一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器的制作方法

本发明属于土木工程、振动控制技术领域，具体为一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器。

背景技术：

在当今社会，调谐质量阻尼器因为有对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有应用，如台北101大厦、上海中心等。但传统的调谐质量阻尼器具有对频率的调谐敏感性的缺点，不仅建筑结构的自身损伤等会影响调谐质量阻尼器的减振效果，某些时候其自身的特性，如粘滞阻尼器的退化、弹簧的锈蚀或当建筑结构的某一构件作为调谐质量阻尼器的质量时质量的变化也会影响其控制效果。而且，设计时结构的自振频率估计值与其实际自振频率存在差异因此，如何实现调谐质量阻尼器的自适应控制，使其能实时调节自身频率与结构的频率相近，以达到良好的减振效果，就成为了一个新的很有意义的研究方向。

传统的支撑式调谐质量阻尼器采用液压黏滞阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同时，也会有一定刚度，无法做到刚度与阻尼的完全分离，影响设计分析。而且，液压黏滞阻尼器还存在漏油、不易养护、后期难以调节等问题，增加维护的难度和成本。电涡流阻尼是对液压黏滞阻尼的一大创新。电涡流阻尼器的原理是，导体质量块在运动时切割磁感线，根据法拉第电磁感应原理，在导体内就会产生感应电动势，形成电涡流，将振动能量转化为导体的热量，从而实现振动控制。电涡流阻尼器的优势在于：磁体与导体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损；不受温度等环境影响；不存在漏油等状况，易于维护且耐久性好。

现有的电涡流调谐质量阻尼器不能调节阻尼力的大小，当结构在风荷载、地震等作用下发生振动时，不合适的阻尼力不但会造成阻尼器减振效果的欠佳，甚至可能使阻尼器产生反作用。因此，如何自适应地调节阻尼器的阻尼力至最佳值，是很值得研究的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器，以克服现有技术中的上述缺点，能够调节自身竖向频率与主结构的频率相同，以满足调谐被控结构频率的要求，同时能够自适应地调节自身的阻尼力至最优阻尼力，从而达到良好的减振效果；

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器，由可变质量块1、固定质量块2、弹簧3、永磁体棒4、槽道5、供调节质量装置10、固定螺母12、电磁槽17及伺服控制系统13组成，其中：

所述弹簧3的底端与供调节质量装置10的顶部相连接，所述弹簧3的顶端与固定质量块2的底部相连接，所述可变质量块1固定于固定质量块2的顶部，所述可变质量块1和固定质量块2的中心均开有槽道5；

所述电磁槽17位于所述供调节质量装置10的顶面中心处，所述永磁体棒4依次穿过可变质量块1上的槽道、固定质量块2上的槽道和弹簧３，插入电磁槽17内，其上端用固定螺母12固定于可变质量块1的顶部；

所述可变质量块1和供调节质量装置10均为可存放液体或固体的容器，所述可变质量块1和供调节质量装置10的质量由放入容器内的液体或固体提供；供调节质量装置10放置于主结构14的上方；

所述伺服控制系统13包括单片机电路板6、驱动系统7、加速度传感器i8、加速度传感器ii9、导体板15、运动轴承16和控制器18，所述单片机电路板６的一端分别连接驱动系统7和控制器18，另一端分别连接加速度传感器i8和加速度传感器ii9，导体板15位于供调节质量装置10内，且对称分布于永磁体棒4两侧，所述导体板15连接运动轴承16，所述运动轴承16连接控制器18；所述单片机电路板6分析处理加速度传感器i8和加速度传感器ii9的信号后，启动控制器18，通过控制器18控制运动轴承16的左右运动，以此改变导体板15与永磁体棒4之间的间隔距离，从而改变电涡流阻尼力的大小。

本发明中，当所述永磁体棒4发生竖向振动时，与导体板15发生切割磁感应线运动，通过导体板15的发热耗能。

本发明中，所述单片机电路板6分析处理加速度传感器i8和加速度传感器ii9的信号后，一次性精确计算所需调节的质量，同时控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1中的质量调节。

