一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器的制造方法
【专利摘要】一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，属于土木工程的结构振动控制领域，包括磁流变轨道装置，滚轴和配重块。轨道为圆弧形轨道，配重块由滚轴连接，沿轨道做往复运动，达到耗能减振的目的。在滑道内部设计了一种封闭的磁流变装置，利用外部电源调节磁流变液性质来控制滚轴在轨道内的滚动阻力，从而控制滚动的角度和速度。本实用新型适用于土木工程结构的柔性结构和高层结构，突破了滚动质量阻尼器控制力不可控的局限，且功耗小，出力大，仅通过少量的电流，即可实现对滚动调谐质量摆阻尼器的半主动控制。
【专利说明】一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器
【技术领域】:
[0001]本实用新型属于土木工程的振动控制领域，具体的说，是通过摆轴的磁流变体系来控制质量摆的径向运动速度和摆动角度，从而调节控制力的半主动控制阻尼器。
【背景技术】:
[0002]调谐质量摆阻尼器(Pendulum Tuned Mass Dampers,简称PTMD)作为一种耗能减振装置，由于其控制效果良好已经得到了越来越多的认可，具有广泛的应用前景。调谐质量摆阻尼器分两种:悬吊式PTMD和轨道式PTMD。悬吊式PTMD是将配重块用吊线(吊杆)悬吊于受控结构顶部，配重块沿着圆弧的轨迹做单摆往返运动。这种形式的阻尼器要求吊线或吊杆长度较大，空间利用率较低。将质量块悬吊于受控结构上，一旦悬挂结构失效，跌落的大质量块将对结构产生破坏，造成安全隐患。轨道式PTMD是将质量块放置在圆弧形轨道上，结构发生震动时，质量块沿着圆弧轨道做往复运动。相比而言，轨道式调节摆动质量阻尼器空间利用率高，且更加安全可靠。
[0003]PTMD的减振原理为:受控结构向一侧运动时，配重块由于惯性的作用向结构运动的相反方向摆动，给结构施加与运动相反方向的控制力，从而达到耗能减振的效果。研究表明，在最优控制参数下，PTMD阻尼器能减少主体受控结构风振或地震反应达50%以上，在输电塔体系、电视塔、高层建筑中有广泛的应用前景。
[0004]传统的轨道式PTMD主要由配重块、轨道组成。对于传统的PTMD而言，存在以下问题:(I)在控制器运行时，控制器的阻尼是不能调节的，且通常PTMD的阻尼高于受控结构，所以往往会出现这样一个现象:当外界激励已经停止，结构振动已经衰减，但PTMD仍在往复摆动，迫使结构继续振动，使控制效果恰得其反。(2)传统的PTMD摆动过程中，控制力无法调节，不可能根据外部激励和结构特性实时调节控制力，达到最优控制效果。如果PTMD能够在抵御地震和风振的过程中，根据反馈的外部激励的不同来实时调节摆动速度和摆动幅度，达到调节控制力的效果，将解决上述问题，使PTMD发挥出最佳性能。
实用新型内容
[0005]为了解决PTMD的上述问题，本实用新型提供了一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，由支架，配重块，滚轴和磁流变控制轨道组成；结构相同的两个支架垂直对称固定在建筑物上，每个支架上配有上弯的弧形磁流变控制轨道；环形配重块穿过滚轴固定在滚轴的中间；滚轴的两端固定有轨道轮；滚轴通过轨道轮水平安装在两侧的磁流变控制轨道上。
