一种悬挂式复合调谐减振装置及方法与流程

1.本发明涉及减振技术领域，尤其涉及一种悬挂式复合调谐减振装置及方法。


背景技术：

2.在地震和风荷载的作用下，高耸结构会产生振动，严重降低高耸结构的安全性。悬挂质量摆阻尼器是一种比较经济的高耸结构被动减振装置，其突出的优点在于质量摆的摆动方向完全取决于结构的振动方向。在实际应用中，质量摆能够准确地给予沿振动方向的减振阻尼力。
3.但是，传统的悬挂质量摆阻尼器多为被动减振，无法根据结构的服役情况和实时振动做出自振周期和减振阻尼力的动态调整，降低了其减振效果。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种悬挂式复合调谐减振装置及方法，能够减小输电塔结构在外力作用下各个方向的振动响应，达到耗能减振的目的；且能够调整质量摆的自振周期。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本发明的实施例提供了一种悬挂式复合调谐减振装置，包括架体、设于架体中心并能够相对架体转动的悬吊机构，所述悬吊机构末端安装质量球；所述架体上固定有多个沿悬吊机构周向间隔设置的耗能单元；所述耗能单元包括阻尼腔、设于阻尼腔内的搅动机构，所述搅动机构通过牵引索连接悬吊机构，悬吊机构摆动时能够带动搅拌机构搅拌阻尼腔内填充的磁流变液。
6.作为进一步的实现方式，所述悬吊机构包括悬臂、伸缩杆，所述伸缩杆的一端与悬臂转动连接，另一端连接质量球。
7.作为进一步的实现方式，所述牵引索通过连接件与悬臂相连。
8.作为进一步的实现方式，所述悬臂安装有加速度传感器。
9.作为进一步的实现方式，所述伸缩杆外侧安装锁定装置。
10.作为进一步的实现方式，所述搅动机构包括转轴、安装于转轴的叶片，所述叶片周向布置有通电线圈。
11.作为进一步的实现方式，所述阻尼腔外侧安装壳体，所述通电线圈和叶片设置于阻尼腔中。
12.作为进一步的实现方式，所述转轴上套设于复位弹簧，复位弹簧一端与转轴固定，另一端与壳体内壁或阻尼腔外壁连接。
13.作为进一步的实现方式，所述质量球上安装有加速度传感器。
14.第二方面，本发明实施例还提供了一种悬挂式复合调谐减振方法，采用所述的减振装置，在外力作用下，质量球摆动，通过牵引索拉伸使转轴和叶片旋转；叶片搅动阻尼腔内的磁流变液，通电线圈通电产生磁场；同时通过加速度传感器实时检测振动信息并反至
控制单元。
15.本发明的有益效果如下：（1）本发明利用悬吊质量摆实现了在平面内的多维振动，使质量摆可准确的沿着输电塔结构的振动方向发生摆动，提供方向准确的减振阻尼力；质量摆通过牵引索连接耗能单元，能够在摆动的同时使耗能单元实现耗能效果；质量摆与耗能单元结合，增强减振耗能效果。
16.（2）本发明通过伸缩杆和锁定装置构成频率调节系统，通过伸缩杆调整质量摆摆动半径，达到调节减震装置自振周期的目的；且设置锁定装置，能够避免质量球位置确定后出现滑移，提高减振效果的稳定性。
17.（3）本发明的耗能单元通过叶片旋转改变磁流变液的粘滞性，间接改变减振装置的阻尼力和耗能能力，提高振动控制效果。
18.（4）本发明通过设置加速度传感器，实现振动过程的动态监测，为调节振动装置的周期提供基础。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1是本发明根据一个或多个实施方式的立体图；图2是本发明根据一个或多个实施方式的主视图；图3是本发明根据一个或多个实施方式的锁定装置立体图；图4是本发明根据一个或多个实施方式的锁定组件结构示意图；图5是本发明根据一个或多个实施方式的耗能单元结构示意图；其中，1、架体，2、第一连接件，3、第一万向球铰，4、悬臂，5、第二连接件，6、第二万向球铰，7、锁定装置，8、伸缩杆，9、叶片，10、第一加速度传感器，11、质量球，12、耗能单元，13、第二加速度传感器，14、牵引索，15、第三加速度传感器，16、通电线圈，17、锁定组件，18、限位板，19、齿轮，20、电动锁销，21、绞盘，22、转轴，23、壳体，24、复位弹簧，25、分隔板，26、阻尼腔，27、控制单元。
具体实施方式
21.实施例一：本实施例提供了一种悬挂式复合调谐减振装置，如图1和图2所示，包括架体1、耗能单元12、质量球11、悬吊机构，架体1用于支撑各部件，其结构可以根据实际安装要求设置；本实施例的架体1为矩形框架，悬吊机构设于架体1中心，悬吊机构的顶端安装第一连接件2，使用时通过第一连接件2与输电塔结构（例如输电杆塔）固定；质量球11安装于悬吊机构底端。
