CN113323982B - 一种结构体的防共振阻尼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构体的防共振阻尼方法，该方法有以下两种情况，1、将防共振阻尼装置串联于结构件的端部或将防共振阻尼装置的一端连接于结构件的两端部之间，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构提供不同大小的阻尼力，实现改变共振阻尼装置参与结构件振动的有效长度或者实现改变结构件往复振动时的有效振动长度。本发明解决了现有技术中相应结构件易出现共振现象的技术问题。

Description

一种结构体的防共振阻尼方法

技术领域

本发明涉及一种结构安全领域中的结构体的防共振阻尼方法。

背景技术

共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语，是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下，很小的周期振动便可产生很大的振动，因为系统储存了动能。共振现象因为会产生较大的振，所以会对相应的结构体产生较大的损害，因此人类再起技术中利用或者视图避免共振现象。

在现实生活中共振现象较为普遍，比如说在输电线领域，电缆的两端连接于相邻的两个铁塔之间，电缆与铁塔就构成了一种结构体，遇到有风环境时，电缆就会出现上下和/或左右振动的情形，如果该振动频率与电缆本身的固有频率一致，电缆就会产生振动幅度较大的共振现象，容易出现相邻电缆距离过近，或者电缆动能过大而导致电缆断裂的问题。还如说在桥梁领域，桥梁板与拉索相连，在遇到有风天气时，桥梁板也会容易出现振动幅度较大的共振问题，容易出现桥毁人亡的事故发生。现有技术中为降低结构件共振时产生的振动幅度，也尝试着在结构体上使用相应的阻尼结构，但是现有的阻尼结构，只是从一定程度上降低了结构体的振动幅度，无法消除物料本身的共振现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构体的防共振阻尼方法，以解决现有技术中相应结构件易出现共振现象的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：

一种结构体的防共振阻尼方法，该方法有以下两种情况，

1）将防共振阻尼装置串联于结构件的端部，第一连接件上设置有第一连接结构，第二连接件上设置有第二连接结构，至少一个连接结构为铰接连接结构，第一连接件、第二连接件之间通过转动连接结构相连，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构向防共振阻尼装置的第一连接件、第二连接件施加不同大小的阻尼力，实现改变共振阻尼装置参与结构件振动的有效长度；

2）、将防共振阻尼装置的一端连接于结构件的两端部之间，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构向防共振阻尼装置的第一连接件、第二连接件施加不同大小的阻尼力，实现改变结构件往复振动时的有效振动长度。

第一连接件、第二连接件均为刚性杆件。

所述阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与所述齿轮传动机构相连的阻尼器，第二连接件与所述齿轮传动机构相连。

阻尼器与所述齿轮传动机构之间通过单向轴承相连以实现第一连接件、第二连接件朝向反方向相对转动时阻尼结构提供不同阻尼力。

所述结构体为铁塔架线结构体，所述结构件为电缆，第一连接件与铁塔相连，转动连接结构包括与扭矩传动端相连的传动轴，第一连接件与所述传动轴同轴线固定连接。

所述结构体为桥梁结构体，所述结构件为梁板，第一连接件与桥梁结构体的施拉件相连，所述阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与所述齿轮传动机构相连的阻尼器，第二连接件与所述齿轮传动机构相连，扭矩传动端连接有传动齿轮，第一连接件上设置有与所述传动齿轮咬合传动的传动齿条。

所述施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件和连接于所述弧形主施拉件与所述梁板之间的多个并列布置的竖向辅施拉件，防共振阻尼装置连接于对应相邻两个竖向辅施拉件的对角点之间。

所述施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件和连接于所述弧形主施拉件与所述梁板之间的多个并列布置的竖向辅施拉件，防共振阻尼装置成对布置，成对布置的两个防共振阻尼装置的下端相连而形成V形结构，成对布置的两个防共振阻尼装置的上端分别与对应相邻两个竖向辅施拉件的上端相连。

