CN204325923U

CN204325923U - 一种柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置

Info

Publication number: CN204325923U
Application number: CN201420775549.3U
Authority: CN
Inventors: 汪志昊; 赵洋; 吴泽玉; 崔欣; 聂旭; 徐凯
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2024-12-10

Abstract

本实用新型公开了一种旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置，克服了现有技术中，斜拉桥拉索的振动控制仍需改善的问题。该实用新型含有柔性复合拉绳，其两端分别固定连接在拉索的下部和桥面上，所述柔性复合拉绳的首部连接拉索的部分为钢丝绳；柔性复合拉绳的中部连接减振装置的部分为链条，链条与减振装置匹配传动；柔性复合拉绳的尾部为拉簧，拉簧固定连接在桥面上的台座上。该技术结构简单，采用的旋转式永磁发电机可以通过改变链条链轮机构的传动比（改变链轮大小）档位或负载电阻的阻值大小，很容易地实现阻尼器等效阻尼系数的调节，从而更好地满足同一座斜拉桥不同长度斜拉索减振的需要。

Description

一种柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置

技术领域

该实用新型涉及一种土木工程结构振动控制装置，特别是涉及一种柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置。

背景技术

斜拉桥拉索极易发生大幅的风振、风雨振和参数振动。拉索减振主要有气动措施、结构措施与机械阻尼措施三大类。相对气动与结构措施，机械阻尼措施属于一种更为广谱的拉索减振措施，从而在实际工程中得到了最广泛的应用。根据阻尼材料的不同，目前常用的拉索减振阻尼器主要有：高阻尼橡胶减振器、粘性剪切型阻尼器、油阻尼器、磁流变(MR)阻尼器及磁力阻尼器等。内置高阻尼橡胶阻尼器对拉索阻尼比的提高极为有限；粘性剪切型阻尼器存在阻尼特性易受温度的影响及尺寸较大等缺点；外置式油阻尼器或MR阻尼器存在耐久性问题-漏液，而且MR阻尼器还需要外界提供稳定的电源供给；磁力阻尼器目前仅试验性地用于日本天建寺桥，其主要原理是利用磁石与吸着板的吸着或分离实现拉索不同振型能量之间的转化。

虽然现有阻尼器减振措施在一定程度上解决了既有拉索振动问题，但也依然存在以下问题：(1)阻尼器一般均要求刚性支撑，以确保拉索的振动位移全部传给阻尼器的活塞杆，当安装位置较高时，刚度难以得到保证，从而影响减振效果；(2)现有常规阻尼器内置硅油或磁流变液体，长期工作存在漏油失效破坏的可能；(3)同一座斜拉桥拉索长度不一，减振设计需要的目标阻尼系数差别较大，现有阻尼器需要单独设计，阻尼器的等效阻尼系数后期难以调整。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中，斜拉桥拉索的振动控制仍需改善的问题，提供一种结构简单、效果明显的柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置：含有柔性复合拉绳，其两端分别固定连接在拉索的下部和桥面上，所述柔性复合拉绳的首部连接拉索的部分为钢丝绳；柔性复合拉绳的中部连接减振装置的部分为链条，链条与减振装置匹配传动；柔性复合拉绳的尾部为拉簧，拉簧固定连接在桥面上的台座上。

所述减振装置固定于桥面上，其包括多档位的链轮和具有可调负载电阻的旋转式永磁直流发电机，其中链轮与旋转式永磁直流发电机的转子藕联，二者同轴转动。所述拉簧预先施加有一定的初始拉力，其初始伸长量不小于拉索的位移振幅。

