止磁场相反的磁场来阻碍导体板与静止磁场之间的相对运动。

此外，颗粒阻尼是一种附加质量式被动阻尼技术，其在振动体中的有限封闭空间内亦或在振动体外的附加腔体内填充一定数量的颗粒，利用颗粒与颗粒之间和颗粒与腔体壁之间的摩擦和碰撞作用消耗系统的振动能量，从而为主体结构提供阻尼，削弱主体结构的响应。颗粒阻尼技术具有对原系统改动小、减振频带宽、可靠度高、环境适应性强等优点。

现有技术中已有将颗粒碰撞阻尼技术与调谐质量阻尼技术相结合的阻尼器，然而目前调谐质量阻尼器的减振频带窄、阻尼存在性质不稳定、颗粒阻尼器颗粒碰撞次数较少、颗粒堆叠导致耗能能力有限等问题，减振效果仍需要进一步提升。

发明内容

本发明的目的就是为了解决传统调谐质量阻尼器减振频带窄、阻尼都存在性质不稳定和需要经常维护、传统颗粒阻尼器颗粒碰撞次数较少、颗粒堆叠导致的耗能能力有限等问题，而提供一种电涡流式颗粒惯容阻尼器。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，包括单摆阻尼单元和颗粒惯容单元，所述单摆阻尼单元和颗粒惯容单元之间通过齿轮传动组件连接，并通过所述齿轮传动组件，所述单摆阻尼单元的振动能够传递至所述颗粒惯容单元；

所述单摆阻尼单元包括单摆阻尼单元箱体和单摆质量体，所述单摆质量体设于所述单摆阻尼单元箱体内并能够进行摆动，其上端与所述齿轮传动组件连接，所述单摆质量体上设置有永磁体，与所述永磁体相对应在所述单摆阻尼单元箱体内壁上设有导体板，所述单摆质量体摆动时产生电涡流阻尼作用。

本发明不仅可以通过单摆质量体调谐耗能，还可以通过颗粒碰撞以及弹塑性变形耗能，具备多重耗能机制，此外利用惯容的放大效应增大颗粒碰撞效率，使减振耗能效果更好。

优选地，所述单摆阻尼单元箱体的下部为截面呈圆环形的颗粒阻尼腔体，所述颗粒阻尼腔体是由所述单摆阻尼单元箱体与设于所述单摆阻尼单元箱体内的弹性伸缩板以及所述单摆质量体所围成，

所述弹性伸缩板对称设于所述单摆质量体两侧，其一端与所述单摆质量体连接，另一端安装在所述单摆阻尼单元箱体上，所述单摆质量体的下端设有刮板，所述单摆质量体摆动时，所述刮板在所述颗粒阻尼腔体内进行颗粒阻尼，以进步增大颗粒碰撞效率。

本发明单摆阻尼单元在外界激励作用下，单摆质量体做一定角度往复运动，并带动下部的颗粒进行碰撞耗能，而永磁体与导体板相对运动产生的电涡流效应能够阻碍单摆的相对运动，将动能转化为热能耗散；颗粒惯容单元中传动轴带动齿轮组工作，放大转筒的角速度，提高转筒腔体内颗粒碰撞耗能。

优选地，所述刮板设有两个，所述刮板将所述颗粒阻尼腔体分割为三个部分，并且每一部分内均填充有颗，填充的颗粒体积占该腔体体积的25％-35％。

优选地，所述颗粒阻尼腔体的端部两侧设有可移动的缓冲挡板，所述缓冲挡板与所述单摆阻尼单元箱体之间设有弹簧。

优选地，所述单摆质量体的上部两侧与所述单摆阻尼单元箱体之间设有弹簧。

优选地，所述弹性伸缩板为弧形伸缩板件，能够随所述单摆质量体往复运动伸长或缩短，并使所述颗粒阻尼腔体始终保持为封闭空间，所述弹性伸缩板的两端与所述单摆阻尼单元箱体之间设有弹簧。

优选地，所述的弹簧为非线性弹簧。

优选地，所述永磁体对称设于所述单摆质量体的两侧面上，所述导体板对称设于所述单摆阻尼单元箱体的内壁上；

所述导体板通过螺栓固定，可以通过调整螺栓的螺母来调整导体板与永磁体之间的距离，进而改变阻尼比；

所述的导体板为铜板，沿所述单摆阻尼单元箱体的内壁间隔布置，所述的永磁体为钕铁硼磁体，形状呈扇形。

优选地，所述齿轮传动组件包括传动轴、齿轮组和转轴，所述单摆质量体上端与所述传动轴固接，所述转轴与所述颗粒惯容单元连接；

所述齿轮组包括小号齿轮和大号齿轮，小号齿轮套设在所述转轴上，大号齿轮套设在传动轴上，所述的小号齿轮与大号齿轮相啮合。

优选地，所述的颗粒惯容单元包括颗粒惯容单元箱体以及转动设于所述颗粒惯容单元箱体内的转筒，所述转筒内部被分割成多个腔体，各腔体内填充颗粒，所述转轴与转筒的中心相连，并带动转筒转动。

