一种变刚度调谐阻尼器及控制方法

本发明涉及阻尼器，特别是涉及一种变刚度调谐阻尼器及控制方法。

背景技术：

1、海上风机长期处于风、浪、流及机组运行等多源耦合激励环境下，其塔筒和导管架基础作为承载机舱、轮毂、叶片及上部结构的关键支撑构件，易发生显著的横向、前后向、侧向及局部耦合振动。随着海上风机向大容量、长叶片、高塔筒、轻量化方向持续发展，结构柔性不断增强，固有频率进一步降低，更易接近外部激励频率范围，振动控制问题日益突出，已成为制约海上风机安全运行与疲劳寿命的关键因素之一。

2、当前，海上风机振动控制措施主要包括：优化截面设计、调整结构刚度分布、在机舱或塔筒内部设置被动调谐质量阻尼器（tuned mass damper, tmd）以及采用主动桨距控制削减载荷等。其中，被动调谐质量阻尼器因结构简单、可靠性高、便于布置等优势，具备较高的工程实用价值。然而，传统tmd的核心参数（如刚度、质量）通常在设计阶段即行确定，其固有频率只能针对某一特定工况下的目标模态频率进行调谐，难以适应实际运行中的频率变化。

3、事实上，海上风机塔筒的动力特性呈现明显的时变特征。塔筒等效刚度受基础边界条件变化、温度效应、腐蚀、预应力衰减、连接松弛等因素影响；塔顶等效质量则会随叶片桨距角变化、机舱偏航状态、结冰载荷及附加荷载等发生改变；与此同时，风浪耦合激励频率亦在不同海况下持续漂移。上述因素共同导致结构主导频率在较宽范围内波动。因此，传统固定参数tmd仅在狭窄频带内具有理想减振效果，一旦目标频率偏移，将出现调谐失配，减振效率显著下降。

4、此外，现有可调阻尼装置多侧重于阻尼系数的调节，然而在低频、大位移振动控制场景下，仅调节阻尼难以保证阻尼器固有频率始终跟踪目标模态变化，频率失谐问题仍未有效解决。另有一些主动或半主动控制装置，包含复杂液压回路、暴露式运动副或高频主动驱动单元（例如液压伺服缸—伺服阀、直线电机、电动缸或伺服电机—丝杠机构等），虽具有一定自适应能力，但具有如下缺陷：1、通过液压系统进行控制，系统较为复杂；2、高频主动驱动单元通常直接驱动质量块、弹簧连接点或耗能构件进行高频往复运动，以实时施加主动控制力，在盐雾、高湿、大幅温差等海洋环境下，高频持续运行的主动驱动单元易产生运动副磨损、密封老化、发热及控制失效等问题，长期运行可靠性和维护便利性难以兼顾。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种变刚度调谐阻尼器及控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，可适配不同工况下的频率漂移特征，结构简单，有利于提高运行稳定性，降低了维护难度和维护频率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种变刚度调谐阻尼器，包括至少一个阻尼器，各所述阻尼器包括支撑架体和沿工作方向依次设置的质量块、重构机构和刚度组件，其中：

4、所述质量块能够相对于支撑架体沿所述工作方向移动；

5、所述重构机构包括驱动组件和连杆机构，所述连杆机构包括至少两个依次连接的连杆，所述连杆机构的第一个自由端与所述质量块活动连接，所述驱动组件与一个所述连杆活动连接并形成连接支点；

6、所述刚度组件的一端与所述连杆机构的第二个自由端活动连接，所述支撑架体的另一端与所述支撑架体连接，所述刚度组件能够为所述质量块提供沿所述工作方向、远离所述刚度组件方向的复位力；所述驱动组件能够驱动所述连接支点沿所述工作方向往复移动；所述驱动组件通过驱动所述连接支点沿所述工作方向移动能够改变所述刚度组件向所述质量块提供的等效复位刚度。

7、优选的，还包括阻尼耗能组件，所述阻尼耗能组件的一端与所述质量块连接，所述阻尼耗能组件的另一端与所述重构机构连接或与所述支撑架体连接；所述刚度组件为变刚度组件。

8、优选的，所述刚度组件包括投切机构和至少两个弹性组件，各所述弹性组件的一端能够与所述连杆机构的第二个自由端连接，各所述弹性组件的另一端与所述支撑架体连接；所述刚度组件的多个所述弹性组件具有不同的初始刚度；所述投切机构与所述连杆机构的第二个自由端活动连接，所述投切机构能够与各所述弹性组件连接或断开连接。

