一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器。本实用新型专利技术的技术要点是，它包括安装于结构上的底板，底板上面沿圆周线上均匀固定有若干根竖直的立柱，底板上安装有一个球形铰链；所述球形铰链包括固接于底板上圆周线中心的铰链座，铰链座中心设有一个球面形凹槽，球面形凹槽内相对应安装有铰链中心球，铰链中心球上部与竖直的中心摆杆底部固接；所述中心摆杆顶部设有质量块；在中心摆杆的下部同一平面内设有与立柱对应连接的主弹簧，以保持中心摆杆竖直。本实用新型专利技术利用球形铰链内中心摆杆可以万向摆动的特性，抑制结构水平振动，其固有频率可调节，在摆杆较短的情况下轻松实现超低频，且安装方便，成本降低。

A spherical hinged ultra-low frequency universal vibration tuned mass damper

The utility model discloses a spherical hinged ultra-low frequency universal vibration tuned mass damper. The technical key point of the utility model is that the utility model comprises a base plate which is installed on the structure, on the base plate there are several vertical columns uniformly fixed along the circumference, and a spherical hinge is installed on the base plate; the spherical hinge comprises a hinge seat which is fixedly connected to the center of the circumference on the base plate, the center of the hinge seat is provided with a spherical groove, and the hinge center is correspondingly installed in the spherical groove The upper part of the hinge center ball is fixedly connected with the bottom of the vertical center swing bar; the top of the center swing bar is provided with a mass block; the lower part of the center swing bar is provided with a main spring corresponding to the column in the same plane to keep the center swing bar vertical. The utility model makes use of the feature that the central swing bar in the spherical hinge can swing all the way to suppress the horizontal vibration of the structure, the natural frequency of which can be adjusted, and the ultra-low frequency can be easily realized under the condition that the swing bar is short, and the installation is convenient and the cost is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器
本技术属于调谐减振
，具体涉及一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器。
技术介绍
