CN113863526B - 一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻尼器领域，具体涉及一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，包括摆杆、单摆质量块、惯性质量块、支撑装置以及导体板；摆杆的一端与待减振结构转动连接，摆杆的另一端与单摆质量块转动连接，惯性质量块滑动连接于单摆质量块单元的下方；支撑装置位于惯性质量块下方，支撑装置用于支撑惯性质量块，导体板设置于支撑装置下方；支撑装置于惯性质量块能够在导体板上水平移动，惯性质量块朝向导体板的一侧还设置有第一磁钢，第一磁钢与导体板之间具有间隙。采用上述的摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，能够实现在阻尼器频率不变的情况下，通过增加惯性质量块的质量而减小阻尼器的摆长，使阻尼器能够适用于安装空间有限的结构中。

Description

一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器

技术领域

本发明涉及一种阻尼器，特别是一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器。

背景技术

目前抑制大型工程结构振动的主流技术仍是可靠性最高的被动控制，主要形式有摆式惯质调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，缩写TMD)与各种耗能阻尼器。对于特定频率的振动，采用摆式惯质TMD往往能够达到较好的减振效果。

摆式惯质TMD主要由摆杆、质量单元、弹簧单元、阻尼单元等构成，它通过调谐自身频率使之与结构频率相近，将结构振动转化为摆式惯质TMD中质量单元的摆动，并通过阻尼单元耗能，以此达到减振目的。

目前传统的技术摆式惯质TMD的摆长(摆杆的长度)根据

进行设计，即TMD设计频率越低，摆长L则越大。因此传统的摆式惯质TMD在用于频率较低的场合时，需要较大的安装空间。对于一些低频振动，例如风机容易发生的一阶震动，通常采取设置摆式惯质TMD的措施来进行抑制，但是这些摆式惯质TMD的摆长往往过长。例如，常见的一阶频率0.16Hz的风机若使用摆式惯质TMD进行减振，则摆式惯质TMD的摆长长度约为10m左右，10m的单摆尺寸难以安装在内部较为复杂的风机塔筒。因此导致摆式惯质TMD无法应用于某些低频结构减振中，如：某些大跨度桥梁频率低于0.1HZ，而桥梁内部箱梁空间有限，目前的摆式惯质TMD方案无法应用。为了适配建筑桥梁风机等领域的小空间低频减振，由此设计了一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的摆式惯质TMD应用于更低振动频率结构的减振时，只能增加摆长，导致现有的摆式惯质TMD无法适用于安装空间有限的待减振结构的问题，提供一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，包括摆杆、单摆质量块、惯性质量块、支撑装置以及导体板；所述摆杆的一端与待减振结构转动连接，所述摆杆的另一端与所述单摆质量块转动连接，所述惯性质量块滑动连接于所述单摆质量块单元的下方，所述惯性质量块能够相对于所述单摆质量块上下滑动；所述支撑装置位于所述惯性质量块下方，所述支撑装置用于支撑所述惯性质量块，所述导体板设置于所述支撑装置下方；所述支撑装置于所述惯性质量块能够在所述导体板上水平移动，所述惯性质量块朝向所述导体板的一侧还设置有第一磁钢，所述第一磁钢与所述导体板之间具有间隙。

当待减振结构出现振动时，通过摆杆与待减振结构连接的单摆质量块开始摆动，惯性质量块在导体板上水平移动，导体板与第一磁钢产生相对运动，使的导体板内产生电涡流并发热，将单摆质量块摆动的机械能转换为热能，减小单摆质量块的机械能，从而达到减缓振动速度，降低振动位移，避免结构损伤的目的。通过在单摆质量块的下方滑动连接惯性质量块，在单摆质量块摆动时，惯性质量块与单摆质量块滑动连接，惯性质量块能够沿竖直方向相对于单摆质量块上下滑动，且单摆质量块带动惯性质量块与支撑装置在导体板上沿水平方向来回移动，因此，在单摆质量块摆动的过程中，惯性质量块不对单摆质量块施加竖直向下的力，单摆质量块与惯性质量块在水平方向运动的加速度由摆杆的拉力在水平方向的分力提供，该分力的大小仅与单摆质量块的质量有关。

相较于现有的摆式惯质TMD，上述技术方案通过设置惯性质量块减小了单摆质量块摆动时的加速度，降低了阻尼器的所适用的频率，即在不增加阻尼器摆长的情况下，能够使阻尼器适用于振动频率更低的待减振结构。上述技术方案中，阻尼器的频率

