本發(fā)明涉及一種減震阻尼器，屬于土木工程領域的橋梁、房屋等結構的減震控制技術，尤其涉及一種自適應可控電磁阻尼器。

背景技術：

我國位于環(huán)太平洋地震帶-歐亞地震帶，地震頻發(fā)，近十余年來發(fā)生的五級以上的地震共計500余次，汶川地震、玉樹地震、雅安地震等給人民的生命、財產帶來了難以承受的損失。研發(fā)新型減隔震裝置，增強建筑、橋梁結構的抗震性能，是保證人民生命、財產安全的關鍵。

隨著超高、超大跨建筑、大跨度橋梁的不斷涌現(xiàn)，結構減隔震裝置得到了充分的研發(fā)與應用，并取得了良好的減隔震效果，為保障工程結構的安全可靠，減隔震裝置在實際工程結構中發(fā)揮著重要作用，如隔震支座、軟鋼阻尼器、彈性拉索及磁流變阻尼器等等。然而，罕遇地震、臺風等極端荷載作用下，采用傳統(tǒng)的隔震措施及減隔震裝置依舊不能滿足要求，如結構發(fā)生倒塌。要滿足“大震不倒”的抗震設防目標，采用減隔震措施可以大大減小傳至上部結構的地震能量，從而避免結構在強震、強風作用下發(fā)生倒塌破壞。與此同時，大型結構中各種阻尼器的使用，也使結構的耗能能力大大加強。盡管不同類型的阻尼器得到了廣泛的應用，但主要以被動控制為主，而且阻尼器的耗能能力無法實現(xiàn)調節(jié)可控，當結構的輸入能量超過減隔震裝置耗能能力時，減隔震裝置會失效，此時結構將產生難以想象的破壞。

近年來，隔震結構(如隔震建筑、隔震橋梁等)得到了廣泛的應用，并在地震中表現(xiàn)出良好的抗震性能。但隔震支座是一種被動耗能裝置，當遭遇強震時，會出現(xiàn)隔震支座位移超限，對結構造成災難性破壞。如隔震建筑發(fā)生傾覆而倒塌，隔震橋梁因支座位移超限而發(fā)生落梁及結構倒塌。問題的關鍵在于，傳統(tǒng)的耗能裝置都已被動耗能為主，且主要運用減隔震裝置自身的材料性能。地震是一種隨機荷載，當減隔震裝置無法滿足結構的耗能需求時，結構就會發(fā)生破壞，特別是在強震作用下，難以實現(xiàn)“大震不倒”的抗震設防目標。目前，國內外學者關于減隔震裝置做了諸多研究，提出多種新型的減隔震裝置，如新型減隔震支座、新型阻尼器。既有的新型減隔震支座由鋼鉛組合芯減隔震橡膠支座、軟鋼芯橡膠墊彈簧組合減隔震支座、復合疊層橡膠-環(huán)狀鋼棒隔震裝置、多維減隔震鉛芯橡膠支座、滑移隔震支座等；既有的阻尼器有屈曲約束支撐、軟鋼阻尼器、粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器、質量調諧阻尼器、磁流變阻尼器。以上減隔震裝置均以被動控制為主，由于被動減隔震裝置的阻尼系數(shù)是恒定的，不可能對各種等級的地震、臺風都有良好的減震效果，且其耗能能力主要取決于阻尼器自身材料的耗能能力，難以適應各種極端荷載作用下的結構減震控制。對于大跨度復雜結構，如大型體育場館、高聳結構、大跨度橋梁等，對結構實施有效的減震控制至關重要，采取有效的減隔震措施是解決問題的根本。目前，現(xiàn)有的阻尼器耗能裝置及限位裝置仍舊存在不足：被動耗能減震，耗能能力、限位需求的不可調節(jié)；且只能充分利用自身材料的耗能性能實現(xiàn)最大耗能能力，阻尼器及限位裝置本身的可控制性差，難以適用于各種等級的結構減震控制。

