电涡流式调谐质量阻尼装置论文和设计-王新娣

全文摘要

本实用新型公开了电涡流式调谐质量阻尼装置，涉及阻尼减振技术领域。一种电涡流式调谐质量阻尼装置，包括外壳、刚度系统、质量系统和阻尼系统；刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，质量系统包括质量块，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节以调整消振频率；阻尼系统的电涡流阻尼器连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。本实用新型采用立柱式构件作为调谐质量阻尼装置的刚度系统，质量系统直接刚接于立柱式构件之上，并将电涡流阻尼器安装在质量系统上，无需初始启动力，可及时对微小振动进行反应，具有结构简单、灵敏度高、易于维护的优点。

主设计要求

1.一种电涡流式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统，其特征在于：所述刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，所述质量系统包括质量块，立柱式构件的一端与外壳刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率；所述阻尼系统包括电涡流阻尼器，电涡流阻尼器的一端连接在外壳上，电涡流阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

设计方案

1.一种电涡流式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统，其特征在于：

所述刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，所述质量系统包括质量块，立柱式构件的一端与外壳刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率；所述阻尼系统包括电涡流阻尼器，电涡流阻尼器的一端连接在外壳上，电涡流阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

2.根据权利要求1所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述电涡流阻尼器安装在质量块上部、下部或者侧面，包括永磁体、磁体背铁、导体板和导体背铁，永磁体位于磁体背铁与导体板之间；振动时导体板与永磁体发生相对运动，导体板切割磁力线产生电涡流与永磁体相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。

3.根据权利要求2所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述导体背铁的一侧安装在质量块上，相对的另一侧安装导体板；所述磁体背铁安装在壳体内壁上，一对永磁体间隔安装在磁体背铁的表面上并远离所述导体板，永磁体对的磁极相互颠倒设置，当导体板与永磁体发生相对运动时，导体板切割磁力线产生电涡流。

4.根据权利要求3所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述导体板活动安装在导体背铁表面，使得导体板与导体背铁表面的距离能够进行调节，从而调整导体板与永磁体之间的间隔以调整阻尼力的大小。

5.根据权利要求3所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述导体背铁活动安装在质量块上，使得导体背铁与质量块之间的距离能够进行调节，从而调整导体背铁上的导体板与永磁体之间的间隔以调整阻尼力的大小。

6.根据权利要求1所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述外壳包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

7.根据权利要求1所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述质量块上设置有供立柱式构件穿过的孔，所述立柱式构件沿轴长设置有限位件，通过限位件将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置。

8.根据权利要求1所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述立柱式构件包括上部段和下部，上部用于固定质量块，下部的长度可调节，通过调节下部的长度来调整立柱式构件的高度，从而调整固定在上部的质量块的高度。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒和玻璃纤维杆中的一个或多个组成的单根杆构件、多根杆构件或格构式结构。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的电涡流式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述质量块为钢材、铅块、混凝土和灌浆料中的一种或多种混合构成。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及阻尼减振技术领域，尤其涉及一种电涡流式调谐质量阻尼装置。

背景技术

高层建筑比如塔桅结构在水平方向的荷载效应显著，因此风荷载、地震荷载是结构设计的主要控制性因素。尤其的，对于单个塔桅结构，为了适应越来越多的设备种类和数量，风荷载的常规解决方式一方面是增加塔桅结构数量或加大单个铁塔结构外观及钢材用量，另一方面是设置各种结构阻尼装置。

对于结构阻尼装置（或称动力吸振器），其属于结构被动控制措施的一种，主要应用于抗风、抗震和提高人体舒适性。调谐质量阻尼装置是常用的一种，其能够在主结构受到外界动态力作用时提供一个频率几乎相等、与结构运动方向相反的力，从而部分或全部抵消外界激励引起的结构响应。应用时，可以通过合理设计质量、刚度与阻尼系数来达到降低主体结构振动反应、增加结构负载能力的目的。

现有技术中的调谐质量阻尼装置从部件组成上通常分为刚度系统、质量系统和阻尼系统三大部分。这几部分通过不同组合方式可组成不同类型的阻尼装置。以常用的调谐质量阻尼装置为例，常规方案下，质量系统采用质量块，质量块底部设置滑轮，刚度系统采用弹簧，阻尼系统可采用杆式阻尼器或阻尼箱或电涡流阻尼器。上述方案存在如下缺陷：

