CN217579730U - 一种自平衡惯性激振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自平衡惯性激振器，涉及激振器技术领域，包括质量块、底板、平衡器支撑机构、蓄能器以及电动缸激振器；质量块的周围设置有多个电动缸激振器和多个平衡器支撑机构，平衡器支撑机构包括平衡缸体和平衡活塞杆，平衡缸体与质量块固定连接，平衡活塞杆与底板固定连接，平衡缸体上设置有与其内部连通的调压孔；蓄能器与每个平衡器支撑机构的平衡缸体上的调压孔连通，用于维持多个平衡器支撑机构的平衡缸体的缸压稳定。利用平衡器支撑机构平衡质量块的重力，减轻电动缸激振器的负荷，降低其电力消耗和发热。蓄能器使各个平衡器支撑机构的平衡缸体内的缸压保持稳定，使质量块更好的保持平衡。

Description

一种自平衡惯性激振器

技术领域

本实用新型涉及激振器技术领域，具体是涉及一种自平衡惯性激振器。

背景技术

近年来，国内多座大跨度悬索桥陆续出现大幅风振问题，相关测试数据表明，大跨度桥梁实际模态阻尼比可能小于规范规定值，且随着时间和振幅变化会发生改变。随着2000m级悬索桥的出现，桥梁动力特性尤其是阻尼比的取值成为桥梁设计的关键科学问题。

大跨度桥梁的实际阻尼比主要依赖对建成桥梁的实测，桥梁结构动力特性测试的激励方法很多，环境振动法不能精确测量结构阻尼比，现场稳态激振试验才是精确测量大跨度桥梁多阶模态阻尼比的唯一手段。但是大跨度桥梁的现场稳态激振很难实现，至今只有美、日等国拥有这一技术。稳态激振法是利用专门的激振器，对桥梁结构施加激振力，使结构产生强迫振动，记录激振力时程信号和结构振动响应时程信号，然后应用系统模态识别理论同时识别出模态频率和振型。试验时，连续改变激振器频率，进行“频率扫描”，可以获得结构模态的幅频、相频响应曲线，从而计算模态阻尼比等模态参数。这一方法可获得很高的信噪比，因此可以说是最为准确的一种试验方法。

但是目前桥梁大型激振激振器需要较大的激振力，主要通过质量块的惯性力提供，电机直接驱动质量块，对电机、支承系统的瞬时速度要求较高，且电机直接平衡质量块的重量将大幅增加电机出力和负荷，严重增加系统造价。特别是大跨度桥梁超低频激振器，若要达到足够的激振器，需要更大的质量块，若不平衡质量块自重，将进一步增大电动缸激振器的负重和功率消耗。因此，需要一种可平衡质量块自重的激振器，以降低电机出力和功率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种自平衡惯性激振器，以解决现有激振器存在的问题。

本实用新型提供一种自平衡惯性激振器，包括质量块、底板、平衡器支撑机构、蓄能器以及电动缸激振器；所述质量块的周围设置有多个所述电动缸激振器和多个所述平衡器支撑机构，所述质量块的下方设置有所述底板；

所述电动缸激振器包括电机缸体和电机活塞杆，所述电机缸体与所述质量块固定连接，所述电机活塞杆抵接于所述底板；

所述平衡器支撑机构包括平衡缸体和平衡活塞杆，所述平衡缸体与所述质量块固定连接，所述平衡活塞杆与所述底板固定连接，所述平衡缸体上设置有与其内部连通的调压孔；

所述蓄能器与所述质量块连接，所述蓄能器与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体上的所述调压孔连通，用于维持所述多个平衡器支撑机构的平衡缸体的缸压稳定。

进一步地，所述蓄能器包括介质存储缸以及连接管，所述连接管与所述介质存储缸连通，所述连接管还与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体上的所述调压孔连通。

