[發明專利]表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置及設計方法

有效

• 申請號: 201710106709.3
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN107022955B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 汪志昊;趙洋;吳澤玉;王浩;許艷偉;張新中;崔欣;聶旭;靖金亮;高郁斌
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16;G01M7/02;F16F15/18;F16F15/30
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 李偉

本發明屬于工程結構振動控制技術領域，具體涉及一種表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置及設計方法，裝置包括阻尼裝置和傳動機構，傳動機構用于連接斜拉索和阻尼裝置，設計方法包括：確定斜拉索振動基頻；確定表觀質量旋轉式電磁阻尼器的安裝位置；計算表觀質量旋轉式電磁阻尼器的阻尼參數；計算表觀質量旋轉式電磁阻尼器的剛度參數。本發明利用滾珠絲杠有效放大了旋轉式電磁阻尼器的轉速，提高了阻尼器的等效阻尼系數，提升了電磁阻尼器的耗能效率；安裝在電磁阻尼器轉軸上的慣性飛輪帶來的表觀質量效應，通過滾珠絲杠機構得到放大，為斜拉索減振系統提供了被動負剛度控制特性，有效提升了斜拉索的減振效果。

技術領域

本發明屬于工程結構振動控制技術領域，具體涉及一種表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置及設計方法。

背景技術

斜拉橋拉索極易發生大幅的風振、風雨振和參數振動。斜拉索減振主要有氣動措施、結構措施與機械阻尼措施三大類。相對氣動與結構措施，機械阻尼措施屬于一種更為廣譜的斜拉索減振措施，實際工程應用最為廣泛。根據阻尼器內部耗能材料，斜拉索常用減振阻尼器可分為：高阻尼橡膠減振器、粘性剪切型阻尼器、油阻尼器、磁流變(MR)阻尼器及磁力阻尼器等。內置高阻尼橡膠阻尼器對拉索阻尼比的提高極為有限；粘性剪切型阻尼器存在阻尼特性易受溫度的影響及尺寸較大等缺點；外置式油阻尼器或MR阻尼器存在耐久性問題，如漏液或沉淀；磁力阻尼器目前僅試驗性地用于日本天建寺橋，其主要原理是利用磁石與吸著板的吸著或分離實現拉索不同振型能量之間的轉化。

被動阻尼器對斜拉索的振動控制，由于強烈受阻尼器安裝高度的限制，且無法同時對拉索多階模態實現最優控制，因此減振效果往往受限。近年來，以MR阻尼器代表的拉索半主動控制技術逐漸興起。相關研究與工程實踐已證實了MR阻尼器半主動控制的減振效果，但系統相對復雜，需要安裝包括傳感器、控制器在內的一套控制系統，且需要外界提供穩定的電源供給，在一定程度上制約了工程推廣應用。

綜上，雖然現有阻尼器減振措施在一定程度上解決了既有斜拉索振動問題，但也依然存在以下問題：(1)受斜拉索阻尼器安裝位置的限制，超長斜拉索減振面臨附加模態阻尼比不足的挑戰與困難；(2)現有常規阻尼器內置硅油或磁流變液體，長期工作存在漏油失效破壞與性能退化的可能；(3)減振效果更好的斜拉索半主動控制系統過于復雜，難以在實際工程得到推廣應用。

發明內容

本發明針對現有阻尼器減振措施，雖然在一定程度上解決了既有斜拉索振動問題，但依然存在(1)受斜拉索阻尼器安裝位置的限制，超長斜拉索減振面臨附加模態阻尼比不足的挑戰與困難；(2)現有常規阻尼器內置硅油或磁流變液體，長期工作存在漏油失效破壞與性能退化的可能；(3)減振效果更好的斜拉索半主動控制系統過于復雜，難以在實際工程得到推廣應用等問題，提出一種表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置及設計方法。

本發明的技術方案是：一種表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置，包括阻尼裝置和傳動機構，傳動機構用于連接斜拉索和阻尼裝置，所述傳動機構包括傳力桿和滾珠絲杠，傳力桿的一端固定安裝有夾具，傳力桿的另一端同軸連接有滾珠螺母，滾珠螺母內套裝有滾珠絲杠，滾珠絲杠通過推力軸承固定安裝在固定架上；所述阻尼裝置包括旋轉式電磁阻尼器，滾珠絲杠的一端通過聯軸器與旋轉式電磁阻尼器的轉軸的一端連接，旋轉式電磁阻尼器轉軸的另一端安裝有飛輪。

所述的表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置，所述滾珠螺母上平行安裝有滑塊，滑塊套裝在與滾珠螺母平行設置的直線導軌上。

所述的表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置，所述旋轉式電磁阻尼器負載有能夠連續調節電阻的滑動變阻器。

所述的表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置，所述傳力桿與滾珠螺母固定的一端的端面上開設有盲孔，盲孔的直徑大于滾珠絲杠的直徑。

一種表觀質量旋轉式電磁阻尼器斜拉索減振裝置的設計方法，具體設計步驟包括：

確定斜拉索振動基頻；