CN117189823A - 一种三维摆式调谐液体惯容装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维摆式调谐液体惯容装置，该惯容装置包括调谐液柱阻尼器和调谐质量惯容器，调谐液柱阻尼器包括摆臂、球铰端头、摆臂连接器、环形水箱和调谐液体，摆臂一端与球铰端头连接，另一端通过摆臂连接器与环形水箱连接，调谐液体装在环形水箱中；调谐质量惯容器安装于调谐液柱阻尼器下部，球铰端头与待减振结构连接，环形水箱摆动时带动调谐质量惯容器进行耗能，该惯容装置调谐周期可调。与现有技术相比，本发明具有可以控制待控制结构各个方向上的振动，使用范围广；可以灵活地调整各部件的参数进而实现最佳的减振效果，同时调谐质量惯容器可以以较小的空间实现吸收输入结构的能量并将其耗散和减小上部调谐液体质量两个目标等优点。

Description

一种三维摆式调谐液体惯容装置

技术领域

本发明涉及液体惯容装置，尤其是涉及一种三维摆式调谐液体惯容装置。

背景技术

减振装置种类繁多、应用广泛，目前已有多种调谐类的减振装置，比如调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)、摆式调谐质量阻尼器(PTMD)和摆式调谐液体阻尼器(PTLD)等。但传统的调谐类减振装置存在一系列问题：达到好的控制效果需要大的安装空间，会减小结构的使用空间；鲁棒性较差，装置的自振频率需要良好的设计进而避免与结构发生失谐；调谐需要的质量较大，导致装置经济性较差。

经过检索，申请公布号CN109267808A公开了调谐液体型惯容系统，具体公开了：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。

但该系统无法控制结构多个方向的振动，系统各项参数在实施时无法调整以确保实现最佳的减振效果。因此，一种可以控制多个方向振动且参数可调的惯容装置成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维摆式调谐液体惯容装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种三维摆式调谐液体惯容装置，该惯容装置调谐周期可调，所述惯容装置包括调谐液柱阻尼器和调谐质量惯容器，所述调谐液柱阻尼器包括摆臂、球铰端头、摆臂连接器、环形水箱和调谐液体，所述摆臂一端与球铰端头连接，另一端通过摆臂连接器与环形水箱连接，所述调谐液体装在环形水箱中；所述调谐质量惯容器安装于调谐液柱阻尼器下部，包括端板和弹性元件且底面设有球铰端头支座，整体为空腔结构；所述球铰端头与待减振结构连接，所述环形水箱摆动时带动调谐质量惯容器进行耗能。

作为优选的技术方案，所述的所述调谐质量惯容器还包括滚珠丝杆惯容部件，所述端板包括第一端板和第二端板，所述弹性元件包括第一弹簧和第二弹簧。

作为优选的技术方案，所述的第一端板和第二端板通过第一弹簧相连，所述第一弹簧至少为两个，所述第一端板、第二端板和第一弹簧形成一个空腔。

作为优选的技术方案，所述的滚珠丝杆惯容部件包括滚珠丝杆、螺母、内置飞轮、平面轴承和黏滞阻尼液，所述滚珠丝杆一端穿过第一端板并穿入滚珠丝杆惯容部件，另一端设有球铰端头。

作为优选的技术方案，所述的滚珠丝杆惯容部件未穿过滚珠丝杆的一端与第二端板通过第二弹簧连接，所述第二弹簧位于滚珠丝杆惯容部件的空腔中且至少为两个。

作为优选的技术方案，所述的滚珠丝杆运动带动螺母和内置飞轮旋转运动，所述内置飞轮在旋转时切割黏滞阻尼液进行耗能。

作为优选的技术方案，该装置的调谐周期为：

其中，L为摆臂的长度，m_t为调谐液体的质量，m_in为内置飞轮的质量，k_t为第一弹簧的刚度，k_in为第二弹簧的刚度，所述调谐周期通过调节各参数进行调节。

作为优选的技术方案，所述的第二端板上设有球铰端头支座，与待减振结构另一处或地面相连。

作为优选的技术方案，所述的环形水箱下部设有球铰端头支座，所述调谐质量惯容器通过球铰端头支座安装在环形水箱下部。

作为优选的技术方案，所述的调谐质量惯容器共有三个，圆周均布安装。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明的三维调谐液体惯容装置可以控制待控制结构各个方向上的振动，使用范围广；

