一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器及其工作方法，阻尼器包括：底部安装钢板以及固定在底部安装钢板上的螺旋弹簧和工作缸，工作缸顶部栓接上钢板，工作缸内部设置质量块和运动导杆，上钢板底部和底部安装钢板上部分别安装固定粘弹性缓冲装置。本发明专利技术阻尼器可以减轻阻尼器碰撞、冲程超限引起的控制不稳定性，提高调谐质量阻尼器在低频竖向振动控制上的性能，避免因弹簧较大静变形而引起的性能退化问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器及其工作方法
本专利技术公开了一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器及其工作方法，涉及土木、机械领域。
技术介绍
随着高性能、多功能建筑材料的研发和工业技术水平的大幅提高，大跨度、超大跨度桥梁逐年增多。由于跨度的增长、重量的减轻，现代桥梁结构往往具有较低的模态频率和模态阻尼比。在强风、地震激励、人致激励、船只碰撞作用下，现代桥梁结构会产生较大的振动乃至出现损伤，影响到其功能性甚至安全性。其中现代桥梁结构竖向涡激振动的发生最为频繁，具有低频振动和低风速产生的两重特性，影响了桥梁各构件的疲劳寿命和行车舒适度。为了减小竖向涡激振动对现代桥梁结构的影响，结构振动控制技术被用来抑制此类振动，如增设气动装置、安装阻尼器。其中调谐质量阻尼器在现代桥梁结构涡激振动控制的应用最为广泛，即通过布置调谐质量阻尼器提高桥梁的模态阻尼比，进而使加速度和位移达到规范的限值。然而，现有调谐质量阻尼器的性能不能很好地满足现代桥梁竖向涡激振动控制的要求，体现在三方面：第一，低频振动下弹簧过大静伸长容易引起弹簧性能的退化，经理论推导，工作频率1Hz的调谐质量阻尼器的弹簧静伸长达1m；第二，调谐质量阻尼器中的油阻尼器在长期高频次工作条件下易产生密封性下降、材料性能退化等问题；第三，调谐质量阻尼器由于工作机制原因对桥梁的模态参数（主要是模态频率）的变异极为敏感。相比油阻尼器，粘弹性阻尼材料既能提供刚度也能提供阻尼，也不存在密封性问题，具有拉压、弯曲、剪切的等多种受力形式，制作工艺成熟，设计多样且简单，成本较低，已经成为结构振动控制中应用最为广泛的阻尼材料之一。半主动控制技术根据系统的动态响应和外部激励特性，通过减振装置改变受控系统的刚度和阻尼特性，进而减小系统的动态响应，该技术具有主动控制的高效性和被动控制的稳定性和低耗性。因此，专利技术一种含有粘弹性阻尼材料的可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器很有必要且具有广泛的应用前景。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器可以避免因弹簧过大静伸长而引起的性能退化问题，通过控制粘弹性减振片的长度实现阻尼器刚度和阻尼的实时可调，高性能粘弹性缓冲装置可以大大减轻阻尼器碰撞、冲程超限引起的控制不稳定性，提高调谐质量阻尼器在低频竖向振动控制上的性能。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，包括：底部安装钢板以及固定在底部安装钢板上的螺旋弹簧和工作缸，所述工作缸顶部开口，工作缸内部设置质量块和运动导杆，所述工作缸顶部栓接上钢板，所述上钢板底部和底部安装钢板上部分别安装固定粘弹性缓冲装置，所述粘弹性缓冲装置用于吸收调谐质量阻尼器在大幅值运动和极限冲程条件下产生的冲击动能；所述运动导杆垂直贯穿于质量块和螺旋弹簧内部，所述底部安装钢板的顶部位于所述工作缸的外围沿工作缸的外周对称设置多个工作平台单元，每个所述工作平台单元上设置若干作动器，所述作动器的作动头连接粘弹性减振片一端，粘弹性减振片另一端通过工作缸侧壁预留孔道伸入工作缸内部与所述质量块的外壁弹性支撑连接；控制器，与若干所述作动器控制连接。