目前，风力发电机塔筒的高度达到140m以上，而塔筒直径仅4m左右，风机塔筒在大风的作用下易发生大幅振动，强烈的振动易引发塔筒疲劳损伤、混凝土基础疲劳开裂、发电机主轴断裂及其它许多问题。由于风机塔筒主要振动形式为弯曲振动，其任意横截面为圆形，振动方向为水平方向，并且塔筒的弯曲方向随风向的变化而不断变化。如图1所示为悬臂式调谐减振阻尼器(TMD)，下部必须为弹性杆件，因存在压杆失稳问题，不能设计出低频的TMD；如图2所示为弹簧质量式TMD，由于摩擦力的存在，下面必须设计滚轮，其振动方向不可调；因此，现有水平减振都采用摆式调谐减振阻尼器(TMD)，结构如图3所示，为吊索悬挂质量块的形式，能适应塔筒横截面水平万向振动的特点，目前塔筒减振都采用摆式TMD。图1至图3中，m为质量块的质量，k为弹簧刚度，L为摆长。采用绳索悬挂质量块方式的摆式TMD，其固有频率其中，ωn为摆式TMD的固有频率，g为重力加速度，l为摆长。TMD的减振原理如图4所示，图4中，m为质量块的质量，k为弹簧刚度，c为阻尼器阻尼，M为主结构的质量，k1为主结构刚度，c1为主结构阻尼，F为结构所受到的风、流体等激励荷载的动力部分，F0为外激励的幅值，ω为外激励的频率，t为时间。当结构发生大幅振动时，利用共振原理，即TMD的固有频率与结构固有频率一致，使TMD发生大幅振动，利用TMD的惯性力平衡外加激励，从而抑制结构的振动。TMD的减振原理决定了其仅能对结构的单阶频率进行减振，当TMD本身的频率与结构振动频率偏离时，TMD的振幅迅速减小，导致其减振效果迅速下降。由于塔筒高度大，横截面尺寸小，其振动基频接近0.1Hz，采用摆式TMD减振时其摆长超过10m。随着塔筒高度的进一步增长，TMD摆长会进一步加长，占用空间大，安装成本高的问题会变得更加突出。另外，摆式TMD本身的振幅大，必须采用适当的耗能元件消耗其本身的振动能量，保证其质量块具有一定的振幅为结构提供足够的惯性力，同时又防止其质量块振幅过大与结构发生碰撞的事故；由于摆式TMD的摆长大、质量块振幅大，阻尼器的安装难度也非常大。除塔筒减振外，现有高耸建筑结构同样采用摆式TMD，占用数层楼高的空间，浪费了资源，极大地增加了安装成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有摆式TMD占用空间大、安装成本高的缺点，提供一种安装方便的球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器。本技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器，它包括安装于结构上的底板，底板上面沿圆周线上均匀固定有若干根竖直的立柱，底板上安装有一个球形铰链；所述球形铰链包括固接于底板上圆周线中心的铰链座，铰链座中心设有一个球面形凹槽，球面形凹槽内相对应安装有铰链中心球，铰链中心球上部与竖直的中心摆杆底部固接；所述中心摆杆顶部设有质量块；在中心摆杆下部的同一平面内设有与立柱对应连接的主弹簧，以保持中心摆杆竖直；主弹簧与铰链中心球的距离可调，以获得中心摆杆不同的振动固有频率。进一步的，在主弹簧之下的中心摆杆下部的同一平面内设有与立柱对应铰接的耗能阻尼器。进一步的，在质量块与主弹簧之间的一段中心摆杆的外围上安装有套环，在立柱的内立面上对应于套环高度安装有调节环，套环与调节环之间安装有3个以上的调节弹簧，调节弹簧的刚度小。具体的，所述调节弹簧为8个。具体的，所述质量块由多片中心开孔的圆形板叠加而成，中心摆杆上部设有轴肩，轴肩之上的中心摆杆顶端是螺杆，圆形板从中心摆杆顶端的螺杆套入后旋紧压紧螺母固定。进一步的，在质量块的外围安装有环形的碰撞缓冲垫，在立柱的内立面上对应于碰撞缓冲垫的高度安装有碰撞环。进一步的，在铰链座的球面形凹槽与铰链中心球之间设有减阻球，在铰链座球面形凹槽的槽口边上围绕铰链中心球设有圆环形的压盖，以防止减阻球被挤出及防止铰链中心球脱离铰链座。具体的，所述立柱为4根。本技术球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器(简称：HLTMD)的减振原理是：当塔筒弯曲振动时，塔筒内层间板沿水平方向振动(塔筒横截面转动的角度很小，可忽略)，带动HLTMD底板和立柱水平振动；当塔筒振动频率与HLTMD固有频率一致时，中心摆杆和质量块随结构发生共振，质量块的惯性力通过主弹簧、立柱反向施加于塔筒，平衡塔筒的外加激励(如风的涡激力等)，适当的HLTMD的阻尼器耗能阻止质量块过大的振幅。本技术的创新点体现如下：(1)利用球形铰链内中心摆杆可以万向摆动的特性，设计了抑制结构水平振动的万向水平调谐减振阻尼器(HLTMD)。