專利名稱：永磁式電渦流調諧質量阻尼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種采用電渦流作為阻尼元件的調諧質量阻尼器，具體適用于橋梁剛性吊桿的風振控制與輸電塔等高聳結構的振動控制。
背景技術：
近年來我國建設的大跨度拱橋和鋼桁架拱橋，大量應用了細長直立桿件作為剛性吊桿和桁架直桿，開口桿件的常見截面型式為H型，閉口箱式桿件的常見截面型式為矩形。 近幾年，我國設計和建造的大型鋼拱橋中，至少有兩座發(fā)生了嚴重的吊桿風致振動，并且造成了較大的病害，導致吊桿翼板因扭轉而開裂。輸電塔在強風、地震和冰災等自然災害作用極易發(fā)生大幅振動和倒塌破壞。我國正在建設的1000 kV特高壓輸電塔具有跨距大、分裂導線數(shù)多等特點，輸電塔平均高度100 m以上，下橫擔的伸臂可達50 m。這類大伸臂輸電塔的風致動力響應特別是在斜風下及斷線沖擊作用下的扭轉振動十分顯著。相對傳統(tǒng)的結構措施，結構振動控制可以更加有效地減輕結構在風、地震、車輛等動力作用下的反應和損傷積累，有效地提高結構的抗振能力和抗災性能，是結構抗振減振和防災減災的有效方法和技術。結構振動控制可分為被動控制、主動控制、半主動控制和混合控制。被動控制不需要外界提供能量，而依靠結構構件之間，結構與輔助系統(tǒng)之間相互作用消耗能量，從而達到減振的目的。主動控制是在有外加能源供給情況下，控制裝置按某種控制規(guī)律對結構施加主動控制力。半主動控制以被動控制為依托，以較小的能量對控制狀態(tài)進行切換，來獲得較好的控制效果?；旌峡刂剖且圆煌目刂品椒ㄏ嘟Y合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，使主動控制通過較小的控制力就可以有效地減小結構的振動。目前在土木工程得到廣泛應用的仍是可靠性最高的被動控制，主要形式有基礎隔震，吸能減振及耗能減振。其中吸能減振又分為調諧質量阻尼器與液體阻尼器等。本專利研究調諧質量阻尼器(TMD)，它由質量塊，彈性元件(用來調諧頻率)，阻尼元件(用來耗散結構振動能量)組成。TMD已廣泛應用于土木工程結構中，如最早的應用(1971年，澳大利亞悉尼Centerpoint塔的風振控制)與比較有名的我國臺灣101大廈的風振與地震響應控制， 其質量塊重達730噸。研究表明，對于設定的質量比(即TMD子結構的質量與主結構質量的比值)，基于定義的優(yōu)化準則(一般是主結構的某種響應最小化或附加模態(tài)阻尼比的最大化)，TMD存在一個最優(yōu)的頻率比(當質量比在1%左右時，頻率比一般接近于1)和最優(yōu)的阻尼比。頻率的調整較易實現(xiàn)，主要通過彈性元件如彈簧或擺等實現(xiàn)。阻尼的設置和調整則相對較難，尤其是在TMD加工好后。目前小型TMD的阻尼元件一般采用橡膠，大型TMD則采用油阻尼器等。但是橡膠材料存在老化，和剛度與阻尼不易分離的缺點，粘滯阻尼器存在漏油和不易養(yǎng)護等問題，也具有一定的剛度，并且二者都難以實現(xiàn)阻尼的后期調節(jié)，從而嚴重影響TMD的制造成本和減振效果，增加后期維護的難度與成本。
發(fā)明內(nèi)容[0006]本實用新型要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有TMD技術存在的阻尼不易調節(jié)問題， 提供一種永磁式電渦流調諧質量阻尼器，使該系統(tǒng)的剛度與阻尼完全分離，阻尼由電渦流耗能產(chǎn)生，能夠靈活地進行調節(jié)，并具有較大的可調范圍；采用摩擦力極小的直線滾珠軸承懸掛質量，降低機械摩擦，TMD的結構摩擦阻尼小于1%，以提高電渦流調節(jié)阻尼比的范圍； 不僅阻尼比可以在19Γ20%大范圍內(nèi)方便地調節(jié)，并且提高了 TMD靈敏度、可靠性與使用壽命。