无偏转杆式高频调谐质量减振器制造技术

本实用新型专利技术涉及无偏转杆式高频调谐质量减振器，属于土木工程结构减振技术领域。其解决了现有技术存在的占用空间大、适用性不强、成本高和无法实现精确调频等问题。本实用新型专利技术包括质量块、弹性元件和阻尼元件，所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。本实用新型专利技术适用性更强，性价比更高，可以广泛应用于地铁道床等结构的高频振动控制，市场应用前景十分广阔。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于土木工程结构减振
，具体涉及一种用于控制建筑结构高频振动的调谐质量减振器。
技术介绍
大量工程实践证明，调谐质量减振器(也有文献中称质量调谐阻尼器，或称质量调谐减振器，本文中也简称TMD)是一种有效的振动控制装置，将它的固有频率调整到接近主结构的自振频率，然后安装在主结构上。当主结构受到激振力干扰发生振动时，引起质量调谐减振器的共振，利用调谐质量的振动惯性力反作用于结构本身，从而抵消激振力，达到减小结构反应的目的。要想最大限度发挥质量调谐减振器的减振作用，要求其固有频率要尽可能与主结构的自振频率一致，否则TMD的减振效果就会大幅下降。例如专利号为200410087664.2的中国专利公开了这样一种定向垂直可调式调谐质量减振器，可以用于控制过街天桥或港口栈桥等建筑结构在人行激励作用下引发的共振。但应用过程中发现，现有利用螺旋钢弹簧直接支撑质量块的调谐质量减振器难以适用于15Hz以上的高频振动，原因在于，根据理论力学常识，此类调谐质量减振器的固有频率与全部弹簧的总刚度及全部弹簧的在质量块重力作用下的整体静变形的关系如公式(1)及公式(2)所示：其中：f是频率，单位是Hz；k是全部弹簧的总刚度；m是质量；π是圆周率；g是重力加速度；δ是全部弹簧的整体静变形，单位是mm。由固有频率的计算公式(1)可以知道，现有的此类调谐质量减振器可以对2Hz左右的人行激励等低频振动提供良好的控制，拓展后大致可以适用于10Hz左右的结构振动的减振，但是却很难适用诸如15Hz以上的高频结构振动。这是因为，由计算公式(1)可知，假设在质量m相同的条件下，调谐质量减振器的固有频率为3Hz时所需全部弹簧的总刚度为K，则固有频率为15Hz时所需全部弹簧的总刚度为25K，全部弹簧的总刚度需提高25倍，如果直接利用大刚度的弹簧，则生产成本大大提高，如果利用大量低刚度弹簧并联，则产品平面尺寸很大，同时需要较大的平面空间摆放布置，适用性较差；此外，由公式(2)可以得出，当调谐质量减振器的固有频率为3Hz时，全部弹簧的整体静变形为27.6mm；而固有频率为15Hz时，全部弹簧的整体静变形仅为1.1mm；固为频率为20Hz时，全部弹簧的整体静变形仅为0.6mm。当应用于地铁浮置板等高频振动的控制场所时，所需弹簧的总刚度较大，综合考虑加工难度和经济性，如果采用螺旋钢弹簧一般只能利用多个螺旋钢弹簧并联使用，此类技术方案的缺点在于多个螺旋钢弹簧一起使用时，其加工和组装误差往往就超过了1.1mm，因此根本无法满足工程使用要求。为解决上述问题，有技术人员又研制出新型的高频调谐质量减振器，例如中国专利201310289997.2所述的高频调谐质量减振器，其利用预紧结构对弹性元件进行了预紧，消除了弹性元件初始非线性的影响，使弹性元件始终处于承受的外力与弹性元件的压缩位移成正比的线性变化阶段，高频质量调谐减振器中弹性元件的总刚度和高频调谐质量减振器的工作频率始终保持稳定，因此其可以适用于15Hz以上的高频振动控制。但是，此类技术方案中，由于增设了预紧结构，产品的总高度有所增加，其适用性受到限制，例如在控制地铁浮置板的高频振动时，由于受到钢轨运营的限界高度制约，此类高频调谐质量减振器难以满足使用要求；此类技术中如果采用板簧或碟簧作为弹性元件虽然可以节省空间，但其垂向及横向刚度相互干扰，无法很好地实现垂向和横向同时减振，其适用性也同样受到限制，例如对于钢轨的振动控制这类需要同时控制垂向和横向振动的应用对象就难以满足使用要求；此类技术中如果采用弹性橡胶或弹性聚氨酯等弹性高分子材料作为弹性元件时，其减振性能易受到环境影响，例如在高温、酸碱度等，而且耐火能力也较差，因此适用性也受限。另外，此类高频调谐质量减振器普遍造价较高，一般只能少量应用于工程要求精度很高的场所，在轨道、桥梁等需要大批量使用的领域，由于价格问题，难以大规模推广使用。再有，专利申请号为201110107528.5的中国专利提出了一种用于悬臂式空心薄壁转子的调谐质量减振器，包括主体机构和支撑机构，主体机构包括辅助质量块、连接杆和两个球面轴承块，所述的支撑机构包括两个端盖、空心圆筒、定位套筒和球承轴，其中，辅助质量块与连接杆为结合件，辅助质量块位于连接杆的中部，连接杆两端各设有一个球面轴承块，两个球面轴承块嵌入在各自相对的端盖中，两个端盖将主体机构密封于空心圆筒中。