9、优选的，所述投切机构包括投切板和锁定装置，所述锁定装置和所述弹性组件一一对应，各所述锁定装置能够使对应的所述锁定装置与所述投切板锁定或解除锁定。

10、优选的，所述刚度组件包括三个所述弹性组件，三个所述弹性组件分别为金属弹簧组件、层叠复合弹性片组件和橡胶-金属复合弹性组件。

11、优选的，各所述弹性组件包括弹性本体和预偏置调节机构，所述预偏置调节机构的一端能够与所述投切机构通过锁止装置连接，所述预偏置调节机构的另一端与所述弹性本体的一端连接，所述预偏置调节机构能够调节所述弹性本体的初始压缩量或初始拉伸量。

12、优选的，还包括控制器，所述控制器与所述驱动组件、所述锁定装置和所述预偏置调节机构连接；所述控制器能够控制所述驱动组件驱动所述连接支点沿所述工作方向往复移动；所述控制器能够控制各所述锁定装置动作以使对应的所述锁定装置与所述投切板锁定或解除锁定；所述控制器能够控制所述预偏置调节机构调节所述弹性本体的初始压缩量或初始拉伸量。

13、优选的，还包括状态采集组件，所述状态采集组件与所述控制器信号连接，所述状态采集组件能够获取所述待减振结构的振动响应信息和所述质量块的位移响应信息。

14、本发明还提供一种基于所述的变刚度调谐阻尼器的调谐阻尼器控制方法，包括如下方法：

15、在待减振结构上设置至少一个阻尼器，多个所述变刚度调谐阻尼器的工作方向相同或不同；

16、根据所述变刚度调谐阻尼器的振动频率，通过所述重构机构调节所述阻尼器的阻尼系数；所述重构机构调节所述阻尼器的阻尼系数的方法包括：通过所述驱动组件驱动所述连接支点沿所述工作方向移动，改变所述刚度组件向所述质量块提供的等效复位刚度；

17、通过各所述变刚度调谐阻尼器抑制所述待减振结构沿对应的所述工作方向的振动。

18、优选的，所述刚度组件包括投切机构和至少两个弹性组件，各所述弹性组件的一端能够与所述连杆机构的第二个自由端连接，各所述弹性组件的另一端与所述支撑架体连接；所述刚度组件的多个所述弹性组件具有不同的初始刚度；所述投切机构与所述连杆机构的第二个自由端活动连接，所述投切机构能够与各所述弹性组件连接或断开连接；各所述弹性组件包括弹性本体和预偏置调节机构，所述预偏置调节机构的一端能够与所述投切机构连接，所述预偏置调节机构的另一端与所述弹性本体的一端连接，所述预偏置调节机构能够调节所述弹性本体的初始压缩量或初始拉伸量；

19、还包括如下步骤：根据所述变刚度调谐阻尼器的振动频率，通过所述重构机构、所述投切机构、所述预偏置调节机构中的至少一个调节阻尼器的阻尼系数；通过所述投切机构调节所述阻尼器的阻尼系数的方法包括：使至少一个弹性组件与投切机构连接；通过预偏置调节机构调节至少一个所述弹性本体的初始压缩量或初始拉伸量。

20、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

21、本发明提供一种变刚度调谐阻尼器及控制方法，包括支撑架体和沿工作方向依次设置的质量块、重构机构和刚度组件，重构机构包括驱动组件和连杆机构，连杆机构包括至少两个依次连接的连杆，连杆机构的第一个自由端与质量块活动连接，驱动组件与一个连杆活动连接并形成连接支点；刚度组件的一端与连杆机构的第二个自由端活动连接，支撑架体的另一端与支撑架体连接，刚度组件能够为质量块提供沿工作方向、远离刚度组件方向的复位力；驱动组件能够驱动连接支点沿工作方向往复移动；驱动组件通过驱动连接支点沿工作方向移动能够改变刚度组件向质量块提供的等效复位刚度。本发明能够根据变刚度调谐阻尼器的振动频率（优选为振动主频），通过驱动组件驱动连接支点沿工作方向移动，改变刚度组件向质量块提供的等效复位刚度，从而调节阻尼系数，可适配不同工况下的频率漂移特征，且无需采用复杂的液压回路，通过连杆组件即可实现刚度调节，结构简单，有利于提高运行稳定性，降低了维护难度和维护频率。