多根所述运动导杆均匀布置贯穿螺旋弹簧和质量块内部，且导杆上端与上钢板的间距小于质量块高度的一半。每个所述粘弹性缓冲装置均由两片第一竖直钢板、一片第一水平钢板和一片第一厚粘弹性材料层高温高压硫化组合而成。所述粘弹性缓冲装置外部和粘弹性减振片外部均包裹保护橡胶层。每个所述工作平台单元均由一片第二竖直钢板和若干层平行设置的第二水平钢板焊接而成，每层水平钢板上栓接一个作动器，粘弹性减振片的一端端部设置L形连接头，L形连接头通过内部预留螺栓孔和连接螺栓与作动器的作动头相连，通过实时改变作动头的运动幅值，改变粘弹性减振片伸入工作缸内部的长度，进而调整粘弹性减振片提供给质量块的弹性力和阻尼力大小。所述作动器为小型电磁式直流电机，并通过螺栓固定在工作平台单元的水平钢板上。所述粘弹性减振片由弹性薄钢板和第二厚粘弹性材料层高温高压硫化叠合而成。所述工作缸上端与上钢板底部之间栓接连接。本专利技术还进一步公开了一种基于所述可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器的工作方法，当质量块安装在螺旋弹簧上部，伸入工作缸的粘弹性减振片阻碍质量块向下移动，变形后的粘弹性减振片给弹簧和质量块提供较大静态竖向刚度，减小了螺旋弹簧的压缩变形，避免调谐质量阻尼器因螺旋弹簧较大静变形而引起的性能退化问题；当受控结构振动时，调谐质量阻尼器进入工作状态，螺旋弹簧和粘弹性减振片产生动态变形，粘弹性减振片提供的机制由较大的静态刚度转变为较小的动态刚度和合适的阻尼，实现了调谐质量阻尼器最优调谐；结构监测系统实时监测受控结构的动力响应和外界激励特性，通过控制系统向作动器发送指令，作动器的作动头通过连接头实时改变粘弹性减振片伸入工作缸内部的长度，进而调整粘弹性减振片提供给质量块的弹性力和阻尼力大小，保证调谐质量阻尼器实现刚度和阻尼实时可调，当调谐质量阻尼器产生较大振幅时，质量块碰撞粘弹性缓冲装置，粘弹性缓冲装置产生变形，向质量块提供均匀对称的缓冲反力，既能保证调谐质量阻尼器不发生冲程破坏，又能缓解调谐质量阻尼器的振动状态，保证调谐质量阻尼器的控制稳定性。有益效果：相比于现有技术，本专利技术的可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器通过粘弹性减振片实现了“静高动低”的刚度机制，避免了因弹簧较大静变形而引起的性能退化问题；通过控制粘弹性减振片的长度实现阻尼器刚度和阻尼的实时可调，提高了调谐质量阻尼器的控制鲁棒性；通过设置高性能粘弹性缓冲装置减轻了因阻尼器碰撞、冲程超限引起的控制不稳定性；整体上提高了调谐质量阻尼器在低频竖向振动控制上的性能。附图说明图1为专利技术可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器的结构示意图；其中，1、底部安装钢板；2、螺旋弹簧；3、工作缸；4、运动导杆；5、质量块；6、上钢板；7、螺栓；8、粘弹性缓冲装置；9、工作平台单元；10、作动器；11、粘弹性减振片；12、预留孔道；81、第一竖直钢板；82、第一水平钢板；83、第一厚粘弹性材料层；91、第二竖直钢板；92、第二水平钢板图2为专利技术可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器的横向剖面图；图3为专利技术可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器中粘弹性减振片及接头的结构示意图；其中，111、薄钢板；112、第二厚粘弹性材料层；121、预留螺栓孔。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对专利技术的技术方案进行详细说明。