一種擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器

本發(fā)明涉及阻尼減振領(lǐng)域，尤其涉及一種擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器。

背景技術(shù)：

1、調(diào)諧質(zhì)量減振器（tmd）已廣泛用于橋梁等大型結(jié)構(gòu)的振動抑制與衰減，其主要由質(zhì)量單元、剛度單元和阻尼單元組成，通過將自身頻率調(diào)諧至與結(jié)構(gòu)振動頻率相近達(dá)到減振目的。其中，擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器作為調(diào)諧質(zhì)量減振器的一種常用類型，其剛度單元（擺臂單元）擺長較長，減振器尺寸大，擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部設(shè)施多、空間緊湊）、高層建筑等空間受限的減振場合時有效行程將受到限制，從而無法發(fā)揮優(yōu)良的減振效果。同時，現(xiàn)有的調(diào)諧質(zhì)量減振器通常采用線性阻尼進(jìn)行耗能，其在日常和極端工況下的耗能減振效果難以同時滿足，存在質(zhì)量單元與被控結(jié)構(gòu)在極端工況下與被控結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向碰撞的風(fēng)險，擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器在極端環(huán)境下的安全穩(wěn)定性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在相同質(zhì)量單元振動頻率和有效質(zhì)量的情況下減少占用空間，減振效果優(yōu)良的擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器，包括質(zhì)量單元、擺臂單元和耗能單元，所述質(zhì)量單元包括上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊，所述上質(zhì)量塊通過所述擺臂單元與被控結(jié)構(gòu)擺動連接，所述下質(zhì)量塊通過水平導(dǎo)向組件可水平移動地支撐于所述被控結(jié)構(gòu)；所述耗能單元包括線性阻尼組件和非線性阻尼組件，所述線性阻尼組件設(shè)于所述下質(zhì)量塊的底部，所述非線性阻尼組件包括對稱設(shè)于所述質(zhì)量單元兩側(cè)的直線型阻尼器，所述上質(zhì)量塊與所述下質(zhì)量塊通過所述直線型阻尼器連接。

4、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

5、擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器還包括豎直導(dǎo)向組件，所述豎直導(dǎo)向組件包括相互套接的軸向?qū)蛱缀蛯?dǎo)向桿，所述軸向?qū)蛱棕Q向安裝于所述上質(zhì)量塊，所述導(dǎo)向桿固定于所述下質(zhì)量塊，所述導(dǎo)向桿的頂端穿過所述軸向?qū)蛱?，所述?dǎo)向桿的頂端部設(shè)有防止上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊相互脫離的上限位部。

6、擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器還包括防止質(zhì)量單元超限碰撞的限位彈簧，所述導(dǎo)向桿設(shè)有可沿導(dǎo)向桿軸向移動的下限位部，所述限位彈簧安裝于所述上限位部和所述下限位部之間，所述軸向?qū)蛱缀退鱿孪尬徊恐g留有在所述上質(zhì)量塊位移超限時相互接觸的超限碰撞空間。

7、擺式調(diào)諧質(zhì)量減振器還包括上質(zhì)量塊安裝架，所述上質(zhì)量塊放置于所述上質(zhì)量塊安裝架的上部，所述上質(zhì)量塊安裝架的下部設(shè)有導(dǎo)向安裝空間，所述軸向?qū)蛱孜挥谒鰧?dǎo)向安裝空間內(nèi)、并通過水平安裝架安裝于所述上質(zhì)量塊安裝架。

8、所述上質(zhì)量塊安裝架包括放置上質(zhì)量塊的上部架體、設(shè)置導(dǎo)向安裝空間的下部架體，以及連接上部架體和下部架體的水平連接板，所述擺臂單元包括擺臂和固定連接件，所述水平連接板設(shè)有帶有弧形內(nèi)側(cè)壁的鉸接孔，所述擺臂穿過所述鉸接孔、并通過所述固定連接件固定于所述下部架體。

9、所述下質(zhì)量塊的下側(cè)中心位置設(shè)有限位緩沖部，所述限位緩沖部在所述下質(zhì)量塊移動至預(yù)設(shè)極限位置時與所述水平導(dǎo)向組件限位配合。

10、所述水平導(dǎo)向組件包括雙導(dǎo)軌組件或多個牛眼軸承；

11、所述雙導(dǎo)軌組件包括上導(dǎo)軌部件和下導(dǎo)軌部件，所述下導(dǎo)軌部件的下導(dǎo)軌為四個呈十字形布置的下導(dǎo)軌，所述下導(dǎo)軌部件的下滑塊與所述上導(dǎo)軌部件的上滑塊垂直交叉連接，所述下質(zhì)量塊通過下安裝架安裝于所述上導(dǎo)軌部件的上導(dǎo)軌；所述限位緩沖部設(shè)于呈十字形布置的所述下導(dǎo)軌的中心處；所述線性阻尼組件設(shè)于所述下安裝架的四角；

12、當(dāng)所述水平導(dǎo)向組件包括多個牛眼軸承時，所述線性阻尼組件與所述牛眼軸承錯開布置于所述下安裝架。

13、所述質(zhì)量單元通過安裝傳力架與被控結(jié)構(gòu)連接，所述安裝傳力架包括套設(shè)于質(zhì)量單元外側(cè)的安裝架體、設(shè)于安裝架體底端的水平安裝板、連接于安裝架體與被控結(jié)構(gòu)之間的傳力架體；所述擺臂單元依次通過所述安裝架體和所述傳力架體與所述被控結(jié)構(gòu)連接；所述水平導(dǎo)向組件和所述線性阻尼組件安裝于所述下質(zhì)量塊與所述水平安裝板之間。

