CN205639427U - 一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，包括支架、至少一个摆杆、导体板(10)和内置永磁体阵列(8)的质量块(7)，所述的摆杆设置在支架上，在摆杆下端安装质量块(7)，工作时，摆杆带动质量块(7)摆动并与导体板(10)感应产生电涡流，所述的摆杆上还设有能带动质量块(7)沿摆杆轴向运动的弹簧组件(5)。与现有技术相比，本实用新型能实现控制桥梁等横向与竖向的振动，从而简化抗风分析时的阻尼器设计，且阻尼装置的控制效果好，结构简单，易于维护安装，耐久性好等。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程结构振动控制技术领域，尤其是涉及一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器。
背景技术
现代桥梁设计由于计算理论、计算机技术的进步而逐渐向大跨、轻柔等方向发展，轻盈的造型势必以牺牲桥梁刚度为代价，在风荷载作用下桥梁刚度不足造成的振动就成为了一个不可避免的难题。1940年7月1日通车的塔科马大桥，仅在4个月后就被微风摧毁，也作为一个负面教材说明了桥梁抗风振的重要性。对于人行天桥，由于结构体系偏柔，处于行人行走的动力激励下，且自振频率一般也与行人行走的步频接近，约为2～3Hz，因此也容易产生竖向共振，引起行人的不适。
为了控制桥梁在风荷载或者行人荷载下的振动，传统的技术手段是采用调谐质量阻尼器(TMD)。TMD主要是由一个质量块、可以提供弹性恢复力的弹性单元以及可以提供阻尼力的阻尼单元组成。TMD分为支撑式TMD和悬挂式TMD。支撑式TMD采用竖向弹簧提供恢复力，可以控制竖向振动。悬挂式TMD以质量块摆动时重力沿切线的分量作为恢复力，主要用来控制横向振动。在实际工程中，当需要同时控制水平向和竖直向的振动时，必须在相应的位置分别使用支撑式TMD和悬挂式TMD。
传统的TMD采用液压粘滞阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同时也会有一定的刚度，无法做到刚度与阻尼分离，因此要实现精确的阻尼调整有一定的难度。而且液压粘滞阻尼器还存在漏油的隐患，不易养护，后期难以调节，增加后期维护的难度和成本。
电涡流阻尼器是基于传统的液压粘滞阻尼器的一大创新。电涡流阻尼器的原理是导体质量块在运动时切割磁力线，根据法拉第电磁感应定律，在导体内就会产生感应电动势，形成电涡流，将振动能量转化成导体的热能，从而实现振动控制的 目的。电涡流阻尼器的优势在于：在磁体与导体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损；不受温度等环境影响；不存在漏油等状况，易于维护且耐久性好。目前，在桥梁振动控制中使用的电涡流调谐质量阻尼器都是只能控制单一方向。
实用新型内容
本实用新型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悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，包括支架、至少一个摆杆、导体板和内置永磁体阵列的质量块，所述的摆杆设置在支架上，在摆杆下端安装质量块，工作时，摆杆带动质量块摆动并与导体板感应产生电涡流，所述的摆杆上还设有能带动质量块沿摆杆轴向运动的弹簧组件。导体板优选为导体铜板。永磁体阵列的材料优选为钕铁硼(NdFeB)。
所述的永磁体阵列的N-S极方向均垂直于摆杆水平摆动与摆杆轴向运动的方向；
所述的永磁体阵列由多块永磁体按N、S极方向交替布置而成。这样可以保证质量块在随摆杆水平摆动或沿摆杆轴向运动时，导体板始终能够与永磁体阵列感应产生电涡流，从而产生对质量块相应的阻尼力。
导体板的大小与位置满足：
当质量块水平摆动或沿摆杆轴向运动时，质量块与导体板保持间隔，且质量块在垂直于其运动平面方向上的投影始终落在导体板上。
所述的摆杆由直杆、弹簧组件和长螺杆依次连接组成，在支架上还设有转动轴承，所述的直杆与转动轴承连接，并绕转动轴承摆动，所述的长螺杆的下端固定安装有质量块。
所述的弹簧组件包括护筒和设置在护筒内的弹簧，该弹簧的一端连接直杆，另一端连接长螺杆；
所述的直杆和长螺杆在与弹簧连接处均设有滚珠轴承。滚珠轴承和护筒的设置可以保证弹簧只能沿直杆轴向拉伸或压缩。
所述的摆杆平行设有四个，分别贯穿连接质量块的四个角位置。这样使得质量块与摆杆之间的连接更加稳定。
所述的支架包括顶板、防护板和底板，所述的防护板围绕顶板四周，并连接顶板和底板，形成箱体结构。箱体结构的支架能够有效的保护质量块、导体板等结构免受外部环境的影响。
所述的顶板下方安装有可水平摆动的摆杆；
所述的防护板上设置导体板。
在导体板与防护板之间还设有垫板。垫板的设置可以调节永磁体阵列与导体板之间的距离，进而可以改变所提供的阻尼力的大小。
所述的顶板上设有用于与桥梁板底连接的第一螺栓。
当与本实用新型的阻尼器相连的主体结构(桥梁板等)发生竖向振动时，通过摆杆将振动传递给质量块，质量块的振动方向总是与主体结构的振动方向相反，质量块在竖向的振动会使导体板在竖向上切割磁感线，从而在导体板内形成电涡流，进而给质量块提供竖向的阻尼力，将振动的能量转化为热能，起到控制竖向振动的目的。
当与本实用新型的阻尼器相连的主体结构(桥梁板等)发生横向振动时，质量块会产生水平方向的摆动，将重力沿切线方向的分量当作阻尼器的恢复力，同时，质量块的摆动会使其在水平方向与导体板感应，从而在导体板内形成电涡流，给质量块提供水平向的阻尼力，将振动的能量转化为热能，起到控制水平向振动的目的。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)可以同时控制桥梁等主体结构的横向或竖向的振动，简化抗风分析或舒适度分析时的阻尼器设计。
(2)采用永磁体阵列-导体板的阻尼装置提供阻尼力，无需外接提供能源。
(3)永磁体阵列与导体板之间有一定的间隔，无摩擦阻尼和磨损，且自身材质为钢材，耐久性好。
