一种自平衡单向出力主动控制阻尼器及使用方法

本申请涉及结构振动控制，具体涉及一种适用于土木工程中结构振动控制的自平衡单向出力主动控制阻尼器及使用方法。

背景技术：

1、土木工程结构在受到地震、车辆、强风等外部动力荷载激励时，容易发生大幅振动，对于高层建筑、大跨度桥梁尤为明显，会引起结构的疲劳和损伤，从而影响结构的舒适性和安全性，减短结构的使用寿命。如何运用结构控制技术减轻外界作用引起的结构损伤问题，提高结构的抗振性能，成为了当前学者研究的热点。目前为止，国内外学者根据控制的方法是否需要外部能源可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制等。结构被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术，调谐质量阻尼器是常用的被动控制装置之一，但由于传统调谐质量阻尼器的减振性能与其质量比成正比，想提高结构的减振性能，须增大阻尼器的质量比，不仅会占用结构的使用空间，而且降低了质量阻尼器的性能。半主动控制具有被动控制与主动控制系统的可调性等优点，成为结构隔振、减振及振动控制研究与工程应用的重要技术。结构主动控制是利用外部能源，在结构受外界作用振动过程中，对结构施加主动控制力，以此达到减振。

技术实现思路

1、本申请为了解决上述技术问题，提供一种结构简单，能够利用转子的旋转，在水平方向上实现力的自平衡的同时，产生竖直方向上的谐波力，实现以较小的自身重量获得较大“虚质量”的效果，有效提升结构减振控制的性能的自平衡单向出力主动控制阻尼器，并利用传感器，通过闭环控制，实现主动控制的效果，具有减振效率高，使用寿命长，频率与力可控的自平衡单向出力主动控制阻尼器。

2、一种自平衡单向出力主动控制阻尼器，包括机架，所述机架上穿设有转向组件，所述转向组件上设有位于所述机架外侧用于驱动所述转向组件转动的驱动组件，所述转向组件两侧位于所述机架外侧对称设置有谐波发生组件，当产生结构振动时，所述驱动组件驱动所述转向组件转动，同步带动所述谐波发生组件转动，以抑制结构振动。

3、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述转向组件两侧相对设有可与所述转向组件啮合的传动组件，所述谐波发生组件分别设于两所述传动组件远离所述转向组件的一端，当产生结构振动时，所述驱动组件驱动所述转向组件转动，同步带动所述传动组件上的谐波发生组件绕轴向转动，以抑制振动。

4、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述转向组件包括位于所述机架内侧的主齿轮，分别与所述主齿轮和所述驱动组件连接并可带动所述主齿轮转动的转动杆，以及设于所述机架外侧用于限位所述转动杆的限位件，两所述传动组件分别与所述主齿轮啮合，并可同步转动。

5、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述传动组件包括位于所述机架内侧，平行于所述转向组件的轴向并与所述转向组件相互啮合的传动轮，所述传动轮连接有一端穿设于所述机架内的传动杆，所述传动杆上的另一端设有谐波发生组件，当所述转向组件转动时，可带动所述传动轮转动，以使所述传动杆传动所述谐波发生组件转动并产生谐波。

6、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述谐波发生组件包括设于所述传动杆远离所述传动轮的一端的滑移杆，以及可拆卸地套设于所述滑移杆上的质量滑块，当所述转向组件转动时，可同步带动两个所述传动组件，并传动所述滑移杆带动所述质量滑块转动，两所述传动组件上的所述滑移杆的转动方向相反，以抑制振动。

7、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述驱动组件包括设于所述转向组件远离所述机架的一端的减速器，以及依次与所述减速器连接的驱动电机和电源，所述驱动电机所述减速器通过联轴器与所述转向组件连接。

8、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述驱动组件还包括用于检测结构振动位移和速度数据的传感器，以及分别与所述传感器和所述驱动电机连接的控制器，所述控制器用于接收所述传感器的信号，并可控制所述驱动电机运转。

9、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述机架上设有多个两两对称的通孔，所述转向组件和所述传动组件分别穿设于所述通孔内，并与所述通孔可转动连接。

10、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，所述通孔与所述转向组件之间，以及所述传动组件之间均设有轴承件。

11、如上所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器的使用方法，包括以下步骤：

12、s1、根据实时振动位移和速度数据信号，判断结构是否启动电机；

13、s2、当判断结构产生振动时，所述驱动组件驱动所述转向组件转动，并带动两所述谐波发生组件同步反向旋转以抑制结构振动；

14、s3、当结构振动幅值达到减振目标时，所述驱动组件停止运作，以停止产生控制力。

15、与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

16、本申请提供一种自平衡单向出力主动控制阻尼器，结构简单，空间占用体积小，能够利用谐波发生组件的旋转，在水平方向上实现力的自平衡的同时，产生竖直方向上的谐波力，实现以较小的自身重量获得较大“虚质量”的效果，有效产生正弦式激励的自平衡单向出力主动控制阻尼器，通过的调节驱动机构转动速度和谐波发生组件，可实现精准、高效控制，设备易调节，减振效果好，通过利用相互啮合的结构，从结构上保证了传动组件的同步反向转动，同时本发明在运行时，大大节省了运动空间，易于安装，性价比高。

