一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法，涉及大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制領(lǐng)域，轉(zhuǎn)動(dòng)軸架設(shè)于支座上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過軸承垂直連接一根杠桿，杠桿的一端設(shè)置質(zhì)量塊，所述頻率調(diào)節(jié)彈簧、阻尼器分別連接杠桿和支座，每對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)均套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸，且對(duì)稱設(shè)置于所述杠桿兩側(cè)，每個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧和近端平面渦卷彈簧旋向相同且相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端設(shè)置蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，移動(dòng)頻率調(diào)節(jié)彈簧的位置，使本減振裝置的頻率為設(shè)定值。本發(fā)明的目的在于提供一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)受控頻率較低的大跨度橋梁的振動(dòng)控制。
【專利說明】一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國跨海大橋的不斷修建，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的大跨度橋梁在較低風(fēng)速下容易產(chǎn)生渦激振動(dòng)。由于其發(fā)生頻次高，且振幅大，足以影響行車安全，因此，限制渦激振動(dòng)使其振動(dòng)幅值在可接受范圍內(nèi)或者避免渦激振動(dòng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前常用的減振裝置是通過調(diào)節(jié)裝置自身頻率使其與主結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，將主結(jié)構(gòu)的大部分振動(dòng)轉(zhuǎn)移至調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量塊的振動(dòng)，同時(shí)通過阻尼器內(nèi)的耗能裝置，將質(zhì)量塊的振動(dòng)能量迅速耗散，以此達(dá)到控制降低主結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。這種減振裝置已在受控頻率相對(duì)較高的人行天橋振動(dòng)控制，以及鋼箱梁機(jī)構(gòu)橋梁振動(dòng)控制中得到了廣泛的理論研究和工程應(yīng)用。如專利號(hào)為200810082654.8，名為“彈簧剛度可調(diào)式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”的專利，應(yīng)用彈簧剛度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)減振器的剛度，簡(jiǎn)化了調(diào)整工作難度；專利號(hào)為200810082663.7，名為“阻尼比可調(diào)式調(diào)諧質(zhì)量減振器”的專利，提出一種阻尼比可調(diào)式豎向質(zhì)量調(diào)諧減振器；專利號(hào)為201110197020.9，名為“大跨度橋梁用減震鋼箱梁”的專利，將現(xiàn)有大跨度橋梁鋼箱梁中用于壓重的質(zhì)量塊，改造設(shè)計(jì)成減小鋼箱梁振動(dòng)響應(yīng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，以減小主梁的各類渦激振動(dòng)。
[0004]以上專利雖然構(gòu)造不同，但它們的共同點(diǎn)在于，減振器中的剛度元件和質(zhì)量元件直接作用，減振器的頻率較高，僅能滿足受控頻率較高的振動(dòng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于大跨度橋梁而言，其主要豎向受控振動(dòng)模態(tài)對(duì)應(yīng)的頻率較低，按照上述常規(guī)設(shè)計(jì)方法，由于圓柱螺旋壓縮彈簧的靜力變形量極大，在鋼箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空受限的情況下，難以設(shè)計(jì)出符合要求的減振器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置及其調(diào)節(jié)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)受控頻率較低的大跨度橋梁的振動(dòng)控制。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，包括支座、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、頻率調(diào)節(jié)彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸架設(shè)于支座上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過軸承垂直連接一根杠桿，所述杠桿的一端設(shè)置質(zhì)量塊，所述頻率調(diào)節(jié)彈簧、阻尼器分別連接杠桿和支座。一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置還包括至少一對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)，每對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)均套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸，且對(duì)稱設(shè)置于所述杠桿兩側(cè)，所述每個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)包括一個(gè)遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧和一個(gè)近端平面渦卷彈簧，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧和近端平面渦卷彈簧旋向相同且相互平行，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接，外端與杠桿不具有質(zhì)量塊的另一端固定連接；所述近端平面渦卷彈簧的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接，外端與杠桿的中部固定連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端設(shè)置蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。
[0007]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的彈簧機(jī)構(gòu)為一對(duì)。[0008]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧的外端和近端平面渦卷彈簧的外端通過設(shè)置于杠桿兩側(cè)的連接件與杠桿連接。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述支座上設(shè)置兩個(gè)帶孔的支撐件，所述蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)包括蝸輪和蝸桿，所述蝸桿插入所述支撐件內(nèi)，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述蝸輪固定于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述杠桿為空心矩形鋼管。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述質(zhì)量塊的重心在杠桿的軸線上，所述質(zhì)量塊在杠桿上的位置可調(diào)。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述頻率調(diào)節(jié)彈簧和阻尼器設(shè)置于彈簧機(jī)構(gòu)與質(zhì)量塊之間。
