一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器的製造方法
2023-05-10 22:35:46 1
一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器的製造方法
【專利摘要】一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，屬於土木工程的結構振動控制領域，包括磁流變軌道裝置，滾軸和配重塊。軌道為圓弧形軌道，配重塊由滾軸連接，沿軌道做往復運動，達到耗能減振的目的。在滑道內部設計了一種封閉的磁流變裝置，利用外部電源調節磁流變液性質來控制滾軸在軌道內的滾動阻力，從而控制滾動的角度和速度。本實用新型適用於土木工程結構的柔性結構和高層結構，突破了滾動質量阻尼器控制力不可控的局限，且功耗小，出力大，僅通過少量的電流，即可實現對滾動調諧質量擺阻尼器的半主動控制。
【專利說明】一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器
【技術領域】:
[0001]本實用新型屬於土木工程的振動控制領域，具體的說，是通過擺軸的磁流變體系來控制質量擺的徑向運動速度和擺動角度，從而調節控制力的半主動控制阻尼器。
【背景技術】:
[0002]調諧質量擺阻尼器(Pendulum Tuned Mass Dampers,簡稱PTMD)作為一種耗能減振裝置，由於其控制效果良好已經得到了越來越多的認可，具有廣泛的應用前景。調諧質量擺阻尼器分兩種:懸吊式PTMD和軌道式PTMD。懸吊式PTMD是將配重塊用吊線(吊杆)懸吊於受控結構頂部，配重塊沿著圓弧的軌跡做單擺往返運動。這種形式的阻尼器要求吊線或吊杆長度較大，空間利用率較低。將質量塊懸吊於受控結構上，一旦懸掛結構失效，跌落的大質量塊將對結構產生破壞，造成安全隱患。軌道式PTMD是將質量塊放置在圓弧形軌道上，結構發生震動時，質量塊沿著圓弧軌道做往復運動。相比而言，軌道式調節擺動質量阻尼器空間利用率高，且更加安全可靠。
[0003]PTMD的減振原理為:受控結構向一側運動時，配重塊由於慣性的作用向結構運動的相反方向擺動，給結構施加與運動相反方向的控制力，從而達到耗能減振的效果。研究表明，在最優控制參數下，PTMD阻尼器能減少主體受控結構風振或地震反應達50%以上，在輸電塔體系、電視塔、高層建築中有廣泛的應用前景。
[0004]傳統的軌道式PTMD主要由配重塊、軌道組成。對於傳統的PTMD而言，存在以下問題:(I)在控制器運行時，控制器的阻尼是不能調節的，且通常PTMD的阻尼高於受控結構，所以往往會出現這樣一個現象:當外界激勵已經停止，結構振動已經衰減，但PTMD仍在往復擺動，迫使結構繼續振動，使控制效果恰得其反。(2)傳統的PTMD擺動過程中，控制力無法調節，不可能根據外部激勵和結構特性實時調節控制力，達到最優控制效果。如果PTMD能夠在抵禦地震和風振的過程中，根據反饋的外部激勵的不同來實時調節擺動速度和擺動幅度，達到調節控制力的效果，將解決上述問題，使PTMD發揮出最佳性能。
實用新型內容
[0005]為了解決PTMD的上述問題，本實用新型提供了一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，由支架，配重塊，滾軸和磁流變控制軌道組成；結構相同的兩個支架垂直對稱固定在建築物上，每個支架上配有上彎的弧形磁流變控制軌道；環形配重塊穿過滾軸固定在滾軸的中間；滾軸的兩端固定有軌道輪；滾軸通過軌道輪水平安裝在兩側的磁流變控制軌道上。
