一种低频调谐质量阻尼器

1.本发明涉及调谐质量阻尼器领域，尤其涉及一种低频调谐质量阻尼器。


背景技术：

2.在桥梁建设计中，通常会考虑风引起桥梁产生涡振的情况。现有的一些大跨度桥梁会发生明显的涡振，例如：虎门大桥、鹦鹉洲大桥和舟山跨海大桥等，上述的这三座桥均是悬索桥，且发生涡振的模态频率极低，如表1所示。
3.表1：三座大跨度桥梁的振动频率
4.桥梁频率(hz)虎门大桥0.23鹦鹉洲大桥0.24舟山跨海大桥0.32
5.实践证明，安装竖向调谐质量阻尼器是控制桥梁涡振的一种有效手段。此时调谐质量阻尼器的频率一般设计成与桥梁发生涡振的模态频率相近。弹簧作为提供调谐质量阻尼器刚度的单元，一般选择压缩或拉伸弹簧，且弹簧静伸长的计算可用下式计算得到。具体值见表2：
[0006][0007]
表2：三座大跨度桥梁的弹簧净伸长
[0008]
桥梁弹簧静伸长(m)虎门大桥4.73鹦鹉洲大桥4.34舟山跨海大桥2.44
[0009]
从表2可知，若设置常规的调谐质量阻尼器，弹簧的净伸长最大的将达到4.73m，这仅仅是弹簧一个构件所占用的空间，如果考虑到其它构件以及安装时需要的操作空间，在桥梁上安装此类常规的低频调谐质量阻尼器需要的空间在竖向上的尺寸至少应达到10m，而桥梁钢箱梁梁体断面的高度一般也就5m左右，内部安装空间严重不足。
[0010]
因此，对于频率如此低的大跨度桥梁，受箱梁高度的限制，弹簧超长的静伸长成了调谐质量阻尼器的设计难点。
[0011]
现有技术中，为了解决传统调谐质量阻尼器钢弹簧在低频条件下的净伸长问题，目前也有采用气压承重的技术，然而现有的这类调谐质量阻尼器采用的是橡胶空气弹簧结构，通过控制器来调节橡胶空气弹簧内部气体的压力，从而改变刚度，以调整系统的频率。但是调谐质量阻尼器的减振效果对频率的偏差很敏感，工程实际中要求调谐质量阻尼器在不同的振幅条件下的频率偏差不超过1％，而橡胶空气弹簧结构本身具有收缩性，其位移与负荷曲线具有明显的非线性，进而导致该类调谐质量阻尼器的频率偏差远远超过1％，进而
无法达到最佳的减振效果，无法满足工程要求。


技术实现要素：

[0012]
为克服现有技术中的不足，本技术提供一种低频调谐质量阻尼器，用以解决现有技术中存在的技术问题。
[0013]
为达上述目的，本技术提供的一种低频调谐质量阻尼器，包括储气底座、配重组件及气柱支撑组件；
[0014]
所述储气底座内设有恒定容积的储气腔室；
[0015]
所述气柱支撑组件、所述配重组件沿所述储气底座的法线且远离所述储气底座的方向依次设置，所述气柱支撑组件用于为所述配重组件和所述储气底座提供弹性连接；
[0016]
其中，所述气柱支撑组件包括缸体及滑动设置于所述缸体内的活塞杆，所述缸体设置于所述储气底座及与所述储气腔室连通，所述活塞杆与所述配重组件连接。
[0017]
在一种可能的实施方式中，所述活塞杆与所述缸体为间隙配合，且所述活塞杆与所述缸体之间设置有密封件，所述活塞杆远离所述配重组件的一端与缸体之间形成有充气腔，所述充气腔与所述储气腔室连通。
[0018]
在一种可能的实施方式中，所述配重组件包括安装座及质量块组，所述安装座与所述气柱支撑组件连接，所述质量块组可拆卸的设置于所述安装座靠近或远离所述储气底座的一侧。
[0019]
在一种可能的实施方式中，所述配重组件还包括紧固螺栓，所述紧固螺栓的一端设置于所述安装座，所述紧固螺栓的另一端贯穿所述质量块组，并与所述质量块组远离所述安装座的一侧抵接，使所述质量块组固定于所述安装座上。
[0020]
在一种可能的实施方式中，所述质量块组包括预设数量的质量块单元，预设数量的所述质量块单元层叠设置于所述安装座。
[0021]
在一种可能的实施方式中，所述低频调谐质量阻尼器还包括导向组件，所述导向组件设置于所述储气底座及与所述配重组件滑动配合，所述导向组件用于实现所述配重组件在竖直方向振动的导向。