[0006]磁流变控制轨道由支架、轨道轮、磁流变液、励磁线圈、密封片、密封橡胶垫、橡胶密封圈和密封盖组成；支架开有通透上弯的弧形槽，弧形密封橡胶垫的尺寸稍大于支架上的弧形槽，弧形密封橡胶垫从支架的外侧将支架上的弧形槽密闭粘结；密封橡胶垫为中空，且两端敞开；密封橡胶垫中间最低段上处开有通透的弧形滑槽；滑槽的长度小于密封片一半的长度；弧形密封片与密封橡胶垫内腔同弧度；将实心金属密封片插入密封橡胶垫的内腔中；密封片可在密封橡胶垫中沿弧滑行；密封片的中间弧段开有一圆形孔洞；轨道轮中间细两端粗；密封片中间孔洞稍大于轨道轮的细轴，小于轨道轮两端的粗轴；轨道轮的细轴长度稍大于密封片的厚度；将轨道轮的细轴卡在密封片的中间孔洞内；橡胶密封圈的内径贴紧轨道轮的细轴，且固定密封粘结在密封片上，橡胶密封圈的外径尺寸小于滑槽的宽度。密封盖在支架的外侧盖住密封橡胶垫所在的区域，使得密封盖和支架之间形成密闭区域；在密闭区域内间隔固定着两个励磁线圈，两个励磁线圈用导线相互连接，导线外包以绝缘皮；磁流变液充满在轨道轮运动的封闭空间内。
[0007]套筒与滚轴以螺丝扣的形式固定在配重块的两侧，用以控制配重块的轴向移动。
[0008]滚轴与轨道轮之间用轴向连接套件固定相连。
[0009]弧形槽可选择不同的半径，以调节PTMD的周期。
[0010]弧形槽的两端放置橡胶缓冲垫，以减缓轨道轮对支架的冲击。
[0011]本实用新型与传统的PTMD相比，在轨道内部设计一种磁流变装置，通过磁流变液性质的变化调节轨道阻力，来控制PTMD的摆动角度和摆动速度，从而调节PTMD的控制力。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型整体的示意图。
[0013]图2是本实用新型的侧立面图。
[0014]图3是轨道轮与支架的构造图。
[0015]图中:1支架，2配重块，3密封盖，4滚轴，5套筒，6轴向连接套件，7橡胶密封垫，8密封片，9轨道轮，11缓冲垫。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明
[0017]一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，由支架1，配重块2滚轴4和磁流变控制轨道组成；结构相同的两个支架I垂直对称固定在建筑物上，每个支架I上配有上弯的弧形磁流变控制轨道；环形配重块2穿过滚轴4固定在滚轴4的中间；滚轴4的两端固定有轨道轮9 ;滚轴4通过轨道轮9水平安装在两侧的磁流变控制轨道上。
[0018]磁流变控制轨道由支架1、轨道轮9、磁流变液、励磁线圈、密封片8、密封橡胶垫7、橡胶密封圈和密封盖3组成；支架I开有通透上弯的弧形槽，弧形密封橡胶垫7的尺寸稍大于支架I上的弧形槽，弧形密封橡胶垫7从支架I的外侧将支架I上的弧形槽密闭粘结；密封橡胶垫7为中空，且两端敞开；密封橡胶垫7中间最低段上处开有通透的弧形滑槽；滑槽的长度小于密封片8—半的长度；弧形密封片8与密封橡胶垫7的内腔同弧度；将实心金属密封片8插入密封橡胶垫7的内腔中；密封片8可在密封橡胶垫7中沿弧滑行；密封片8的中间弧段开有一圆形孔洞；轨道轮9中间细两端粗；密封片8中间孔洞稍大于轨道轮9的细轴，小于轨道轮9两端的粗轴；轨道轮9的细轴长度稍大于密封片8的厚度；将轨道轮9的细轴卡在密封片8的中间孔洞内；环形橡胶密封圈在支架I的内侧；环形橡胶密封圈的内径贴紧轨道轮9的细轴，且固定密封粘结在密封片8上，橡胶密封圈的外径尺寸小于滑槽的宽度，橡胶密封圈不随轨道轮9转动。密封盖3在支架I的外侧盖住密封橡胶垫7所在的区域，使得密封盖3和支架I之间形成密闭区域；在密闭区域内间隔固定着两个励磁线圈，两个励磁线圈用导线相互连接，导线外包以绝缘皮，防止与磁流变液接触；磁流变液充满在轨道轮9运动的封闭空间内。
[0019]套筒5与滚轴4以螺丝扣的形式固定在配重块2的两侧，用以控制配重块2的轴向移动。
[0020]滚轴4与轨道轮9之间用轴向连接套件6固定相连。
[0021]弧形槽可选择不同的半径，以调节PTMD的周期。
[0022]弧形槽的两端放置橡胶缓冲垫11，以减缓轨道轮9对支架I的冲击。