本发明的有益效果为：第一种情况，本发明中的防共振阻尼装置在使用时，第二连接件的第二连接结构与相应待防止共振的结构件相连，第一连接件的第一连接结构与相应固定件相连，当遇到有风或其它能够使结构件振动的环境时，结构件带着第二连接件相对第一连接件转动，第一连接件、第二连接件相对转动时，阻尼结构向第一连接件、第二连接件提供不同大小的阻力，以此改变结构件的相对转动支点，从而改变结构件的整体振动长度，从而改变结构件自身的固有振动频率，也就是说结构件往复振动时，其参与振动的长度在发生变化，其自身的振动频率不一致，从而防止共振现象的发生。第二种情况，当结构件出现相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构提供大小不同的阻尼力，当阻尼力较小时，结构件整体参与振动，当阻尼力较大时，相当于防共振阻尼装置为结构件提供了一个振动支点，此时只有部分结构件参与振动，也就是说，结构件相反两个方向振动时，结构件自身参与振动的长度是不同的，因此结构件相反两个方向振动时，结构件自身的固有振动频率在发生变化，从而防止共振现象的产生。

附图说明

图1是本发明的实施例1中结构件的使用状态图；

图2是图1中防共振阻尼装置的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2中齿轮传动机构与阻尼器的配合示意图；

图5是本发明的实施例2中阻尼结构的结构示意图；

图6是本发明的实施例3中结构件的使用状态图；

图7是本发明的实施例4中结构件的使用状态图；

图8是图7中防共振阻尼装置的中第一连接件与第二连接件的配合示意图；

图9是图8的俯视图；

图10是图8中齿轮传动机构与阻尼器的配合示意图；

图11是本发明的实施例5中防共振阻尼装置的结构示意图；

图12是本发明的实施例6中结构件的使用状态图；

图13是本发明的实施例7中结构件的使用状态图。

具体实施方式

一种结构体的防共振阻尼方法的实施例1如图1~4所示：将防共振阻尼装置4串联于结构件7的端部， 本实施例中的结构件为与铁塔1相连的电缆7，电缆7的长度沿前后方向延伸设置，电缆的至少一端通过防共振阻尼装置与对应铁塔相连。电缆7构成用于被防止共振现象产生的结构件。

防共振阻尼装置4包括装置壳体8，防共振阻尼装置4还包括设置有第一连接结构2的第一连接件3和设置有第二连接结构6的第二连接件5，第一连接结构2和第二连接结构6均为铰接连接结构，铰接连接结构包括铰接轴线沿左右方向延伸的铰接孔（或铰接轴），第一连接件、第二连接件均为刚性杆件。第一连接结构与铁塔相连，第二连接结构与电缆相连。

第一连接件与第二连接件之间通过转动连接结构相连，转动连接结构上连接有用于第一连接件3、第二连接件5朝向反方向相对转动时提供不同阻尼力的阻尼结构。在本实施例中，阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与齿轮传动机构相连的阻尼器10，本实施例中的阻尼器包括阻尼器壳体及转动装配于阻尼器壳体中的转动件，阻尼器壳体上设置有用于与转动件摩擦配合的摩擦片，摩擦片与转动件摩擦配合从而使得阻尼器向外提供阻尼力，阻尼器的阻尼器壳体与装置壳体8相连，阻尼器10的阻尼器壳体与装置壳体8相连，齿轮传动机构为行星齿轮机构，其包括太阳轮13、齿圈9、咬合传动于太阳轮13与齿圈9之间的行星轮15及供行星轮安装的行星架14，第二连接件5与齿圈9固定连接，阻尼器10的转动件通过单向轴承12与太阳轮相连，通过单向轴承12的设置实现第一连接件3、第二连接件5朝向反方向相对转动时阻尼结构提供不同阻尼力，当第二连接件5相对第一连接件3朝上摆动时，单向轴承12断开阻尼器10与齿轮传动机构之间的传动，当第二连接件5相对第一连接件朝下摆动时，阻尼器10通过单向轴承与齿轮传动机构联传动。