[0022]
在一种可能的实施方式中，所述导向组件包括顶板及多根导杆，多根所述导杆的一端均与所述储气底座连接，多根所述导杆的另一端均贯穿所述配重组件与所述顶板连接，其中，所述导杆与所述配重组件滑动配合。
[0023]
在一种可能的实施方式中，所述低频调谐质量阻尼器还包括弹簧，所述弹簧设置于所述储气底座与所述配重组件之间，其中，所述弹簧的一端与所述储气底座抵接，另一端与所述配重组件抵接。
[0024]
在一种可能的实施方式中，所述储气底座包括支撑底板、储气容器及自动调压装置，所述气柱支撑组件设置于所述支撑底板，所述储气容器设置于所述支撑底板远离所述气柱支撑组件的一侧，其中，所述储气容器内形成有所述储气腔室，所述自动调压装置与所述储气容器连接，所述自动调压装置用于维持所述储气腔室的压强不变。
[0025]
在一种可能的实施方式中，所述低频调谐质量阻尼器还包括阻尼部件，所述阻尼部件设置于所述储气底座与所述配重组件之间，其中，所述阻尼部件的一端与所述储气底座抵接，另一端与所述配重组件抵接。
[0026]
相比于现有技术，本技术的有益效果：
[0027]
本技术提供了一种低频调谐质量阻尼器，通过气柱支撑组件中的缸体与储气腔室连通，活塞杆与配重组件连接，进而形成一个类似刚性的空气弹簧，以对配重组件提供弹性支撑。由此在本技术提供的低频调谐质量阻尼器中，设定配重组件的质量为m、储气腔室与缸体内部气体的总体积为v、配重组件在静平衡位置处时缸体内部的气体总体积为v0、压强为p0、配重组件相对静平衡位置的运动位移为u，支撑配重组件的气柱支撑组件的总有效面积为a，大气压强为p
a
。
[0028]
其中，理想气体状态方程的表达式为：
[0029]
pv
λ
＝constant(常数)
ꢀꢀ
(1)
[0030]
当气体流动缓慢，即气体运行频率低于0.1hz时，储气腔室和缸体内部气体温度几乎不发生变动，可近似为等温过程，此时气体状态指数λ＝1；
[0031]
当气体流动较快，气体运行频率高于30hz时，储气腔室和缸体内部气体不具备和外界进行热量交换的可能，可近似为绝热过程，此时气体状态指数λ＝1.4；
[0032]
根据气体状态方程，即式(1)，当配重组件上下运动时，储气腔室内气体的即时压强p为：
[0033][0034]
根据上述式(2)，配重组件在上下运动过程中，承受来自气体的压力f为：
[0035][0036]
根据上述式(3)，气柱支撑组件中的气体向配重组件提供的刚度k为：
[0037][0038]
根据上述式(4)，配重组件上下振动的频率f为：
[0039][0040]
从式(5)可知，其中重力加速度g、气体状态指数λ均为常数，本技术中所述的低频调谐质量阻尼器的频率只与气柱支撑组件的面积a和气体的初始体积v0有关。
[0041]
根据式(5)可以计算得到，当配重组件在
±
0.2m的范围内运动时，低频调谐质量阻尼器的频率偏差小于0.02％，而工程实际中要求调谐质量阻尼器的频率偏差不超过1％，也即是说本技术提供的低频调谐质量阻尼器在配重组件运动到不同位置时，低频调谐质量阻尼器的频率都远远小于限制值，满足设计要求，进而可以达到最佳减振效果。
[0042]
另外，传统的拉、压弹簧式调谐质量阻尼器，配重组件自身的重力由弹簧承受，因此，在配重组件振动频率很低的情况下，弹簧的静伸长量非常大。而本技术提供的低频调谐质量阻尼器，配重组件自身的重力由缸体内的气体压强承受，即mg＝p0a，即使设置有拉弹簧，弹簧仅提供回复力，弹簧的静伸长量为零。由此可知，本技术提供的低频调谐质量阻尼器能够显著减小调谐质量阻尼器的体积。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0044]