[0023]发生地震或风振时，配重块2由于惯性的作用在磁流变控制轨道上往复滚动，给结构施加一相反方向的控制力。控制力的大小与摆动的角度和角速度相关。当地震或风振过大时，为了避免滚动角度过大而影响减振效果，根据结构的反馈信息和响应的控制算法，将外部电流施加在励磁线圈上，形成适当强度的电磁场来控制磁流变液的粘度和流动性，调节轨道轮9在轨道上滚动的阻力，从而改变配重块2滚动的角度和角速度,达到调节控制力的效果。也可根据结构的反馈结果，将磁场强度增大到一定程度，使滚轴4与磁流变控制轨道保持相对静止，达到控制滚动幅度的目的。
【权利要求】
1.一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，由支架(1)，配重块(2)滚轴(4)和磁流变控制轨道组成；其特征在于:结构相同的两个支架(I)垂直对称固定在建筑物上，每个支架(I)上配有上弯的弧形磁流变控制轨道；环形配重块(2)穿过滚轴(4)固定在滚轴(4)的中间；滚轴(4)的两端固定有轨道轮(9);滚轴(4)通过轨道轮(9)水平安装在两侧的磁流变控制轨道上。
2.根据权利要求1所述的一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，其特征在于磁流变控制轨道由支架(I)、轨道轮(9 )、磁流变液、励磁线圈、密封片(8 )、密封橡胶垫(7 )、橡胶密封圈和密封盖(3)组成；支架(I)开有通透上弯的弧形槽，弧形密封橡胶垫(7)的尺寸稍大于支架(I)上的弧形槽，弧形密封橡胶垫(7)从支架(I)的外侧将支架(I)上的弧形槽密闭粘结；密封橡胶垫(7)为中空，且两端敞开；密封橡胶垫(7)中间最低段上处开有通透的弧形滑槽；滑槽的长度小于密封片(8) —半的长度；弧形密封片(8)与密封橡胶垫(7)的内腔同弧度；将实心金属密封片(8)插入密封橡胶垫(7)的内腔中；密封片(8)可在密封橡胶垫(7)中沿弧滑行；密封片(8)的中间弧段开有一圆形孔洞；轨道轮(9)中间细两端粗；密封片(8)中间孔洞稍大于轨道轮(9)的细轴，小于轨道轮(9)两端的粗轴；轨道轮(9)的细轴长度稍大于密封片(8)的厚度；将轨道轮(9)的细轴卡在密封片(8)的中间孔洞内；环形橡胶密封圈在支架(I)的内侧；环形橡胶密封圈的内径贴紧轨道轮(9)的细轴，且固定密封粘结在密封片(8)上，橡胶密封圈的外径尺寸小于滑槽的宽度；密封盖(3)在支架(I)的外侧盖住密封橡胶垫(7)所在的区域，使得密封盖(3)和支架(I)之间形成密闭区域；在密闭区域内间隔固定着两个励磁线圈，两个励磁线圈用导线相互连接，导线外包以绝缘皮，防止与磁流变液接触；磁流变液充满在轨道轮(9)运动的封闭空间内。
3.根据权利要求1所述的一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，其特征在于套筒(5)与滚轴(4)以螺丝扣的形式固定在配重块(2)的两侧，用以控制配重块(2)的轴向移动。
4.根据权利要求1所述的一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，其特征在于滚轴(4)与轨道轮(9)之间用轴向连接套件(6)固定相连。
5.根据权利要求1所述的一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，其特征在于弧形槽可选择不同的半径，以调节PTMD的周期。
6.根据权利要求1所述的一种磁流变半主动滚动式质量摆阻尼器，其特征在于弧形槽的两端放置橡胶缓冲垫(11)，以减缓轨道轮(9 )对支架(I)的冲击。
【文档编号】E04B1/98GK203559501SQ201320740660
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】霍林生, 李旭, 李宏男 申请人:大连理工大学