22.所述质量球11为金属实心球，例如铁质实心球，以用尽可能小的体积提供足够大的质量，有利于为减振结构提供阻尼力。质量球11的质量应根据减振结构的需要选择，当结构需要的减振反力不足时，可增加该减振结构数量，或增加质量球11的质量。
23.进一步的，所述悬吊机构包括悬臂4、伸缩杆8，悬臂4一端通过第一万向球铰3与第
一连接件2连接，第一连接件2与输电塔结构（例如输电杆塔）连接，以使在振动作用下悬臂4能够绕连接点摆动，为输电塔结构提供足够的减振阻尼力。
24.所述悬臂4另一端通过第二万向球铰6连接伸缩杆8的一端，伸缩杆8的另一端连接质量球11；通过伸缩杆8调节质量球11与顶部连接点的距离，从而调节振动频率，以满足不同的工况要求。所述伸缩杆8可以为电动伸缩杆、液压伸缩杆等。
25.如图3所示，为了防止质量球11在调整至合适位置后因外力作用产生滑移，在伸缩杆8外侧设置锁定装置7。本实施例的锁定装置7包括限位板18和锁定组件17，所述锁定组件17固定于伸缩杆8外侧，其与限位板18配合。如图4所示，锁定组件17包括支撑件、齿轮19和电动锁销20，支撑件与伸缩杆8固定，齿轮19与支撑件转动连接。
26.所述齿轮19上下两侧均安装电动锁销20，且齿轮19与限位板18侧面设置的齿条结构啮合。其中，电动锁销20为可控的棘爪结构，例如棘爪连接电机。通过电动锁销20卡入齿轮19可将其锁止，退出电动锁销20后伸缩杆8可正常伸缩。通过该锁定装置7增强了伸缩杆8的安全性，保证质量球11在摆动过程中不发生沿悬吊结构方向的滑动。
27.可以理解的，在其他实施例中，锁定装置也可以采用其他结构，只要能够实现对伸缩杆的锁止和解锁即可。
28.进一步的，所述悬臂4周向间隔设置多个第二连接件5，第二连接件5通过牵引索14连接耗能单元12；通过牵引索14使质量球11与耗能单元12协同作用。在本实施例中，所述第二连接件5为环形连接件。
29.如图5所示，所述耗能单元12包括壳体23、搅动机构、阻尼腔26和通电线圈16，壳体23内部为封闭的空腔，其内部通过分隔板25形成阻尼腔26，阻尼腔26中填充磁流变液。
30.进一步的，所述搅动机构包括转轴22和叶片9，转轴22伸入壳体23中，其位于壳体23外侧的一端安装绞盘21，牵引索14的一端与绞盘21固定并绕于绞盘21上一定长度，通过牵引索14牵引绞盘21带动转轴22旋转，以使叶片9搅动磁流变液。
31.在本实施例中，所述牵引索14为钢绞线，设置8根钢绞线，相邻钢绞线的夹角为45
°
，以形成稳定的减振结构。
32.所述叶片9外侧设有通电线圈16，通电线圈16连接电源，所述电源连接控制单元27；当转轴22旋转时控制单元27控制通电线圈16通电，通过产生的磁场改变阻尼腔26内磁流变液的粘滞性，从而实现阻尼力与耗能能力的调节。可通过在转轴22上安装角度传感器监测转轴22的旋转状态。
33.进一步的，转轴22位于阻尼腔26外侧的部分套设有复位弹簧24，复位弹簧24设于分隔板25与壳体23内壁之间，复位弹簧24一端与转轴22固定，另一端与壳体23或分隔板25固定。复位弹簧24起到复位牵引索14，使其处于预紧状态的作用。
34.本实施例的质量球11安装用于监测其动态的第一加速度传感器10，悬臂4安装用于监测其动态的第二加速度传感器13，架体1或输电塔结构上安装第三加速度传感器15，用于监测需减振结构的实时动态响应。本实施例的加速度传感器与中央处理器相连。通过加速度传感器实现振动周期的监测；加速度感应器自身的固有频率远大于被测结构的振动频率。
35.本实施例主要应用于控制输电杆塔的振动响应，减少振动对输电塔线体系的损害。
36.实施例二：本实施例提供了一种悬挂式复合调谐减振方法，采用实施例一所述的减振装置，当输电塔结构发生振动时，引起质量球11摆动；摆动的质量球11通过带动牵引索14拉伸引起耗能单元12的转轴22和叶片9转动，搅动阻尼腔26内的磁流变液。
37.通电线圈16接通电源，产生磁场，通过改变电流的大小改变磁场的强弱，从而影响磁流变液的粘滞性，起到调整耗能单元阻尼力和耗能能力的作用。当牵引索14受到拉力时，其对应的耗能单元12的通电线圈16接通电源，产生阻尼力和耗能能力，当牵引索14拉力消失，通电线圈16断开电源，牵引索14在复位弹簧24的作用下始终处于收紧状态。当结构振动消失，质量球11的振动能量随着耗能单元的消耗而耗散，结构和减震装置恢复平稳。
38.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。