本發明涉及土木工程技術領域,尤其是涉及一種電渦流自變頻調諧質量阻尼器。
背景技術:
在當今社會,調諧質量阻尼器因為有對原建筑結構改動小、施工方便、減振控制效果顯著等優點而被廣泛關注,并在國內外的建筑結構中都有應用,如臺北101大廈、上海中心等。但傳統的調諧質量阻尼器具有對頻率的調諧敏感性的缺點,不僅建筑結構的自身損傷等會影響調諧質量阻尼器的減振效果,某些時候其自身的特性,如粘滯阻尼器的退化、彈簧的銹蝕或當建筑結構的某一構件作為調諧質量阻尼器的質量時質量的變化也會影響其控制效果。而且,設計時結構的自振頻率估計值與其實際自振頻率存在差異因此,如何實現調諧質量阻尼器的自適應控制,使其能實時調節自身頻率與結構的頻率相近,以達到良好的減振效果,就成為了一個新的很有意義的研究方向。
黏滯阻尼采用液壓黏滯阻尼器提供阻尼,在提供阻尼的同時,也會有一定剛度,無法做到剛度與阻尼的完全分離,影響設計分析。而且,液壓黏滯阻尼器還存在漏油、不易養護、后期難以調節等問題,增加維護的難度和成本。
電渦流阻尼是對液壓黏滯阻尼的一大創新。電渦流阻尼器的原理是,導體質量塊在運動時切割磁感線,根據法拉第電磁感應原理,在導體內就會產生感應電動勢,形成電渦流,將振動能量轉化為導體的熱量,從而實現振動控制。電渦流阻尼器的優勢在于:磁體與導體之間沒有直接接觸,無摩擦阻尼和磨損;不受溫度等環境影響;不存在漏油等狀況,易于維護且耐久性好。
但現有的電渦流調諧質量阻尼器也很難調節自身頻率。一旦由于上文所述原因,致使其頻率與結構頻率有所偏差,減振效果將大為下降。
技術實現要素:
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種質量可調節、能耗小、結構簡化、無需外部能源、避免摩擦、減振效果好的電渦流自變頻調諧質量阻尼器。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
一種電渦流自變頻調諧質量阻尼器,設置在建筑主結構上,通過調諧頻率實現減振,該阻尼器包括彈簧、固定質量塊、可變質量塊、永磁體棒、伺服控制組件以及固定在主結構上的供調節質量塊,所述的永磁體棒上端分別依次穿過固定質量塊和可變質量塊中央的永磁體棒槽道并通過螺母固定,下端伸入到開設于供調節質量塊中心的電磁槽內,并且與設置在電磁槽內的導體板相對感應設置,所述的彈簧套設在永磁體棒外部,并且上端與固定質量塊連接,下端與供調節質量塊連接,所述的伺服控制組件分別與可變質量塊和供調節質量塊連接;
當可變質量塊與固定質量塊發生豎向振動時,永磁體棒與設置在電磁槽內的導體板感應產生電渦流,通過導體板發熱進行耗能,同時伺服控制組件通過改變供調節質量塊和可變質量塊的質量調節阻尼器的頻率,使阻尼器自身頻率與主結構的頻率相同。
所述的可變質量塊和供調節質量塊均為一可存放固體的容器。
所述的阻尼器還包括質量調節組件,該質量調節組件包括單片機控制器、設置在可變質量塊頂部的第一加速度傳感器、設置在主結構上的第二加速度傳感器以及分別與固定質量塊和供調節質量塊連接的質量驅動單元,所述的第一加速度傳感器、第二加速度傳感器和質量驅動單元分別與單片機控制器通信。
所述的固體為砂粒或碎石。
所述的導體板的為銅制導體板或鋁制導體板。
所述的永磁體棒的材質為稀土永磁材料、釤鈷、鋁鎳鈷或鐵氧體永磁材料。
所述的永磁體棒的直徑為10-20mm,長度為300-600mm。
所述的導體板與永磁體棒下端的間距為為10-30mm。
所述的質量驅動單元包括電磁閥和砂石泵。
與現有技術相比,本發明具有以下優點:
一、質量可調節、能耗小:本發明的電渦流自變頻調諧質量阻尼器,可變質量塊和供調節質量塊的質量可通過伺服控制組件進行精確調節,且無須實時調節,僅在選定時段進行即可,所需供電量小,能夠精確調節調諧質量阻尼器頻率與主結構頻率相同。
二、結構簡化、無需外部能源:本發明能簡化結構的抗風和抗震的分析設計,采用永磁體棒-導體板的阻尼裝置提供阻尼力,改善了傳統黏滯阻尼器的缺陷,又無需外界提供能源。
