三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括：外殼；質(zhì)量塊，內(nèi)部中空，形成氣室；空氣彈簧，一端與質(zhì)量塊外表面固定連接，另一端與外殼內(nèi)表面滑動連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有穩(wěn)定性好、安裝維護(hù)方便、密封性好、隔振頻率低、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，尤其是涉及一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)是由質(zhì)量塊、彈簧與阻尼系統(tǒng)組成，即通過彈簧和質(zhì)量塊將其振動頻率調(diào)至主結(jié)構(gòu)頻率附近，改變結(jié)構(gòu)的共振特性，利用阻尼系統(tǒng)耗散輸入振動能量，以達(dá)到減振的作用。
[0003]目前工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域常用的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器一般為擱置式和懸掛式兩種，擱置式常用的彈簧為鋼制彈簧(圓柱或圓錐形拉壓彈簧，受壓疊板彈簧和蝶形彈簧)，通過調(diào)節(jié)彈簧剛度和質(zhì)量塊質(zhì)量來調(diào)整頻率。懸掛式則一般為單擺構(gòu)造，可通過調(diào)節(jié)擺長和質(zhì)量塊質(zhì)量來調(diào)整頻率，一般都為一維(豎向)或二維(水平X、Y方向)減振，少數(shù)三向減振TMD也是兩種方式的簡單組合。
[0004]由鋼制彈簧組成的TMD自振頻率可達(dá)2-5Ηζ (減振范圍≥6Hz)，對于很多自振頻率較低的工程結(jié)構(gòu)而言，其減振效果不佳，懸掛單擺式TMD的頻率雖然理論上可做的很低，但過長的擺長且一般只能控制水平振動的缺陷也使其應(yīng)用受到了限制。
[0005]通常TMD的阻尼系統(tǒng)為粘滯液體型或摩擦型，阻尼性能與速度相關(guān)或位移相關(guān)，一旦制作安裝到位后，阻尼性能均固定不可調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種穩(wěn)定性好、安裝維護(hù)方便、密封性好、隔振頻率低、節(jié)省空間、剛度和阻尼方便可調(diào)的三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，將空氣彈簧創(chuàng)造性的應(yīng)用于調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)中，充分利用空氣彈簧的低頻特性，可用于TMD架設(shè)空間有限的低頻工程結(jié)構(gòu)，隔振有效頻率可低至3Hz甚至以下。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，包括:
[0009]外殼；
[0010]質(zhì)量塊，內(nèi)部中空，形成氣室；
[0011]空氣彈簧,一端與質(zhì)量塊外表面固定連接，另一端與外殼內(nèi)表面滑動連接。
[0012]所述的空氣彈簧一端通過連接法蘭與質(zhì)量塊連接，另一端通過PTFE層與外殼內(nèi)表面連接。
[0013]所述的PTFE層的非光滑面通過粘結(jié)方式與空氣彈簧端部連接板連接，光滑面與外殼內(nèi)表面接觸連接。
[0014]所述的連 接法蘭為氣密式法蘭。
[0015]所述的空氣彈簧設(shè)有6個，并對稱設(shè)置。[0016]還包括阻尼調(diào)節(jié)螺栓，所述的質(zhì)量塊的側(cè)壁上設(shè)有可調(diào)節(jié)阻尼孔，所述的阻尼調(diào)節(jié)螺栓一端與可調(diào)節(jié)阻尼孔連接，另一端穿過外殼后與螺母連接，通過阻尼調(diào)節(jié)螺栓可調(diào)節(jié)阻尼孔的形狀系數(shù)，并可帶動質(zhì)量塊側(cè)壁運(yùn)動，從而來調(diào)節(jié)氣室的大小以調(diào)節(jié)阻尼比大小。
[0017]所述的外殼上設(shè)有用于充氣彈簧使用的充氣孔。
[0018]所述的外殼上設(shè)有與外部物件連接的連接件，該連接件上設(shè)有螺栓孔。
[0019]所述的空氣彈簧采用囊式或膜式空氣彈簧。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]I)使用空氣彈簧作為TMD的彈性元件，隔振頻率低，可用于自振頻率3Hz甚至以下的工程結(jié)構(gòu)減振。安裝所需空間較小，適用于空間有限的工程結(jié)構(gòu)。