為了更有效地控制結構強震作用下的地震響應，有必要研發(fā)新型減隔震裝置。電磁效應是電場和磁場的相互感應效應，通電螺線管可以產生磁場，可通過控制電流大小來控制磁場強度。利用同性相斥，異性相吸的原理，可以利用電磁效應產生的引力/斥力調節(jié)減震裝置的耗能能力，具有耗能能力可調節(jié)的優(yōu)點。當前，利用電磁效應的阻尼器得到了應用，如“半可控圓筒型直線電磁阻尼器”、“一種轉子振動主動控制電磁阻尼器”、“一種電磁阻尼器”、“帶軸承的電磁阻尼器”，但主要應用于電機技術領域，且主要以充分利用減震裝置自身材料性能為主，不能實現(xiàn)耗能調節(jié)，且不能實現(xiàn)主動控制。

因此，亟待解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)彈簧的實時位移量，通入相適應的電流，利用電磁效應增大阻尼器的耗能能力，可實現(xiàn)結構耗能減震和限位自適應實時控制的自適應可控電磁阻尼器。

技術方案：為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所述的自適應可控電磁阻尼器，包括阻尼外筒、位于阻尼外筒內腔中部的套設有彈簧的鐵芯和分別位于阻尼外筒兩端的活塞組件，該活塞組件包括設置在阻尼外筒內腔并可沿其軸向方向來回移動的活塞、一端與該活塞相連另一端穿出阻尼外筒的活塞桿和設于活塞內的永磁鐵，該活塞組件與阻尼外筒的內壁之間形成封閉空間；所述活塞桿內部設有外周套設有絕緣套的錨頭，彈簧兩端分別穿過永磁鐵固定在相應的錨頭上，兩端錨頭上分別通過導線引出與電磁控制系統(tǒng)相連接，并形成兩導電端。

其中，所述活塞桿與阻尼外筒內壁、活塞與阻尼外筒內壁之間的接觸面上設有用于密封的橡膠襯墊。

優(yōu)選的，所述彈簧均勻繞設在鐵芯外圍，且鐵芯和彈簧之間留有間隙；其中位于彈簧中間位置段對稱均布有支撐桿，該支撐桿限制鐵芯自由懸于彈簧中間位置。

進一步，所述鐵芯兩端設有止擋板，限制鐵芯位于彈簧中間位置。

再者，所述彈簧的端部通過材質為導電金屬的連接件與錨頭固定連接，該連接件外套有絕緣套。

進一步，所述阻尼外筒、活塞和活塞桿的材質均為環(huán)氧樹脂玻璃纖維絕緣材料。

優(yōu)選的，所述穿過永磁鐵和活塞組件的彈簧部分外部套有絕緣套，與永磁鐵和活塞組件絕緣。

再者，所述電磁控制系統(tǒng)包括滑動觸碰旋轉式雙向開關，該滑動觸碰旋轉式雙向開關包括電源端(a、b、c、d)和之相對應的彈簧端(a＇、b＇、c＇、d＇)，該電磁控制系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟：

步驟1、彈簧初始狀態(tài)時處于平衡位置，輸入電流為零，監(jiān)測彈簧位移大小及方向，判斷彈簧拉伸或壓縮狀態(tài)，依據(jù)彈簧的位移大小控制輸入電流的大小，根據(jù)彈簧的位移方向控制輸入電流的方向；根據(jù)振動幅值大小，可將彈簧位移分為小位移、中位移、大位移三個層次，并依據(jù)小位移、中位移和大位移的位移值設置相應的電流閾值，通過輸入電流的大小控制內部磁場力的大小，其中位移大?。盒∥灰?lt;中位移<大位移，對應電流大?。弘娏?<電流2<電流3；