2)本发明可以灵活地调整摆杆的长度、调谐液体的密度、弹簧刚度和内置飞轮质量，实现了装置的调谐周期可调，进而可以实现最佳的减振效果，同时装置内调谐质量惯容器的存在可以以较小的空间实现吸收输入结构的能量并将其耗散和减小上部调谐液体质量两个目标；

3)本发明较传统的摆式调谐装置具有更好的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明三维摆式调谐液体惯容装置结构示意图；

图2为本发明三维摆式调谐液体惯容装置工作时状态示意图；

图3为本发明调谐质量惯容器结构示意图；

图4为本发明摆臂连接器与摆臂连接示意图；

图5为本发明环形水箱结构示意图；

图6为本发明环形水箱底部球铰支座分布示意图；

图1中标号所示：

10、摆臂，11、球铰端头，12、摆臂连接器，13、环形水箱，14、调谐液体，2、调谐质量惯容器，23、球铰端头支座；

图3中标号所示：

20、滚珠丝杆惯容部件，200、黏滞阻尼液，201、滚珠丝杆，202、螺母，203、内置飞轮，204、平面轴承，210、第一端板，211、第二端板，220、第一弹簧，221、第二弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种三维摆式调谐液体惯容装置，包括调谐液柱阻尼器(PTLCD)和调谐质量惯容器2，如图1所示，调谐液柱阻尼器包括摆臂10、球铰端头11、摆臂连接器12、环形水箱13和调谐液体14。

球铰端头11与待减振结构连接。

摆臂10一端连接球铰端头11连接，另一端通过摆臂连接器12和环形水箱13连接，如图4所示；球铰端头11可以使摆臂10在一定范围内任意转动。

如图5所示，调谐液体14装在环形水箱13中。

如图3所示，调谐质量惯容器2包括滚珠丝杆惯容部件20、端板和弹簧，端板包括第一端板210和第二端板211，弹簧包括第一弹簧220和第二弹簧221。

第一端板210和第二端板211通过第一弹簧220相连，第一弹簧220至少为两个，滚珠丝杆惯容部件20位于第一端板210、第二端板211和第一弹簧220形成的空腔中。

滚珠丝杆惯容部件20包括滚珠丝杆201、螺母202、内置飞轮203、平面轴承204和黏滞阻尼液200，滚珠丝杆201一端位于滚珠丝杆惯容部件20内部，一端设有球铰端头11，穿出滚珠丝杆惯容部件20和第一端板210，与环形水箱底部的球铰端头支座23连接。

螺母202与滚珠丝杆配套，平面轴承204用于固定螺母202，使其在平面内自由转动。

滚珠丝杆惯容部件20没有滚珠丝杆201穿出的一端通过第二弹簧221与第二端板211连接，第二弹簧221至少为两个。

第二端板211下设有球铰端头支座23。

如图6所示，环形水箱13底部设有球铰端头支座23，球铰端头支座23有三个，圆周均布设置，调谐质量惯容器2通过球铰端头支座23安装在环形水箱13下部。球铰端头支座23用于实现本装置可以控制多方向振动的功能。

