[发明专利]一种具有俘能功能的准零刚度隔振器

说明书

本发明公开了一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，并提出了将其应用在梁工程中的低频隔振与桥梁健康监测传感器自供电中的两种俘能方案。本发明准零刚度隔振器由正、负刚度结构并联而成，正刚度结构由竖直线性弹簧或弹性细梁构成，负刚度结构由水平滑槽、滑块、连杆、水平线性弹簧及压电梁或磁悬浮结构构成。俘能方案有两种：一种是应用压电效应实现的压电俘能；另一种是应用电磁感应原理实现的电磁俘能。本发明兼具振动抑制与能量俘获的双重功能，且技术上具有一定的创新型和可行性。可有效隔离低频振动，保护桥梁的安全，同时可将振动的能量转化为电能，应用于桥梁监测的传感器等小功率电子元件的自供电。

技术领域

本发明属于振动控制及俘能技术领域，具体涉及一种具备两种俘能方案的准零刚度隔振器。

背景技术

振动普遍存在于我们日常的生产生活中，其应用领域十分广泛，但同时也给现代社会的运作带来了许多消极影响。在现代交通领域，尤其是桥梁工程方面，振动抑制对于桥梁结构稳定，交通安全等都有十分重要的作用。

面对桥梁工程的发展要求，解决机械或结构的振动具有重要意义。由经典隔振理论已经证明，被动隔振只有当激励频率大于√2倍的系统固有频率时，系统才有隔振效果。因此，在面对低频隔振时，传统的线性隔振器已经无法满足需求，应当降低隔振系统的固有频率，即在原正刚度隔振系统上增加负刚度结构以降低系统刚度，进而达到准零刚度的隔振结构，保证“高静低动”。

在对桥梁等交通载体进行隔振时，不仅要考虑抑制各类移动载荷所产生的宽频带振动，尤其是其中的低频振动，还要将外界振动所产生的能量进行俘获，并将其转化为相关传感器工作的电能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，并提出了将其应用在梁工程中的低频隔振与桥梁健康监测传感器自供电中的两种俘能方案。本发明准零刚度隔振器由正、负刚度结构并联而成，正刚度结构由竖直线性弹簧或弹性细梁构成，负刚度结构由水平滑槽、滑块、连杆、水平线性弹簧及压电梁或磁悬浮结构构成。俘能方案有两种：一种是应用压电效应实现的压电俘能；另一种是应用电磁感应原理实现的电磁俘能。本发明兼具振动抑制与能量俘获的双重功能，且技术上具有一定的创新型和可行性。可有效隔离低频振动，保护桥梁的安全，同时可将振动的能量转化为电能，应用于桥梁监测的传感器等小功率电子元件的自供电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，包括正刚度结构、负刚度结构、俘能器、承重平台、下板和竖直支撑板；所述竖直支撑板分为左右两根，下端分别与下板左右两端固连；

所述负刚度结构包括连杆、滑块、水平滑槽和水平线性弹簧；所述负刚度结构分布在承重平台两侧，左右对称；对于右半部分，所述水平滑槽一端与右侧竖直支撑板上端固定连接，水平滑槽另一端悬空；所述滑块安装在水平滑槽上，所述水平线性弹簧套在水平滑槽外围，水平线性弹簧的两端分别与滑块和右侧竖直支撑板固连，所述滑块能够沿水平滑槽水平滑动，拉伸或压缩水平线性弹簧；所述连杆的一端铰接在承重平台的一侧，另一端与滑块铰接；所述负刚度结构和承重平台构成水平隔振结构；

所述正刚度结构包括竖直线性弹簧，所述竖直线性弹簧一端固定安装在下板上，另一端固定在水平隔振结构上；

所述俘能器安装在下板和水平隔振结构之间；

当承重平台收到外界的激励产生竖直方向振动时，带动连杆通过滑块产生水平方向运动，进而使得水平线性弹簧在水平方向运动；同时对水平滑槽产生竖直方向的振动，水平滑槽和承重平台在竖直方向的振动带动竖直线性弹簧产生竖直方向的位移，产生拉压作用，起到隔振效果；水平线性弹簧与竖直线性弹簧在安装时都进行预压缩以使正刚度结构和负刚度结构参数满足准零刚度条件；

所述水平滑槽和承重平台在振动的过程使俘能器动作，从而产生电能。