本发明涉及一种可调频式阻尼智能管控动力吸振器，属设备减振技术领域。
背景技术
动力吸振器自从frahm发明以来，引起了众多学者和研究人员的关注，在土木建筑领域被广泛用于控制结构的低频振动；比如铁路行车荷载作用下桥梁的振动，行人荷载作用下人行桥的共振，大高宽比结构在风荷载作用下的振动。理论与实践也证明，动力吸振器对具有卓越频率的振动有良好的抑制效果。尤其在桥梁减振领域，桥梁的跨度越来越大，因此对桥梁的振动控制也提出了更高的要求。
对于控制结构单项振动的情况，只需安装振动方向与结构振动方向一致的单向振动动力吸振器。
传统的动力吸振器主要包括质量块，质量块导向系统、阻尼单元，弹簧系统和支座系统；不过弹簧刚度、阻尼值均为固定的，非调节型的。
传统的动力吸振器结构简单，造价低，但是其自身参数一经设计不可改变，固有频率不可调节，有效减振的频带较窄。研究人员提出了众多类型的自适应的动力吸振器，如变刚度动力吸振器、变质量动力吸振器、变阻尼动力吸振器等类型，但是却存在调谐精度不高的问题，往往局限在一个范围内的调节。并且现采用的阻尼器中采用液压活塞油缸，结构复杂而且存在机械磨耗，影响装置的耐久性及使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的是，针对传统动力吸振器存在的问题，旨在提供一种能够更精确更智能调频的动力吸振器，在识别主结构系统的固有频率之后，通过对吸振器的弹簧刚度、阻尼的精确调节，使动力吸振器达到较好的减振效果。
实现本发明的技术方案如下，一种可调频式阻尼智能管控动力吸振器，包括吸振器，所述动力吸振器还包括动力吸振器刚度调节装置、动力吸振器阻尼的管控装置；所述动力吸振器刚度调节装置用于调节吸振器的刚度；所述动力吸振器阻尼的管控装置用于阻尼的精确调节。
所述动力吸振器刚度调节装置包括第一油泵、第二油泵、液位传感器、第一油槽、第二油槽、第一油阀、第二油阀、油泵控制器、油杆、升降器、第一油管和第二油管。
在识别出主结构的固有振动频率后，根据最优弹簧刚度计算弹簧有效长度，通过调节上承板的升降调节弹簧的有效长度来实现弹簧刚度的调节；具体调节方法如下：
(1)刚度调小过程，即油杆上升过程，第一油阀和第二油阀b均打开，油泵控制器使第一油泵转动，液压油通过第一管路15a进入升降器，液位传感器21监测泵送油量的多少，根据第一油槽内22a油量与升降器16内油量总量一定的原理，监测第一油槽内剩余油量，推算升降器内油量，计算油杆上升高度，进而精确调节上承板的上升高度，弹簧的有效长度增长量，第一油槽22a内液面下降至计算位置后第一油泵停止工作，第一油阀关闭；
(2)刚度调大过程，即油杆下降过程，油阀均打开，油泵控制器使第二油泵20b转动，液压油从第二油槽22b通过第二管路15b进入升降器内推动油杆下降，等第二油槽22a的液面高度升至设计高度，油泵控制器控制第二油泵停止工作，第二油阀关闭，弹簧的有效长度减少。
所述最优弹簧刚度计算公式如下：
式中：μ为质量比；m为质量快的质量，m＝μm；m为主结构的质量；k为主结构刚度；z为主结构的阻尼；ζ为主结构阻尼比。
所述动力吸振器阻尼的管控装置包括位移传感器、阻尼管控控制器、第一铁芯、第一线圈、第二铁芯和第二线圈；
固设在下台座的位移传感器14，其通过拉线与质量块相连；在振动过程中，位移传感器14监测出质量块的位移方向与位移量；固设在下台座上，与励磁线圈和位移传感器相连接的阻尼管控控制器，所述控制器包括所述励磁线圈11a/12a中电流的电流控制器和用于接受位移监测信号的信号反馈器；