三、避免摩擦、減振效果好:永磁體棒與導體板之間存在一定的間隔,無摩擦阻尼和磨損,實現剛度與阻尼的分離,耐久性好,達到良好的減振效果,同時又具有安裝簡單、操作便捷的優點。
附圖說明
圖1為本發明的主視圖。
圖2為本發明的俯視圖。
圖3為圖2中B-B剖面圖。
圖4為圖1中A部的局部放大圖。
其中,1、可變質量塊,2、固定質量塊,3、彈簧,4、永磁體棒,5、永磁體棒槽道,6、單片機控制器,7、質量驅動單元,8、第一加速度傳感器,9、第二加速度傳感器,10、供調節質量塊,11、導體板,12、螺母,13、伺服控制組件,14、電磁槽,15、主結構。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例:
如圖1-3所示,本發明提供一種電渦流自變頻調諧質量阻尼器,該阻尼器由固定質量塊2、可變質量塊1、永磁體棒4、電磁槽14、導體板11、彈簧3、供調節質量塊10及伺服控制組件13組成,其中:
彈簧3的底端與供調節質量塊10的頂部相連接,彈簧3的頂端與固定質量塊2的底部相連接,可變質量塊1固定設置于固定質量塊2的頂部,可變質量塊1和固定質量塊2的中心均開有永磁體棒槽道5。
電磁槽14位于供調節質量塊10的頂面中心處,永磁體棒4的上端用螺母12固定于可變質量塊1的頂部,穿過永磁體棒槽道5后,下端插入電磁槽14內,如圖4所示,可變質量塊1與固定質量塊2發生豎向振動時,永磁體棒4與設置于電磁槽14內的導體板11感應產生電渦流,通過導體板11發熱耗能。
可變質量塊1和供調節質量塊10的為可存放固體的容器,可變質量塊1和供調節質量塊10所需的質量由放入容器內的固體例如細砂、砂石等提供。
單片機控制器6接受并處理第一加速度傳感器8和第二加速度傳感器9信號后,可一次性精確計算所需調節的質量,并控制質量驅動單元7一次性完成可變質量塊1的質量調節;
可變質量塊1、固定質量塊2和供調節質量塊10的材料可為銅、鐵、鋁等,形狀可為圓柱體、長方體、凹槽體等,高度可為50毫米至200毫米,直徑可為300毫米至500毫米等,具體形狀和參數可分別根據實際控制結構的質量和頻率調節范圍需要確定。本發明可通過調節永磁體棒4和導體板11的材質、尺寸和兩者之間的間隔大小等調節電渦流阻尼。
質量驅動單元7的具體形式可根據固體質量的形式確定,通常設置為電磁閥和砂石泵組合的形式。
本發明的使用方法如下:
1、安裝本發明的電渦流自變頻調諧質量阻尼器時,往可變質量塊1和供調節質量塊10中加入適量固體,啟動伺服控制組件13,單片機控制器6接受并處理第一加速度傳感器8和第二加速度傳感器9信號后,可一次性精確計算所需調節的質量,并控制質量驅動單元7一次性完成可變質量塊1的質量調節,關閉伺服控制組件13。
2、經過一段時間的使用后,主結構可能與電渦流自變頻調諧質量阻尼器的頻率有所偏差。啟動伺服控制組件13,單片機控制器6接受并處理第一加速度傳感器8和第二加速度傳感器9信號后,可一次性精確計算所需調節的質量,并控制質量驅動單元7一次性完成可變質量塊1的質量調節,關閉伺服控制組件13。
這里本發明的描述和應用是說明性的,并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的,對于那些本領域的普通技術人員來說,實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是,在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下,本發明可以以其它形式、結構、布置、比例,以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下,可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。