14、所述安裝傳力架還包括調(diào)節(jié)擺臂單元高度的高度調(diào)節(jié)組件，所述高度調(diào)節(jié)組件包括升降調(diào)節(jié)架、升降調(diào)節(jié)繩和繩體固定架，所述擺臂單元鉸接于所述升降調(diào)節(jié)架，所述升降調(diào)節(jié)架可豎向滑動地安裝于所述安裝架體，所述繩體固定架設(shè)于所述升降調(diào)節(jié)架的上方，所述升降調(diào)節(jié)繩的底端與所述升降調(diào)節(jié)架固定連接，所述升降調(diào)節(jié)繩的頂端通過繩體夾緊限位件與所述繩體固定架可調(diào)高度地連接。

15、所述線性阻尼組件為電渦流阻尼組件，所述電渦流阻尼組件包括耗能磁鋼和導(dǎo)體板，所述耗能磁鋼和所述導(dǎo)體板相對布置于所述下質(zhì)量塊和所述被控結(jié)構(gòu)之間。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

17、（1）本發(fā)明首次將質(zhì)量單元分體設(shè)置為上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊，分體設(shè)置后擺臂擺長與上質(zhì)量塊在質(zhì)量單元總質(zhì)量的占比為正比例關(guān)系，當(dāng)質(zhì)量單元需要特定振動頻率時，通過減小上質(zhì)量塊的質(zhì)量占比，擺臂擺長可相比現(xiàn)有單質(zhì)量塊的擺臂擺長更短。因此，在相同質(zhì)量單元振動頻率、相同有效質(zhì)量的情況下，本發(fā)明通過上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊的分體設(shè)置、調(diào)整上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊的占比，可有效減小擺臂單元的擺臂擺長，大幅降低了減振器的豎向占用空間，可適用于風(fēng)致振動（具有水平振動為主、振動頻率低和振動幅度大的特點(diǎn)）為主、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等空間受限結(jié)構(gòu)的減振。

18、（2）本發(fā)明在質(zhì)量塊分體設(shè)置的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過線性阻尼組件和非線性阻尼組件的組合設(shè)置形式有效實(shí)現(xiàn)了減振器在正常和極端工況下的優(yōu)良減振耗能效果。具體講：非線性阻尼組件的阻尼大小與質(zhì)量塊的水平位移呈非線性關(guān)系，減振器在日常運(yùn)行工況時，質(zhì)量單元水平位移小，此時，非線性阻尼組件提供的阻尼可忽略不計，其主要通過線性阻尼組件提供阻尼力即可達(dá)到優(yōu)良的減振效果。減振器在極端工況、振幅超出預(yù)設(shè)行程（如地震、極端風(fēng)或急停等會造成沖擊的工況）時，質(zhì)量單元水平位移大，使得非線性阻尼組件的阻尼呈非線性增大，此時，非線性阻尼組件開始起作用，通過線性阻尼組件和非線性阻尼組件組合提供阻尼的形式有效減小了質(zhì)量塊在極端工況下的振動幅度，降低了質(zhì)量單元與被控結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向碰撞的概率。

19、可見，減振器在設(shè)計行程內(nèi)通過線性阻尼組件獲得優(yōu)良的阻尼減振效果；減振器在極端工況、振幅超出預(yù)設(shè)行程，通過非線性阻尼組件和線性阻尼組件共同發(fā)揮作用，獲得優(yōu)良的阻尼減振效果，從而減小地震、極端風(fēng)或急停等極端工況下調(diào)諧質(zhì)量減振器的振幅，有效防止減振器超限碰撞的發(fā)生。

20、（3）非線性阻尼組件包括對稱設(shè)于質(zhì)量單元兩側(cè)的直線型阻尼器，直線型阻尼器使得上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊豎向運(yùn)動解耦，即解除上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊豎向相對運(yùn)動約束，此時，使得下質(zhì)量塊不會隨著上質(zhì)量塊擺動同步豎向移動，下質(zhì)量塊仍維持在原水平面內(nèi)運(yùn)動，此時，下質(zhì)量塊與被控結(jié)構(gòu)之間的間隙不變，下質(zhì)量塊通過水平導(dǎo)向組件可平面內(nèi)自由運(yùn)動地支撐于被控結(jié)構(gòu)，其使得設(shè)置于間隙處的線性阻尼組件空隙不變，可保持線性阻尼組件的線性阻尼減振效果，保證線性阻尼組件減振功能的可靠運(yùn)行。

21、豎向運(yùn)動解耦后，阻尼器的回復(fù)力（彈力）將單獨(dú)由上質(zhì)量塊的重力提供，而下質(zhì)量塊的重力完全由水平導(dǎo)向組件承受、其不提供回復(fù)力。同時，直線型阻尼器使得上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊的水平運(yùn)動耦合，即水平方向上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊是共同運(yùn)動的，阻尼器的水平慣性力（質(zhì)量單元的有效質(zhì)量）是上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊之和，質(zhì)量單元的有效質(zhì)量與傳統(tǒng)單質(zhì)量塊的有效質(zhì)量不變。也即，上質(zhì)量塊與下質(zhì)量塊豎向相對運(yùn)動、互不影響，水平方向共同運(yùn)動，可達(dá)到質(zhì)量單元在相同頻率、相同有效質(zhì)量下有效縮短擺臂擺長的目的，是縮短減振器擺臂擺長的必要設(shè)置結(jié)構(gòu)，也是分離質(zhì)量擺式阻尼器的基本原理。

22、（4）在擺臂單元斷裂等極端工況時，水平導(dǎo)向組件可起到支撐減振器整體結(jié)構(gòu)的作用，且直線型阻尼器在上質(zhì)量塊下落過程中可提供緩沖、使上質(zhì)量塊平穩(wěn)落在下質(zhì)量塊上，保證減振器在極端環(huán)境下的安全性。