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是，所述永磁式電渦流調諧質量阻尼器包括鋼制導磁底板，該導磁底板兩端各有端板，其特征在于，還包括兩端分別安裝在對應端板上的圓軸和套裝在所述圓軸上并可在該圓軸上滑動的直線軸承座，所述軸承座下部接有質量塊，質量塊的兩端分別經(jīng)螺旋彈簧與相對應的端板相連；所述質量塊下部接有永磁鐵，該永磁鐵下方設有銅板，所述銅板經(jīng)墊塊與導磁底板相連。以下對本實用新型做出進一步說明。參見圖1，所述永磁式電渦流調諧質量阻尼器包括鋼制導磁底板(10)，該導磁底板(10)兩端各有端板(3)，其特征在于，還包括兩端分別安裝在對應端板(3)上的圓軸(4) 和套裝在所述圓軸(4)上并可在該圓軸(4)上滑動的直線軸承座(5)，所述軸承座(5)下部接有質量塊(6)，質量塊(6)的兩端分別經(jīng)螺旋彈簧(7)與相對應的端板(3)相連；所述質量塊(6)下部接有永磁鐵(13)，該永磁鐵(13)下方設有銅板(12)，所述銅板(12)經(jīng)墊塊(11) 與導磁底板(10)相連。所述軸承座(5)可以為2-4個(參見圖1)，永磁鐵(13)至少是兩個。上述結構中，所述永磁式電渦流調諧質量阻尼器的質量塊運動通過直線滾珠軸承導向，保持運動平穩(wěn)的同時，降低了摩擦力，連接在質量塊上的永磁鐵隨質量塊運動時，會在固定到底板的銅板中產(chǎn)生抑制質量塊相對運動的電渦流，并消耗能量，形成較大的電磁阻尼，并且可以通過調節(jié)銅板與永磁鐵的間隙來方便地調節(jié)TMD的電渦流阻尼大小。針對我國某橋的矩形剛性吊桿和正在建設的1000 kV某特高壓輸電塔分別設計試制了本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器。自由振動和振動臺強迫振動試驗表明 當不加銅板，即沒有電渦流形成時，TMD的阻尼比在1%以下；加設銅板后，通過改變銅板下墊板的厚度，TMD的阻尼比最高可超過20% ；同等條件下，永磁鐵離銅板越近，銅板周圍的磁場也就越強，從而產(chǎn)生更大的電渦流，TMD的阻尼比也就隨之提高。本實用新型作為一種新型TMD，適用于橋梁剛性吊桿的風振控制與輸電塔等高聳結構的振動控制，它同現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點有1、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器的質量塊通過摩擦力極小的直線滾珠軸承導向運動，既保證了質量塊做精確的直線運動，同時使TMD的結構阻尼降到1%以下，為電渦流調節(jié)阻尼提供了極低的下限值；2、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器可以通過調節(jié)墊塊的厚度，改變永磁鐵與銅板的間距，很容易地實現(xiàn)阻尼參數(shù)的調節(jié)；3、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器實現(xiàn)了剛度與阻尼的完全分離，阻尼力與質量塊的運動速度成精確的線性關系，調節(jié)阻尼比對所述TMD的頻率無任何干擾。4、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器采用永磁鐵來提供形成電渦流所需的磁場，無需外界能源，就可實現(xiàn)較大的阻尼比，特別是用于戶外結構如橋梁與輸電塔等，可避免由于不方便或不能保證可靠供電而給阻尼器使用造成的障礙；5、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器不依靠機械摩擦耗能，沒有懸臂梁等應力集中元件，也不存在密封等問題，直線滾珠軸承和軸均采用標準件，因此可靠性和壽命將大大高于其它TMD裝置。6、本實用新型的永磁式電渦流調諧質量阻尼器與主結構連接方便，只需將阻尼器的底板或端板與主結構固定即可。