其中，M₀为摆动单元的质量，M₁为惯性质量块的质量，L为摆长。由上式可知，通过增加惯性质量块的重量，便能够在不增加阻尼器的摆长的情况下，降低阻尼器所能够适用的振动频率范围；或者通过增加惯性质量块的重量，能够在不改变阻尼器所适用的振动频率范围的情况下，减小阻尼器的摆长，使阻尼器能够适用于安装空间有限的结构中。

因此，上述技术方案所提供的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器能够适用于振动频率低，且安装空间有限的待减振结构。

作为本发明的优选方案，所述单摆质量块设有第一竖直通孔，所述惯性质量块固定连接有导向轴，所述导向轴位于所述第一竖直通孔内，所述导向轴能够相对于所述第一竖直通孔上下滑动。

通过在单摆质量块设置第一竖直通孔，将惯性质量块与导向轴固定连接，并使导向轴位于第一竖直通孔内，实现单摆质量块与惯性质量块的滑动连接，能够使得在单摆质量块摆动时，导向轴在第一竖直通孔内滑动，并由导向轴带动惯性质量块与支撑装置在水平方向移动。

作为本发明的优选方案，所述单摆质量块为铁制构件，所述导向轴的上端穿过所述单摆质量块并固定有磁钢固定板，所述磁钢固定板朝向所述单摆质量块的一侧固定连接有第二磁钢。

通过设置第二磁钢以及采用铁质的单摆质量块，第二磁钢会对单摆质量块产生竖向吸力，使摆杆对单摆质量块的拉力减小，进而使单摆质量块在摆动时所受的水平分力减小，进一步减小单摆质量块摆动时的加速度，使阻尼器能够适用于振动频率更低的场合。上述技术方案提供的阻尼器的频率计算公式为

其中F₁为第二磁钢对单摆质量块的吸力。

作为本发明的优选方案，所述第一竖直通孔内安装有直线轴承。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置包括安装于所述惯性质量块下侧的多个牛眼滚珠。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置包括第一导轨、第一滑块、第二导轨与第二滑块；所述第一导轨与所述导体板固定连接，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第一滑块与所述第二导轨固定连接；所述第二滑块与所述第二导轨滑动连接；所述第二滑块与所述惯性质量块固定连接；所述第一导轨(42)与所述第二导轨(44)相互垂直，且所述第一导轨(42)与所述第二导轨(44)的数量均至少为两根。

通过采用第一导轨、第二导轨、第一滑块与第二滑块作为支撑装置，且第一导轨与第二导轨相互垂直，且数量均至少为两根，能够保证惯性质量块沿各个水平方向平稳移动，并且提升支撑装置所能够承受的重量，使阻尼器能够适用于惯性质量块较重的场合，也就能够进一步增大惯性质量块的重量，进而适用于待减振结构振动频率更低的场合。

作为本发明的优选方案，所述单摆质量块的下方固定连接有承重板，所述承重板与所述摆杆转动连接，所述承重板设有多个第二竖直通孔；所述承重板滑动连接有底板，所述底板的上侧固定连接有多个导向轴，所述导向轴位于所述第二竖直通孔内，并能在所述第二竖直通孔内上下滑动；所述惯性质量块固定设置于所述底板上侧，所述第二滑块固定连接于所述底板下侧。

通过在承重板设置第二竖直通孔，将单摆质量块与承重板固定连接；底板的上侧固定设置导向轴与惯性质量块；当导向轴位于第二竖直通孔内时，能够实现惯性质量块与单摆质量块滑动连接。在单摆质量块摆动时，导向轴在第二竖直通孔内滑动，并由导向轴带动惯性质量块与支撑装置在水平方向移动。

作为本发明的优选方案，所述第二竖直通孔内设置有直线轴承。

作为本发明的优选方案，所述承重板为铁制构件，所述导向轴的上端穿过所述承重板并固定有磁钢固定板，所述磁钢固定板朝向所述承重板的一侧固定连接有第三磁钢。

通过设置第三磁钢以及采用铁质的承重板，第三磁钢会对承重板产生竖向吸力，使承重板与单摆质量块在摆动时所受的水平分力减小，进一步减小单摆质量块摆动时的加速度，使阻尼器能够适用于振动频率更低的场合。

作为本发明的优选方案，所述惯性质量块的数量大于或等于2。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、相同频率下，摆长可以通过调节惯性质量块的数量、或第二磁钢与第三磁钢的数量、或第二磁钢与单摆质量块的间距或第三磁钢与承重板的间距进行调节，能够调节阻尼器的竖向高度，使阻尼器能够设置于安装空间更小的结构中。