[0006]磁流變控制軌道由支架、軌道輪、磁流變液、勵磁線圈、密封片、密封橡膠墊、橡膠密封圈和密封蓋組成；支架開有通透上彎的弧形槽，弧形密封橡膠墊的尺寸稍大於支架上的弧形槽，弧形密封橡膠墊從支架的外側將支架上的弧形槽密閉粘結；密封橡膠墊為中空，且兩端敞開；密封橡膠墊中間最低段上處開有通透的弧形滑槽；滑槽的長度小於密封片一半的長度；弧形密封片與密封橡膠墊內腔同弧度；將實心金屬密封片插入密封橡膠墊的內腔中；密封片可在密封橡膠墊中沿弧滑行；密封片的中間弧段開有一圓形孔洞；軌道輪中間細兩端粗；密封片中間孔洞稍大於軌道輪的細軸，小於軌道輪兩端的粗軸；軌道輪的細軸長度稍大於密封片的厚度；將軌道輪的細軸卡在密封片的中間孔洞內；橡膠密封圈的內徑貼緊軌道輪的細軸，且固定密封粘結在密封片上，橡膠密封圈的外徑尺寸小於滑槽的寬度。密封蓋在支架的外側蓋住密封橡膠墊所在的區域，使得密封蓋和支架之間形成密閉區域；在密閉區域內間隔固定著兩個勵磁線圈，兩個勵磁線圈用導線相互連接，導線外包以絕緣皮；磁流變液充滿在軌道輪運動的封閉空間內。
[0007]套筒與滾軸以螺絲扣的形式固定在配重塊的兩側，用以控制配重塊的軸向移動。
[0008]滾軸與軌道輪之間用軸向連接套件固定相連。
[0009]弧形槽可選擇不同的半徑，以調節PTMD的周期。
[0010]弧形槽的兩端放置橡膠緩衝墊，以減緩軌道輪對支架的衝擊。
[0011]本實用新型與傳統的PTMD相比，在軌道內部設計一種磁流變裝置，通過磁流變液性質的變化調節軌道阻力，來控制PTMD的擺動角度和擺動速度，從而調節PTMD的控制力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型整體的示意圖。
[0013]圖2是本實用新型的側立面圖。
[0014]圖3是軌道輪與支架的構造圖。
[0015]圖中:1支架，2配重塊，3密封蓋，4滾軸，5套筒，6軸向連接套件，7橡膠密封墊，8密封片，9軌道輪，11緩衝墊。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明
[0017]一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，由支架1，配重塊2滾軸4和磁流變控制軌道組成；結構相同的兩個支架I垂直對稱固定在建築物上，每個支架I上配有上彎的弧形磁流變控制軌道；環形配重塊2穿過滾軸4固定在滾軸4的中間；滾軸4的兩端固定有軌道輪9 ;滾軸4通過軌道輪9水平安裝在兩側的磁流變控制軌道上。
[0018]磁流變控制軌道由支架1、軌道輪9、磁流變液、勵磁線圈、密封片8、密封橡膠墊7、橡膠密封圈和密封蓋3組成；支架I開有通透上彎的弧形槽，弧形密封橡膠墊7的尺寸稍大於支架I上的弧形槽，弧形密封橡膠墊7從支架I的外側將支架I上的弧形槽密閉粘結；密封橡膠墊7為中空，且兩端敞開；密封橡膠墊7中間最低段上處開有通透的弧形滑槽；滑槽的長度小於密封片8—半的長度；弧形密封片8與密封橡膠墊7的內腔同弧度；將實心金屬密封片8插入密封橡膠墊7的內腔中；密封片8可在密封橡膠墊7中沿弧滑行；密封片8的中間弧段開有一圓形孔洞；軌道輪9中間細兩端粗；密封片8中間孔洞稍大於軌道輪9的細軸，小於軌道輪9兩端的粗軸；軌道輪9的細軸長度稍大於密封片8的厚度；將軌道輪9的細軸卡在密封片8的中間孔洞內；環形橡膠密封圈在支架I的內側；環形橡膠密封圈的內徑貼緊軌道輪9的細軸，且固定密封粘結在密封片8上，橡膠密封圈的外徑尺寸小於滑槽的寬度，橡膠密封圈不隨軌道輪9轉動。密封蓋3在支架I的外側蓋住密封橡膠墊7所在的區域，使得密封蓋3和支架I之間形成密閉區域；在密閉區域內間隔固定著兩個勵磁線圈，兩個勵磁線圈用導線相互連接，導線外包以絕緣皮，防止與磁流變液接觸；磁流變液充滿在軌道輪9運動的封閉空間內。
[0019]套筒5與滾軸4以螺絲扣的形式固定在配重塊2的兩側，用以控制配重塊2的軸向移動。
[0020]滾軸4與軌道輪9之間用軸向連接套件6固定相連。
[0021]弧形槽可選擇不同的半徑，以調節PTMD的周期。
[0022]弧形槽的兩端放置橡膠緩衝墊11，以減緩軌道輪9對支架I的衝擊。