其利用辅助质量块提供质量，连接杆提供刚度，所述的球面轴承块与端盖之间采用油脂润滑，改变球面轴承与端盖内部的接触情况即可改变减振器的阻尼，能够减小悬臂式空心薄壁转子转动时的高频振动。但是此类结构中，由于连接杆设置在辅助质量块的中心处，对抗偏心扭转精度要求高，无法保证辅助质量块的平衡，辅助质量块的工作姿态并不稳定，其运动时的姿态往往不仅有移动，同时还有扭转，无法实现精确调频，导致系统的实际工作频率与设计频率存在偏差，从而影响最终的减振效果。为了提高稳定性，一般需要增加导向结构，一方面增加了结构的复杂性，提高了成本；另一方面也限制了振动控制的方向性，通常仅能实现单一方向的减振功能，适用性不强。综上所述，市场迫切要求开发一种占用空间小，适用性更强，适于工程现场精确调频，成本低，可以规模化生产并使用的高频调谐质量减振器。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构紧凑，成本低，易于工程现场精确调频，适于规模化生产并使用的无偏转杆式高频调谐质量减振器。本技术无偏转杆式高频调谐质量减振器是这样实现的，包括质量块、弹性元件和阻尼元件，所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。本技术中所述弹性杆的横截面轮廓形状可以为正方形、三角形、圆形、五边形、六边形、矩形、椭圆形或菱形等，特别要指出的是，当弹性杆的横截面轮廓形状为三角形、矩形、椭圆形或菱形等垂向与横向非对称形状时，由于弹性杆的横向刚度和垂向刚度不同，经过优化设计后，可以针对性地分别控制待减振结构的横向高频振动和垂向高频振动。优选的，所述弹性杆为金属材料、碳纤维材料、工程塑料或玻璃钢等高强度材料制成的棒或管。此外，为了方便与其他结构进行装配或固定，可以在所述弹性杆的外表面至少局部设置螺纹。为了实现工程现场准确调频，本技术无偏转杆式高频调谐质量减振器中弹性杆上还可以设置频率调节装置。所述频率调节装置的结构可以多种多样，例如，频率调节装置包括成对设置的频率调节轴套，所述频率调节轴套在质量块的两侧对称设置，频率调节轴套套设并固定在弹性杆上；或者，所述频率调节装置包括成对设置的螺纹式频率调节轴套，所述螺纹式频率调节轴套对称地设置在质量块的两侧并与质量块通过螺纹结构相连，螺纹式频率调节轴套套设在弹性杆上；或者所述频率调节装置包括至少二个横梁，弹性杆分别设置在横梁的两端，质量块固定设置在横梁上并且通过横梁与弹性杆相连。此外，为了便于将横梁固定在弹性杆上，弹性杆与横梁之间还可以设置锁止装置，所述锁止装置包括横梁上设置的锁紧螺钉或弹性杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无偏转杆式高频调谐质量减振器，包括质量块、弹性元件和阻尼元件，其特征在于所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。

【技术特征摘要】
1.一种无偏转杆式高频调谐质量减振器，包括质量块、弹性元件和阻尼元件，其特征在于所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。2.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述弹性杆的外表面至少局部设置螺纹。3.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于弹性杆上设置频率调节装置。4.根据权利要求3所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述频率调节装置包括成对设置的频率调节轴套，所述频率调节轴套在质量块的两侧对称设置，频率调节轴套套设并固定在弹性杆上。5.根据权利要求3所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述频率调节装置包括至少二个横梁，弹性杆分别设置在横梁的两端，质量块固定设置在横梁上并且通过横梁与弹性杆相连。6.根据权利要求5所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于弹性杆与横梁之间还设置锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹学军，谭文，刘兴龙，邹东，刘浪静，黄红东，刘焕欣，党红玲，刘铁民，王建立，孔祥斐，王建，高星亮，陈常福，
申请(专利权)人：青岛科而泰环境控制技术有限公司，尹学军，青州科而泰重工有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37