2、固定摆长时，频率可以通过调节惯性质量块的数量，或第二磁钢与第三磁钢的数量，或第二磁钢与单摆质量块的间距、或第三磁钢与承重板的间距进行调节，能够调节阻尼器所适用的振动频率范围，使阻尼器能够用于振动频率更低的结构。

3、本发明所提供的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器能够适用于振动频率低，且安装空间有限的待减振结构。

3、无工作流体，不会出现漏液问题。

4、不会给阻尼器带来附加刚度。

5、阻尼器无需电源便能工作。

附图说明

图1是本发明中实施例一的立体结构示意图；

图2是本发明中实施例一的剖视图；

图3是本发明实施例一中，单摆质量块的受力分析图；

图4是本发明中实施例二的剖视图。

图标：1-摆杆；21-单摆质量块；22-承重板；31-导向轴；32-惯性质量块；33-第一磁钢；34-底板；4-支撑装置；41-牛眼滚珠；42-第一导轨；43-第一滑块；44-第二导轨；45-第二滑块；5-导体板；6-磁钢固定板；7-第二磁钢；8-直线轴承。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，如图1与图2所示，包括摆杆1、多个重叠设置的单摆质量块21、多个重叠设置的惯性质量块32、支撑装置4以及导体板5。

摆杆1的下端与位于最上方的单摆质量块21转动连接，摆杆1的上方用于与待减振结构转动连接。

多块重叠设置的单摆质量块21设置有第一竖直通孔，第一竖直通孔内设置有直线轴承8。惯性质量块32固定连接有导向轴31，惯性质量块32位于导向轴31的下端，导向轴31与第一竖直通孔内的直线轴承8相互配合，实现单摆质量块21与惯性质量块32沿竖直方向的滑动连接。

惯性质量块32朝向导体板5的一侧设置有多个第一磁钢33，第一磁钢33 与导体板5之间具有间隙，即，位于最下方的惯性质量块32的下侧面设置有多个第一磁钢33，惯性质量块32水平移动时，导体板5中能够产生电涡流。支撑装置位于导体板5与惯性质量块32之间，当导体板5安装于待减振结构的表面后，支撑装置能够为惯性质量块32提供支撑。

当惯性质量块32的质量较小时，可采用牛眼滚珠41作为支撑装置，牛眼滚珠41安装在最下方的惯性质量块32的下侧表面。当单摆质量块21出现摆动时，惯性质量块32与牛眼滚珠41在导体板5上水平移动。

为了进一步减少单摆质量块21在摆动时所受的水平分力，以降低阻尼器的摆长，或降低阻尼器所适用的振动频率，可采用铁质材料制成的单摆质量块21，选择合适长度的导向轴31，使导向轴31的上端能够保持穿出第一竖直通孔，并在导向轴31的上端设置第二磁钢7，通过第二磁钢7平衡单摆质量块21所受的部分重力，实现减少单摆质量块21在摆动时所受的水平分力。具体地，可以采用在导向轴31上端固定连接磁钢固定板6，将第二磁钢7固定于磁钢固定板6 下侧表面的方式。

本实施例所提供的摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，对单摆质量块21的受力分析如图3所示，T为惯性质量块32受到来自摆杆1的拉力，F₁为第二磁钢 7对单摆质量块21产生的吸力，θ为摆杆1与竖直方向形成的夹角，u为单摆质量块21在水平方向摆动距离的分量，ü为u的二阶导数，即单摆质量块21在水平方向的加速度分量，M₀为单摆质量块21的质量，M₁为惯性质量块32的质量。根据受力分析可得，

(M₀g-F₁)tanθ＝M₀ü+M₁ü

当θ角度较小时，u＝L sinθ≈Lθ，带入上式可求得阻尼器的频率

当频率不变时，通过设置惯性质量块32、或者设置第二磁钢7，能够使阻尼器的摆长减小，减小安装阻尼器所需要的空间；当摆长一定时，通过设置惯性质量块32、或者设置第二磁钢7，能够使频率减小，使阻尼器能够适用于振动频率更低的结构。

实施例2

一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，如图4所示，包括摆杆1、单摆质量块21、惯性质量块32、支撑装置4以及导体板5。与实施例1所不同的是，本发明所提供的阻尼器用于待减振结构的振动频率更低的场景，需要使用质量更大的惯性质量块32。