优选地，所述颗粒为钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的任一种或多种，所述颗粒阻尼腔体或转筒内部腔体内壁设有缓冲材料，如橡胶、泡沫材料等。

本发明中，当风/地震作用较小时，单摆质量体在电涡流阻尼和弹簧作用下晃动较小，主要通过腔体内颗粒之间的碰撞来耗能；而当风/地震作用较大时，则除上述减振措施措施之外，单摆质量体参与调谐耗能以及惯容放大效应增大颗粒碰撞耗能效率。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、通过将颗粒碰撞阻尼技术与调谐质量阻尼技术相结合，不仅可以通过调谐耗能，还可以通过颗粒碰撞耗能，增加减振鲁棒性，提高减振效果。

2、通过惯容系统的放大效应和单摆质量体的往复运动，使颗粒之间的碰撞更加激烈，碰撞效率更高。

3、本发明可通过导体板上的螺母来调整导体板与永磁体的距离，进而改变阻尼比，方便现场应用调试。

4、本发明采用的电涡流阻尼技术在工作时，由于导体板与永磁体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损，而且不受温度等环境的影响，因此易于维护且耐久性好。

5、本发明具备多重耗能机制，针对不同程度的风\地震作用均具有良好的减振效果。

附图说明

图1为本发明一种电涡流式颗粒惯容装置的正剖面图；

图2为本发明一种电涡流式颗粒惯容装置的侧剖面图；

图3为本发明弹性伸缩板的正剖面图；

图4为本发明颗粒惯容单元的侧剖面图。

图中标号：1为单摆阻尼单元箱体，2为单摆质量体，3为导体板，4为弹簧，5为永磁体，6为弹性伸缩板，7为缓冲挡板，8为颗粒，9为传动轴，10为齿轮组，11为缓冲材料，12为转轴，13为颗粒惯容单元箱体，14为转筒，15为螺栓，16为轴承卡槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1、2所示，为一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，包括单摆阻尼单元和颗粒惯容单元两部分，单摆阻尼单元和颗粒惯容单元之间通过传动轴9、齿轮组10和转轴12连接，转轴12带动颗粒惯容单元中转筒14转动。

本实施例中，单摆阻尼单元包括单摆阻尼单元箱体1、单摆质量体2、导体板3、弹簧4、永磁体5、弹性伸缩板6、缓冲挡板7、颗粒8、传动轴9、缓冲材料11、螺栓15；单摆质量体2上端固定于传动轴9上，当结构振动时，单摆质量体2与导体板3发生相对运动而产生电涡流阻尼作用，带动传动轴9转动，并增大单摆阻尼单元箱体1下部颗粒8的碰撞效率；缓冲材料11为橡胶、泡沫材料中任一种或多种，铺设于装有颗粒8的腔体内壁上；弹簧4为非线性弹簧，一部分设置于单摆质量体2上部的两侧，用于调谐阻尼器自身频率和限制单摆质量体2的过度运动，另一部分设置在弹性伸缩板6一侧。

本实施例中，颗粒8为钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的任一种或多种，填充于单摆阻尼单元箱体1的下部腔体，下部腔体由单摆质量体2、单摆阻尼单元箱体1内壁、弹性伸缩板6所围成，并分为三个，填充的颗粒8体积占该腔体体积的25％-35％。

本实施例中，导体板3为铜板，沿单摆阻尼单元箱体1半圆内壁的45°、90°、135°方向布置，在单摆质量体2的前后均有布置，形状呈扇形，中间处的扇形弧度为30°，其余左右两侧的扇形弧度为15°，保证单摆质量体2往复运动时，导体板3的磁通量始终在变化。

本实施例中，永磁体5为钕铁硼磁体，在单摆质量体2中部的前后侧均设置，每侧四块表面磁极不同，交替布置，便于形成良好磁通回路。

本实施例中，螺栓15用来固定导体板3，调整螺栓15的螺母来调整导体板3与永磁体5的距离，进而改变阻尼比。

本实施例中，弹性伸缩板6一端与单摆质量体2固接，如图3，弹性伸缩板6为弧形伸缩板件，能够随所单摆质量体2往复运动伸长或缩短，并使颗粒阻尼腔体始终保持为封闭空间，弹性伸缩板6的两端与所述单摆阻尼单元箱体1之间设有弹簧4。