附图说明
图1为本实用新型的主视结构示意图；
图2为本实用新型的A-A剖视结构示意图；
图3为本实用新型的轴测结构示意图；
图4为本实用新型的弹簧组件的结构示意图；
图中，1-顶板，2-第一螺栓，3-转动轴承，4-直杆，5-弹簧组件，6-防护板， 7-质量块，8-永磁体阵列，9-垫板，10-导体板，11-第二螺栓，12-底板，13-长螺杆，14-弹簧，15-滚珠轴承，16-护筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1
一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其结构如图1～图3所示，包括支架和内置永磁体阵列8的质量块7，支架包括顶板1、防护板6和底板12，防护板6围绕顶板1四周，并连接顶板1和底板12，形成箱体结构，顶板1上设有用于与桥梁板底连接的第一螺栓2，顶板1下方通过转动轴承3安装有绕转动轴承3同向摆动的四个摆杆，摆杆的下端固定安装质量块7，摆杆分别连接质量块7的四个角位置。摆杆由直杆4、弹簧组件5和长螺杆13依次连接组成，直杆4设置在支架上，并可绕转动轴承3水平摆动，长螺杆13的通过第二螺栓11固定安装有质量块7。弹簧组件5，其结构如图4所示，包括护筒16和设置在护筒16内的弹簧14，该弹簧14的一端连接直杆4，另一端连接长螺杆13，直杆4和长螺杆13在与弹簧14连接处均设有滚珠轴承15。永磁体阵列的N-S极方向均垂直于摆杆水平摆动与摆杆轴向运动的方向，永磁体阵列8由永磁体按N、S极方向交替布置而成，如图3所示，在导体板10与防护板6之间还设有垫板9，导体板10的大小与位置满足：当质量块7水平摆动或沿摆杆轴向运动时，质量块7始终与导体板10保持间隔，且质量块7在垂直于其运动平面方向上的投影始终落在导体板10上。
当与本实用新型的阻尼器相连的主体结构(桥梁板等)发生竖向振动时，通过摆杆将振动传递给质量块7，质量块7的振动方向总是与主体结构的振动方向相反，质量块7在竖向的振动会使导体板10在竖向上切割磁感线，从而在导体板10内形成电涡流，进而给质量块7提供竖向的阻尼力，将振动的能量转化为热能，起到控制竖向振动的目的。
当与本实用新型的阻尼器相连的主体结构(桥梁板等)发生横向振动时，质量块7会产生水平方向的摆动，将重力沿切线方向的分量当作阻尼器的恢复力，同时，质量块7的摆动会使其在水平方向与导体板10感应，从而在导体板10内形成电涡流，给质量块7提供水平向的阻尼力，将振动的能量转化为热能，起到控制水平向振动的目的。
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实用新型。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，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，包括支架、至少一个摆杆、导体板(10)和内置永磁体阵列(8)的质量块(7)，所述的摆杆设置在支架上，在摆杆下端安装质量块(7)，工作时，摆杆带动质量块(7)摆动并与导体板(10)感应产生电涡流，其特征在于，所述的摆杆上还设有能带动质量块(7)沿摆杆轴向运动的弹簧组件(5)。
2.根据权利要求1所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的永磁体阵列(8)的N-S极方向均垂直于摆杆水平摆动与摆杆轴向运动的方向；
所述的永磁体阵列由多块永磁体按N、S极方向交替布置而成。
3.根据权利要求1所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，导体板(10)的大小与位置满足：
当质量块(7)水平摆动或沿摆杆轴向运动时，质量块(7)与导体板(10)保持间隔，且质量块(7)在垂直于其运动平面方向上的投影始终落在导体板(10)上。
4.根据权利要求1所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的摆杆由直杆(4)、弹簧组件(5)和长螺杆(13)依次连接组成，在支架上还设有转动轴承(3)，所述的直杆(4)与转动轴承(3)连接，并绕转动轴承(3)摆动，所述的长螺杆(13)的下端固定安装有质量块(7)。
5.根据权利要求4所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的弹簧组件(5)包括护筒(16)和设置在护筒(16)内的弹簧(14)，该弹簧(14)的一端连接直杆(4)，另一端连接长螺杆(13)；
所述的直杆(4)和长螺杆(13)在与弹簧(14)连接处均设有滚珠轴承(15)。
6.根据权利要求1所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的摆杆平行设有四个，分别贯穿连接质量块(7)的四个角位置。
7.根据权利要求1所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的支架包括顶板(1)、防护板(6)和底板(12)，所述的防护板(6)围绕顶板(1)四周，并连接顶板(1)和底板(12)，形成箱体结构。
8.根据权利要求7所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的顶板(1)下方安装有可水平摆动的摆杆；
所述的防护板(6)上设置导体板(10)。
9.根据权利要求8所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，在导体板(10)与防护板(6)之间还设有垫板(9)。
10.根据权利要求7所述的一种悬挂式双自由度电涡流调谐质量阻尼器，其特征在于，所述的顶板(1)上设有用于与桥梁板底连接的第一螺栓(2)。
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