CN107217898B

CN107217898B - 自供电质量阻尼复合结构的atmd减振装置

Info

Publication number: CN107217898B
Application number: CN201710398054.1A
Authority: CN
Inventors: 江肖禹; 高增梁; 丁振宇; 徐英杰; 夏雨荟; 潘凡
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: CN107217898A

Abstract

本发明公开了一种自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块，磁流变液阻尼单元，2个发电单元，滑动导轨；所述质量块的凹槽嵌于滑动导轨的中心凸台；所述质量块的滚轮轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘相配合，在辅助限位的同时使质量块沿导轨作往复运动；所述滑动导轨的一端设有第一挡板，另一端设有第二挡板；所述的2个发电单元的两端水平固定在第二挡板和质量块之上。本发明根据高塔设备振动频率的不同，压电晶片产生的电量也不一样，从而影响线圈产生的磁场强弱，最终直接导致磁流变液的阻尼大小，达到主动调节TMD振动频率至被控结构的自振频率区域内，达到有效的减振效果。

Description

自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置

技术领域

本发明设计减振控制技术领域，具体涉及一种自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置。

背景技术

石油化工行业存在大量高耸塔设备，由于高塔设备的自身结构特点使其具有高柔特点，对风载荷较为敏感。经分析，在实际受风载过程中，横风向的振动即风诱导振动往往比顺风向的震动大很多，导致塔体振动频繁，塔身结构以及底座链接部位由于长时间承受疲劳载荷，极易产生疲劳裂纹，给塔体的结构完整性带来隐患，如何解决高耸塔设备的减震问题一直备受关注。

与传统的结构设计方法相比，振动控制从仅仅依靠改变结构自身性能来抵抗环境荷载的方法，逐渐发展为由结构-抗风抗震振动控制系统主动地控制结构的动力反应。例如调谐质量阻尼器（TMD），存在启动滞后问题，一旦失调，其控制有效性将明显下降。

主动调谐质量阻尼器（ATMD）引入外部能量使ATMD质量块获得加速度，产生合适的惯性力，克服了TMD的减振问题，提高了TMD的有效性和鲁棒性。ATMD的减振效果虽优于被动TMD，但需要可靠的大功率外部能源供给，操作维护昂贵，在实际应用方面有不小的限制。质量块和阻尼占据了大量的工作空间，给工程实施上增加了难度，且装置本身受到了风载的影响。

随着科学技术的日新月异，一些新的减振材料、减振方法逐渐被应用到减振领域中来。目前，一些新的减振材料主要有压电智能材料、形状记忆合金、磁流变流体、电流变流体等；其中，压电陶瓷以其出力大、响应快、无电磁干扰、能耗低、良好的机电耦合特性、易于控制等优势而在航空航天、汽车发动机、微动平台等的隔振减振领域得到了广泛的研究与应用，但压电陶瓷在受振动时所产生的电能均未进行有效利用，造成能源的流失、浪费；磁流变液以其良好的屈服应力、宽广的工作温度范围、较强的塑性粘度和优良的稳定性，也已经在隔振减振领域得到一定的应用；但磁流变液在工作时需有电能，使磁流变液因供能问题而造成使用地域受限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置。

本发明的技术方案为：一种自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块，磁流变液阻尼单元，2个发电单元，滑动导轨；所述质量块的凹槽嵌于滑动导轨的中心凸台，对质量块的运动起到一定限位的作用；所述质量块的滚轮轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘相配合，在辅助限位的同时使质量块沿导轨作往复运动；所述滑动导轨的一端设有第一挡板，另一端设有第二挡板；所述的2个发电单元的两端水平固定在第二挡板和质量块之上。

所述磁流变液阻尼单元置于质量块内部，质量块内部连接有一螺栓，内螺纹与下方通孔贯通；绕线板为一矩形块，由螺栓与质量块相连接，线圈缠绕在绕线板的凹槽内；绕线板中心有一通孔，与质量块内部通孔，以及正下方磁流变液腔体相连，作为磁流变液的引流通道用以灌注磁流变液；磁流变液腔体与滑动导轨接触部位均设置有弹性密封条。