步驟2、當阻尼器受壓，彈簧處于壓縮狀態(tài)時，彈簧帶動活塞觸碰滑動觸碰旋轉式雙向開關接通連接電源端b與彈簧端a＇、電源端c與彈簧端d＇，通入電流的方向為從a端到b端，電流使螺旋彈簧內鐵芯產生與永磁鐵方向相同的磁場，鐵芯端部與兩端的永磁鐵產生斥力作用；根據(jù)彈簧壓縮位移量，當彈簧位移值處于小位移、中位移、大位移時，分別輸入相應的正向電流1、正向電流2、正向電流3，對應的正向電流使得彈簧內鐵芯產生不同的磁場強度，鐵芯與永磁鐵相互產生不同大小的斥力，從而實現(xiàn)調節(jié)阻尼器壓縮狀態(tài)時的耗能能力；

步驟3、當阻尼器受拉，彈簧處于拉伸狀態(tài)時，彈簧帶動活塞觸碰滑動觸碰旋轉式雙向開關接通連接電源端a與彈簧端b＇、電源端d與彈簧端c＇，通入電流的方向為從b端到a端，電流使彈簧內鐵芯產生與永磁鐵方向相反的磁場，鐵芯端部與兩端的永磁鐵產生引力作用；根據(jù)彈簧拉伸位移量，當彈簧位移值處于小位移、中位移、大位移時，分別輸入相應的反向電流1、反向電流2、反向電流3，對應的反向電流使得彈簧內鐵芯產生不同的磁場強度，鐵芯與永磁鐵相互產生不同大小的引力，從而實現(xiàn)調節(jié)阻尼器拉伸狀態(tài)時的耗能能力。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點：首先本發(fā)明利用活塞組件和套設有彈簧的鐵芯組成阻尼器，充分發(fā)揮阻尼器材料自身耗能性能；其次該阻尼器通過電磁控制系統(tǒng)，根據(jù)彈簧的實時位移大小和位移方向，通入相適應大小和方向的電流，在充分利用阻尼器自身耗能能力的基礎上，通過彈簧在鐵芯上產生的電磁效應實現(xiàn)實時增大阻尼器的耗能能力，可實現(xiàn)結構耗能減震和限位自適應實時控制；再者該可控電磁阻尼器可最大程度實現(xiàn)結構震動的主動控制，避免結構在強震、強風作用下發(fā)生倒塌破壞，以實現(xiàn)“大震不倒”抗震設防目標。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中壓縮狀態(tài)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中拉伸狀態(tài)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明中圖1的i-i的剖視圖；

圖4為本發(fā)明中圖1的ⅱ-ⅱ的剖視圖；

圖5為本發(fā)明中圖1的iii-iii的剖視圖；

圖6為本發(fā)明中圖1的ⅳ-ⅳ的剖視圖；

圖7為本發(fā)明中圖1的ⅴ-ⅴ的剖視圖；

圖8為本發(fā)明中彈簧與鐵芯的連接示意圖；

圖9為本發(fā)明中鐵芯的端部示意圖；

圖10為本發(fā)明的電磁控制系統(tǒng)的控制流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開了一種自適應可控電磁阻尼器，包括阻尼外筒1、彈簧2、鐵芯3、活塞4、活塞桿5、永磁鐵6、絕緣套7、錨頭8、導線9、橡膠襯墊10、支撐桿11、止擋板12和連接件13。

如圖8和圖9所示，彈簧2均勻繞設在鐵芯3外圍，且鐵芯3和彈簧2之間留有間隙；其中位于彈簧2中間位置段對稱均布有支撐桿11，鐵芯3兩端設有止擋板12，該支撐桿11和止擋板12限制鐵芯3自由懸于彈簧2中間位置。套設有彈簧2的鐵芯3位于阻尼外筒1內腔中部。

阻尼外筒1兩端設有活塞組件，該活塞組件包括設置在阻尼外筒1內腔并可沿其軸向方向來回移動的活塞4、一端與該活塞4相連另一端穿出阻尼外筒1的活塞桿5和設于活塞4內的永磁鐵6，該活塞組件與阻尼外筒1的內壁之間形成封閉空間。具體的活塞的截面形狀為槽型結構，該槽型結構內嵌有永磁體，且槽口端向內折彎形成用于止擋永磁體的止口。上述活塞桿5與阻尼外筒1內壁、活塞4與阻尼外筒1內壁之間的接觸面上設有用于密封的橡膠襯墊10。如圖3所示，活塞桿的端部開設有圓孔，便于拉動活塞桿進行移動。