进一步地，所述蓄能器还包括设置在所述介质存储缸的两端的存储缸固定块，所述存储缸固定块与所述质量块固定连接。

进一步地，所述介质存储缸设置在所述质量块内部。

进一步地，所述自平衡惯性激振器还包括多个导向机构，分布于所述质量块的周围；所述导向机构包括竖立设置的导轨以及与所述导轨滑动配合的滑块，所述滑块与所述质量块连接。

通过导向机构的作用，可限制质量块的位移方向，保证激振器运输的安全性和运行的稳定性，防止平衡器支撑机构受横向冲击力损坏。

进一步地，所述导向机构还包括支撑板、纵向斜撑和横向斜撑，所述支撑板与所述导轨连接，所述纵向斜撑和所述横向斜撑分别与所述支撑板连接。

进一步地，所述电动缸激振器还包括设置在所述电机缸体上的电机连接块，所述电机连接块与所述质量块连接。

进一步地，所述平衡器支撑机构还包括设置在所述平衡缸体上的平衡连接块，所述平衡连接块与所述质量块连接。

进一步地，所述电动缸激振器设置在所述质量块的两个相对侧端，所述平衡器支撑机构设置在所述质量块的另外两个相对侧端。

进一步地，所述电机活塞杆与所述平衡活塞杆平行。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：通过在质量块的周围设置电动缸激振器和平衡器支撑机构，利用平衡器支撑机构平衡质量块的重力，减轻电动缸激振器的负荷，降低其电力消耗和发热。通过蓄能器的作用，使各个平衡器支撑机构的平衡缸体内的缸压保持稳定，从而使质量块更好的保持平衡。另外，平衡活塞杆可收入平衡缸体内，电机活塞杆可收入电机缸体内，使自平衡惯性激振器的高度降低，便于运输。将蓄能器与质量块组合，有效利用蓄能器的质量降低造价。蓄能器随质量块一同振动，对连接管疲劳几乎没有影响。激振频率可直接通过电动缸激振器调节，可适应不同工作频率。

附图说明

图1是本实用新型自平衡惯性激振器的一种状态下的立体结构示意图。

图2是图1的自平衡惯性激振器的另一种状态下的立体结构示意图。

图3是图1的自平衡惯性激振器的再一种状态下的立体结构示意图。

图4是图1的自平衡惯性激振器的平衡器支撑机构的结构示意图。

图5是图1的自平衡惯性激振器的电动缸激振器的结构示意图。

图6是图1的自平衡惯性激振器的导向机构的结构示意图。

图7是图1的自平衡惯性激振器的蓄能器的结构示意图。

图中：1-底板；2-质量块；

3-电动缸激振器；31-电机缸体；32-电机活塞杆；33-电机连接块；

4-自平衡惯性激振器；41-平衡缸体；42-平衡活塞杆；43-平衡连接块；44-浮动支板；45-调压孔；

5-导向机构；51-支撑板；52-纵向斜撑；53-横向斜撑；54-导轨；55-滑块；

6-蓄能器；61-介质存储缸；62-连接管；63-存储缸固定块。

具体实施方式

现在将详细参照本实用新型的具体实施例，在附图中例示了本实用新型的例子。尽管将结合具体实施例描述本实用新型，但将理解，不是想要将本实用新型限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本实用新型的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本实用新型的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本实用新型的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

大跨度桥梁的实际阻尼比主要依赖对建成桥梁的实测，桥梁结构动力特性测试的激励方法很多，环境振动法不能精确测量结构阻尼比，现场稳态激振试验才是精确测量大跨度桥梁多阶模态阻尼比的唯一手段。但是大跨度桥梁的现场稳态激振很难实现，至今只有美、日等国拥有这一技术。稳态激振法是利用专门的激振器，对桥梁结构施加激振力，使结构产生强迫振动，记录激振力时程信号和结构振动响应时程信号，然后应用系统模态识别理论同时识别出模态频率和振型。试验时，连续改变激振器频率，进行“频率扫描”，可以获得结构模态的幅频、相频响应曲线，从而计算模态阻尼比等模态参数。这一方法可获得很高的信噪比，因此可以说是最为准确的一种试验方法。

但是目前桥梁大型激振激振器需要较大的激振力，主要通过质量块的惯性力提供，电机直接驱动质量块，对电机、支承系统的瞬时速度要求较高，且电机直接平衡质量块的重量将大幅增加电机出力和负荷，严重增加系统造价。特别是大跨度桥梁超低频激振器，若要达到足够的激振器，需要更大的质量块，若不平衡质量块自重，将进一步增大电动缸激振器的负重和功率消耗。因此，需要一种可平衡质量块自重的激振器，以降低电机出力和功率。