三维摆式调谐液体14惯容装置安装时，一端通过球铰端头11与待减振结构进行连接，另一端可以连接至待减振结构的另一处，也可以与地面相连。

如图2所示，当三维摆式调谐液体14惯容装置工作时，待减振结构发生振动，环形水箱13和其中的调谐液体14开始摆动，进而带动下部的调谐质量惯容系统发生变形与运动，端板产生往复运动，带动滚珠丝杆201和弹簧运动，滚珠丝杆201运动会带动螺母202和内置飞轮203旋转运动，同时内置飞轮203在旋转时会切割黏滞阻尼液200进行耗能；三个安装在环形水箱13底部的调谐质量惯容器2控制结构任意方向的振动。该装置提供调整结构频率和减振耗能的作用。

本发明提出的三维摆式调谐液体14惯容装置在实施时可对装置各项参数进行调整。例如，传统的摆式调谐质量阻尼器的调谐周期为本发明提出的三维摆式调谐液体14惯容装置的调谐周期为：

其中，L为摆臂10的长度，m_t为调谐液体14的质量，m_in为内置飞轮203的质量，k_t为第一弹簧220的刚度，k_in为第二弹簧221的刚度，上述参数均可调整，以获得装置的最优调谐频率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，该惯容装置调谐周期可调，所述惯容装置包括调谐液柱阻尼器和调谐质量惯容器(2)，所述调谐液柱阻尼器包括摆臂(10)、球铰端头(11)、摆臂连接器(12)、环形水箱(13)和调谐液体(14)，所述摆臂(10)一端与球铰端头(11)连接，另一端通过摆臂连接器(12)与环形水箱(13)连接，所述调谐液体(14)装在环形水箱(13)中；所述调谐质量惯容器(2)安装于调谐液柱阻尼器下部，包括端板和弹性元件且底面设有球铰端头支座(23)，整体为空腔结构；所述球铰端头(11)与待减振结构连接，所述环形水箱(13)摆动时带动调谐质量惯容器(2)进行耗能。

2.根据权利要求1所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的所述调谐质量惯容器(2)还包括滚珠丝杆惯容部件(20)，所述端板包括第一端板(210)和第二端板(211)，所述弹性元件包括第一弹簧(220)和第二弹簧(221)。

3.根据权利要求2所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的第一端板(210)和第二端板(211)通过第一弹簧(220)相连，所述第一弹簧(220)至少为两个，所述第一端板(210)、第二端板(211)和第一弹簧(220)形成一个空腔。

4.根据权利要求3所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的滚珠丝杆惯容部件(20)包括滚珠丝杆(201)、螺母(202)、内置飞轮(203)、平面轴承(204)和黏滞阻尼液(200)，所述滚珠丝杆(201)一端穿过第一端板(210)并穿入滚珠丝杆惯容部件(20)，另一端设有球铰端头(11)。

5.根据权利要求4所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的滚珠丝杆惯容部件(20)未穿过滚珠丝杆(201)的一端与第二端板(211)通过第二弹簧(221)连接，所述第二弹簧(221)位于滚珠丝杆惯容部件(20)的空腔中且至少为两个。

6.根据权利要求4所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的滚珠丝杆(201)运动带动螺母(202)和内置飞轮(203)旋转运动，所述内置飞轮(203)在旋转时切割黏滞阻尼液(200)进行耗能。

7.根据权利要求4所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，该装置的调谐周期为：

其中，L为摆臂(10)的长度，m_t为调谐液体(14)的质量，m_in为内置飞轮(203)的质量，k_t为第一弹簧(220)的刚度，k_in为第二弹簧(221)的刚度，所述调谐周期通过调节各参数进行调节。

8.根据权利要求2所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的第二端板(211)上设有球铰端头支座(23)，与待减振结构另一处或地面相连。

9.根据权利要求1所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的环形水箱(13)下部设有球铰端头支座(23)，所述调谐质量惯容器(2)通过球铰端头支座(23)安装在环形水箱(13)下部。

10.根据权利要求9所述的一种三维摆式调谐液体惯容装置，其特征在于，所述的调谐质量惯容器(2)共有三个，圆周均布安装。