一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器

本发明涉及土木及交通等建筑振动的，尤其是涉及一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器。

背景技术：

1、阻尼器是一种能提供运动阻力，耗散运动能量的装置。因其所具有的吸能减振作用，广泛运用于航天、航空、军工、枪炮和汽车等行业中。自上世纪七十年代起，研究人员逐步地把阻尼器运用到建筑、桥梁、铁路等结构工程领域中，如在斜拉索振动控制工程中使用外置式阻尼器是一种常见方式。

2、拉索作为土木及交通结构工程域内常用的支撑结构，有着柔度大，阻尼小、频率低等缺点，因此容易在外部激励作用下发生大幅振动，如风雨振、涡激振动等。并且，随着斜拉索设计长度的增加，传统的被动式粘滞阻尼器已无法满足当下斜拉索的减振控制需求。而具有负刚度特性的被动式阻尼器因其高效的减振效果，引起了学者们的广泛关注和研究。其中，惯性质量阻尼器是一种新型的具有负刚度特性的被动式阻尼器，研究表明，其耗能能力远超传统粘滞阻尼器。但目前针对惯性质量阻尼器的研究大多处于理论模拟阶段，因此，其针对斜拉索的减振效果是否高效仍有待试验验证。

3、缩尺试验是一种验证理论假设的重要研究手段，可以有效的验证惯性质量阻尼器对斜拉索的减振效果是否与理论相符，而在缩尺试验中往往需要对阻尼器参数进行高精度连续调节，否则所得试验结果容易与理论结果有较大误差，也对误差成因分析带来难度。目前，缩尺试验惯性质量阻尼器惯性质量的调节方法主要为更换具有不同质量或尺寸的质量飞轮，如专利文献“一种电涡流惯性质量阻尼器”(申请公布号：cn111321820a)和“一种用于模型斜拉索减振试验的参数可调惯性质量阻尼器”(申请公布号：cn108662072a)等。惯性质量阻尼器阻尼系数的调节方式有改变永磁铁数量、大小、气隙和其排布方式，如专利文献“一种齿轮齿条式惯容电涡流阻尼器”(cn115539545a)等；也有使用具有不同粘度系数的粘滞阻尼液，如专利文献“一种用于模型斜拉索减振试验的参数可调惯性质量阻尼器”(申请公布号：cn108662072a)等。

4、然而上述的阻尼器参数调节方法都无法真正达到高精度连续调节。改变质量飞轮的质量或尺寸无法保证惯性质量试验参数的连续性；而改变永磁铁大小、数量和排布，或是使用不同粘度系数的粘滞阻尼液不仅无法保证阻尼系数试验参数的连续性，还会给试验带来繁杂的操作流程并存在着发生试验事故的隐患。

技术实现思路

1、本发明的木得是为解决上述问题，提供一种用于模型斜拉索减振试验的惯性质量、阻尼系数双参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，可用于多工况的模型拉索减振试验，解决现存参数无法高精度连续调节的问题，为验证惯性质量阻尼器的减振效果提供有效手段。为此，本发明采用以下技术方案：

2、一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，包括阻尼器框架、滚珠丝杠机构、质量飞轮、导体板、电磁铁和直线轴承；

3、所述滚珠丝杠机构中螺杆的一端与模型斜拉索相连，另一端与所述导体板相连；所述滚珠丝杠机构中的滚珠螺母与所述导体板设于阻尼器框架内，所述滚珠螺母被轴向定位；

4、所述电磁铁固定于阻尼器框架两侧，所述导体板位于所述电磁铁产生的磁场中，导体板的往复运动能切割磁力线；所述直线轴承布置于阻尼器框架的上侧；

5、所述质量飞轮包括轮鼓、辐条和配重块；所述辐条等间距分布在所述轮鼓上；所述配重块可拆式或/和可调节轴向位置地布置于所述辐条上；所述质量飞轮套在所述滚珠螺母外侧。

6、进一步的，所述滚珠丝杠机构包括螺杆、滚珠螺母以及用于轴向定位滚轴螺母的止推轴承。

7、进一步的，所述配重块可沿着所述辐条轴向滑动，以此改变所述质量飞轮的转动惯量，从而达到调节惯性质量的目的；所述滚珠丝杠机构中仅有所述螺杆随着模型斜拉索的振动发生轴向直线运动并带动导体板直线运动，所述滚珠螺母和所述质量飞轮均发生旋转运动。