[0022]2)質(zhì)量塊與氣室的一體化設(shè)計(jì)可有效節(jié)省空間，且氣室與阻尼孔大小可方便調(diào)節(jié)，TMD的頻率和阻尼可調(diào)范圍較大，便于根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況安裝調(diào)試。
[0023]3)空氣彈簧分三個方向獨(dú)立設(shè)置，與外殼間的低摩擦滑動接觸連接，能保證其在三個方向獨(dú)立工作，可有效避免三向頻率之間的耦合，能精確實(shí)現(xiàn)三向減振，還可有效避免空氣彈簧的橫向穩(wěn)定性問題。
[0024]4)封閉式構(gòu)造防水防塵，避免陽光直射，可有效提高空氣彈簧的使用年限，外部形態(tài)簡單美觀，安裝維護(hù)方便。
[0025]5)空氣彈簧利用氣體的體積和彈性發(fā)揮彈簧的作用，可自由地選擇其承載力、剛度和高度，可對不同方向和旋轉(zhuǎn)干擾振動獲得綜合減振效果且無高階顫振現(xiàn)象，重量輕，能經(jīng)受強(qiáng)振，耐疲勞，使用壽命長。與氣室相連的話，可通過調(diào)節(jié)氣室的大小和其上阻尼孔的形狀系數(shù)來調(diào)節(jié)其剛度和阻尼比，為理想的減振彈性元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明內(nèi)部構(gòu)造剖面圖；
[0027]圖2為本發(fā)明去掉上部外殼鋼板及充氣軟管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]實(shí)施例
[0030]如圖1和圖2所示，一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括:
[0031]外殼2 ;質(zhì)量塊I,內(nèi)部中空,形成氣室；空氣彈簧3, —端與質(zhì)量塊外表面固定連接，另一端與外殼內(nèi)表面滑動連接。
[0032]所述的空氣彈簧3 —端通過連接法蘭5與質(zhì)量塊I連接，另一端通過PTFE層4與外殼2內(nèi)表面連接。所述的PTFE層4的非光滑面通過粘結(jié)方式與空氣彈簧3連接，光滑面與外殼2內(nèi)表面接觸連接。
[0033]所述的連接法蘭5為氣密式法蘭。所述的空氣彈簧3設(shè)有6個，并對稱設(shè)置。
[0034]本發(fā)明還包括阻尼調(diào)節(jié)螺栓6，所述的質(zhì)量塊I的側(cè)壁上設(shè)有可調(diào)節(jié)阻尼孔，所述的阻尼調(diào)節(jié)螺栓6 —端與可調(diào)節(jié)阻尼孔連接，另一端穿過外殼后與螺母連接，通過阻尼調(diào)節(jié)螺栓可調(diào)節(jié)阻尼孔的形狀系數(shù)，并可帶動質(zhì)量塊側(cè)壁運(yùn)動，從而來調(diào)節(jié)氣室的大小以調(diào)節(jié)阻尼比大小。
[0035]所述的外殼2上設(shè)有用于充氣彈簧使用的充氣孔8。所述的外殼2上設(shè)有與外部物件連接的連接件7，該連接件上設(shè)有螺栓孔71。所述的空氣彈簧3采用囊式或膜式空氣彈黃。
[0036]本發(fā)明將空氣彈簧創(chuàng)造性的應(yīng)用于調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)中，充分利用空氣彈簧的低頻特性，可用于TMD架設(shè)空間有限的低頻工程結(jié)構(gòu)，隔振有效頻率可低至3Hz甚至以下。
[0037]本發(fā)明中的質(zhì)量塊設(shè)計(jì)成密閉可調(diào)節(jié)式氣室，實(shí)現(xiàn)TMD的頻率和阻尼比可調(diào)。
[0038]質(zhì)量塊I為鋼制的質(zhì)量塊，內(nèi)部中空,兼做氣室,可調(diào)節(jié)大小,其質(zhì)量由減振計(jì)算確定。側(cè)壁設(shè)置可調(diào)節(jié)阻尼孔，通過調(diào)節(jié)螺桿，可方便的從外部調(diào)整氣室的大小及阻尼孔的形狀系數(shù)，以調(diào)整TMD的自振頻率和阻尼比。
[0039]外殼2為鋼制外殼，起到固定及保護(hù)內(nèi)部構(gòu)件的作用，保證TMD的正常工作，外殼開有充氣孔，與空氣彈簧采用軟管連接，以便必要時為空氣彈簧充氣。
[0040]空氣彈簧3是TMD的核心組件，可采用囊式或膜式，具體型式根據(jù)頻率和空間要求選用?？諝鈴椈稍谌齻€方向?qū)ΨQ設(shè)置6個，可實(shí)現(xiàn)三向減振，其基準(zhǔn)頻率由減振計(jì)算或現(xiàn)場結(jié)構(gòu)實(shí)測確定后制作安裝，頻率調(diào)節(jié)范圍(通過調(diào)節(jié)氣室大小)可達(dá)±20%。