图1示出了本技术实施例提供的一种低频调谐质量阻尼器的结构原理图；
[0045]
图2示出了本技术实施例提供的一种低频调谐质量阻尼器的立体结构示意图；
[0046]
图3示出了图2所示的低频调谐质量阻尼器的主视图；
[0047]
图4示出了图3中a
‑
a向的示意图；
[0048]
图5示出了本技术实施例提供的另一种低频调谐质量阻尼器的立体结构示意图；
[0049]
图6示出了现有技术1中1884n型橡胶空气弹簧的位移与负荷曲线图；
[0050]
图7示出了现有技术1中1884n型空气弹簧刚度与压缩量曲线图。
[0051]
主要元件符号说明：
[0052]
100
‑
储气底座；100a
‑
储气腔室；110
‑
储气容器；120
‑
支撑底板；130
‑
自动调压装置；131
‑
充气机；132
‑
压力传感器；200
‑
配重组件；210
‑
安装座；220
‑
质量块组；221
‑
质量块单元；230
‑
紧固螺栓；240
‑
直线轴承；300
‑
阻尼部件；310
‑
导体外壳；320
‑
永磁体组件；400
‑
气柱支撑组件；410
‑
缸体；420
‑
活塞杆；430
‑
连接管；500
‑
导向组件；510
‑
导杆；520
‑
顶板；600
‑
弹簧。
具体实施方式
[0053]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0054]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0055]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0056]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0058]
实施例
[0059]
请参阅图1至图4，本实施例提供的一种低频调谐质量阻尼器，可应用于桥梁、建筑物或机械设备中。且本实施例提供的低频调谐质量阻尼器可采用立式安装，也可采用卧式安装。
[0060]
在本实施例中，以低频调谐质量阻尼器应用于桥梁中，解决桥梁涡振的问题为例，并且低频调谐质量阻尼器采用的是立式安装。
[0061]
请结合参阅图1和图2，本实施例提供的低频调谐质量阻尼器，包括储气底座100、配重组件200、阻尼部件300及多个气柱支撑组件400。
[0062]
其中，多个气柱支撑组件400、配重组件200沿储气底座100的法线且远离储气底座100的方向依次设置。由于低频调谐质量阻尼器采用的是立式安装，因此，储气底座100位于配重组件200的下方，多个气柱支撑组件400设置于配重组件200与储气底座100之间，储气底座100用于为多个气柱支撑组件400提供气压。进一步的，阻尼部件300也设置于配重组件200与储气底座100之间，即配重组件200通过阻尼部件300和多个气柱支撑组件400支撑于储气底座100上方。
[0063]
具体的，储气底座100包括支撑底板120及储气容器110，储气容器110设置于支撑底板120背向配重组件200的一侧，即储气容器110位于支撑底板120的下方。
[0064]
储气容器110内部设有密闭的储气腔室100a，储气腔室100a具有恒定的容积，由此，储气腔室100a内可存储一定压力的气体。由于储气腔室100a的容积恒定，所以总容积不会随着注入气体的多少而发生变化。储气容器110上还设置有用于注气和出气的气口。可选地，储气容器110为罐体结构。
[0065]
请结合参阅图2、图3以及图4，上述阻尼部件300设置于支撑底板120上，且阻尼部件300位于支撑底板120的中部位置。在本实施例中，阻尼部件300选择为磁阻尼器，可靠性好，使用寿命长。
[0066]