[0023]發生地震或風振時，配重塊2由於慣性的作用在磁流變控制軌道上往復滾動，給結構施加一相反方向的控制力。控制力的大小與擺動的角度和角速度相關。當地震或風振過大時，為了避免滾動角度過大而影響減振效果，根據結構的反饋信息和響應的控制算法，將外部電流施加在勵磁線圈上，形成適當強度的電磁場來控制磁流變液的粘度和流動性，調節軌道輪9在軌道上滾動的阻力，從而改變配重塊2滾動的角度和角速度,達到調節控制力的效果。也可根據結構的反饋結果，將磁場強度增大到一定程度，使滾軸4與磁流變控制軌道保持相對靜止，達到控制滾動幅度的目的。
【權利要求】
1.一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，由支架(1)，配重塊(2)滾軸(4)和磁流變控制軌道組成；其特徵在於:結構相同的兩個支架(I)垂直對稱固定在建築物上，每個支架(I)上配有上彎的弧形磁流變控制軌道；環形配重塊(2)穿過滾軸(4)固定在滾軸(4)的中間；滾軸(4)的兩端固定有軌道輪(9);滾軸(4)通過軌道輪(9)水平安裝在兩側的磁流變控制軌道上。
2.根據權利要求1所述的一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，其特徵在於磁流變控制軌道由支架(I)、軌道輪(9 )、磁流變液、勵磁線圈、密封片(8 )、密封橡膠墊(7 )、橡膠密封圈和密封蓋(3)組成；支架(I)開有通透上彎的弧形槽，弧形密封橡膠墊(7)的尺寸稍大於支架(I)上的弧形槽，弧形密封橡膠墊(7)從支架(I)的外側將支架(I)上的弧形槽密閉粘結；密封橡膠墊(7)為中空，且兩端敞開；密封橡膠墊(7)中間最低段上處開有通透的弧形滑槽；滑槽的長度小於密封片(8) —半的長度；弧形密封片(8)與密封橡膠墊(7)的內腔同弧度；將實心金屬密封片(8)插入密封橡膠墊(7)的內腔中；密封片(8)可在密封橡膠墊(7)中沿弧滑行；密封片(8)的中間弧段開有一圓形孔洞；軌道輪(9)中間細兩端粗；密封片(8)中間孔洞稍大於軌道輪(9)的細軸，小於軌道輪(9)兩端的粗軸；軌道輪(9)的細軸長度稍大於密封片(8)的厚度；將軌道輪(9)的細軸卡在密封片(8)的中間孔洞內；環形橡膠密封圈在支架(I)的內側；環形橡膠密封圈的內徑貼緊軌道輪(9)的細軸，且固定密封粘結在密封片(8)上，橡膠密封圈的外徑尺寸小於滑槽的寬度；密封蓋(3)在支架(I)的外側蓋住密封橡膠墊(7)所在的區域，使得密封蓋(3)和支架(I)之間形成密閉區域；在密閉區域內間隔固定著兩個勵磁線圈，兩個勵磁線圈用導線相互連接，導線外包以絕緣皮，防止與磁流變液接觸；磁流變液充滿在軌道輪(9)運動的封閉空間內。
3.根據權利要求1所述的一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，其特徵在於套筒(5)與滾軸(4)以螺絲扣的形式固定在配重塊(2)的兩側，用以控制配重塊(2)的軸向移動。
4.根據權利要求1所述的一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，其特徵在於滾軸(4)與軌道輪(9)之間用軸向連接套件(6)固定相連。
5.根據權利要求1所述的一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，其特徵在於弧形槽可選擇不同的半徑，以調節PTMD的周期。
6.根據權利要求1所述的一種磁流變半主動滾動式質量擺阻尼器，其特徵在於弧形槽的兩端放置橡膠緩衝墊(11)，以減緩軌道輪(9 )對支架(I)的衝擊。
【文檔編號】E04B1/98GK203559501SQ201320740660
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】霍林生, 李旭, 李宏男 申請人:大連理工大學