一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器的制造方法
【專利摘要】一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，屬于土木工程的振動(dòng)控制領(lǐng)域。磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制的懸吊質(zhì)量擺阻尼器。本發(fā)明包括磁流變擺軸體系、剛性吊桿和配重塊等。在吊桿轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承內(nèi)部設(shè)計(jì)了一種封閉的磁流變裝置，將轉(zhuǎn)動(dòng)軸封閉在磁流變液環(huán)境中，在軸承上設(shè)置葉片，通過控制電源來控制磁流變液的狀態(tài)，以達(dá)到葉片阻力可調(diào)的目的。適用于土木工程結(jié)構(gòu)的柔性結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)，突破了以往質(zhì)量擺體系擺軸擺動(dòng)角度和速度不可控的局限。土木結(jié)構(gòu)體型龐大，其所用的調(diào)諧質(zhì)量擺阻尼器質(zhì)量龐大，若要對(duì)質(zhì)量擺裝置實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制需要很高的功率。磁流變體系耗電小，出力大，本發(fā)明僅通過小量的電流，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)諧質(zhì)量擺阻尼器進(jìn)行半主動(dòng)控制。
【專利說明】—種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于土木工程的振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體的說，是通過改變擺軸的磁流變體系狀態(tài)來控制擺動(dòng)的角速度和擺動(dòng)角度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)控制力的半主動(dòng)控制阻尼器。
【背景技術(shù)】:
[0002]傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)是通過提高結(jié)構(gòu)自身的能力來耗散地震能量。然而，對(duì)于比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害，如強(qiáng)震臺(tái)風(fēng)等，這種方法既不經(jīng)濟(jì)，也無法滿足對(duì)安全的要求，達(dá)不到預(yù)期效果。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)抗震的有效方法，近三十年來，在理論研究和工程應(yīng)用方面取得了豐碩成果。懸吊質(zhì)量擺體系是一種應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)的有效減振措施，且設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便、造價(jià)低，是一種實(shí)用性好的控制裝置。將懸吊質(zhì)量擺懸吊在結(jié)構(gòu)上，通過質(zhì)量擺的周期與結(jié)構(gòu)周期相近，給出了與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相反的慣性力來達(dá)到減震效果。研究表明，在最優(yōu)的控制參數(shù)下，懸吊質(zhì)量擺體系能減少主體受控結(jié)構(gòu)風(fēng)振或地震反應(yīng)達(dá)50%以上，因此，在輸電塔體系、電視塔、高層建筑中有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]傳統(tǒng)的懸吊質(zhì)量擺阻尼器主要由配重塊、吊桿(吊線)組成。對(duì)于傳統(tǒng)的質(zhì)量擺體系，存在如下問題:(1) 一般的懸吊質(zhì)量擺的擺動(dòng)角度在一定的范圍內(nèi)，才能起到控制效果。然而若地震或風(fēng)振較大，吊桿(吊線)擺動(dòng)角度較大，又會(huì)影響結(jié)構(gòu)的減振效果，甚至起到相反的作用。(2)傳統(tǒng)的質(zhì)量擺，不能根據(jù)具體的外部激勵(lì)和結(jié)構(gòu)特性實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制力，達(dá)到最優(yōu)控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決懸吊質(zhì)量擺阻尼器存在的上述問題，本發(fā)明在擺軸內(nèi)部設(shè)計(jì)磁流變體系，通過擺軸的葉片在磁流變體系內(nèi)阻力的變化來控制剛性質(zhì)量擺的擺動(dòng)角度和擺動(dòng)速度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，由托架、吊桿、配重塊、磁流變擺軸和承桿組成；配重塊用螺栓固定，分兩側(cè)對(duì)稱掛在吊桿的下端；吊桿的上端通過軸承套固定在磁流變擺軸的軸承外圈上；磁流變擺軸安裝在水平承桿的中間，水平承桿的兩端分別固定在托架上；水平承桿不可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]磁流變擺軸包括軸承內(nèi)圈、軸承外圈、滾珠、勵(lì)磁線圈和橡膠密封墊；軸承滾珠位于軸承內(nèi)圈和軸承外圈之間的滾珠槽內(nèi)；滾珠槽位于軸承的中間段；軸承內(nèi)圈的兩端外徑縮小；在軸承內(nèi)圈外徑縮小處沿圓周固定若干個(gè)內(nèi)圈葉片；在軸承外圈的內(nèi)側(cè)兩端與內(nèi)圈葉片對(duì)應(yīng)處，也固定若干個(gè)外圈葉片；內(nèi)圈葉片和外圈葉片之間不接觸；兩個(gè)環(huán)形橡膠密封墊內(nèi)徑粘接固定在軸承內(nèi)圈兩個(gè)端點(diǎn)上，外徑與軸承外圈的內(nèi)徑尺寸相符，且緊貼軸承外圈的內(nèi)壁，使得軸承內(nèi)圈和軸承外圈之間形成封閉空間；橡膠密封墊外側(cè)上下對(duì)稱位置設(shè)有兩個(gè)凹槽，用來放置勵(lì)磁線圈；兩個(gè)勵(lì)磁線圈用連接導(dǎo)線以圓形連接；密封環(huán)境的內(nèi)部注滿磁流變液；軸承內(nèi)圈固定在水平承桿的中間位置。
[0007]軸承套與軸承外圈之間可用平鍵固定。[0008]軸承內(nèi)圈與承桿間可用平鍵來固定。
[0009]橡膠密封墊可外蓋一擋片，與軸承內(nèi)圈以螺絲扣的形式連接。
[0010]內(nèi)圈葉片可以預(yù)鑄在軸承內(nèi)圈上。
[0011]外圈葉片可以預(yù)鑄在軸承外圈上。
[0012]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)本發(fā)明提供的阻尼器可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制力，懸吊質(zhì)量擺所出的控制力與擺動(dòng)的角速度相關(guān)，通過改變磁流變液的流動(dòng)性和粘度，就可以控制擺動(dòng)的角速度，達(dá)到調(diào)節(jié)控制力的目的。對(duì)于不同程度結(jié)構(gòu)和外部激勵(lì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)信息的實(shí)時(shí)反饋和響應(yīng)控制算法來調(diào)節(jié)控制力，達(dá)到最優(yōu)的控制效果。
[0014](2)本發(fā)明的控制力變化的響應(yīng)快，且功耗小。磁場(chǎng)強(qiáng)度改變后，磁流變液的流變過程是瞬間完成的，故擺軸擺動(dòng)的阻尼力也是瞬間改變的，控制力變化的響應(yīng)快。此外，本發(fā)明功耗小，使用低電壓的外接電路或外接電池即可達(dá)到控制效果。
[0015](3)本發(fā)明的部件較少，制作和安裝過程簡(jiǎn)單，因此成本不高，且維護(hù)方便，能有效提高結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的側(cè)立面圖。
[0018]圖3是磁流變軸承內(nèi)部構(gòu)造圖。
[0019]圖4是圖2的AA剖視圖。
[0020]圖5是密封圈外側(cè)構(gòu)造圖。
[0021]圖中:1托架，2吊桿，3配重塊，4磁流變擺軸，5擋片，6承桿，7橡膠密封墊，8勵(lì)磁線圈，9軸承內(nèi)圈，10軸承外圈，11內(nèi)圈葉片，12磁流變液，13滾珠，14螺栓，15平鍵，16連接導(dǎo)線，17軸承套，18凹槽，19電源線，20外圈葉片，21滾珠槽。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明:
[0023]一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，由托架1、吊桿2、配重塊3、磁流變擺軸4和承桿6組成；其特征在于:配重塊3用螺栓14固定，分兩側(cè)對(duì)稱掛在吊桿2的下端；吊桿2的上端通過軸承套17固定在磁流變擺軸4的軸承外圈10上；磁流變擺軸4安裝在水平承桿6的中間，水平承桿6的兩端分別固定在托架I上；水平承桿6不可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024]磁流變擺軸4包括軸承內(nèi)圈9、軸承外圈10、滾珠13、勵(lì)磁線圈8和橡膠密封墊7 ；軸承滾珠13位于軸承內(nèi)圈9和軸承外圈10之間的滾珠槽21內(nèi)；滾珠槽21位于軸承的中間段；軸承內(nèi)圈9的兩端外徑縮小；在軸承內(nèi)圈9外徑縮小處沿圓周固定若干個(gè)內(nèi)圈葉片11 ;在軸承外圈10的內(nèi)側(cè)兩端與內(nèi)圈葉片11對(duì)應(yīng)處，也固定若干個(gè)外圈葉片20 ;內(nèi)圈葉片11和外圈葉片20之間不接觸；兩個(gè)環(huán)形橡13父S封塾7內(nèi)徑粘接固定在軸承內(nèi)圈9兩個(gè)端點(diǎn)上，外徑與軸承外圈10的內(nèi)徑尺寸相符，且緊貼軸承外圈10的內(nèi)壁，使得軸承內(nèi)圈9和軸承外圈10之間形成封閉空間；橡膠密封墊7外側(cè)上下對(duì)稱位置設(shè)有兩個(gè)凹槽18，用來放置勵(lì)磁線圈8 ;兩個(gè)勵(lì)磁線圈8用連接導(dǎo)線16以圓形連接；密封環(huán)境的內(nèi)部注滿磁流變液；軸承內(nèi)圈9固定在水平承桿6的中間位置。