扭矩传动端包括与行星架同轴线固定连接的传动轴11，第一连接件3与传动轴11同轴线固定连接。

其使用如图1所述，电缆的一端通过防共振阻尼装置吊挂于铁塔上，防共振阻尼装置的第一连接件与铁塔相连，防共振阻尼装置的第二连接件与电缆相连。当有风，电缆出现上下摆动时，电缆朝上摆动过程中，电缆将向上摆动的动作传递给第二连接件，第二连接件相对第一连接件朝上摆动，此时由于单向轴承的存在，阻尼器不参与传动，阻尼结构给第一连接件、第二连接件提供一个较小的阻尼力，此时电缆的摆动有效支点更接近于转动连接结构的轴线位置，相当于参与摆动的整个摆动件的长度较短；在电缆向下摆动过程中，电缆将向下的摆动的动作传递给第二连接件，第二连接件相对第一连接件朝下摆动，此时阻尼器参与传动，阻尼结构给第一连接件、第二连接件提供一个较大的阻尼力，类似第一连接件、第二连接件之间的刚度较大，此时电缆的摆动有效支点更接近第一连接结构的铰接轴线位置，相当于参与摆动的整个摆动件的长度较长，也就是说电缆向上摆动时和向下摆动时，整个摆动件参与摆动的长度不太一样，因此振动频率不同，在一个周期内不能有效的形成一致的振动频率，因此就不容易形成共振现象，从而有效的降低电缆的振动幅度。

在本发明的其它实施例中：第一连接结构、第二连接结构的设置还可以是以下形式，即第一连接结构为固定结构，第二连接结构为铰接连接结构，或者第一连接结构为铰接连接结构，第二连接结构为固定结构，固定结构是指两个部件不能相对转动的连接结构，比如说可以是螺栓连接结构、并列布置的两个连接销式连接结构或焊接结构等；阻尼结构也可以不通过单向轴承方式，来实现第一连接件、第二连接件不同方向运动时提供不同的阻力，比如说，阻尼器与太阳轮之间通过离合器连接，在第二连接件相对第一连接件朝上摆动时，离合器断开，在第二连接件相对第一连接件朝下摆动时，离合器接合；当然还可以通过其它方式来调整阻尼结构实现阻力变化，比如说阻尼器包括与太阳轮常连的转动轮和用于与转动轮摩擦配合的摩擦片，摩擦片由电动推杆驱动而可以改变摩擦片与摩擦轮之间的压力，当第二连接件相对第一连接件朝上摆动时，减小摩擦片与摩擦轮之间的压力，当第二连接件相对第一连接件朝下摆动时，增加摩擦片与摩擦轮之间的压力，总的来说，只要阻力结构能够在第二连接件相对第一连接件朝相反方向摆动时，提供不同的阻力值即可；齿轮传动机构也可以不是行星齿轮机构，只要能够实现第二连接件与阻尼器、传动轴同时传力即可，比如说齿轮传动机构包括啮合传动的第一齿轮和第二齿轮，第二连接件上固定有与第二齿轮啮合传动的第三齿轮，三个齿轮的轴线并列布置，阻尼器与第二齿轮相连，第一连接件与第一齿轮相连，当然阻尼结构也可以不具有变速能力，比如说第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的齿数、直径相同。

一种防共振阻尼方法的实施例2如图5所示：实施例2与实施例1不同的是，本实施例中的转动连接结构包括与第一连接件3固定连接的转轴24和与第二连接件5固定连接的转套25，转轴与转套转动配合，阻尼结构包括设置于转套上的第一挡板25和设置于转轴上的第二挡板26，阻尼结构还包括固定于第二挡板上的弹簧27。当第二连接件5相对第一连接件朝上摆动时，第一挡板与弹簧27脱离，此时阻尼结构提供较小阻力，当第二连接件相对第一连接件朝下摆动时，第一挡板压于弹簧27上，阻尼结构提供较大阻尼力。

一种防共振阻尼方法的实施例3如图6所示：实施例3与实施例1不同的是，第一连接件3与铁塔1固定连接，当电缆7向上振动时，防共振阻尼装置4的阻尼结构提供较小的阻尼力，第一连接件3远离铁塔的一端端部形成振动支点，第二连接件5参与振动，第二连接件5随电缆一起向上振动；当电缆7向下振动时，阻尼结构提供较大的阻尼力，第二连接件5远离第一连接件3的一端端部形成振动支点，第二连接件不参与振动，只有电缆向下振动，因此上下振动时，参与振动的部件总长度发生变化，其振动频率发生变化，因此不易形成共振现象。