进一步的，磁阻尼器包括导体外壳310及设置于导体外壳310内的永磁体组件320。其中，导体外壳310设置于配重组件200上，永磁体组件320与支撑底板120连接，且永磁体组件320可相对导体外壳310沿竖直方向滑动。可选地，永磁体组件320为磁钢组件。
[0067]
磁阻尼器的工作原理是：利用永磁体组件320产生的磁场对在磁场中运动的导体外壳310的作用力获得振动阻尼的装置。导体外壳310置于永磁体组件320产生的磁场，其中，导体外壳310设置于配重组件200上，随配重组件200上下振动。当导体外壳310做竖直方向运动时，导体外壳310切磁感线就会产生感应电流，运动的能量就会被部分吸收，导体外壳310受到的阻尼力与速度成正比，进而控制配重组件200竖直方向上的振动。
[0068]
请结合参阅图1、图2以及图3，上述的多个气柱支撑组件400均设置于支撑底板120上，且每个气柱支撑组件400均与储气容器110中的储气腔连通，即储气腔中的气体可进入气柱支撑组件400中，以形成对配重组件200的支撑。
[0069]
进一步的，多个气柱支撑组件400绕阻尼部件300的四周分布，以稳定支撑配重组件200。可选地，多个气柱支撑组件400绕阻尼部件300的四周均匀分布，进一步提高配重组
件200支撑的稳定性。
[0070]
应当理解的，气柱支撑组件400的数量可以是两个、三个、四个或其它数量，上述仅是举例说明，不做为本技术保护范围的限制。气柱支撑组件400的具体数量由实际情况计算确认，因此，在本实施例中不对气柱支撑组件400的数量做具体限定。
[0071]
为了更清楚的描述本实施例中气柱支撑组件400的方案，下文对多个气柱支撑组件400择一进行描述：
[0072]
其中，气柱支撑组件400包括缸体410及滑动设置于缸体410内的活塞杆420，缸体410设置于支撑底板120上，活塞杆420远离缸体410的一端与配重组件200连接。活塞杆420与缸体410为间隙配合，且活塞杆420与缸体410之间设置有密封件，活塞杆420远离配重组件200的一端与缸体410之间形成有充气腔，充气腔与储气腔室100a直接连通。密封件的设置使得活塞杆420与缸体410之间形成密封配合，以防止充气腔内的气体沿活塞杆420与缸体410配合处泄漏。
[0073]
进一步的，缸体410上设置有进气口，其中，进气口与缸体410内部的充气腔连通。气柱支撑组件400还包括有连接管430，连接管430的一端与进气口通过，连接管430的另一端与储气容器110上的气口连接，即实现储气容器110中的储气腔室100a与缸体410内部的充气腔连通，储气腔室100a内的气体会沿连接管430进入充气腔，使得活塞杆420实现对配重组件200弹性支撑。
[0074]
可选地，连接管430选择为软管，软管具有一定的吸振缓冲的作用，进而可避免连接处出现松动泄漏问题，提高连接处的密封性能。
[0075]
请参阅图4，由于气柱支撑组件400中的缸体410与活塞杆420之间需要密封以及连接管430的连接处也需要密封，所以长期使用中，如果不定期更换密封件进行保养，储气容器110的储气腔室100a的气体会从密封处泄漏，储气腔室100a内的气压就会下降，使得低频调谐质量阻尼器的减振效果达不到预期要求。因此，在本实施例中，储气底座100还包括自动调压装置130，自动调压装置130与储气容器110连接，自动调压装置130在检测到储气腔室100a内的气压下降并低于预设值时(例如下降的范围超过正常值的1
‰
)，自动调压装置130可向储气腔室100a补入气体，用以维持所述储气腔室100a的压强不变。
[0076]
