[实用新型]自供电式半主动调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型属于工程结构减振技术领域，涉及一种主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等土木结构振动控制的调谐质量阻尼器，具体涉及一种无需外部能源供应的自供电式半主动调谐质量阻尼器。

背景技术

土木工程结构在强风、地震、波浪等外部激励下，容易产生大幅振动，影响结构的安全和舒适性，为了减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的响应，迄今国内外学者研究并开发了众多结构振动控制技术。其中基于耗能吸能减振的调谐阻尼器得以应用，最常用的有调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）、调谐液柱阻尼器（TLCD）等，简单且有效的结构振动装置当属调谐质量阻尼器（TMD）。为了增加调谐质量阻尼器对工程结构的减振效果，众多研究者从调谐质量阻尼器调频与阻尼方面已开展了研究。一方面研究是从需要外部提供电能的调谐、调阻或同时调谐调阻。如专利号ZL200810159389.9，自适应变频调谐质量阻尼减振装置及其自适应变频方法的专利，由弹性构件和小质量块组成特定固有频率的小弹簧质量系统，通过并联或串联方式连接的变刚度驱动系统，实现多个频率的对被控制结构的振动控制；美国专利US006098969，带连续可调刚度的结构振动阻尼器的专利，通过伺服马达调节四个弹簧的角度，实现频率可调的调谐质量阻尼器；专利号ZL201110324243.7，变刚度变阻尼调谐质量阻尼器的专利，通过步进电机调悬臂弹簧的长度调节调谐质量阻尼器的频率，通过调节磁流变阻尼器的电流改变调谐质量阻尼器的阻尼比,实现刚度与阻尼连续可调，实现竖向及横向振动控制。另一方面研究是无需外部电能的调阻。如专利号ZL02145115.X，发电机耗能可调谐质量阻尼器的专利，采用发电机作阻尼器的TMD装置，发电机通过齿轮齿条啮合,连接到TMD的质量,使质量在振动时带动发电机发电耗能形成阻尼，改变外接的负载电阻可以方便地改变阻尼系数；专利号ZL201110443539.0，一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器的专利，当阻尼器吸收主结构振动能量导致惯性质量的往复运动过程中，由永磁铁发电原理的线圈产生感应电动势，形成电磁阻尼抑制永磁铁的运动，调节装置中的可调电阻，改变电磁阻尼的大小，使结构的阻尼比达到最优阻尼比，并利用蓄能电池回收多余能量，通过LED预警指示灯对行人及车辆提供预警指示。从上述文献分析，当外部能源无法保证时，必然降低调谐质量阻尼器的减振性能；另外无需外部电能的阻尼调节，仅是一种最优被动的调节，当需要阻尼实时优化时，均无法对调谐质量阻尼器的阻尼大小实时调节。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有调谐质量阻尼器存在的缺陷，提供一种无需外部能源供应的自供电式半主动调谐质量阻尼器，它利用结构自身振动的机械能转化为电能和阻尼力可调阻尼单元两大特点，实现自供电和阻尼力实时可调，该阻尼器具有发电效率高、阻尼单元耗电少、结构简单、减振控制性能好的特点。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：该自供电式半主动调谐质量阻尼器，用于抑制高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等土木结构的振动，它包括一个质量块；在所述质量块的垂直下方设有一根以上的竖直弹簧以及磁流变液阻尼器和直线转换旋转机构；所述竖直弹簧以及磁流变液阻尼器和直线转换旋转机构的上端与质量块连接，竖直弹簧以及磁流变液阻尼器的下端固定于被控结构上，直线转换旋转机构的下端则与发电机装置连接；所述发电机装置的机身固定，其旋转齿轮与直线转换旋转机构连接，其输出端通过导线分别与整流器和控制器模块连接；整流器的输出端通过导线与蓄电池连接，蓄电池的输出端通过导线与功率稳定器连接，功率稳定器的输入端与所述控制器模块的输出端连接，功率稳定器的输出端通过导线与所述磁流变液阻尼器连接。

具体地说，实际投入使用时，根据具体需要可以选用质量块的材料，采用水箱或者钢材等，并根据被控结构的模态质量，来选择质量块的重量。

所述弹簧，根据具体需要可选用2根、3根和4根等数量。根据被控结构和质量块的重量，可通过选择不同弹簧刚度来调节阻尼器的固有频率。

所述磁流变液阻尼器，根据具体需要可选用直线型磁流变液阻尼器或者旋转型磁流变液阻尼器。

所述直线转换旋转机构，根据具体需要可选用齿轮齿条机构或者滚珠丝杆机构，从而可以把质量块的低频直线振动转变为高速旋转运动。

所述发电机装置，根据具体需要可选用直线永磁式发电机或者旋转永磁式发电机。