一种防共振阻尼方法的实施例4如图7~10所示，本实施例中，将防共振阻尼装置的一端连接于结构件的两端部之间，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构向防共振阻尼装置的第一连接件、第二连接件施加不同大小的阻尼力，实现改变结构件往复振动时的有效振动长度。

具体的，本实施例中的结构体为桥梁结构体，桥梁结构体包括梁板21和拉索，拉索构成了结构件20，结构件20上设置有结构件连接结构，结构件被结构件连接结构分隔成结构件第一段20-1和结构件第二段20-2，结构件第一段20-1的长度小于结构件第二段20-2的长度。本实施例中的结构件连接结构包括固定于拉索上的连接套40，连接套上设置有铰接连接孔，结构体还包括用于防止结构件共振的防共振阻尼装置4，防共振阻尼装置4连接于结构件连接结构与梁板21之间。

在本实施例中，防共振阻尼装置包括装置壳体8、第一连接件3和第二连接件5，第一连接件3和第二连接件5均为刚性杆件，第一连接件3沿上下方向导向移动装配于装置壳体8上，第一连接件3上设置有第一连接结构，第二连接件5上设置有第二连接结构，第一连接结构2和第二连接结构6均为铰接连接结构，铰接连接结构包括铰接轴线沿左右方向延伸的铰接孔（或铰接轴），第二连接结构与梁板21相连，第一连接结构与结构件连接结构相连。

第一连接件3、第二连接件5之间设置有用于在结构件朝相反反向振动时提供不同阻尼力的阻尼结构，阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与齿轮传动机构相连的阻尼器10，阻尼器10与装置壳体8相连，齿轮传动机构为行星齿轮机构，其包括太阳轮13、齿圈9、咬合传动于太阳轮13与齿圈9之间的行星轮15及供行星轮安装的行星架14，第二连接件5与齿圈9固定连接，阻尼器10通过单向轴承12与太阳轮相连，通过单向轴承12的设置实现结构件振动时，阻尼结构输出不同的阻尼力。扭矩传动端为与行星架固定连接的传动轴结构11，扭矩传动端上设置有传动齿轮22，第一连接件3上设置有与传动齿轮22咬合传动的传动齿条23。

当拉索20向上振动时，第一连接件3随拉索向上振动，第一连接件带动齿轮传动机构转动，在该转动方向上，单向轴承12断开阻尼器10与齿轮传动机构之间的传动；当拉索20向下振动时，第一连接件3带动齿轮传动机构转动，在该转动方向上，阻尼器10通过单向轴承与齿轮传动机构联动，阻尼器提供阻尼力。从而实现结构件朝相反方向振动时，阻尼结构提供不同的阻尼力。

其使用如图7所示：在有风环境中，拉索向上振动，此时单向轴承断开阻尼器与齿轮传动机构之间的传动，整个阻尼结构提供较小的阻尼力，结构件第一段和结构件第二段均参与朝上方向的振动；当拉索向下振动时，阻尼器与齿轮传动机构连接，此时第一连接件、第二连接件之间的阻尼力较大，整个防共振阻尼装置类似于一个刚性结构件，结构件连接结构处形成了结构件的一个振动支点，此时只有结构件第二段参与朝下方向的振动，也就是说，结构件朝上振动、朝下振动过程中，结构件自身参与振动的有效长度不同，因此结构件自身固有的振动频率是不一致的，在一个周期内不能有效的形成一致的振动频率，因此就不容易形成共振现象，从而有效的降低拉索的振动幅度。

一种防共振阻尼方法的实施例5如图11所示：实施例5与实施例4不同的是，本实施例中，提供了一种结构较为简单的防共振阻尼装置，第二连接件5为套状结构，第一连接件3导向移动装配于第二连接件的内孔中，阻尼结构为设置于第一连接于第二连接件之间的压簧41，当第一连接件随拉索朝上移动时，压簧不起作用，此时阻尼结构提供较小的阻尼力，当第一连接件随拉索朝向移动时，压簧被压缩，此时阻结构提供较大的阻尼力。