[0013]一種基于所述低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的調(diào)節(jié)方法，包括步驟:
[0014]S1:將質(zhì)量塊固定在杠桿一端的預(yù)設(shè)位置，并在質(zhì)量塊底部設(shè)置臨時(shí)支架；
[0015]S2:轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，直至質(zhì)量塊上升脫離臨時(shí)支架，且杠桿處于水平位置；
[0016]S3:移動(dòng)頻率調(diào)節(jié)彈簧的位置，對(duì)低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，使調(diào)頻后的杠桿重新處于水平位置；
[0017]S4:利用動(dòng)力測(cè)試儀器測(cè)試調(diào)頻后的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率，判斷是否為預(yù)設(shè)值，若否，進(jìn)入S3 ;若是，進(jìn)入S5 ；
[0018]S5:調(diào)節(jié)阻尼器的參數(shù)，使本減振裝置的阻尼值達(dá)到最優(yōu)值，完成調(diào)節(jié)。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)時(shí)，首先轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，蝸桿嚙合蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧機(jī)構(gòu)對(duì)杠桿的作用力使杠桿繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]1、利用彈簧機(jī)構(gòu)作為減振裝置的主要?jiǎng)偠仍?，在減振裝置體積受限的前提下，實(shí)現(xiàn)了低頻受控主體的控制要求。
[0022]2、通過遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧和近端平面渦卷彈簧的配合作用，使轉(zhuǎn)動(dòng)軸處的豎向力為零，減小了減振裝置的初始阻尼值。
[0023]3、減振裝置中，作為剛度元件的彈簧機(jī)構(gòu)和作為阻尼元件的阻尼器完全分離，調(diào)節(jié)其一不會(huì)對(duì)另一項(xiàng)產(chǎn)生影響，調(diào)節(jié)更方便。
[0024]4、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)不但省力，其正轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、反轉(zhuǎn)可自鎖，保證杠桿在靜力平衡狀態(tài)下始終處于水平位置，同時(shí)保證振動(dòng)過程中轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支座固定連接。
[0025]5、頻率調(diào)節(jié)彈簧通過適量的壓縮，即可保證頻率調(diào)節(jié)彈簧在質(zhì)量塊振動(dòng)過程中始終處于受壓狀態(tài)，只要移動(dòng)頻率調(diào)節(jié)彈簧在杠桿上的位置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)減振裝置頻率的微調(diào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的主視圖。
[0028]圖3為本發(fā)明低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的調(diào)節(jié)方法流程圖。
[0029]附圖標(biāo)記:支座1，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)3，蝸輪31，蝸桿32，遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧4，近端平面渦卷彈簧5，杠桿6，頻率調(diào)節(jié)彈簧7，阻尼器8，質(zhì)量塊9，連接件10，支撐件11?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]如圖1和圖2所示，一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，包括支座1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸2、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)3、杠桿6、頻率調(diào)節(jié)彈簧7、阻尼器8、質(zhì)量塊9和至少一對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸2架設(shè)于支座I上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸2通過軸承垂直連接一根杠桿6，所述杠桿6可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。所述杠桿6的一端設(shè)置質(zhì)量塊9，所述質(zhì)量塊9的重心在杠桿6的軸線上，所述質(zhì)量塊9在杠桿6上的位置可調(diào)，所述頻率調(diào)節(jié)彈簧7、阻尼器8分別連接杠桿6和支座1，且均設(shè)置于彈簧機(jī)構(gòu)與質(zhì)量塊9之間。所述每對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)均套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸2，且對(duì)稱設(shè)置于所述杠桿6兩側(cè)，所述每個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)包括一個(gè)遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧4和一個(gè)近端平面渦卷彈簧5，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧4和近端平面渦卷彈簧5旋向相同且相互平行，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧4的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸2固定連接，外端通過設(shè)置于杠桿6兩側(cè)的連接件10與杠桿6不具有質(zhì)量塊9的另一端固定連接；所述近端平面渦卷彈簧5的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸2固定連接，外端通過設(shè)置于杠桿6兩側(cè)的連接件10與杠桿6的中部固定連接。所述支座I上設(shè)置兩個(gè)帶孔的支撐件11，所述蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)3包括蝸輪31和蝸桿32，所述蝸桿32插入所述支撐件11內(nèi)，所述蝸桿32與蝸輪31嚙合，所述蝸輪31固定于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸2的一端。
[0032]如圖3所示，一種基于所述低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的調(diào)節(jié)方法，包括步驟:
[0033]S1:將質(zhì)量塊9固定在杠桿6 —端的預(yù)設(shè)位置，并在質(zhì)量塊9底部設(shè)置臨時(shí)支架；