一方面，灵敏度不高。刚度系统采用弹簧，虽然可靠性强、可现场调节频率，耐久性强等优点，但质量系统底部需设置滑轮等支撑构件，这些支撑构件与地板具有一定摩擦，从而导致其工作状态需要一个初始启动力，在微小振动时难以及时反应，灵敏度一般。

另一方面，难以对频率进行连续调节。目前的频率调节方式包括以下两种方式：一是通过增加或减少质量块的大小来调节频率，此方法会影响减振效果，特别是当质量减小时会导致减振效果降低。二是通过更换弹簧调节频率，缺点是实际操作麻烦。并且上述两种调节方法都属于离散型方法，频率只能调节到可控范围内的某个固定数值，难以调节到可控范围内的任意数值。

发明内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种电涡流式调谐质量阻尼装置。本实用新型采用立柱式构件作为调谐质量阻尼装置的刚度系统，质量系统直接刚接于立柱式构件之上，同时将电涡流阻尼器安装在质量系统上，无需初始启动力，可以及时对微小振动进行反应，具有结构简单、灵敏度高、易于维护的优点。

为实现上述目标，本实用新型提供了如下技术方案：

一种电涡流式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统；

进一步，所述电涡流阻尼器安装在质量块上部、下部或者侧面，包括永磁体、磁体背铁、导体板和导体背铁，永磁体位于磁体背铁与导体板之间；振动时导体板与永磁体发生相对运动，导体板切割磁力线产生电涡流与永磁体相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。

进一步，所述导体背铁的一侧安装在质量块上，相对的另一侧安装导体板；所述磁体背铁安装在壳体内壁上，一对永磁体间隔安装在磁体背铁的表面上并远离所述导体板，永磁体对的磁极相互颠倒设置，当导体板与永磁体发生相对运动时，导体板切割磁力线产生电涡流。

进一步，所述导体板活动安装在导体背铁表面，使得导体板与导体背铁表面的距离能够进行调节，从而调整导体板与永磁体之间的间隔以调整阻尼力的大小。

进一步，所述导体背铁活动安装在质量块上，使得导体背铁与质量块之间的距离能够进行调节，从而调整导体背铁上的导体板与永磁体之间的间隔以调整阻尼力的大小。

进一步，所述外壳包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

进一步，所述质量块上设置有供立柱式构件穿过的孔，所述立柱式构件沿轴长设置有限位件，通过限位件将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置。

进一步，所述立柱式构件包括上部段和下部，上部用于固定质量块，下部的长度可调节，通过调节下部的长度来调整立柱式构件的高度，从而调整固定在上部的质量块的高度。

进一步，所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒和玻璃纤维杆中的一个或多个组成的单根杆构件、多根杆构件或格构式结构。

进一步，所述质量块为钢材、铅块、混凝土和灌浆料中的一种或多种混合构成。

本实用新型由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：

1）刚度系统采用立柱式构件作为质量系统的下部支撑，质量系统直接刚接于立柱式构件之上，工作时无需初始启动力，在微小振动时可以及时反应，灵敏度好。

2）便于调整阻尼装置的刚度和频率。操作时，可以通过调节质量块在立柱式构件上的相对位置来实现刚度和频率的连续性调节，调节方式方便、简单、有效。

3）调节频率时无需改变质量块，与传统的通过调整质量块大小来调整频率方案相比，降低了频率调整对阻尼装置的减振效果的影响。

4）电涡流阻尼器无机械磨损，无初始启动力，并且易于维护。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电涡流式调谐质量阻尼装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的电涡流式调谐质量阻尼装置在建筑上的安装示意图。

图3为图2中的A-A的剖面图。

图4为本实用新型实施例提供的电涡流阻尼器的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的电涡流阻尼器的工作原理图。

图6为本实用新型实施例提供的质量块与立柱式构件的连接结构示意图。

图7为图6中调整质量块在立柱式构件上的相对位置的结构示意图。

图8为本实用新型实施例提供的立柱式构件的结构形式示意图。

附图标记说明：

调谐质量阻尼装置100；

外壳110；

刚度系统120，杆121，连接构件122；

质量系统130；

阻尼系统140，永磁体141，磁体背铁142，导体板143，导体背铁144，安装支架145；

通信塔200；

安装平台210。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型公开的电涡流式调谐质量阻尼装置作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例