[0041]空氣彈簧3通過PTFE層與外殼接觸連接，PTFE背面(非光滑面)采用粘結(jié)方式與空氣彈簧固定連接，正面(光滑面，帶儲油槽)與外殼內(nèi)表面自由接觸。PTFE為低摩擦系數(shù)的滑動材料(與鋼件摩擦?xí)r無潤滑條件下摩擦系數(shù)0.03，有潤滑時摩擦系數(shù)0.01)，此構(gòu)造可保證空氣彈簧隨質(zhì)量塊在外殼內(nèi)部自由滑動。
[0042]空氣彈簧3通過氣密式法蘭與質(zhì)量塊(氣室)連接，保證空氣彈簧與質(zhì)量塊之間連接牢固，且能自由交換氣體。
[0043]阻尼調(diào)節(jié)螺栓6為伸出外殼且與氣室連通的調(diào)節(jié)螺桿，安裝調(diào)試過程中，可通過該部件調(diào)節(jié)氣室大小和阻尼孔的形狀系數(shù)，借此調(diào)整TMD的頻率和阻尼比。在運(yùn)輸過程中該裝置可鎖緊，起到臨時固定措施的作用。安裝調(diào)試完畢后可擰出另行妥善保管以備需要時使用。
[0044]連接件7為TMD與工程主體結(jié)構(gòu)相連接的措施，可根據(jù)具體情況做成螺栓連接(如圖2所示)或焊接的構(gòu)造。
[0045]應(yīng)用實(shí)例；
[0046]某美術(shù)館室外人行鋼連橋，空間桁架結(jié)構(gòu)，長42m，寬3m，高2.2m，兩端與主體結(jié)構(gòu)鉸接連接，一階自振頻率豎向2.2Hz，側(cè)向(橫橋向)1.4Hz，兩個方向均存在人行及風(fēng)致振動，計(jì)算結(jié)果顯示最大振動加速度達(dá)到90gal，嚴(yán)重影響到使用的舒適度，設(shè)計(jì)之初考慮采用一個擱置式鋼制彈簧TMD和一個懸掛單擺式TMD分別解決豎向和水平的振動問題，但鋼制彈簧TMD減振頻率過高，減振效果不佳，懸掛式TMD的安裝空間又不夠。使用本發(fā)明后(實(shí)際產(chǎn)品尺寸2200 X 1600 X 800mm，長X寬X高，總重約3.2噸)，兩個方向的頻率可達(dá)到1.4Hz (豎向)和1.0Hz (水平向)，實(shí)測阻尼比可達(dá)18%，經(jīng)安裝前后測試結(jié)果對比，減振效果比可達(dá)57%。
【權(quán)利要求】
1.一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，包括: 夕卜殼; 質(zhì)量塊，內(nèi)部中空,形成氣室； 空氣彈簧，一端與質(zhì)量塊外表面固定連接，另一端與外殼內(nèi)表面滑動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的空氣彈簧一端通過連接法蘭與質(zhì)量塊連接，另一端通過PTFE層與外殼內(nèi)表面連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的PTFE層的非光滑面通過粘結(jié)方式與空氣彈簧端部連接板連接，光滑面與外殼內(nèi)表面接觸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的連接法蘭為氣密式法蘭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的空氣彈簧設(shè)有6個，并對稱設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，還包括阻尼調(diào)節(jié)螺栓，所述的質(zhì)量塊的側(cè)壁上設(shè)有可調(diào)節(jié)阻尼孔，所述的阻尼調(diào)節(jié)螺栓一端與可調(diào)節(jié)阻尼孔連接，另一端穿過外殼后與螺母連接，通過阻尼調(diào)節(jié)螺栓可調(diào)節(jié)阻尼孔的形狀系數(shù)，并可帶動質(zhì)量塊側(cè)壁運(yùn)動，從而來調(diào)節(jié)氣室的大小以調(diào)節(jié)阻尼比大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的外殼上設(shè)有用于充氣彈簧使用的充氣孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的外殼上設(shè)有與外部物件連接的連接件，該連接件上設(shè)有螺栓孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三向低頻變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述的空氣彈簧采用囊式或膜式空氣彈簧。
【文檔編號】E04B1/98GK103510637SQ201310507409
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】汪洋, 楊太華, 王素芳, 孫建梅 申請人:上海電力學(xué)院