17、本申请提供的一种阻尼器使用方法，通过主动控制电机调节谐波发生组件，调节所产生的谐波控制力，作用在结构上，用于结构振动达到可控高效的减振效果，利用谐波发生组件的旋转，在水平方向上实现力的自平衡的同时，产生竖直方向上的谐波力，实现以较小的自身重量获得较大“虚质量”的效果，有效产生正弦式激励。

技术特征：

1.一种自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)上穿设有转向组件(2)，所述转向组件(2)上设有位于所述机架(1)外侧用于驱动所述转向组件(2)转动的驱动组件(4)，所述转向组件(2)两侧位于所述机架(1)外侧对称设置有谐波发生组件(5)，当产生结构振动时，所述驱动组件(4)驱动所述转向组件(2)转动，同步带动所述谐波发生组件(5)转动，以抑制结构振动。

2.根据权利要求1所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述转向组件(2)两侧相对设有可与所述转向组件(2)啮合的传动组件(3)，所述谐波发生组件(5)分别设于两所述传动组件(3)远离所述转向组件(2)的一端，当产生结构振动时，所述驱动组件(4)驱动所述转向组件(2)转动，同步带动所述传动组件(3)上的谐波发生组件(5)绕轴向转动，以抑制振动。

3.根据权利要求2所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述转向组件(2)包括位于所述机架(1)内侧的主齿轮(20)，分别与所述主齿轮(20)和所述驱动组件(4)连接并可带动所述主齿轮(20)转动的转动杆(21)，以及设于所述机架(1)外侧用于限位所述转动杆(21)的限位件(22)，两所述传动组件(3)分别与所述主齿轮(20)啮合，并可同步转动。

4.根据权利要求2所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述传动组件(3)包括位于所述机架(1)内侧，平行于所述转向组件(2)的轴向并与所述转向组件(2)相互啮合的传动轮(30)，所述传动轮(30)连接有一端穿设于所述机架(1)内的传动杆(31)，所述传动杆(31)上的另一端设有谐波发生组件(5)，当所述转向组件(2)转动时，可带动所述传动轮(30)转动，以使所述传动杆(31)传动所述谐波发生组件(5)转动并产生谐波。

5.根据权利要求4所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述谐波发生组件(5)包括设于所述传动杆(31)远离所述传动轮(30)的一端的滑移杆(50)，以及可拆卸地套设于所述滑移杆(50)上的质量滑块(51)，当所述转向组件(2)转动时，可同步带动两个所述传动组件(3)，并传动所述滑移杆(50)带动所述质量滑块(51)转动，两所述传动组件(3)上的所述滑移杆(50)的转动方向相反，以抑制振动。

6.根据权利要求1所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述驱动组件(4)包括设于所述转向组件(2)远离所述机架(1)的一端的减速器(6)，以及依次与所述减速器(6)连接的驱动电机(7)和电源，所述驱动电机(7)所述减速器(6)通过联轴器(8)与所述转向组件(2)连接。

7.根据权利要求6所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述驱动组件(4)还包括用于检测结构振动位移和速度数据的传感器(41)，以及分别与所述传感器(41)和所述驱动电机(7)连接的控制器(42)，所述控制器(42)用于接收所述传感器(41)的信号，并可控制所述驱动电机(7)运转。

8.根据权利要求2所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述机架(1)上设有多个两两对称的通孔(10)，所述转向组件(2)和所述传动组件(3)分别穿设于所述通孔(10)内，并与所述通孔(10)可转动连接。

9.根据权利要求8所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器，其特征在于：所述通孔(10)与所述转向组件(2)之间，以及所述传动组件(3)之间均设有轴承件(9)。

10.如权利要求1-9任一项所述的自平衡单向出力主动控制阻尼器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请提供一种自平衡单向出力主动控制阻尼器及使用方法，结构简单，空间占用体积小，能够利用谐波发生组件的旋转，在水平方向上实现力的自平衡的同时，产生竖直方向上的谐波力，实现以较小的自身重量获得较大“虚质量”的效果，有效产生正弦式激励的自平衡单向出力主动控制阻尼器，通过的调节驱动机构转动速度和谐波发生组件，可实现精准、高效控制，设备易调节，减振效果好，通过利用相互啮合的结构，从结构上保证了传动组件的同步反向转动，同时本发明在运行时，大大节省了运动空间，易于安装，性价比高。

技术研发人员：孙洪鑫,丁力,张光亮,韩艳,彭剑,温青
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22