8、进一步的，所述导体板上端装有直线光轴，下端与所述螺杆相连接；所述直线光轴穿过所述直线轴承；所述直线光轴穿过所述直线轴承的部分外套有支撑弹簧；所述直线光轴末端装有弹簧挡板；所述支撑弹簧通过所述弹簧挡板限位在所述直线光轴上；所述导体板在所述螺杆和所述直线轴承限制下仅发生面内直线运动；所述导体板在所述支撑弹簧和弹簧挡板限制下不会发生面外旋转运动。

9、进一步的，其可动部分包括所述螺杆、所述导体板、所述光轴和所述弹簧挡板，所述可动部分的重量均由所述支撑弹簧承受；在所述支撑弹簧的作用下，模型斜拉索不会因所述阻尼器的可动部分的重量而产生初始形变，减小了模型斜拉索振动试验的试验误差；在所述支撑弹簧的作用下，每次模型斜拉索振动试验后，模型斜拉索以及所述可动部分均会回到初始平衡位置，实现自复位功能。

10、进一步的，所述阻尼器框架的相对的两侧均设置电磁铁；电磁铁南北极相向布置；所述电磁铁通过外部供电产生电磁场；所述电磁场强度可以通过调节供电电流大小进行调节；所述导体在电磁场中运动产生等效粘滞阻尼力，改变电磁铁供电电流可以对阻尼系数进行调节。

11、本发明能够连续高精度的连续调节惯性质量和阻尼系数，可用于多工况的模型拉索减振试验，解决现存参数无法高精度连续调节的问题，为验证惯性质量阻尼器的减振效果提供有效手段。

技术特征：

1.一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，包括阻尼器框架、滚珠丝杠机构、质量飞轮、导体板、电磁铁和直线轴承；

2.根据权利要求1所述的一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，所述滚珠丝杠机构包括螺杆、滚珠螺母以及用于轴向定位滚轴螺母的止推轴承。

3.根据权利要求1所述的一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，所述配重块可沿着所述辐条轴向滑动，以此改变所述质量飞轮的转动惯量，从而达到调节惯性质量的目的；所述滚珠丝杠机构中仅有所述螺杆随着模型斜拉索的振动发生轴向直线运动并带动导体板直线运动，所述滚珠螺母和所述质量飞轮均发生旋转运动。

4.根据权利要求1所述的一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，所述导体板上端装有直线光轴，下端与所述螺杆相连接；所述直线光轴穿过所述直线轴承；所述直线光轴穿过所述直线轴承的部分外套有支撑弹簧；所述直线光轴末端装有弹簧挡板；所述支撑弹簧通过所述弹簧挡板限位在所述直线光轴上；所述导体板在所述螺杆和所述直线轴承限制下仅发生面内直线运动；所述导体板在所述支撑弹簧和弹簧挡板限制下不会发生面外旋转运动。

5.根据权利要求4所述的一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，其可动部分包括所述螺杆、所述导体板、所述光轴和所述弹簧挡板，所述可动部分的重量均由所述支撑弹簧承受；在所述支撑弹簧的作用下，模型斜拉索不会因所述阻尼器的可动部分的重量而产生初始形变，减小了模型斜拉索振动试验的试验误差；在所述支撑弹簧的作用下，每次模型斜拉索振动试验后，模型斜拉索以及所述可动部分均会回到初始平衡位置，实现自复位功能。

6.根据权利要求1所述的一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，其特征在于，所述阻尼器框架的相对的两侧均设置电磁铁；电磁铁南北极相向布置；所述电磁铁通过外部供电产生电磁场；所述电磁场强度可以通过调节供电电流大小进行调节；所述导体在电磁场中运动产生等效粘滞阻尼力，改变电磁铁供电电流可以对阻尼系数进行调节。

技术总结
本发明提供了一种用于模型斜拉索减振试验的参数连续可调式自复位电涡流惯性质量阻尼器，应用于模型斜拉索减振试验，包括阻尼器框架、滚珠丝杠机构、质量飞轮以及导体板，滚珠丝杠机构的一端与模型斜拉索相连，另一端与导体板相连接。滚珠丝杠机构与导体板分别设于阻尼器框架内部，阻尼器框架上侧设有直线轴承和支撑弹簧，支撑弹簧实现阻尼器的自复位功能。滚珠丝杠机构的滚珠螺母外设有质量飞轮用以调节惯性质量；阻尼器框架设有电磁铁以产生电磁场；导体板在电磁铁间运动进而切割电磁场产生等效阻尼力，改变电磁铁供电电流用以调节阻尼系数。本发明能够连续高精度的连续调节惯性质量和阻尼系数，缓解了现有模型斜拉索减振试验中存在的技术问题。

技术研发人员：段元锋,董晟昊
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11