一种环箍拉索减振装置

1.本发明涉及结构工程及振动控制领域，具体而言，涉及一种环箍拉索减振装置。


背景技术：

2.圆柱壳结构是土木工程领域，船舶与海洋工程领域和航空航天等领域常见的结构形式，广泛应用于风电塔、工程设备及管道、船舶艇体、火箭飞机等领域。而圆柱壳结构在各种复杂荷载作用下会产生振动问题，振动不仅会使结构自身寿命降低，还会造成与之相关联的结构产生危害，甚至会造成结构的失效，从而导致巨大的经济损失和社会影响，制约了圆柱壳应用领域的发展。
3.为了能够改善圆柱壳结构在复杂荷载作用下的振动，多年来学者们针对该问题进行了研究，绝大多数学者在进行改善圆柱壳结构在复杂荷载作用下的振动的相关研究时，均从圆柱壳结构自身出发，通过改变结构形式和细节构造以及增设加劲横纵肋等方法来减小结构的振动，但效果不太理想。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环箍拉索减振装置，该装置安装在圆柱壳结构上即可获得减振效果，使结构简单的圆柱壳结构能够直接应用，也能与采用增设肋板等改变构造后的圆柱壳结构配合，进一步提高减振效果。该装置包含多组减振组件，每组减振组件通过拉索环箍于圆柱壳结构，通过控制拉索的收紧和放松，从而对圆柱壳结构进行有效的振动控制，获得良好的减振效果。
6.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案：
7.本发明提供一种环箍拉索减振装置，包括应用在圆柱壳结构上的多组减振组件，所述减振组件设置在圆柱壳结构上的内侧和/或外侧，每个所述减振组件包括拉索以及安装在所述圆柱壳结构上的若干个滑轮，所述滑轮围绕着圆柱壳结构的横截面排布，所述拉索穿绕每个所述滑轮以围成与圆柱壳结构的横截面相适配的形状。
8.设置滑轮的作用在于固定拉索的位置、有效减小拉索和圆柱壳之间的摩擦以及将拉索上的环向拉力传递给圆柱壳结构用于圆柱壳结构的减振控制。滑轮的大小、数量均可根据圆柱壳结构的大小以及外部条件进行选择。
9.减振组件是可以为多个，当只用一个的时候也是可以实现的。减振组件设置在圆柱壳结构上的内侧和/或外侧，可以多个只设置在外侧，也可以只设置在内侧，还可以在内侧和外侧组合设置，甚至在同一水平截面上也可以同时设置有内侧的减振组件和外侧的减振组件。此外，对于没有安装位置限制的受控圆柱壳结构，考虑将减振组件主要设置在其振动较大的部分。
10.进一步地，所述滑轮等距离排布在圆柱壳结构内部的肋板内侧和/或肋板外侧。
11.当圆柱壳结构为增设了肋板的构造时，减振组件可以考虑设置在肋板上，而滑轮
作为减振组件的组成部分，也会等距离排布在肋板上。此外，与设置在圆柱壳结构内外侧的减振组件相同，设置在肋板上的减振组件既可以多组设置在肋板内侧、肋板外侧以及混合设置，也可以实现单组设置。
12.进一步地，所述拉索按照排布顺序依次穿绕每个所述滑轮，穿绕方向为从上往下或从下往上穿绕。
13.进一步地，所述拉索的材料采用高强钢、碳纤维以及钛合金钢中的任意一种。使用高强耐拉材料提高拉索的控制性能和使用寿命。
14.进一步地，还包括有与拉索连接的驱动部件，所述驱动部件包括伺服电机或液压伺服系统。伺服电机或液压伺服系统具有反应速度快、出力大及稳定性好等优势，能够准确有效地应对圆柱壳结构的振动。
15.进一步地，所述驱动部件设置在所述拉索两端的对接处，所述拉索的两端接入进所述驱动部件中。因此驱动部件能够通过拉紧和放松拉索对圆柱壳结构进行振动控制。
16.进一步地，还包括有控制器，所述驱动部件与控制器通过电路连接，所述驱动部件与所述控制器安装在相同的两个滑轮之间。控制器能够根据圆柱壳结构的状态反馈信息，输出电信号给驱动部件，最后通过拉索实时变化产生的环向拉力作用于圆柱壳结构，获得良好的减振效果。
17.进一步地，包括如下步骤：将所述拉索通过穿绕固定在所述滑轮上，给所述拉索施加预应力，所述拉索通过滑轮作用于圆柱壳结构进行控制。施加预应力用以满足在对圆柱壳结构进行主动控制时，将拉索自身的荷载转换为拉压力作用于圆柱壳结构上。
18.进一步地，包括减振系统，所述减振系统包括圆柱壳结构以及所述减振装置，所述圆柱壳结构为圆锥壳体、喇叭形壳体、带肋板圆柱壳体、带肋板喇叭形壳体等横截面均为圆形的壳体结构。该装置的受控结构范围可进一步拓展，具有广泛适用性。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