进一步的，自动调压装置130包括充气机131及压力传感器132，充气机131与储气容器110连接，压力传感器132与充气机131电性连接，压力传感器132设置于储气容器110上，压力传感器132用于对储气腔室100a的压强进行实时检测，并通过压力传感器132设置有上述预设值。可以理解的，当压力传感器132检测到储气腔室100a的压强下降并低于预设值时，充气机131自动启动，向储气腔室100a补气，直达压力传感器132检测到储气腔室100a的压强恢复正常值范围即可停止补气，进而实现自动补气。还可以理解的，当充气机131启动自动补气时，超过预设时长，储气腔室100a内的压强始终未能恢复至正常值范围，此时压力传感器132发出报警信号，以提示工作人员进行检修和维护。当然也可将该报警信号通过无线通讯的方式传递给监控终端，进而可快速应对突发事件，消除隐患。可选地，充气机可选用气泵。
[0077]
请结合参阅图3和图4，上述配重组件200包括安装座210及质量块组220，安装座210与活塞杆420连接，质量块组220可拆卸的设置于安装座210上。
[0078]
在一些实施例中，质量块组220设置于安装座210远离储气底座100的一侧，且安装
座210靠近储气底座100的一侧与阻尼部件300的导体外壳310连接。
[0079]
在另一些实施例中，质量块组220设置于安装座210靠近储气底座100的一侧，且质量块组220远离安装座210的一侧与阻尼部件300的导体外壳310连接。
[0080]
在本实施例中，质量块组220选择设置于安装座210靠近储气底座100的一侧，以便于质量块组220的拆装以及更换，同时还可减少竖直方向的尺寸，使得低频调谐质量阻尼器整体结构更加紧凑。
[0081]
进一步的，质量块组220包括预设数量的质量块单元221，预设数量的质量块单元221层叠设置于安装座210上。可以理解的，质量块单元221的数量由配重组件200的总质量决定。由此，可根据需求的配重组件200的总质量选择设置对应数量的质量块单元221，以适应不同应用场景。因此，在实施例中不对质量块单元221的数量做具体限定。
[0082]
在一些实施例中，每个质量块单元221的质量设置为相同，当然也可以设置为不相同，即可通过改变质量块单元221的厚度实现。
[0083]
配重组件200还包括多个紧固螺栓230，每个紧固螺栓230的一端设置于安装座210上，紧固螺栓230的另一端贯穿质量块组220中的每个质量块单元221，并与质量块组220远离安装座210的一侧通过螺母锁紧抵接，以使质量块组220可拆卸的固定于安装座210上。当需要增减质量块单元221时，只需将紧固螺栓230上的螺母卸下，即可增加或取出质量块单元221，完成质量块单元221的增减后再安装上螺母。
[0084]
请结合参阅图2、图3以及图4，在一些实施例中，低频调谐质量阻尼器还包括导向组件500，导向组件500包括顶板520及多根导杆510，多根导杆510的一端均与支撑底板120螺纹连接，多根导杆510的另一端均贯穿配重组件200中的安装座210，多根导杆510的另一端均与顶板520通过螺母固定连接。其中，顶板520的设置一方面用于多根导杆510的定位及固定，另一方面用于配重组件200在竖直方向上的限位，避免振动幅度过大，而脱离导杆510。
[0085]
可选地，多根导杆510绕阻尼部件300均匀分布于支撑底板120上，以使得配重组件200在竖直方向上振动更为平稳。
[0086]
其中，安装座210对应每根导杆510开设有过孔，导杆510穿过过孔，并与过孔为间隙配合，进而实现安装座210与导杆510的滑动配合。
[0087]
进一步的，为了减少安装座210与导杆510之间的摩擦，在过孔处设置有直线轴承240，直线轴承240与导杆510滑动配合。由于，直线轴承240与导杆510为滚动摩擦，进而极大地减少了安装座210与导杆510之间的摩擦。
[0088]