与现有技术相比，本实用新型柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置具有以下优点：

1、减振装置与拉索之间采用柔性索连接，可以安装在拉索的相对较高位置处，从而可以取得更好的减振效果，且由于柔性索较为细长，也不影响桥梁的美观。

2、减振装置全部由金属材料构成，耐久性较高，可以满足与斜拉索同寿命的要求。

3、采用的旋转式永磁发电机，体现出理想的粘滞阻尼特性，且阻尼系数稳定，不受温度等环境因素影响。

4、采用的旋转式永磁发电机，相对直线永磁发电机其行程不受限值，且单位体积阻尼器产生的阻尼系数更大，即单位时间内耗能更高。

5、采用的旋转式永磁发电机可以通过改变链条链轮机构的传动比(改变链轮大小)档位或负载电阻的阻值大小，很容易地实现阻尼器等效阻尼系数的调节，从而更好地满足同一座斜拉桥不同长度斜拉索减振的需要。

6、采用的旋转式永磁发电机的输出电压与拉索振动速度成正比，利用速度传感功能可直接感知斜拉索的振动大小，还可基于频率法在线辨识拉索索力。

附图说明

图1是本实用新型柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置的模型实验示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是拉索，2是索夹，3是钢丝绳，4是链条，5是链轮，6是旋转式永磁发电机，7是拉簧，8是台座，9是桥面，10是可调负载电阻，11是固定螺栓

21是锚头，22是滑动支座，23是激振点，24是观测点，25是拉索，26是旋转式永磁发电机，27是钢丝绳，28是链条，29是链轮，30是弹簧，31是台座，32是桥面。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置作进一步说明：如图所示，本实施例含有柔性复合拉绳，其两端分别固定连接在拉索1的下部和桥面9上，所述柔性复合拉绳的首部连接拉索1的部分为钢丝绳3；柔性复合拉绳的中部连接减振装置的部分为链条4，链条4与减振装置匹配传动；柔性复合拉绳的尾部为拉簧7，拉簧7固定连接在桥面9上的台座8上。

所述减振装置固定于桥面9上，其包括多档位的链轮5和具有可调负载电阻10的旋转式永磁直流发电机，其中链轮5与旋转式永磁直流发电机的转子藕联，二者同轴转动。所述拉簧7预先施加有一定的初始拉力，其初始伸长量不小于拉索1的位移振幅。

本实用新型针对常用液体阻尼器拉索减振系统耐久性差、后期阻尼系数难以调整的问题，提供一种柔性连接的旋转式永磁发电机斜拉桥拉索减振系统。减振系统与拉索为柔性连接，可以很方便的安装在拉索的较高位置；全部为金属材料构成，具有较高的耐久性；阻尼系数简单可调。

所述旋转式永磁发电机斜拉索减振系统包括固定在桥面上的旋转式永磁发电机，通过索夹与斜拉索相连接的钢丝绳与链条链轮传动机构，以及为钢丝绳与链条链轮传动机构提供预拉力的弹簧。当斜拉索在面内振动时，链条带动耦连在旋转式永磁发电机转子上的链轮正反方向转动，随之产生了抑制斜拉索振动的电磁阻尼。

实施例中，通过链条链轮机构实现斜拉索往复直线运动与永磁发电机转子旋转运动的传动，斜拉索的振动能量逐渐转化为永磁发电机负载电路的热能耗散掉。通过对拉簧预先施加拉力，使其初始伸长量大于拉索的位移振幅预测值，确保整个传动系统(含与斜拉索相连的钢丝绳及链条)在斜拉索往复直线振动过程中始终保持张紧状态，避免出现松弛导致减振系统失效。通过变化链条链轮机构的直线-旋转运动传动比，即改变链轮的档位，或改变永磁发电机负载电阻的大小，均可以很容易地实现阻尼器阻尼系数的多档位调节。