如图1-3所示，本实用新型提出的一种自平衡惯性激振器，包括质量块2、底板1、平衡器支撑机构、蓄能器6、电动缸激振器3、导向机构5；所述质量块2的周围设置有多个所述电动缸激振器3、多个所述平衡器支撑机构以及多个导向机构5，所述质量块2的下方设置有所述底板1；

所述电动缸激振器3包括电机缸体31和电机活塞杆32，所述电机缸体31与所述质量块2固定连接，所述电机活塞杆32抵接于所述底板1；

所述平衡器支撑机构包括平衡缸体41和平衡活塞杆42，所述平衡缸体41与所述质量块2固定连接，所述平衡活塞杆42与所述底板1固定连接，所述平衡缸体41上设置有与其内部连通的调压孔45；

所述蓄能器6与所述质量块2连接，所述蓄能器6与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体41上的所述调压孔45连通，用于维持所述多个平衡器支撑机构的平衡缸体41的缸压稳定。

所述导向机构5包括竖立设置的导轨54以及与所述导轨54滑动配合的滑块55，所述滑块55与所述质量块2连接。

如图1所示的质量块2处于其工作中端位置，如图2所示的质量块2处于其工作底端位置，如图3所示的质量块2处于其工作顶端位置。质量块2在其工作顶端至工作底端的行程范围内活动，活动轨迹沿导轨54的长度方向。

本实施例中，所述电动缸激振器3设置在所述质量块2的两个相对侧端，所述平衡器支撑机构设置在所述质量块2的另外两个相对侧端。

如图2所示，平衡器支撑机构有四个，质量块2的两侧分别设置有两个。可视为将平衡器支撑机构设置在质量块2的四角。导向机构5设置在电动缸激振器3的同一侧。导向机构5也设置有四个。

所述电机活塞杆32与所述平衡活塞杆42平行，还与导轨54平行。即电动活塞杆、平衡活塞杆42和导轨54均竖立设置。质量块2和底板1水平设置。

如图4所示，平衡器支撑机构还包括设置在所述平衡缸体41上的平衡连接块43，所述平衡连接块43与所述质量块2连接。调压孔45处实际上可设置为调节接头，与平衡缸体41固定连接，还可与平衡连接块43连接，同时还用于与蓄能器6连通。

平衡活塞杆42的一端伸入至平衡缸体41内，平衡活塞杆42的另一端设置有浮动支板44，浮动支板44水平设置，且与底板1连接。

如图5所示，电动缸激振器3还包括设置在所述电机缸体31上的电机连接块33，所述电机连接块33与所述质量块2连接。电机缸体31上连接有伺服电机。

如图6所示，导向机构5还包括支撑板51、纵向斜撑52和横向斜撑53，所述支撑板51与所述导轨54连接，所述纵向斜撑52和所述横向斜撑53分别与所述支撑板51连接。纵向斜撑52和横向斜撑53均相对于支撑板51倾斜设置，纵向斜撑52、横向斜撑53和支撑板51的底端平齐，处于同一水平面，且与底板1连接。

如图7所示，所述蓄能器6包括介质存储缸61以及连接管62，所述连接管62与所述介质存储缸61连通，所述连接管62还与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体41上的所述调压孔45连通。

所述蓄能器6还包括设置在所述介质存储缸61的两端的存储缸固定块63，所述存储缸固定块63与所述质量块2固定连接。

本实施例中，所述介质存储缸61设置在所述质量块2内部。利用蓄能器6自身的重量为质量块2增加配重，降低质量块2的制造成本。

连接管62有四个，介质存储缸61的两端分别设置有两个连接管62，四个连接管62一一对应的与四个平衡缸体41的调压孔45连通。四个连接管62均与介质存储缸61连通，在连接管62和介质存储缸61的作用下，四个平衡缸体41的缸压始终保持均衡，不会存在某个平衡缸体41的缸压高于或低于其他平衡缸体41的缸压的情况，从而可更好的保证质量块2的平衡。由于质量块2具有向下的重力，平衡缸体41的缸压为质量块2提供向上的支撑力，从而可减轻电动缸激振器3的负荷，降低其电力消耗和发热。