[0034]S2:轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)3，首先轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿32，蝸桿32嚙合蝸輪31轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪31帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2帶動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧機(jī)構(gòu)對(duì)杠桿6的作用力使杠桿6繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸2運(yùn)動(dòng)，直至質(zhì)量塊9上升脫離臨時(shí)支架，且杠桿6處于水平位置；
[0035]S3:移動(dòng)頻率調(diào)節(jié)彈簧7的位置，對(duì)低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)3，使調(diào)頻后的杠桿6重新處于水平位置；
[0036]S4:利用動(dòng)力測(cè)試儀器測(cè)試調(diào)頻后的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率，判斷是否為預(yù)設(shè)值，若否，進(jìn)入S3 ;若是，進(jìn)入S5 ；
[0037]S5:調(diào)節(jié)阻尼器8的參數(shù)，使本減振裝置的阻尼值達(dá)到最優(yōu)值，完成調(diào)節(jié)。
[0038]本發(fā)明減振裝置的設(shè)計(jì)選型方法為:
[0039]根據(jù)減振裝置的靜力平衡方程:
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，包括支座(I)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)、頻率調(diào)節(jié)彈簧(7)、阻尼器(8 )和質(zhì)量塊(9 )，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2 )架設(shè)于支座(I)上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2 )通過軸承垂直連接一根杠桿(6)，所述杠桿(6)的一端設(shè)置質(zhì)量塊(9)，所述頻率調(diào)節(jié)彈簧(7)、阻尼器(8)分別連接杠桿(6)和支座(I )，其特征在于:還包括至少一對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)，每對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)均套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)，且對(duì)稱設(shè)置于所述杠桿(6)兩側(cè)，所述每個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)包括一個(gè)遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧(4)和一個(gè)近端平面渦卷彈簧(5)，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧(4)和近端平面渦卷彈簧(5)旋向相同且相互平行，所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧(4)的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)固定連接，外端與杠桿(6)不具有質(zhì)量塊(9)的另一端固定連接；所述近端平面渦卷彈簧(5)的內(nèi)端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)固定連接，外端與杠桿(6)的中部固定連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)的一端設(shè)置蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)上的彈簧機(jī)構(gòu)為一對(duì)。
3.如權(quán)利要求1所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述遠(yuǎn)端平面渦卷彈簧(4)的外端和近端平面渦卷彈簧(5)的外端通過設(shè)置于杠桿(6)兩側(cè)的連接件(10)與杠桿(6)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述支座(I)設(shè)置兩個(gè)帶孔的支撐件(11)，所述蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(3)包括蝸輪(31)和蝸桿(32)，所述蝸桿(32)插入所述支撐件(11)內(nèi)，所述蝸桿(32 )與蝸輪(31)嚙合，所述蝸輪(31)固定于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2 )的一端。
5.如權(quán)利要求1所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述杠桿(6)為空心矩形鋼管。
6.如權(quán)利要求1或5所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述質(zhì)量塊(9)的重心在杠桿(6)的軸線上，所述質(zhì)量塊(9)在杠桿(6)上的位置可調(diào)。
7.如權(quán)利要求1所述的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置，其特征在于:所述頻率調(diào)節(jié)彈簧(7)和阻尼器(8)設(shè)置于彈簧機(jī)構(gòu)與質(zhì)量塊(9)之間。
8.一種基于權(quán)利要求1所述低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括步驟: S1:將質(zhì)量塊(9)固定在杠桿(6) —端的預(yù)設(shè)位置，并在質(zhì)量塊(9)底部設(shè)置臨時(shí)支架； S2:轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(3)，直至質(zhì)量塊(9)上升脫離臨時(shí)支架，且杠桿(6)處于水平位置； S3:移動(dòng)頻率調(diào)節(jié)彈簧(7)的位置，對(duì)低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(3)，使調(diào)頻后的杠桿(6)重新處于水平位置； S4:利用動(dòng)力測(cè)試儀器測(cè)試調(diào)頻后的低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的頻率，判斷是否為預(yù)設(shè)值，若否，進(jìn)入S3 ;若是，進(jìn)入S5 ； S5:調(diào)節(jié)阻尼器(8)的參數(shù)，使本減振裝置的阻尼值達(dá)到最優(yōu)值，完成調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求8所述低頻質(zhì)量調(diào)諧減振裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(3)時(shí)，首先轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿(32)，蝸桿(32)嚙合蝸輪(31)轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪(31)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2 )帶動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧機(jī)構(gòu)對(duì)杠桿(6 )的作用力使杠桿(6 )繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸(2 )運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】E01D19/00GK103758028SQ201410006898
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】汪正興, 王波, 田啟賢, 童智洋, 柴小鵬, 王翔, 尹紅, 劉鵬飛, 荊國強(qiáng), 伊建軍, 王艷芬, 張華兵, 李裕生 申請(qǐng)人:中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司, 中鐵大橋局集團(tuán)有限公司