所述发电单元的外部由壳体，第一盖板，第二盖板组成，壳体与第一盖板，第二盖板均由螺栓相连接；第一盖板中心设置有一通孔，与第一连杆间隙配合；固定板与壳体、金属基板的一端通过螺栓固定相连，并与第一连杆间隙配合；第一连杆一端与质量块固定相连；金属基板在装配前是平直结构，通过粘接压电晶片组成压电振子；压电晶片相间处的金属基板，通过螺栓与压头和轴套相连；压电振子在装配后形成了弯曲的结构，此结构通过压电晶片的形变收集电能；轴套内部嵌有电磁线圈，第一连杆上间隔布置有一定数量的永磁铁，此结构通过电磁线圈切割磁感线收集电能；第一连杆的凸台通过螺栓与压头和金属基板相固定，并通过弹簧与第二连杆的凸台相连接；第二连杆嵌套在第二盖板的中心孔内，并通过螺栓固定相连；第二连杆的末端与滑动导轨的第二挡板相连。

高塔设备因风载产生振动；当振动量较小时，质量块启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块开始运动，带动第一连杆产生位移，第一连杆上的永磁铁和轴套内的电磁线圈产生相对位移从而产生电能，发电单元内的压电振子产生弯曲形变从而产生电能，能；两种模式所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的电磁线圈，在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼的效果，大量消耗振动能量。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、质量块和磁流变液阻尼的复合结构大大减小了工作空间，方便布置，减小了装置本身受风载的影响。

2、压电晶片对于振动信号非常敏感，发电单元产生的电量瞬时可供给磁流变液阻尼单元实现变阻尼的功能，响应速度快。

3、在优化减振效果的同时，减小了ATMD所需的能源供给。

4、压电晶片和电磁线圈复合发电，可以拓宽发电的频域，增强发电效果，更好地收集电能。

附图说明

图1是本发明的自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置结构示意图；

图2是磁流变液阻尼单元示意图；

图3是磁流变液阻尼单元与导轨配合示意图；

图4是发电单元示意图；

图5是本发明的自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置安装方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明如下，但不因具体的实施例限制本发明。

如图1-5所示，本发明的自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块1，磁流变液阻尼单元2，2个发电单元3，滑动导轨4；所述质量块1的凹槽11嵌于滑动导轨的中心凸台41，对质量块1的运动起到一定限位的作用；所述质量块1的滚轮12轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘42相配合，在辅助限位的同时使质量块1沿导轨作往复运动；所述滑动导轨4的一端设有第一挡板43，另一端设有第二挡板44；所述的2个发电单元3的两端水平固定在第二挡板44和质量块1之上。

所述磁流变液阻尼单元2置于质量块1内部，质量块1内部连接有一螺栓21，内螺纹与下方通孔22贯通；绕线板23为一矩形块，由螺栓24与质量块1相连接，线圈231缠绕在绕线板23的凹槽内；绕线板23中心有一通孔232，与质量块1内部通孔22，以及正下方磁流变液腔体25相连，作为磁流变液的引流通道用以灌注磁流变液；磁流变液腔体25与滑动导轨接触部位均设置有弹性密封条26。

所述发电单元的外部由壳体31，第一盖板32，第二盖板33组成，壳体31与第一盖板32，第二盖板33均由螺栓相连接；第一盖板32中心设置有一通孔321，与第一连杆34间隙配合；固定板36与壳体31、金属基板37的一端通过螺栓固定相连，并与第一连杆34间隙配合；第一连杆34一端与质量块1固定相连；金属基板37在装配前是平直结构，通过粘接压电晶片38组成压电振子；压电晶片38相间处的金属基板37，通过螺栓与压头39和轴套310相连；压电振子在装配后形成了弯曲的结构，此结构通过压电晶片38的形变收集电能；轴套310内部嵌有电磁线圈311，第一连杆上间隔布置有一定数量的永磁铁312，此结构通过电磁线圈311切割磁感线收集电能；第一连杆34的凸台341通过螺栓与压头39和金属基板37相固定，并通过弹簧313与第二连杆35的凸台351相连接；第二连杆35嵌套在第二盖板33的中心孔331内，并通过螺栓固定相连；第二连杆35的末端与滑动导轨的第二挡板44相连。