20.(1)本发明采用拉索、滑轮、以及控制器相配合，构成完整的环箍拉索控制系统，能主动对圆柱壳结构通过拉索的环箍作用进行振动控制，具有良好的控制效果。
21.(2)本发明设置的控制器能够根据受控壳体结构的实时振动状态针对性地主动进行振动控制。
22.(3)本发明的减振装置包含多组减振组件，根据外部条件和减振需求，减振组件既可以只设置一个，也可以多组设置，设置的位置也可根据条件需求组合搭配，使安装和使用方式灵活可调整。
附图说明
23.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
24.图1为本发明实施例所提供的减振装置内侧安装示意图；
25.图2为本发明实施例所提供的减振装置外侧安装示意图。
26.其中，1-圆柱壳结构，2-拉索，3-滑轮，4-控制器，5-伺服电机，6-台座，7-腹板，8-翼缘板。
具体实施方式
27.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
28.实施例
29.如图1所示，为本发明提供的设置在圆柱壳结构内侧的减振装置结构示意图。其中，图1中本发明的减振装置采用若干个滑轮3等距地排布在圆柱壳结构1内侧的横截面上，滑轮3在事先标定好的位置上通过预留的螺栓孔用螺栓固定，或直接焊接于圆柱壳结构1内侧；滑轮3的数量和大小可具体根据圆柱壳结构1的大小以及外部条件进行调整。设置滑轮3的作用在于固定拉索2的位置、减小拉索2和圆柱壳结构1之间的摩擦以及将拉索2上的环向拉力有效地传递给圆柱壳结构1，以实现对圆柱壳结构1的减振控制。
30.在滑轮3之间设置有拉索2，拉索2按排布顺序依次穿绕滑轮3，穿绕方式为从上往下或从下往上穿绕，最后围成与圆柱壳结构1横截面相似的形状，以此实现对圆柱壳结构1的环箍。本发明采用高强钢、碳纤维以及钛合金钢中的任意一种作为拉索2的材料，使拉索2具有重量轻、阻尼小、抗拉强度高等特征，非常适用于较为柔性的壳体结构的振动控制场合。
31.在拉索2的两端对接的位置上，设置有驱动部件，优选驱动部件为伺服电机5，伺服电机5的功率可根据圆柱壳结构1的大小以及外部的荷载条件来确定，拉索2的两端都接入伺服电机5中。本发明的减振装置在于利用伺服电机5具有的反应速度快、出力大及稳定性好等优势，使能够快速、准确地应对圆柱壳结构1的振动。
32.伺服电机5还通过信号电缆连接有控制器4，控制器4连接有电源。减振装置使用时，控制器4会主动接收被控圆柱壳结构1的状态反馈信息，然后将输出信号传输至伺服电机5，伺服电机5驱动拉索2进行拉紧或放松，拉索2的环向压力经过分布的若干滑轮3传递到圆柱壳结构1中，形成对圆柱壳结构1的控制力，以此获得减振效果。
33.伺服电机5和控制器4的底部均设置有台座6用于固定和保护，减少因振动带来的不利影响。台座6在圆柱壳结构1上的安装位置需要事先标定，并在相应位置预留螺栓孔，与圆柱壳结构1进行螺栓连接。此外，台座6与伺服电机5、控制器4之间也使用螺栓进行连接。优选地，为了安装以及维修方便，将伺服电机5与控制器4安装在相同两个滑轮3之间。
34.将拉索2通过穿绕固定在滑轮3上之后，还需对拉索2施加一定的预应力，预应力的作用在于当拉索2通过滑轮3作用于圆柱壳结构1时，将拉索2自身的荷载转换为拉压力作用于圆柱壳结构1上。
35.如图2所示，为本发明提供的设置在圆柱壳结构1外侧的减振装置结构示意图。根据实际设计需求的不同，轮滑3可以设置在圆柱壳结构1外侧的翼缘板8上，拉索2在圆柱壳结构1的腹板7内进行环箍。
36.此外，本发明的减振装置可根据圆柱壳结构1的特征进行安装，圆柱壳结构1可拓展为圆锥壳体、喇叭形壳体、带肋板圆柱壳体、带肋板喇叭形壳体等横截面均为圆形的壳体结构。对于没有安装限制的壳体结构，主要考虑在振动较大的地方安装减振装置；对于内部设置有肋板的壳体结构，可以考虑在肋板的内侧和/或外侧上安装。
37.值得一提的是，图1与图2中本发明的减振装置为单个减振组件，而在同一圆柱壳结构1上是可以设置多个减振组件以获得更好的减振效果。根据实际情况的需要，减振组件的数量可以为多个，并且能够设置在圆柱壳结构1的外侧和内侧，也可以内外侧混合设置，甚至在同一水平截面上可以同时设置有内侧的减振组件和外侧的减振组件；对于内部设置有肋板的圆柱壳结构1，减振组件在肋板内侧和肋板外侧也是可以组合设置的，具有很高的灵活性和可调整性。
38.最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。