本实施例中，介质存储缸61内的介质为气体，优选为氮气，即可以保证稳定压力，又具有较小的质量，不增加电动缸激振器3的负荷。即平衡缸体41为气缸。

激振器工作原理：对外激振力F＝ma，m为质量块重量(包括蓄能器及附属构件的重量)，a为质量块加速度，对于简谐激励a＝a0sin(2πf t)，a0为简谐振动加速度幅值，f为激振频率(激振频率可直接通过激振器调节，可适应不同工作频率)，t为激振时间点；对于恒定位移幅值的激振器，根据简谐运动激励，加速度幅值a0和位移幅值s0的关系，a0＝(2πf)2s0，对于大跨度桥梁超低频激励(0.5Hz以下)，若要达到足够的激振力，需要大幅提高质量块的自重m或增加激振位移幅值，过大的激振位移幅值对激振器行程和系统稳定将造成严重的影响；因此，通过增加质量块自重，采用平衡器支撑机构平衡力F平＝mg，g为重力加速度，实现自平衡大型激振；激振器作用力F激＝-F＝-ma＝-ma0sin(2πf t)。

若无平衡器支撑机构平衡自重，激振器作用力为F激＝-F+mg＝-ma0sin(2πf t)+mg。对于大型激振力需要很大的质量块自重，在无平衡器支撑机构的情况下，只靠伺服电机对主轴单元即电机活塞杆进行升降及位置保持，电机负荷过大，电力消耗量增加。

通过在质量块的周围设置电动缸激振器和平衡器支撑机构，利用平衡器支撑机构平衡质量块的重力，减轻电动缸激振器的负荷，降低其电力消耗和发热。通过蓄能器的作用，使各个平衡器支撑机构的平衡缸体内的缸压保持稳定，从而使质量块更好的保持平衡。另外，平衡活塞杆可收入平衡缸体内，电机活塞杆可收入电机缸体内，使自平衡惯性激振器的高度降低，便于运输。将蓄能器与质量块组合，有效利用蓄能器的质量降低造价。蓄能器随质量块一同振动，对连接管疲劳几乎没有影响。激振频率可直接通过电动缸激振器调节，可适应不同工作频率。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所实用新型的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自平衡惯性激振器，其特征在于，包括质量块、底板、平衡器支撑机构、蓄能器以及电动缸激振器；所述质量块的周围设置有多个所述电动缸激振器和多个所述平衡器支撑机构，所述质量块的下方设置有所述底板；

所述电动缸激振器包括电机缸体和电机活塞杆，所述电机缸体与所述质量块固定连接，所述电机活塞杆抵接于所述底板；

所述平衡器支撑机构包括平衡缸体和平衡活塞杆，所述平衡缸体与所述质量块固定连接，所述平衡活塞杆与所述底板固定连接，所述平衡缸体上设置有与其内部连通的调压孔；

所述蓄能器与所述质量块连接，所述蓄能器与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体上的所述调压孔连通，用于维持所述多个平衡器支撑机构的平衡缸体的缸压稳定。

2.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述蓄能器包括介质存储缸以及连接管，所述连接管与所述介质存储缸连通，所述连接管还与每个所述平衡器支撑机构的平衡缸体上的所述调压孔连通。

3.如权利要求2所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述蓄能器还包括设置在所述介质存储缸的两端的存储缸固定块，所述存储缸固定块与所述质量块固定连接。

4.如权利要求3所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述介质存储缸设置在所述质量块内部。

5.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述自平衡惯性激振器还包括多个导向机构，分布于所述质量块的周围；所述导向机构包括竖立设置的导轨以及与所述导轨滑动配合的滑块，所述滑块与所述质量块连接。

6.如权利要求5所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述导向机构还包括支撑板、纵向斜撑和横向斜撑，所述支撑板与所述导轨连接，所述纵向斜撑和所述横向斜撑分别与所述支撑板连接。

7.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述电动缸激振器还包括设置在所述电机缸体上的电机连接块，所述电机连接块与所述质量块连接。

8.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述平衡器支撑机构还包括设置在所述平衡缸体上的平衡连接块，所述平衡连接块与所述质量块连接。

9.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述电动缸激振器设置在所述质量块的两个相对侧端，所述平衡器支撑机构设置在所述质量块的另外两个相对侧端。

10.如权利要求1所述的一种自平衡惯性激振器，其特征在于，所述电机活塞杆与所述平衡活塞杆平行。

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