进一步地，所述液体可为水、汞等的任何一种，固体可为细砂、砂石中的任何一种。

进一步地，所述永磁体棒的材料可为稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴、铁氧体永磁材料等；所述导体板的材料可为铜、铝等；

进一步地，所述活动轴承左右活动距离范围为5~10mm。

进一步地，所述驱动系统可为水泵、电磁阀、砂石泵等。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明的一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器，可变质量块的质量可通过伺服控制系统进行精确调节，能够精确调节调谐质量阻尼器竖向频率与主结构频率相同；同时能够自适应地调节自身的阻尼力至最优阻尼力，从而达到良好的减振效果，有利于提高结构的安全性和耐久性。

附图说明

图1是本发明的一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器主视图；

图2是本发明的伺服控制系统示意图；

图3是本发明的变阻尼部分示意图；

图中标号：1-可变质量块，2-固定质量块，3-弹簧，4-永磁体棒，5-槽道，6-单片机电路板，7-驱动系统，8-加速度传感器i，9-加速度传感器ii，10-供调节质量装置，11-变阻尼部分，12-固定螺母，13-伺服控制系统，14-主结构，15-导体板，16-运动轴承，17-电磁槽，18-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例１：如图1至图3所示，本发明的一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器由可变质量块1、固定质量块2、弹簧3、永磁体棒4、槽道5、供调节质量装置10、固定螺母12、电磁槽17及伺服控制系统13组成，其中：

所述弹簧3的底端与供调节质量装置10的顶部相连接，所述弹簧3的顶端与固定质量块2的底部相连接，所述可变质量块1

固定设置于固定质量块2的顶部，所述可变质量块1和固定质量块2的中心均开有槽道5；

所述电磁槽17位于所述供调节质量装置10的顶面中心处，所述永磁体棒4的上端用固定螺母12固定于可变质量块1的顶部，穿过槽道5后，下端插入所述电磁槽17内；

所述可变质量块1和供调节质量装置10的主体为可存放液体或固体的容器，所述可变质量块1和供调节质量装置10所需的质量由放入容器内的液体或固体提供。

所述伺服控制系统13包括单片机电路板6、驱动系统7、加速度传感器i8、加速度传感器ii9、导体板15、运动轴承16和控制器18。

所述永磁体棒4发生竖向振动时，与导体板15发生切割磁感应线运动，通过导体板15的发热耗能。

所述导体板15固定连接于运动轴承16，并对称分布于永磁体棒4的两侧。

所述单片机电路板6分析处理加速度传感器i8和加速度传感器ii9的信号后，一次性精确计算所需调节的质量，控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1中的质量调节。

所述单片机电路板6分析处理加速度传感器i8和加速度传感器ii9的信号后，启动控制器18，通过控制器18控制运动轴承16的左右运动，以此改变导体板15与永磁体棒4之间的间隔距离，以此改变电涡流阻尼力的大小。

进一步地，所述液体可为水、汞等的任何一种，固体可为细砂、砂石中的任何一种。

进一步地，所述永磁体棒4的材料可为稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴、铁氧体永磁材料等；所述导体板15的材料可为铜、铝等；

进一步地，所述运动轴承16左右活动距离范围为5~10mm。

进一步地，所述驱动系统7可为水泵、电磁阀、砂石泵等。

结合上述的一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器的具体结构和附图，本发明的使用方法如下：

1、安装本发明的一种半主动支撑式电涡流调谐质量阻尼器时，往可变质量块1和供调节质量装置10中加入适量液体或固体。启动伺服控制系统13，所述单片机电路板6接受并处理所述加速度传感器i8和加速度传感器ii9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调

节，即完成频率的调节。同时，单片机电路板6启动控制器18，控制器18控制运动轴承16的左右运动，改变导体板15与永磁体棒4之间的间隔距离，调整阻尼力至最优阻尼力。

2、经过一段时间的使用后，主结构14可能与阻尼器的频率有所偏差。启动所述伺服控制系统13，所述单片机电路板6接受并处理所述加速度传感器i8和加速度传感器ii9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调节，即完成频率的调节。同时，单片机电路板6启动控制器18，控制器18控制运动轴承16的左右运动，改变导体板15与永磁体棒4之间的间隔距离，调整阻尼力至最优阻尼力。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。