如圖1和圖4所示，活塞桿5內部設有外周套設有絕緣套7的錨頭8，彈簧2兩端分別穿過永磁鐵6固定在相應的錨頭8上，兩端錨頭8上分別通過導線9引出與電磁控制系統(tǒng)相連接，并形成導電端a、b。本發(fā)明的活塞桿5、活塞4和永磁體6上均開設有相應的孔道，便于彈簧與導線相連接。

如圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明的彈簧2的端部通過材質為導電金屬的連接件13與錨頭8固定連接，該連接件13外套有絕緣套7。阻尼外筒1、活塞4和活塞桿5的材質均為環(huán)氧樹脂玻璃纖維絕緣材料。

上述穿過永磁鐵6和活塞組件的彈簧2部分外部套有絕緣套7，與永磁鐵6和活塞組件絕緣。

如圖10所示，電磁控制系統(tǒng)包括滑動觸碰旋轉式雙向開關，該滑動觸碰旋轉式雙向開關包括電源端a、b、c、d和之相對應的彈簧端a＇、b＇、c＇、d＇，該電磁控制系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟：

步驟1、彈簧初始狀態(tài)時處于平衡位置，輸入電流為零，監(jiān)測彈簧位移大小及方向，判斷彈簧拉伸或壓縮狀態(tài)，依據(jù)彈簧的位移大小控制輸入電流的大小，根據(jù)彈簧的位移方向控制輸入電流的方向；根據(jù)振動幅值大小，可將彈簧位移分為小位移、中位移、大位移三個層次，并依據(jù)小位移、中位移和大位移的位移值設置相應的電流閾值，通過輸入電流的大小控制內部磁場力的大小，其中位移大小：小位移<中位移<大位移，對應電流大?。弘娏?<電流2<電流3；

步驟2、當阻尼器受壓，彈簧處于壓縮狀態(tài)時，彈簧帶動活塞觸碰滑動觸碰旋轉式雙向開關接通連接電源端b與彈簧端a＇、電源端c與彈簧端d＇，通入電流的方向為從a端到b端，電流使螺旋彈簧內鐵芯產生與永磁鐵方向相同的磁場，鐵芯端部與兩端的永磁鐵產生斥力作用；根據(jù)彈簧壓縮位移量，當彈簧位移值處于小位移、中位移、大位移時，分別輸入相應的正向電流1、正向電流2、正向電流3，對應的正向電流使得彈簧內鐵芯產生不同的磁場強度，鐵芯與永磁鐵相互產生不同大小的斥力，從而實現(xiàn)調節(jié)阻尼器壓縮狀態(tài)時的耗能能力；隨彈簧壓縮位移逐級增大，正向電流逐級增大，磁場強度逐級增大，斥力逐級增大，阻尼器耗能能力不斷增強。

步驟3、當阻尼器受拉，彈簧處于拉伸狀態(tài)時，彈簧帶動活塞觸碰滑動觸碰旋轉式雙向開關接通連接電源端a與彈簧端b＇、電源端d與彈簧端c＇，通入電流的方向為從b端到a端，電流使彈簧內鐵芯產生與永磁鐵方向相反的磁場，鐵芯端部與兩端的永磁鐵產生引力作用；根據(jù)彈簧拉伸位移量，當彈簧位移值處于小位移、中位移、大位移時，分別輸入相應的反向電流1、反向電流2、反向電流3，對應的反向電流使得彈簧內鐵芯產生不同的磁場強度，鐵芯與永磁鐵相互產生不同大小的引力，從而實現(xiàn)調節(jié)阻尼器拉伸狀態(tài)時的耗能能力。隨彈簧拉伸位移逐級增大，反向電流逐級增大，磁場強度逐級增大，引力逐級增大，阻尼器耗能能力不斷增強。