CN108895114B - 一种复合非线性能量阱减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合非线性能量阱减振装置，复合非线性能量阱减振装置选用两根非线性轨道分别在X和Y方向交叉布置。X方向管状轨道布置在底层，Y方向管状轨道布置在上层。当两个球体分别在各自的管道里滚动时，理论上复合而成的反作用力，可指向三维空间里任意方向，可满足装置在工作中复杂的减振要求。每个轨道两端都安装有固定了高阻尼橡胶的挡盖，增强撞击时的能量耗散。此外，永磁铁镶嵌到球体里面，当球体在管道里面滚动，会形成一个移动的磁场。在移动的磁场与金属管道相交时，导致了磁感线和导体相互切割，从而在金属管道里面产生涡流，涡流产生的电磁力可等效为一个粘滞阻尼，由此利用电磁效应耗散能量。
Description
技术领域
本发明属于起重船吊物***抑摆、建筑与桥梁的抗风与抗震领域，更具体地，涉及一种复合非线性能量阱减振装置，利用被动控制***，在不需要输入外部能量的情况下，通过抑摆装置和受控装置/结构之间的相互作用，提供控制力，以达到抑制吊物***摆动或减小结构振动的目的。
背景技术
复杂海况下采用工程船船舶进行安装施工作业时，吊钩产生的受迫振动幅度过大，在工程船上，吊钩实测摆动幅度达正负10米(沿着轮船的横向和纵向摆动)，运动特性为平动(摆+转动)。需要控制的目标是减小吊钩的横向和纵向摆动，提高施工作业效率。
传统非线性能量阱是一种无源能量吸收器，由一个辅助质量体和一个非线性轨道组成，能减少固定结构受到冲击激发的振动，但在摆动结构中，振动幅度过大，并且其反作用力可指向的方向少，减振效果不够显著，难以适用于复杂的减振或抑摆要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复合非线性能量阱减振装置，其目的之一在于，通过轨道复合的方式实现反作用力的任意指向，从而能够适用于复杂的减振要求。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复合非线性能量阱减振装置，包括：底板、X向非线性轨道、Y向非线性轨道、球体以及挡盖；
X向非线性轨道、Y向非线性轨道分别沿X轴及Y轴方向分布，且二者的中心沿Z轴上下分布；X向非线性轨道、Y向非线性轨道的两端均设有挡盖，且内部均设有球体；各球体能在对应的X向非线性轨道、Y向非线性轨道内自由移动，且各球体在对应的X向非线性轨道、Y向非线性轨道的各个位置处的法向力的方向分别为球体所在各个位置处对应的轨道斜率的函数。
本发明的另一目的在于，通过多重能量耗散方式，在有限的空间结构内进一步提升减振效果。为了实现上述目的，进一步地，各挡盖朝向对应球体的一侧均设有阻尼橡胶。
进一步地，X向非线性轨道、Y向非线性轨道均为金属制成，优选地，该金属为铜；各球体的径向均设有环形磁铁。
进一步地，X向非线性轨道、Y向非线性轨道的轨迹曲线为圆函数或高次曲线。
进一步地，X向非线性轨道、Y向非线性轨道均为管状轨道。
进一步地，挡盖在X向非线性轨道和/或Y向非线性轨道上的位置可调。
进一步地，X向非线性轨道和/或Y向非线性轨道的至少一端沿纵切面方向开设有沟槽，将该端部分割为杈状，且该杈状部分设有至少一排第一限位孔；该端部对应的挡盖的端面上开设有形状与杈状部分横截面对应的安装槽，且该挡盖的侧壁上开设有与第一限位孔对应的至少一个第二限位孔；通过销钉或螺栓***第二限位孔和不同的第一限位孔，以进行挡盖的位置调节及固定。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、复合非线性能量阱减振装置选用两根非线性轨道分别在X和Y方向交叉布置，当两个球体分别在各自的轨道上移动时，理论上复合而成的反作用力，可指向三维空间里的任意方向，可满足装置在工作中复杂的减振要求。
2、轨道两端安装有固定了阻尼橡胶的挡盖，球体运动到非线性轨道尽头，球体与安装在挡盖上的阻尼橡胶发生碰撞，实现能量的二次耗散。根据阻尼橡胶阻尼性能的不同，能力二次耗散的能力不同。
3、环形磁铁镶嵌到球体里面，当球体在金属轨道上滚动时，会形成一个移动的磁场。在移动的磁场与金属/铜轨道相交时，磁感线和导体(即金属/铜轨道)相互切割，从而在金属/铜轨道里面产生涡流，涡流产生的电磁力可等效为一个粘滞阻尼，由此利用电磁效应耗散能量，实现能量的再次耗散。
4、挡盖可移动，从而可以根据不同的使用场景或要求，调节挡盖位置，从而调节球体的移动范围，进而调节减振幅度。
附图说明
图1是本发明的复合非线性能量阱减振装置的立体图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的主视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是图4中盖体的立体图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-底板，2-Y向非线性轨道，3-X向非线性轨道，4-Y向支撑座，5-X向支撑座，6-球体，7-环形磁铁，8-挡盖，9-阻尼橡胶，10-沟槽，11-第一限位孔，12-安装槽，13-第二限位孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～4所示，本发明的优选实施例的复合非线性能量阱减振装置，包括：底板1、Y向非线性轨道2、X向非线性轨道3、Y向支撑座4、X向支撑座5、球体6、环形磁铁7、挡盖8以及阻尼橡胶9。