请结合参阅图5，在另一些实施例中，低频调谐质量阻尼器还包括有预设数量的弹簧600，预设数量的弹簧600设置于支撑底板120与安装座210之间。进一步的，弹簧600套设在导杆510，弹簧600的一端与储气底座100抵接，另一端与配重组件200抵接。设置弹簧600的目的是为了使低频调谐质量阻尼器适用静态平衡下频率较高的情况。
[0089]
请结合参阅图1至图7，为了更清楚的说明本实施例提供的低频调谐质量阻尼器相比现有技术所具备的有益效果，以下对两种现有技术中的调谐质量阻尼器与本实施例的低频调谐质量阻尼器进行了对比分析。
[0090]
(一)现有技术1提供的调谐质量阻尼器采用的是橡胶空气弹簧结构，具体以前进牌1884n型橡胶空气弹簧为例。并参阅文献：《王靖岳，郭胜，鄂加强.非线性空气弹簧数学模
型的研究[j].机械设计，2019，36(6)》。
[0091]
前进牌1884n型橡胶空气弹簧的具体数据如下表3和表4所示。
[0092]
表3：1884n型橡胶空气弹簧基本数据表
[0093]
名称数值负荷能力/kg1080～3046工作气压/mpa0.3～0.8工作行程/mm240建议总成设计高度/mm280总成拉伸最高高度/mm430总成压缩最低高度/mm190
[0094]
表4：1884n型橡胶空气弹簧负荷能力数据表
[0095][0096]
如图6所示，建立1884n型橡胶空气弹簧的位移与负荷曲线图，其中以总成高度为横坐标，以负荷能力为纵坐标，以建议设计高度为原点，右边最低高度表示橡胶空气弹簧总成被压缩时的极限位置，左边最高高度表示橡胶空气弹簧总成升时的极限位置。
[0097]
图6中一组向橡胶空气弹簧内不断充入气体，保证橡胶空气弹簧在上下运动过程中具有恒定的气压，测量出位移与负荷能力变化的曲线叫做恒压曲线，图中用实线示意。如图6中p
s
＝0.3、p
s
＝0.5、p
s
＝0.8的曲线分别表示橡胶空气弹簧在恒定气压为0.3mpa、0.5mpa、0.8mpa时的位移与负荷能力变化曲线，以作为选用橡胶空气弹簧的参考依据。
[0098]
图6中另一组是将橡胶空气弹簧总成调整到建议设计高度，然后向橡胶空气弹簧内充入一定气压的气体，关闭进气阀门，保证橡胶空气弹簧在上下运动过程中气压不泄漏，测量出位移与负荷能力变化的曲线叫做变压曲线，图中用虚线示意，如图6中p
o
＝0.3、p
o
＝0.5、p
o
＝0.8分别表示橡胶空气弹簧在设计高度时气压为0.3mpa、0.5mpa、0.8mpa时的位移与负荷能力曲线，以作为在某一设计高度时使用橡胶空气弹簧的依据。
[0099]
由图6中可以看出，1884n型橡胶空气弹簧位移与负荷曲线具有明显的非线性，并且通过上述文献可知，橡胶空气弹簧恢复力f与压缩量x之间的关系可以用三次多项式拟合表示。进一步的，考虑到橡胶空气弹簧恢复力f与压缩量x之间的关系可以用三次多项式拟合表示。那么，橡胶空气弹簧的刚度k与压缩量x之间的关系可以用二次多项式拟合表示，刚度k与压缩量x之间的曲线如图7所示。
[0100]
进一步的，假设调谐质量阻尼器的基本参数为：质量块的质量为3500kg，选用初始
气压为0.3mpa的1884n型橡胶空气弹簧。为了使质量块在运动过程中平稳顺畅，以4个1884n型橡胶空气弹簧为例。通过计算得到现有技术1中调谐质量阻尼器相对静平衡位置的频率偏差表，如下表5所示：
[0101]
表5：现有技术1中调谐质量阻尼器相对静平衡位置的频率偏差表
[0102][0103]
从上述表5中可已发现，当质量块在正负0.2m的范围内运动时，阻尼系统的频率偏差达到169％。然而为了达到最佳减振效果，工程实际一般要求调谐质量阻尼系统的频率偏差不得超过1％，也就是现有技术1中提供的橡胶空气弹簧结构的调谐质量阻尼器不满足工程要求。
[0104]