[0025]軸承套17與軸承外圈10之間用平鍵15固定。
[0026]軸承內(nèi)圈9與承桿6間也用平鍵15來固定。
[0027]橡膠密封墊7外蓋一擋片，與軸承內(nèi)圈9以螺絲扣的形式連接。
[0028]內(nèi)圈葉片11可以預(yù)鑄在軸承內(nèi)圈9上。
[0029]外圈葉片20可以預(yù)鑄在軸承外圈10上。
[0030]本發(fā)明的安裝過程如下:將預(yù)制好的磁流變擺軸4套接在承桿6上，并將吊桿2套在磁流變擺軸4上。將承桿6固定在托架I上，并將托架I固定在結(jié)構(gòu)頂端。最后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體要求選擇適當(dāng)質(zhì)量的配重塊3，用螺栓14分兩側(cè)對(duì)稱固定在吊桿2上。
[0031 ] 發(fā)生地震或風(fēng)振時(shí)，質(zhì)量擺由于慣性的作用，給結(jié)構(gòu)施加相反方向的控制力。當(dāng)?shù)卣鸹蝻L(fēng)振過大時(shí)，為了避免擺動(dòng)角度過大而影響減振效果，根據(jù)結(jié)構(gòu)的反饋信息和相應(yīng)的控制算法，將外部電流施加在勵(lì)磁線圈8上，形成適當(dāng)強(qiáng)度的電磁場(chǎng)來控制磁流變液12的粘度和流動(dòng)性，調(diào)節(jié)擺動(dòng)的阻尼力和擺動(dòng)的角速度，達(dá)到調(diào)節(jié)控制力的效果。也可根據(jù)結(jié)構(gòu)的反饋結(jié)果，將磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度，使磁流變擺軸12不能轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到控制擺動(dòng)幅度的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，由托架(1)、吊桿(2)、配重塊(3)、磁流變擺軸(4)和承桿(6)組成；其特征在于:配重塊(3)用螺栓(14)固定，分兩側(cè)對(duì)稱掛在吊桿(2)的下端；吊桿(2)的上端通過軸承套(17)固定在磁流變擺軸(4)的軸承外圈(10)上；磁流變擺軸(4 )安裝在水平承桿(6 )的中間，水平承桿(6 )的兩端分別固定在托架(1)上；水平承桿(6 )不可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 磁流變擺軸(4 )包括軸承內(nèi)圈(9 )、軸承外圈(10 )、滾珠(13 )、勵(lì)磁線圈(8 )和橡膠密封墊(7);軸承滾珠(13)位于軸承內(nèi)圈(9)和軸承外圈(10)之間的滾珠槽(21)內(nèi)；滾珠槽(21)位于軸承的中間段；軸承內(nèi)圈(9)的兩端外徑縮?。辉谳S承內(nèi)圈(9)外徑縮小處沿圓周固定若干個(gè)內(nèi)圈葉片(11);在軸承外圈(10)的內(nèi)側(cè)兩端與內(nèi)圈葉片(11)對(duì)應(yīng)處，也固定若干個(gè)外圈葉片(20 );內(nèi)圈葉片(11)和外圈葉片(20 )之間不接觸；兩個(gè)環(huán)形橡膠密封墊(7)內(nèi)徑粘接固定在軸承內(nèi)圈(9)兩個(gè)端點(diǎn)上，外徑與軸承外圈(10)的內(nèi)徑尺寸相符，且緊貼軸承外圈(10)的內(nèi)壁,使得軸承內(nèi)圈(9)和軸承外圈(10)之間形成封閉空間；橡膠密封墊(7)外側(cè)上下對(duì)稱位置設(shè)有兩個(gè)凹槽(18)，用來放置勵(lì)磁線圈(8);兩個(gè)勵(lì)磁線圈(8)用連接導(dǎo)線(16)以圓形連接；密封環(huán)境的內(nèi)部注滿磁流變液；軸承內(nèi)圈(9)固定在水平承桿(6)的中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，其特征在于軸承套(17)與軸承外圈(10)之間用平鍵(15)固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，其特征在于軸承內(nèi)圈(9)與承桿(6)間也用平鍵(15)來固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，其特征在于橡膠密封墊(7)可外蓋一擋片，與軸承內(nèi)圈(9)以螺絲扣的形式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，其特征在于內(nèi)圈葉片(11)可以預(yù)鑄在軸承內(nèi)圈(9)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流變懸吊質(zhì)量擺阻尼器，其特征在于外圈葉片(20)可以預(yù)鑄在軸承外圈(10)上。
【文檔編號(hào)】F16F15/03GK103603917SQ201310579455
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】霍林生, 李旭, 李宏男 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)