当质量块向上产生位移，即当振动位移变化量δl为正时，控制电流的方向使上下铁芯互相吸引；而当质量块向下产生位移，即当振动位移变化量δl为负时，控制电流的方向使上下铁芯互相排斥。
所述阻尼管控调节方法步骤如下：
(1)位移传感器实时监测质量块的振动位移变化量δl，并传输至信号反馈器；
(2)信号反馈器将位移传感器传输的结果分析后，电流控制器进行励磁线圈中传输电流的调控。
所述励磁线圈中传输电流的大小计算式为：
其中，n为上线圈和下线圈的匝数，μ0为真空磁导率，f为需要提供的阻尼力，α为阻尼装置结构决定的阻尼调节系数，μr为上铁芯和下铁芯的相对磁导率。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种能够更精确更智能调频的动力吸振器，在识别主结构系统的固有频率之后，通过对吸振器的弹簧刚度、阻尼的精确调节，使动力吸振器达到较好的减振效果。并且针对传统的动力吸振器采用液压阻尼油缸结构，复杂的制作工艺以及耐久性较差的缺点，本发明以铁芯为载体，绕以线圈制作成电磁体，利用电磁体之间的引力与斥力来提供阻尼，没有接触应力机械磨耗，寿命更长，结构更简单而且制作成本大大降低。
附图说明
图1为本发明可调频式阻尼智能管控动力吸振器结构示意图；
图2为本发明液压升降示意图；
图3为本发明液压油路示意图；
图中，1是导向轴；2是上承板；3是固定螺栓；4是升降推杆；5是限位转轴；6是质量块；7是下台座；8是压缩弹簧；9是弹簧支座；10是导轨系统，10a是导轨台；10b是导轨槽；11a是第一线圈；11b是第一铁芯；12a是第二线圈；12b是第二铁芯；14是位移传感器；15是管路；15a是第一管路；15b是第二管路；16是升降器；17是油杆；18是油泵控制器；19a是第一电机；19b是第二电机；20a是第一油泵；20b是第二油泵，21是液位传感器，22a是第一油槽；22b是第二油槽；23a是第一油阀；23b是第二油阀。
具体实施方式
本发明的有具体实施方式如图所示。
本实施例一种可调频式阻尼智能管控动力吸振器，包括上承板2、导向轴1、质量块6、压缩弹簧8、液压升降系统b、液压油路系统a、滑动导轨10(导轨台10a、导轨槽10b)、下台座7、第一电磁体11(第一线圈11a、第一铁芯11b)和第二电磁体12(第二线圈12a、第二铁芯12b)。
质量块6由合金材料制作；第一电磁体11嵌设在质量块6下部，与下台座7上的第二电磁体12相对设置；所述第一电磁体由第一线圈11a缠绕在第一铁芯上构成；第二电磁体由第二线圈11a缠绕在第二铁芯上构成；所述铁芯采用正方形截面。
液压升降装置b包括升降推杆4、升降控制器16；两根升降推杆4中间通过限位转轴5相连，底部可通过滑动导轨10沿下台座滑动；所述限位转轴5由油杆17支撑，进而通过油杆17的上升与下降实现上承板2的升降；压缩弹簧8的有效长度调节便是通过上承板2的升降控制。固设在下台座的位移传感器14，其通过拉线与质量块6相连；位移传感器14可监测出质量块6的位移方向与位移量。
动力吸振器刚度调节：