请参照图1、4，所述的支撑座4和5，主体部分的截面设计成梯形，在其中心位置空出与管状轨道契合的空间，将非线性轨道和支撑座焊接固定。
本实施例的两根非线性轨道均为管状轨道，分别在X和Y方向交叉布置。X向非线性轨道3布置在底层，Y向非线性轨道2布置在上层。本实施例的阻尼橡胶优选为高阻尼橡胶，如HDR。每个轨道两端都安装有固定了高阻尼橡胶的挡盖8。当两个球体6分别在各自的管道里滚动时，理论上复合而成的反作用力，可指向三维空间里任意方向，可满足装置在工作中复杂的减振要求。球体6运动到非线性轨道2、3的尽头时，与安装在挡盖8上的高阻尼橡胶发生碰撞，二次耗散能量(如果不设置阻尼橡胶9，碰撞也能耗散一些能量，设置阻尼橡胶9之后会大大增强能量耗散能力)。另外环形磁铁7(本实施例为永磁铁)镶嵌到球体6里面，当球体6在金属管道里面滚动，会形成一个移动的磁场。本实施例的金属为铜，在移动的磁场与铜管道相交时，导致了磁感线和导体相互切割，从而在铜管道里面产生涡流，涡流产生的电磁力可等效为一个粘滞阻尼，由此利用电磁效应耗散能量。
所述的球体6沿着非线性轨道来回滚动时，轨道上球体的反作用力被转移到轨道附着的主要结构上。球体和轨道之间的法向力的方向是球体所在每个位置处轨道的斜率的函数。
所述非线性轨道的轨道曲线可采用圆函数、4次函数曲线及更高次数函数曲线。
请参照图1及图3～5，所述的非线性轨道2、3，在管状轨道不同对应位置打第一限位孔11(本实施例为螺纹孔)，管道的竖直中心面位置，开出沟槽10，使挡盖8能通过安装槽12套入管道进行移动。
本实施例的挡盖8通过螺栓固定在非线性轨道上，在90度和270度方向，挡盖上打通孔，在对应管道的侧壁打第二限位孔13(本实施例为螺纹孔)，使用2个螺栓进行安装固定。为了保证安装的稳定性，挡盖上在使用2个螺栓固定的基础上，还需要使用8个紧定螺丝辅助固定。紧定螺丝以其末端压紧或者嵌入一零件，用来固定两个零件之间的位置(例如固定阻尼橡胶9)。挡盖8可由使用的第一限位孔11的不同而安装在管道的不同位置。
在其他实施例中，非线性轨道的形状不限于管状，也可以是几条非线性杆按照优选实施例的管状轨道的形状进行排布围成非线性轨道，或者将优选实施例的管状轨道用与其中心线形状相同的杆替代，球体套在杆上沿杆滑动等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，包括：底板（1）、X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）、X向支撑座（5）、Y向支撑座（4）、球体（6）以及挡盖（8）；
X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）分别沿X轴及Y轴方向分布、分别通过X向支撑座（5）和Y向支撑座（4）固定于底板（1）上，且二者的中心沿Z轴上下分布；X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）的两端均设有挡盖（8），且内部均设有球体（6）；各球体（6）能在对应的X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）内自由移动，且各球体（6）在对应的X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）的各个位置处的法向力的方向分别为球体（6）所在各个位置处对应的轨道斜率的函数；
X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）均为金属制成，各球体（6）的径向均设有环形磁铁（7）。
2.如权利要求1所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，各挡盖（8）朝向对应球体（6）的一侧均设有阻尼橡胶。
3.如权利要求1所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，该金属为铜。
4.如权利要求1所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）的轨迹曲线为圆函数或高次曲线。
5.如权利要求4所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，X向非线性轨道（3）、Y向非线性轨道（2）均为管状轨道。
6.如权利要求1~5任意一项所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，挡盖（8）在X向非线性轨道（3）和/或Y向非线性轨道（2）上的位置可调。
7.如权利要求6所述的一种复合非线性能量阱减振装置，其特征在于，X向非线性轨道（3）和/或Y向非线性轨道（2）的至少一端沿纵切面方向开设有沟槽（10），将该端分割为杈状，且该杈状部分设有至少一排第一限位孔（11）；该端对应的挡盖（8）的端面上开设有形状与杈状部分横截面对应的安装槽（12），且该挡盖（8）的侧壁上开设有与第一限位孔（11）对应的至少一个第二限位孔（13）；通过销钉或螺栓***第二限位孔（13）和不同的第一限位孔（11），以进行挡盖（8）的位置调节及固定。
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