(2)质量块到球形铰链中心的距离与主弹簧到球形铰链中心的距离单独可调，可以通过改变主弹簧与中心摆杆的距离调节改变HLTMD的固有频率，在摆杆较短的情况下轻松实现超低频。(3)铰链中心球的半径远小于中心摆杆长度，铰链中心球与铰链座间的摩擦力对中心摆杆摆动约束的力矩小，并且采用减阻球可进一步减小摩擦阻力矩，不可调的摩擦阻力矩的减小可为可调阻尼力的增加留出了空间。(4)多主弹簧的设计保证HLTMD在任意方向的固有频率一致。(5)调节弹簧刚度小，其位置可调，同时不改变HLTMD主体结构的平衡性，易于实现对HLTMD频率的精确调整。(6)径向均匀分布的多个阻尼器(3个及更多)，可为摆杆任意方向的摆动提供相等的阻尼力，满足TMD最优阻尼的需求；同时通过对阻尼器安装平面高度的调整，可以采用常规阻尼器实现不同TMD需要不同阻尼系数的要求。(7)碰撞缓冲垫及碰撞环的设计可保证HLTMD的安全性。附图说明图1为悬臂式调谐减振阻尼器的原理结构示意图。图2为弹簧质量式减振阻尼器的原理结构示意图。图3为吊索悬挂质量块减振阻尼器的原理结构示意图。图4为绳索悬挂质量块方式的摆式减振阻尼器的减振原理图。图5为本技术实施例的立面结构示意图。图6是图5的A-A剖视图。图7是图5的B-B剖视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细的描述。参见图5、图6、图7，本实施例的球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器(简称：HLTMD)由4根竖直的立柱1支撑，4根立柱1沿圆周线均匀固定于底板2上面，底板2固接于塔筒层间板上。底板2的中心安装球形铰链；从图中可见，球形铰链包括固接于底板2上的立柱1所处圆周线的中心的铰链座3，铰链座3中心设有一个球面形凹槽，球面形凹槽内相对应安装有铰链中心球4，铰链中心球4上部与竖直的中心摆杆5下端固接；在铰链座3的球面形凹槽与铰链中心球4之间加入减阻球6，用来减小摩擦力；在铰链座3球面形凹槽的槽口边上围绕铰链中心球4设有圆环形的压盖7，压盖7可以防止减阻球6被挤出，同时防止铰链中心球4脱离铰链座3。中心摆杆5顶部设有圆形的质量块8，质量块8用多片中心开孔的圆形板叠加而成，由中心摆杆顶端的螺杆按顺序套入，圆形板压在中心摆杆轴肩上，确定适当的质量块后，用压紧螺母9固定质量块8。在中心摆杆5的下部同一平面内设有与立柱1对应连接的4根主弹簧12，用主弹簧12连接中心摆杆5与立柱1，以保持中心摆杆5竖直；主弹簧12与铰链中心球4的距离可调，以获得中心摆杆5不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器，其特征在于：它包括安装于结构上的底板，底板上面沿圆周线上均匀固定有若干根竖直的立柱，底板上安装有一个球形铰链；所述球形铰链包括固接于底板上圆周线中心的铰链座，铰链座中心设有一个球面形凹槽，球面形凹槽内相对应安装有铰链中心球，铰链中心球上部与竖直的中心摆杆底部固接；所述中心摆杆顶部设有质量块；在中心摆杆下部的同一平面内设有与立柱对应连接的主弹簧，以保持中心摆杆竖直；主弹簧与铰链中心球的距离可调，以获得中心摆杆不同的振动固有频率。

【技术特征摘要】
1.一种球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器，其特征在于：它包括安装于结构上的底板，底板上面沿圆周线上均匀固定有若干根竖直的立柱，底板上安装有一个球形铰链；所述球形铰链包括固接于底板上圆周线中心的铰链座，铰链座中心设有一个球面形凹槽，球面形凹槽内相对应安装有铰链中心球，铰链中心球上部与竖直的中心摆杆底部固接；所述中心摆杆顶部设有质量块；在中心摆杆下部的同一平面内设有与立柱对应连接的主弹簧，以保持中心摆杆竖直；主弹簧与铰链中心球的距离可调，以获得中心摆杆不同的振动固有频率。2.根据权利要求1所述球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器，其特征在于：在主弹簧之下的中心摆杆下部的同一平面内设有与立柱对应铰接的耗能阻尼器。3.根据权利要求1所述球形铰链式超低频万向振动调谐质量阻尼器，其特征在于：在质量块与主弹簧之间的一段中心摆杆的外围上安装有套环，在立柱的内立面上对应于套环高度安装有调节环，套环与调节环之间安装有3个以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹见达，杨善斌，段志博，孙洪鑫，彭剑，禹蒲阳，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43