实施例如图1—3所示，本专利技术可调式低频竖向减振调谐质量阻尼器，包括底部安装钢板1以及固定在底部安装钢板1上的螺旋弹簧2和工作缸3，工作缸3为顶部开口的空心矩形缸筒，工作缸3内部设置矩形质量块5和运动导杆4，四根运动导杆4为实心悬臂圆钢杆，运动导杆4底部均匀对称焊接在底部安装钢板1上，矩形质量块5内部预留孔道，运动导杆4通过预留孔道垂直贯穿矩形质量块5和螺旋弹簧2，保证矩形质量块5和螺旋弹簧2能够沿着垂直方向进行运动和变形，运动导杆4超出质量块5的长度要大于调谐质量阻尼器设计的极限冲程。通过改变螺旋弹簧2的规格可以调整调谐质量阻尼器的竖向刚度。工作缸3栓接上钢板6，既能保证工作缸3的密封性，也方便打开上钢板6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：包括：底部安装钢板以及固定在底部安装钢板上的螺旋弹簧和工作缸，所述工作缸顶部开口，工作缸内部设置质量块和运动导杆，所述工作缸顶部栓接上钢板，所述上钢板底部和底部安装钢板上部分别安装固定粘弹性缓冲装置，所述粘弹性缓冲装置用于吸收调谐质量阻尼器在大幅值运动和极限冲程条件下产生的冲击动能；所述运动导杆垂直贯穿于质量块和螺旋弹簧内部，所述底部安装钢板的顶部位于所述工作缸的外围沿工作缸的外周对称设置多个工作平台单元，每个所述工作平台单元上设置若干作动器，所述作动器的作动头连接粘弹性减振片一端，粘弹性减振片另一端通过工作缸侧壁预留孔道伸入工作缸内部与所述质量块的外壁弹性支撑连接；控制器，与若干所述作动器控制连接。

【技术特征摘要】
1.一种可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：包括：底部安装钢板以及固定在底部安装钢板上的螺旋弹簧和工作缸，所述工作缸顶部开口，工作缸内部设置质量块和运动导杆，所述工作缸顶部栓接上钢板，所述上钢板底部和底部安装钢板上部分别安装固定粘弹性缓冲装置，所述粘弹性缓冲装置用于吸收调谐质量阻尼器在大幅值运动和极限冲程条件下产生的冲击动能；所述运动导杆垂直贯穿于质量块和螺旋弹簧内部，所述底部安装钢板的顶部位于所述工作缸的外围沿工作缸的外周对称设置多个工作平台单元，每个所述工作平台单元上设置若干作动器，所述作动器的作动头连接粘弹性减振片一端，粘弹性减振片另一端通过工作缸侧壁预留孔道伸入工作缸内部与所述质量块的外壁弹性支撑连接；控制器，与若干所述作动器控制连接。2.根据权利要求1所述的可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：多根所述运动导杆均匀布置贯穿螺旋弹簧和质量块内部，且导杆上端与上钢板的间距小于质量块高度的一半。3.根据权利要求1所述的可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：每个所述粘弹性缓冲装置均由两片第一竖直钢板、一片第一水平钢板和一片第一厚粘弹性材料层高温高压硫化组合而成。4.根据权利要求1所述的可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：所述粘弹性缓冲装置外部和粘弹性减振片外部均包裹保护橡胶层。5.根据权利要求1所述的可调式的低频竖向减振调谐质量阻尼器，其特征在于：每个所述工作平台单元均由一片第二竖直钢板和若干层平行设置的第二水平钢板焊接而成，每层第二水平钢板上栓接一个作动器，粘弹性减振片的一端端部设置L形连接头，L形连接头通过内部预留螺栓孔和连接螺栓与作动器的作动头相连，通过实时改变作动头的运动幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐赵东，戴军，李强强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32