请结合参阅图1和图2，在本实施例提供的低频调谐质量阻尼器中，设定配重组件200的质量为m、储气腔室100a与缸体410内部气体的总体积为v、配重组件200在静平衡位置处时缸体410内部的气体总体积为v0、压强为p0、配重组件200相对静平衡位置的运动位移为u，支撑配重组件200的气柱支撑组件400的总有效面积为a，大气压强为p
a
。
[0105]
其中，理想气体状态方程的表达式为：
[0106]
pv
λ
＝constant(常数)
ꢀꢀ
(1)
[0107]
当气体流动缓慢，即气体运行频率低于0.1hz时，储气腔室100a和缸体410内部气体温度几乎不发生变动，可近似为等温过程，此时气体状态指数λ＝1；
[0108]
当气体流动较快，气体运行频率高于30hz时，储气腔室100a和缸体410内部气体不
具备和外界进行热量交换的可能，可近似为绝热过程，此时气体状态指数λ＝1.4；
[0109]
从现有的研究成果来看，实际情况下的空气弹簧更加趋向绝热过程，λ取1.3～1.38。
[0110]
根据气体状态方程，即式(1)，当配重组件200上下运动时，储气腔室100a内气体的即时压强p为：
[0111][0112]
根据上述式(2)，配重组件200在上下运动过程中，承受来自气体的压力f为：
[0113][0114]
根据上述式(3)，气柱支撑组件400中的气体向配重组件200提供的刚度k为：
[0115][0116]
根据上述式(4)，配重组件200上下振动的频率f为：
[0117][0118]
从式(5)可知，其中重力加速度g、气体状态指数λ均为常数，本技术中所述的低频调谐质量阻尼器的频率只与气柱支撑组件400的面积a和气体的初始体积v0有关。
[0119]
由于上述现有技术1中的调谐质量阻尼器在静平衡状态下的频率为0.72hz，因此，为了与现有技术1形成对比，在本实施例中，假设配重组件200的质量m＝3500kg，设计频率f0＝0.72hz，行程
±
0.2m，a＝0.02m2。
[0120]
进一步的，由于设计频率相对较高，本实施例采用在导杆510上设置有弹簧600的方案，通过附加的弹簧600提供附加刚度。但配重组件200自身重力只由缸体410内部气体压强来承受，即mg＝p0a，弹簧600只提供回复力，弹簧600的静伸长量为零，因此，本实施例中的弹簧600不存在静伸长过大的问题。
[0121]
此时由于设计频率大于0.1hz，气体处于绝热与等温状态之间，假设λ＝1.3。假设配重组件200在静平衡位置时气体体积v0＝0.4995m3，气体压强p0＝1.97mpa，依据上述式(4)计算得出气体提供的刚度为k＝1794n/m，气体与弹簧600提供的刚度是并联关系，要使得阻尼器的自振频率为0.72hz，得到需要附件的弹簧600刚度为69762(n/m)。进而通过计算得到本实施例中低频调谐质量阻尼器相对静平衡位置的频率偏差表，如下表6所示：
[0122]
表6：本实施例中低频调谐质量阻尼器相对静平衡位置的频率偏差表
[0123][0124]
从上表6中可以发现，当配重组件200在
±
0.2m的范围内运动时，低频调谐质量阻尼器的频率偏差小于0.02％，而工程实际中要求调谐质量阻尼器的频率偏差不超过1％，也即是说本技术提供的低频调谐质量阻尼器在配重组件200运动到不同位置时，低频调谐质量阻尼器的频率都远远小于限制值，满足设计要求，可以达到最佳减振效果。
[0125]
(二)现有技术2提供一种采用普通压缩或拉伸弹簧的调谐质量阻尼器，应用于桥梁。其弹簧静伸长的计算可用下式计算得到：
[0126][0127]
上述式(6)中f为桥梁频率。
[0128]
(a)当调谐质量阻尼器的自振频率为0.1hz时，对于超大跨径桥梁，其竖向振动频率接近0.1hz或者更低，如果采用现有技术2提供的普通的弹簧式调谐质量阻尼器，计算得出弹簧静伸长将达到25m，然而这样的弹簧静伸长和原长都太长，一是无法制作，二是钢箱梁内没有足够的高度来安装。
[0129]