如图4，本实施例中，颗粒惯容单元包括颗粒8、缓冲材料11、转轴12、颗粒惯容单元箱体13、转筒14、轴承卡槽16；齿轮组10包括小号齿轮101和大号齿轮102，小号齿轮101套设在转轴12上，大号齿轮套102设在传动轴9上；小号齿轮101上表面与大号齿轮102下表面啮合；转筒14内部被均匀的分割成四个腔体，各腔体的内壁铺设有缓冲材料11；颗粒8填充于转筒14分割的四个腔体，填充的颗粒8体积占腔体体积的25％-35％；转轴12与转筒14相连，并带动转筒14转动，促进腔体内颗粒8的碰撞；轴承卡槽16使传动轴9和转轴12能够旋转，但能限制住移动，保证小号齿轮101和大号齿轮102始终保持啮合。

本实施例中，当风/地震作用较小时，单摆质量体2在电涡流阻尼和弹簧4作用下晃动较小，主要通过腔体内颗粒8之间的碰撞来耗能；而当风/地震作用较大时，则除上述减振措施措施之外，单摆质量体2参与调谐耗能以及惯容放大效应增大颗粒8碰撞耗能效率。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，包括单摆阻尼单元和颗粒惯容单元，所述单摆阻尼单元和颗粒惯容单元之间通过齿轮传动组件连接，并通过所述齿轮传动组件，所述单摆阻尼单元的摆动能够传递至所述颗粒惯容单元；

所述单摆阻尼单元包括单摆阻尼单元箱体（1）和单摆质量体（2），所述单摆质量体（2）设于所述单摆阻尼单元箱体（1）内并能够进行摆动，其上端与所述齿轮传动组件连接，所述单摆质量体（2）上设置有永磁体（5），与所述永磁体（5）相对应在所述单摆阻尼单元箱体（1）内壁上设有导体板（3），所述单摆质量体（2）摆动时产生电涡流阻尼作用；

所述单摆阻尼单元箱体（1）的下部为截面呈圆环形的颗粒阻尼腔体，所述颗粒阻尼腔体是由所述单摆阻尼单元箱体（1）与设于所述单摆阻尼单元箱体（1）内的弹性伸缩板（6）以及所述单摆质量体（2）所围成，

所述弹性伸缩板（6）对称设于所述单摆质量体（2）两侧，其一端与所述单摆质量体（2）连接，另一端安装在所述单摆阻尼单元箱体（1）上，所述单摆质量体（2）的下端设有刮板，所述单摆质量体（2）摆动时，所述刮板在所述颗粒阻尼腔体内进行颗粒阻尼。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述刮板设有两个，所述刮板将所述颗粒阻尼腔体分割为三个部分，并且每一部分内均填充有颗粒（8）。

3.根据权利要求2所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述颗粒阻尼腔体的端部两侧设有可移动的缓冲挡板（7），所述缓冲挡板（7）与所述单摆阻尼单元箱体（1）之间设有弹簧（4）。

4.根据权利要求1所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述单摆质量体（2）的上部两侧与所述单摆阻尼单元箱体（1）之间设有弹簧（4）。

5.根据权利要求1所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述弹性伸缩板（6）为弧形伸缩板件，能够随所述单摆质量体（2）往复运动伸长或缩短，并使所述颗粒阻尼腔体始终保持为封闭空间，所述弹性伸缩板（6）的两端与所述单摆阻尼单元箱体（1）之间设有弹簧（4）。

6.根据权利要求1所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述永磁体（5）对称设于所述单摆质量体（2）的两侧面上，所述导体板（3）对称设于所述单摆阻尼单元箱体（1）的内壁上；

所述导体板（3）通过螺栓（15）固定，可以通过调整螺栓（15）的螺母来调整导体板（3）与永磁体（5）之间的距离，进而改变阻尼比；

所述的导体板（3）为铜板，沿所述单摆阻尼单元箱体（1）的内壁间隔布置，所述的永磁体（5）为钕铁硼磁体，形状呈扇形。

7.根据权利要求1所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述齿轮传动组件包括传动轴（9）、齿轮组（10）和转轴（12），所述单摆质量体（2）上端与所述传动轴（9）固接，所述转轴（12）与所述颗粒惯容单元连接；

所述齿轮组（10）包括小号齿轮（101）和大号齿轮（102），小号齿轮（101）套设在所述转轴（12）上，大号齿轮（102）套设在传动轴（9）上，所述的小号齿轮（101）与大号齿轮（102）相啮合。

8.根据权利要求7所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述的颗粒惯容单元包括颗粒惯容单元箱体（13）以及转动设于所述颗粒惯容单元箱体（13）内的转筒（14），所述转筒（14）内部被分割成多个腔体，各腔体内填充颗粒（8），所述转轴（12）与转筒（14）的中心相连，并带动转筒（14）转动。

9.根据权利要求3或8所述的一种电涡流式颗粒惯容阻尼器，其特征在于，所述颗粒（8）为钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的任一种或多种，所述颗粒阻尼腔体或转筒（14）内部腔体内壁设有缓冲材料（11）。

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