其工作原理是：当所述斜拉索在面内往复直线振动(振动位移记为u)时，链条带动耦连在旋转式永磁发电机转子上的链轮正反方向转动(阻尼器转速记为n)，电磁阻尼随之产生，即斜拉索的振动能量逐渐被转化为热能消耗掉，从而抑制斜拉索的振动。所述旋转式永磁发电机的等效粘滞阻尼系数c_eq为：

c_{eq} = \frac{{(k_{e} η)}^{2}}{R_{a} + R_{L}}

式中：k_e表示旋转式永磁发电机的电动势常数；

η表示拉索振动的线速度与永磁发电机转速n之间的转化系数，即其与链轮半径的大小互为倒数；

R_a表示旋转式永磁发电机的静态电枢内阻；

R_L表示旋转式永磁发电机的负载电阻阻值。

所述负载电阻为滑动电阻器，其电阻具有一定的调整空间。由上述公式可知：当电阻R_L调节到最小值，即零电阻时，此时的等效粘滞阻尼系数达到最大值；反之，当电阻R_L调节到最大值时，此时的等效粘滞阻尼系数达到最小值。因此，通过调整负载电阻R_L的阻值大小可以方便的实现所述旋转式永磁发电机阻尼系数的连续调节。

所述旋转式永磁发电机的一种选择是旋转式永磁直流发电机，其还可采用现有技术的各种旋转式永磁电机，如三相交流发电机等。

本实用新型的具体测试结果如下：针对一根21.6m长的实际桥梁拉索模型，试制了本实用新型的减振系统样机。旋转式永磁发电机选用某电机公司生产的CFX-03型永磁直流测速发电机，出厂主要性能参数有：电动势常数k_e为0.06V/(r·min^-1)；静态电枢内阻R_a为6.4Ω；重3.7kg；最大设计转速3000r/min。

为考察旋转式阻尼器安装位置、传动比对拉索减振效果的影响，减振效果试验中永磁发电机位置变化3次，分别安装在0.48m(1号位置)、1.25m(2号位置)与2.16m(3号位置)处；传动比变化2次，链轮有效转动半径分别为2.3cm(记为链轮1)、3.3cm(记为链轮2)，共计6组正交试验。各工况试验中，均将电阻R_L设为零电阻，此时对应的等效阻尼系数最大。

下表1～3列出了拉索安装阻尼器后前五阶模态阻尼比及扣除结构固有阻尼后的附加阻尼比，可见：(1)总的来看，对拉索同一阶振动模态，链轮半径越小，阻尼器安装位置越高，电磁阻尼引起的拉索附加模态阻尼比均较大；(2)对于相同的链轮半径，当阻尼器安装在较低的1与2号位置时，拉索前五阶模态的附加阻尼比整体呈持续增大趋势；(3)对于相同的链轮半径，当阻尼器安装在较高的3号位置时，拉索前五阶模态的附加阻尼比先增大，后减小，在第三或四阶模态达到最大值；(4)对应电机3号位置、链轮1时的拉索前五阶模态的附加阻尼比达到最大，大小分别为0.28％、1.71％、3.82％、3.27％与2.11％，与阻尼器安装高度比的比值分别为0.03、0.17、0.38、0.33与0.21。

综上，从应用本实用新型的拉索模型减振室内试验结果可以看出，本实用新型的减振装置具有优越的减振效果，安装方便，耐久性高，且等效阻尼系数简单可调。

表1 永磁发电机1号安装位置时斜拉索的减振效果

表2 永磁发电机2号安装位置时斜拉索的减振效果

表3 永磁发电机3号安装位置时斜拉索的减振效果

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Claims

1. 一种柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置，含有柔性复合拉绳，其两端分别固定连接在拉索的下部和桥面上，其特征在于：所述柔性复合拉绳的首部连接拉索的部分为钢丝绳；柔性复合拉绳的中部连接减振装置的部分为链条，链条与减振装置匹配传动；柔性复合拉绳的尾部为拉簧，拉簧固定连接在桥面上的台座上。

2.根据权利要求1所述的柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置，其特征在于：所述减振装置固定于桥面上，其包括多档位的链轮和具有可调负载电阻的旋转式永磁直流发电机，其中链轮与旋转式永磁直流发电机的转子藕联，二者同轴转动。

3.根据权利要求1所述的柔性连接的旋转式永磁直流发电机斜拉索减振装置，其特征在于：所述拉簧预先施加有一定的初始拉力，其初始伸长量不小于拉索的位移振幅。