参见图1所示，为本实用新型实施例提供的一种电涡流式调谐质量阻尼装置的结构示意图。

所述调谐质量阻尼装置100，包括外壳110，以及设置在外壳110中的刚度系统120、质量系统130和阻尼系统140。

所述刚度系统120包括立柱式构件，所述立柱式构件作为质量系统130的下部支撑。

所述质量系统130包括质量块，立柱式构件的一端与外壳110刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接。

所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的相对高度以调整消振频率。

所述阻尼系统140包括电涡流阻尼器。电涡流阻尼器的一端连接在外壳上，电涡流阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

本实用新型提供的上述技术方案，外壳作为整个阻尼装置的外围骨架及防护结构，立柱式构件作为阻尼装置的刚度系统，质量块刚接在立柱式构件上作为质量系统，阻尼箱作为阻尼装置的阻尼系统，在配合目标对象减振同时，还可有效的减小阻尼装置自身的振动时间和振动行程，耗散振动能量。

参见图2所示，以通信塔200为例，比如通过在通信塔200上增加一个或多个上述阻尼装置，在通信塔200主结构受到外界动态力作用（如风荷载）时，阻尼装置提供一个频率相近或相等、与结构运动方向相反的力，来部分或全部抵消外界激励引起的结构响应。

所述电涡流式调谐质量阻尼装置100可以通过安装平台210以中心对称形式安装在通信塔200上，参见图3所示。

本实施例中，所述电涡流阻尼器可以安装在质量块上部、下部或者侧面。

参见图4所示，所述电涡流阻尼器可以包括永磁体141、磁体背铁142、导体板143和导体背铁144，永磁体141位于磁体背铁142与导体板143之间。振动时，导体板143与永磁体141发生相对运动，导体板143切割磁力线产生电涡流与永磁体141相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。

上述方案中，通过电涡流阻尼器将运动机械能转化为导体板的电能，然后通过导体板的电阻最终转化为热能消耗，从而产生阻尼效应。所述电涡流阻尼器不仅能够实现非接触、无机械磨损，而且无需初始启动力，具有结构简单、维护要求低、耐久性好的优点。

具体安装时，所述导体背铁144的一侧可以固定安装在质量块上，与该侧相对的另一侧安装有导体板143；所述磁体背铁142可以通过安装支架145固定安装在壳体110内壁上，而一对永磁体141间隔安装在磁体背铁142的表面上并远离所述导体板143（与导体板间隔设置）。前述永磁体对的磁极相互颠倒设置，当导体板143与永磁体141发生相对运动时，导体板143切割磁力线产生电涡流，电涡流与永磁体141相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力，参见图5所示。

本实施例中，考虑到阻尼力大小的调整，所述导体板与永磁体之间的间隔是可以调节的。

在一个实施方式中，所述导体板143活动安装在导体背铁144表面，使得导体板143与导体背铁144表面的距离能够进行调节，从而调整导体板143与永磁体141之间的间隔距离，从而调整阻尼力的大小。

在另一个实施方式中，所述导体背铁144活动安装在质量块上，使得导体背铁144与质量块之间的距离能够进行调节，从而调整导体背铁144上的导体板143与永磁体141之间的间隔距离以调整阻尼力的大小。

当然，根据需要，还可以将安装支架145设置为长度可调节的支架。作为举例而非限制，比如安装支架145可以包括安装横梁和一对支架臂，所述安装横梁用于固定磁体背铁142，安装横梁的两侧各安装一根支架臂，支架臂的一端连接安装横梁，另一端连接外壳110。所述支架臂为可伸缩结构，通过支架臂的伸缩来调整安装横梁的高度，从而调整磁体背铁142上的永磁体与导体板之间的间隔距离以调整阻尼力的大小。

本实施例中，所述外壳110包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

具体的，所述围护钢板可以包括顶板、底板和侧壁板，根据外壳110的形状，所述侧壁板可以构成圆形，也可以构成方形，或者其它形状，其不应作为对本实用新型的限制。

立柱式构件的下端与外壳110的底板刚性连接，立柱式构件的上端与质量块底部刚性连接，所述电涡流阻尼器的永磁体部连接在外壳110上，电涡流阻尼器的导体板部安装在质量块上。如此，在振动时，质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动，从而消耗振动能量。

参见图6所示，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率。

根据结构动力学，阻尼装置属于单自由度体系，阻尼装置身频率的计算公式如下：

设计图

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