[0020] 圖1是本實用新型-一種實施例的結構示意圖。[0021] 在圖中[0022] 1、2—螺母，3—端板，4一圓軸，[0023] 5—直線軸承座，6—質量塊，7—圓柱拉伸彈簧，[0024] 8、9一螺釘，10—導磁底板，11 一墊板，[0025] 12—銅板，13—永磁鐵。
具體實施方式
一種永磁式電渦流調諧質量阻尼器，如圖1所示，包括導磁底板10，該導磁底板10 兩端各有端板3 ；并且，還包括兩端分別安裝在對應端板3上的圓軸4和套裝在所述圓軸4 上并可在該圓軸4上滑動的直線軸承座5，所述軸承座5下部接有質量塊6，質量塊6的兩側分別經(jīng)螺旋彈簧7與相對應的端板3相連；所述質量塊6下部接有永磁鐵13，該永磁鐵 13下方設有銅板12，所述銅板12經(jīng)墊塊11與導磁底板10相連。所述軸承座(5)為2-4個(參見圖1)，永磁鐵13至少為兩個。所述直線軸承座5為直線滾珠軸承，所述彈簧7采用螺旋拉伸彈簧。當與所述永磁式電渦流調諧質量阻尼器相連的主結構發(fā)生振動時，質量塊6通過直線滾珠軸承5導向運動，質量塊6帶動與之相連的兩塊永磁鐵13同時運動，從而會在固定到底板10上的銅板12中產(chǎn)生抑制質量塊6相對運動的電渦流，形成TMD耗能所需的阻尼，并且可以通過調節(jié)銅板12下面的墊塊11厚度來改變銅板12與永磁鐵13的間隙，實現(xiàn) TMD電渦流阻尼大小的調節(jié)。
權利要求1.一種永磁式電渦流調諧質量阻尼器，包括鋼制導磁底板(10)，該導磁底板(10)兩端各有端板(3)，其特征在于，還包括兩端分別安裝在對應端板(3)上的圓軸(4)和套裝在所述圓軸(4)上并可在該圓軸(4)上滑動的直線軸承座(5)，所述軸承座(5)下部接有質量塊 (6)，質量塊(6)的兩端分別經(jīng)螺旋彈簧(7)與相對應的端板(3)相連；所述質量塊(6)下部接有永磁鐵(13)，該永磁鐵(13)下方設有銅板(12)，所述銅板(12)經(jīng)墊塊(11)與導磁底板(10)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的永磁式電渦流調諧質量阻尼器，其特征是，所述軸承座(5)為 2-4 個。
3.根據(jù)權利要求1所述的永磁式電渦流調諧質量阻尼器，其特征是，所述永磁鐵(13) 至少為兩個。
專利摘要一種永磁式電渦流調諧質量阻尼器，包括鋼制導磁底板(10)，該底板(10)兩端各有端板(3)，特征在于，還包括兩端分別安裝在對應端板(3)上的圓軸(4)和套裝在所述圓軸(4)上并可在該圓軸(4)上滑動的直線軸承座(5)，所述軸承座(5)下部接有質量塊(6)，質量塊(6)的兩端分別經(jīng)螺旋彈簧(7)與相對應的端板(3)相連；所述質量塊(6)下部接有永磁鐵(13)，該永磁鐵(13)下方設有銅板(12)，所述銅板(12)經(jīng)墊塊(11)與底板(10)相連。本實用新型通過特殊設計的電渦流阻尼方式實現(xiàn)了阻尼器的阻尼在較大范圍的可調性，實現(xiàn)了系統(tǒng)剛度與阻尼的完全分離，取消了機械摩擦耗能和應力集中元件，從而避免了常見的TMD損壞失效。
文檔編號E04B1/98GK202023272SQ20112011670
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權日2011年4月20日
發(fā)明者陳政清 申請人:湖南大學