多块重叠设置的单摆质量块21下方固定连接有承重板22。摆杆1的上端用于连接待减振结构，摆杆1的下端与承重板22转动连接，当然，摆杆1的下端也可与单摆质量块21转动连接。承重板22还开有多个第二竖直通孔。

承重板22下方设置有底板34，底板34的上侧固定设置有多个导向轴31以及多个重叠设置的惯性质量块32。导向轴31与承重板22上的第二竖直通孔配合，实现单摆质量块21与惯性质量块32之间的竖直滑动连接，导向轴31与第二竖直通孔的数量可由本领域的技术人员根据实际情况进行确认。当然，为了使导向轴31在第二竖直通孔内的竖直滑动更加顺畅，可在第二竖直通孔内设置直线轴承8。在底板34的下侧还设置有多个第一磁钢33

为了能够支撑较大质量的惯性质量块32，采用相互垂直的第一导轨42与第二导轨44作为支撑装置4，第一导轨42固定设置于导体板5上侧，第二导轨 44下部固定连接有第一滑块43，第一滑块43与第一导轨42滑动连接，底板34 的下侧还固定连接有第二滑块45，第二滑块45与第二导轨44滑动连接，第一导轨42与第二导轨44的数量均不少于两根。

为了进一步减少单摆质量块21在摆动时所受的水平分力，可采用铁质材料制成的承重板22，并按照实施例1中的技术方案在导向轴31的上端设置磁钢(记为第三磁钢)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，包括摆杆（1）、单摆质量块（21）、惯性质量块（32）、支撑装置（4）以及导体板（5）；所述摆杆（1）的一端与待减振结构转动连接，所述摆杆（1）的另一端与所述单摆质量块（21）转动连接，所述惯性质量块（32）滑动连接于所述单摆质量块（21）的下方，所述惯性质量块（32）能够相对于所述单摆质量块（21）上下滑动；所述支撑装置（4）位于所述惯性质量块（32）下方，所述支撑装置（4）用于支撑所述惯性质量块（32），所述导体板（5）设置于所述支撑装置（4）下方；所述支撑装置（4）与所述惯性质量块（32）能够在所述导体板（5）上水平移动，所述惯性质量块（32）朝向所述导体板（5）的一侧还设置有第一磁钢（33），所述第一磁钢（33）与所述导体板（5）之间具有间隙；所述单摆质量块（21）设有第一竖直通孔，所述惯性质量块（32）固定连接有导向轴（31），所述导向轴（31）位于所述第一竖直通孔内，所述导向轴（31）能够相对于所述第一竖直通孔上下滑动；所述单摆质量块（21）为铁制构件，所述导向轴（31）的上端穿过所述单摆质量块（21）并固定有磁钢固定板（6），所述磁钢固定板（6）朝向所述单摆质量块（21）的一侧固定连接有第二磁钢（7）；所述支撑装置（4）包括第一导轨（42）、第一滑块（43）、第二导轨（44）与第二滑块（45）；所述第一导轨（42）与所述导体板（5）固定连接，所述第一滑块（43）与所述第一导轨（42）滑动连接，所述第一滑块（43）与所述第二导轨（44）固定连接；所述第二滑块（45）与所述第二导轨（44）滑动连接；所述第二滑块（45）与所述惯性质量块（32）固定连接；所述第一导轨（42）与所述第二导轨（44）相互垂直，且所述第一导轨（42）与所述第二导轨（44）的数量均至少为两根；所述单摆质量块（21）的下方固定连接有承重板（22），所述承重板（22）与所述摆杆（1）转动连接，所述承重板（22）设有多个第二竖直通孔；所述承重板（22）滑动连接有底板（34），所述底板（34）的上侧固定连接有多个导向轴（31），所述导向轴（31）位于所述第二竖直通孔内，并能在所述第二竖直通孔内上下滑动；所述惯性质量块（32）固定设置于所述底板（34）上侧，所述第二滑块（45）固定连接于所述底板（34）下侧。

2.根据权利要求1所述的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述第一竖直通孔内安装有直线轴承（8）。

3.根据权利要求1所述的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述支撑装置（4）包括安装于所述惯性质量块（32）下侧的多个牛眼滚珠（41）。

4.根据权利要求1所述的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述承重板（22）为铁制构件，所述导向轴（31）的上端穿过所述承重板（22）并固定有磁钢固定板（6），所述磁钢固定板（6）朝向承重板（22）的一侧固定连接有第三磁钢。

5.根据权利要求1所述的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述第二竖直通孔内设置有直线轴承（8）。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种摆式惯质调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述惯性质量块（32）的数量大于或等于2。

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