如果采用本实施例提供的低频调谐质量阻尼器，可以做如下设计。由于频率非常低，可以不用在导杆510上套设弹簧600的方案。
[0130]
其中，设配重组件200的质量m＝4000kg，设计频率f0＝0.1hz，行程
±
0.2m，a＝0.02m2。此时，假设λ＝1。
[0131]
根据上述式(5)计算得到质量块在静平衡位置时气体体积v0＝0.4995m3，气体压强p0＝1.97mpa。
[0132]
假设储气容器110的长、宽均为1m，那么储气容器110的高度只有0.4995m。假设配重组件200的长、宽也为1m，且其材质为钢材，那么配重组件200的高度为0.51m，气柱的高度可以假设为0.5m。综上，本实施例提供的低频调谐质量阻尼器的整体高度为0.4995+0.51+0.5＝1.5095m。
[0133]
(b)当调谐质量阻尼器的自振频率为0.4hz时，由于频率相对较高，则需要设置选用在导杆510上设弹簧600的方案，通过附加的弹簧600提供附加刚度。但配重组件200的自身重力由气体来承受，弹簧600只提供回复力，此处的弹簧600依旧不存在静伸长过大的问题。
[0134]
其中，设配重组件200的质量m＝4000kg，设计频率f0＝0.4hz，行程
±
0.2m，a＝0.02m2。此时由于设计频率大于0.1hz，气体处于绝热与等温状态之间，假设λ＝1.3。假设质量块在静平衡位置时气体体积v0＝0.4995m3，气体压强p0＝1.97mpa，依据式(4)计算得出气体提供的刚度为k＝2050n/m，气体与弹簧600提供的刚度是并联关系，要使得阻尼器的自振频率为0.4hz，得到需要附件的弹簧600刚度为：
[0135]
k1＝4π2f2m
‑
k＝23189(n/m)
[0136]
假设储气容器110的长、宽均为1m，那么储气容器110的高度只有0.4995m。假设配重组件200的长、宽也为1m，且其材质为钢材，那么配重组件200的高度为0.51m，气柱的高度可以假设为0.5m。综上，本实施例提供的低频调谐质量阻尼器的整体高度为0.4995+0.51+0.5＝1.5095m。
[0137]
根据上述(a)和(b)举例分析可知，不管调谐质量阻尼器的自振频率为0.1hz还是0.4hz，本实施例提供的低频调谐质量阻尼器的整体高度均为1.5095m。而大跨度桥梁的钢箱梁内部空间一般在3～5m，可见，本实施例提供的低频调谐质量阻尼器完全可以安装在桥梁箱梁内。进而解决了大跨径桥梁内部安装传统的调谐质量阻尼器时空间不足的工程难题。
[0138]
进一步的，本实施例还一并提供一种振动监控系统，用于设备或建筑物的振动监控。振动监控系统包括控制器、无线通讯装置、振幅检测器、监控终端及上述提供的低频调谐质量阻尼器。其中，低频调谐质量阻尼器的数量为多个，多个低频调谐质量阻尼器分布设备或建筑物的中，用于设备或建筑物的减振，振幅检测器的数量为多个，每个低频调谐质量阻尼器上对应设置有一个振幅检测器，所有的振幅检测器均与控制器电连接。控制器电连接无线通讯装置，无线通讯装置与监控终端建立无线通讯连接，例如grps网络通讯。
[0139]
振幅检测器用于对低频调谐质量阻尼器的配重组件200的振动幅度进行实时检测，并将测得数据信息反馈至控制器。控制器获取振幅检测器反馈的数据信息并传递给无线通讯装置，无线通讯装置通过无线通讯将收集的数据信息传递给监控终端，以便于操作者对低频调谐质量阻尼器的工作进行实时监控，更为直观反应设备或建筑物的振动情况，进而可快速应对突发事件，消除隐患。可选地，振幅检测器为位移传感器。
[0140]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0141]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。