一种防共振阻尼方法的实施例6如图12所示：实施例6与实施例4不同的是，施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件30和连接于弧形主施拉件30与梁板21之间的多个并列布置的竖向辅施拉件31，防共振阻尼装置4连接于对应相邻两个竖向辅施拉件的对角点之间，这样一个防共振阻尼装置将两个竖向辅施拉件分隔成两个独立的稳定三角形结构，有利于桥梁的稳定性。

一种防共振阻尼方法的实施例7如图13所示：实施例7与实施例4不同的是，施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件和连接于弧形主施拉件30与梁板21之间的多个并列布置的竖向辅施拉件31，防共振阻尼装置4成对布置，成对布置的两个防共振阻尼装置4的下端相连而形成V形结构，成对布置的两个防共振阻尼装置4的上端分别与对应相邻两个竖向辅施拉件的上端相连。这样两个防共振阻尼装置将两个竖向辅施拉件分隔成三个独立的稳定三角形结构，有利于桥梁的稳定性。

Claims (7)

1.一种结构体的防共振阻尼方法，其特征在于：该方法有以下两种情况，

1）将防共振阻尼装置串联于结构件的端部，第一连接件上设置有第一连接结构，第二连接件上设置有第二连接结构，至少一个连接结构为铰接连接结构，第一连接件、第二连接件之间通过转动连接结构相连，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构向防共振阻尼装置的第一连接件、第二连接件施加不同大小的阻尼力，实现改变共振阻尼装置参与结构件振动的有效长度；

2）、将防共振阻尼装置的一端连接于结构件的两端部之间，结构件产生相反方向振动时，防共振阻尼装置的阻尼结构向防共振阻尼装置的第一连接件、第二连接件施加不同大小的阻尼力，实现改变结构件往复振动时的有效振动长度，

第一连接件、第二连接件均为刚性杆件，第一连接结构位于第一连接件远离第二连接件的一端，第二连接结构位于第二连接件远离第一连接件的一端，结构件为电缆，电缆上下摆动时，摆动件参与摆动的长度不同。

2.根据权利要求1所述的防共振阻尼方法，其特征在于：所述阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与所述齿轮传动机构相连的阻尼器，第二连接件与所述齿轮传动机构相连。

3.根据权利要求2所述的防共振阻尼方法，其特征在于：阻尼器与所述齿轮传动机构之间通过单向轴承相连以实现第一连接件、第二连接件朝向反方向相对转动时阻尼结构提供不同阻尼力。

4.根据权利要求1所述的防共振阻尼方法，其特征在于：所述结构体为铁塔架线结构体，所述结构件为电缆，第一连接件与铁塔相连，转动连接结构包括与扭矩传动端相连的传动轴，第一连接件与所述传动轴同轴线固定连接。

5.根据权利要求1所述的防共振阻尼方法，其特征在于：所述结构体为桥梁结构体，所述结构件为梁板，第一连接件与桥梁结构体的施拉件相连，所述阻尼结构包括具有扭矩传动端的齿轮传动机构及与所述齿轮传动机构相连的阻尼器，第二连接件与所述齿轮传动机构相连，扭矩传动端连接有传动齿轮，第一连接件上设置有与所述传动齿轮咬合传动的传动齿条。

6.根据权利要求5所述的防共振阻尼方法，其特征在于：所述施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件和连接于所述弧形主施拉件与所述梁板之间的多个并列布置的竖向辅施拉件，防共振阻尼装置连接于对应相邻两个竖向辅施拉件的对角点之间。

7.根据权利要求5所述的防共振阻尼方法，其特征在于：所述施拉件包括凹口朝上的弧形主施拉件和连接于所述弧形主施拉件与所述梁板之间的多个并列布置的竖向辅施拉件，防共振阻尼装置成对布置，成对布置的两个防共振阻尼装置的下端相连而形成V形结构，成对布置的两个防共振阻尼装置的上端分别与对应相邻两个竖向辅施拉件的上端相连。

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