动力吸振器刚度调节由动力吸振器刚度调节装置实现。动力吸振器刚度调节装置包括第一油泵20a、第二油泵20b、液位传感器21、第一油槽22a、第二油槽22b、第一油阀23a、第二油阀23b、油泵控制器18、油杆17、升降器16、第一油管15a、第二油管15b、第一电机19a和第二电机19b。油泵控制器18分别连接第一油泵20a、第二油泵20b、第一油阀23a、第二油阀23b和液位传感器21；第一油阀23a和第二油阀23b分别通过第一油管15a和第二油管15b连接升降器油缸；液位传感器21安装在第一油槽22a中；第一油泵20a由第一电机19a带动，第一油泵20a一端伸入第一油槽22a，另一端通过第一油管15a连接升降器油缸；第二油泵20b由第二电机19b带动，第二油泵20b一端伸入第二油槽22b，另一端通过第二油管15b连接升降器油缸。
在识别出主结构(桥梁、建筑等)的固有振动频率后，按照下面公式设计动力吸振器最优刚度和阻尼：
1)动力吸振器质量块6质量：
m＝μm
2)动力吸振器最优压缩弹簧8刚度:
3)动力吸振器最优阻尼系数：
式中：μ为质量比；m为质量快的质量；m为主结构的质量；k为主结构刚度；z为主结构的阻尼。ζ为主结构阻尼比。
根据最优压缩弹簧刚度计算弹簧有效长度，弹簧刚度的调节，通过调节上承板2的升降调节弹簧的有效长度来实现。
弹簧刚度的具体调节方法如下：
(1)刚度调小过程。油杆上升过程，第一油阀23a和第二油阀23b均打开，油泵控制器18使第一油泵20a转动，液压油通过第一管路15a进入升降器16，液位传感器21监测泵送油量的多少，根据第一油槽22a内油量与升降器16内油量总量一定原理，监测槽内剩余油量，推算升降器内油量，计算油杆上升高度，进而可精确调节上承板2的上升高度，也即弹簧的有效长度，第一油槽22a内液面下降至计算位置后，第一油泵20a停止工作，第一油阀23a关闭。
(2)刚度调大过程，即油杆下降过程，第一油阀23a和第二油阀23b均打开；油泵控制器18使第二油泵20b转动，液压油从第二油槽22b通过第二管路15b进入升降器内推动油杆下降，等每一油槽22a液面高度升至设计高度，油泵控制器控制第二油泵停止工作，第二油阀关闭，弹簧的有效长度减少。
动力吸振器阻尼的智能管控：
动力吸振器阻尼的智能管控通过动力吸振器阻尼的管控装置实现。
所述动力吸振器阻尼的管控装置包括位移传感器14、阻尼管控控制器、第一铁芯11b、第一线圈11a、第二铁芯12b和第二线圈12a。由第一线圈11a缠绕在第一铁芯11b上构成的第一电磁体11嵌设在质量块下部；由第二线圈12a缠绕在第二铁芯12b上构成的第二电磁体12安装在下台座上，第一电磁体11与第二电磁体相对设置；固设在下台座的位移传感器，其通过拉线与质量块相连。
固设在下台座的位移传感器14，其通过拉线与质量块6相连，在振动过程中，位移传感器14可监测出质量块6的位移方向与位移量。
固设在下台座上，与励磁线圈和位移传感器相连接的阻尼管控控制器，所述阻尼管控控制器包括控制第一线圈11a和第二线圈12a中电流的电流控制器和用于接受位移监测信号的信号反馈器。
具体的阻尼调节的方法，包括以下几个步骤：
(1)位移传感器实时监测质量块的振动位移变化量δl，并传输至信号反馈器。
(2)信号反馈器将位移传感器传输的结果分析后输向电流控制器进行励磁线圈中电流的调控。
线圈中传输电流的i大小计算方法为：
其中，n为上线圈和下线圈的匝数，μ0为真空磁导率，f为需要提供的阻尼力，α为阻尼装置结构决定的阻尼调节系数，μr为上铁芯和下铁芯的相对磁导率。
当质量块向上产生位移，即当δl为正时，控制电流的方向使上下铁芯互相吸引；而当质量块向下产生位移，即当δl为负时，控制电流的方向使上下铁芯互相排斥。
阻尼调节系数α计算方法为：
其中l0为上下铁芯的初始间距，q为上下铁芯正方形截面的边长。