高塔设备5因风载产生振动；当振动量较小时，质量块1启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块1开始运动，带动第一连杆34产生位移，第一连杆34上的永磁铁312和轴套内的电磁线圈311产生相对位移从而产生电能，发电单元内的压电振子38产生弯曲形变从而产生电能；两种模式所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的电磁线圈231，在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼的效果，大量消耗振动能量。

Claims

1.一种自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，包括质量块（1），磁流变液阻尼单元（2），2个发电单元（3），滑动导轨（4）；其特征在于：所述质量块（1）的凹槽（11）嵌于滑动导轨的中心凸台（41）；所述质量块（1）的滚轮（12）轮缘中凹外凸，与滑动导轨的凸缘（42）相配合，在辅助限位的同时使质量块（1）沿导轨作往复运动；所述滑动导轨（4）的一端设有第一挡板（43），另一端设有第二挡板（44）；所述的2个发电单元（3）的两端水平固定在第二挡板（44）和质量块（1）之上；

所述发电单元的外部由壳体（31），第一盖板（32），第二盖板（33）组成，壳体（31）与第一盖板（32），第二盖板（33）均由第一螺栓相连接；第一盖板（32）中心设置有第一通孔（321），与第一连杆（34）间隙配合；固定板（36）与壳体（31）、金属基板（37）的一端通过第二螺栓固定相连，并与第一连杆（34）间隙配合；第一连杆（34）一端与质量块（1）固定相连；金属基板（37）在装配前是平直结构，通过粘接压电晶片（38）组成压电振子；压电晶片（38）相间处的金属基板（37），通过第三螺栓与压头（39）和轴套（310）相连；压电振子在装配后形成了弯曲的结构，此结构通过压电晶片（38）的形变收集电能；

所述发电单元还包括轴套（310），轴套（310）内部嵌有电磁线圈（311），第一连杆上间隔布置有一定数量的永磁铁（312）；第一连杆（34）的凸台（341）通过第四螺栓与压头（39）和金属基板（37）相固定，并通过弹簧（313）与第二连杆（35）的凸台（351）相连接；第二连杆（35）嵌套在第二盖板（33）的中心孔（331）内，并通过第五螺栓固定相连；第二连杆（35）的末端与滑动导轨的第二挡板（44）相连。

2.如权利要求1所述的自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，其特征在于：所述磁流变液阻尼单元（2）置于质量块（1）内部，质量块（1）内部连接有第六螺栓（21），内螺纹与下方通孔（22）贯通；绕线板（23）为一矩形块，由第七螺栓（24）与质量块1相连接，线圈（231）缠绕在绕线板（23）的凹槽内；绕线板（23）中心有第二通孔（232），与质量块（1）下方通孔（22），以及正下方磁流变液腔体（25）相连，作为磁流变液的引流通道用以灌注磁流变液；磁流变液腔体（25）与滑动导轨接触部位均设置有弹性密封条（26）。

3.如权利要求1所述的自供电质量阻尼复合结构的ATMD减振装置，其特征在于：高塔设备（5）因风载产生振动；当振动量较小时，质量块（1）启动较慢，此时由主动调谐质量阻尼器控制减振；当振动量较大时，ATMD补偿装置的质量块（1）开始运动，带动第一连杆（34）产生位移，第一连杆（34）上的永磁铁（312）和轴套内的电磁线圈（311）产生相对位移从而产生电能，发电单元内的压电晶片（38）产生弯曲形变从而产生电能；两种模式所生成的电能经导线传输到磁流变液阻尼的线圈（231），在磁场的作用下，磁流变液瞬时粘度变高，起到可变阻尼作用。