CN110485267A - 一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器及其使用方法，包括套筒，所述套筒内设有滚珠丝杠和密封舱，所述滚珠丝杠包括质量块和丝杠，所述质量块传动连接在丝杠的外侧，所述丝杠的下端固定连接有螺旋桨，所述螺旋桨转动连接在密封舱内，所述套筒的下端固定连接有轻质板，所述轻质板的下表面固定连接有橡胶垫，本发明实现了调谐质量阻尼器的频率自调谐特性，能够有效提升阻尼器的减振效果，降低桥梁拉索的振动。
Description
技术领域
本发明涉及阻尼器设备技术领域，具体是一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器及其使用方法。
背景技术
在现有土木工程吸能减振装置中，调谐质量阻尼器(TMD)由于其构造简单、造价成本低、易于维护、不需要外部能源支持等优点，在实际工程中的应用越来越广泛，其良好减振效果也得到了大量工程验证。但是普通的质量调谐阻尼器只在特定的频率范围内具有减振效果，偏离此频率范围则减振效果不佳。
调谐质量阻尼器(TMD)最初被用于单自由度高耸结构的减振上，取得了很好的效果。这主要是因为该类型结构其振动特性以一阶振型为主，因此人们在使用TMD减振时，只需要将TMD固有频率调整为结构的一阶频率(固有频率)即可。但是，对于缆索结构(斜拉索、海底电缆、输电线等)，结构弯曲刚度很小，在受到外部荷载作用时，该类型结构很容易被激发起高阶模态。将TMD固有频率调整为该结构的特定频率(比如一阶)时，TMD的减振效果不理想。因此，对于该类型结构而言，若要使用TMD实现较好的控制效果，那么应该实现TMD固有频率的可调谐。
TMD的固有频率由其自身刚度、质量联合决定。传统的TMD采用恒定刚度弹簧和恒定质量块，因此其固有频率无法改变。有学者采用变刚度弹簧调节TMD的固有频率，但是其采用的变刚度弹簧只能通过初始调整的方式来进行改变，因此对于TMD固有频率的改变幅度不大，且不便于操作。
随着控制方法的进步，学者们纷纷采用主动调谐的方式，对TMD的固有频率进行改变，扩大其减振响应范围。不过，这些主动调谐的方式通常都是采用智能材料，需要外部能源输入，增加了经济成本也给阻尼器的后期维护增加了难度。
土木工程领域中的桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物，为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物，为了提供桥梁的拉力作用一般在桥梁上方设置有桥梁拉绳。
然而现有的土木工程领域中的桥梁拉绳中一般没有设置调谐质量阻尼器(TMD)，因此现有的土木工程领域中的桥梁拉绳在车辆行驶等会产生较大的振动，从而造成不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，包括套筒，所述套筒内设有滚珠丝杠和密封舱，所述滚珠丝杠包括质量块和丝杠，所述质量块传动连接在丝杠的外侧，所述丝杠的下端固定连接有螺旋桨，所述螺旋桨转动连接在密封舱内，所述套筒的下端固定连接有轻质板，所述轻质板的下表面固定连接有橡胶垫。
作为本发明进一步的方案：所述套筒的上表面为弧形面。
作为本发明进一步的方案：所述质量块的上下端分别通过弹簧与套筒和密封舱固定连接。
作为本发明进一步的方案：所述丝杠与螺旋桨之间固定连接有连接杆。
作为本发明进一步的方案：所述密封舱上开设有圆形孔，所述连接杆的外侧壁固定连接有密封圈，所述密封圈转动连接在圆形孔内。
作为本发明进一步的方案：所述密封舱内装有剪切增稠液。
作为本发明进一步的方案：所述轻质板为泡沫或橡胶。
作为本发明进一步的方案：所述轻质板的下表面为弧形面，所述橡胶垫与轻质板的下表面配合。
该基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器工作方法的具体步骤：
橡胶垫固定连接在桥梁拉绳上，桥梁拉绳振动时引起密封舱的振动，密封舱的振动会引起质量块沿丝杠的往复运动；
该往复运动会经由丝杠的传导作用引起螺旋桨在在剪切增稠液内的转动，由于剪切增稠液对螺旋桨有阻尼力和摩檫力的作用抑制质量块的线性运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在套筒的下端固定连接轻质板，且在轻质板的下表面固定连接有橡胶垫，便于将装置固定连接在桥梁的拉绳上；通过在密封舱内设置螺旋桨和剪切增稠液，螺旋桨在剪切增稠液内活动时由于剪切增稠液的阻尼力和摩擦力的作用将会限制螺旋桨在剪切增稠液内活动；由于剪切增稠液摩檫力随螺旋桨转动速度不同而发生改变，直接影响了其刚度的大小；刚度的改变导致了阻尼频率的变化，从而实现了阻尼器频率随冲击速度改变的自适应；通过合理设计，可实现该阻尼器基频与外部冲击频率接近，从而发挥最大减振效果。这种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器实现了调谐质量阻尼器的频率自调谐特性，能够有效提升阻尼器的减振效果，降低桥梁拉索的振动。
附图说明
图1为一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器示意图；
图中：1-套筒、2-质量块、3-丝杠、4-密封舱、5-螺旋桨、6-轻质板、7-橡胶垫、8-弹簧、9-连接杆、10-剪切增稠液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器及其使用方法，包括套筒1，套筒1内设有滚珠丝杠和密封舱4，滚珠丝杠包括质量块2和丝杠3，质量块2传动连接在丝杠3的外侧，丝杠3的下端固定连接有螺旋桨5，螺旋桨5转动连接在密封舱4内，套筒1的下端固定连接有轻质板6，轻质板6的下表面固定连接有橡胶垫7。
套筒1的上表面为弧形面。
质量块2的上下端分别通过弹簧8与套筒1和密封舱4固定连接，便于质量块2的复位运动。
丝杠3与螺旋桨5之间固定连接有连接杆9，连接杆9的设置便于丝杠3与螺旋桨5之间的连接。
密封舱4上开设有圆形孔，连接杆9的外侧壁固定连接有密封圈，密封圈转动连接在圆形孔内，密封圈实现了连接杆9与密封舱4圆形孔之间的密封效果。
密封舱4内装有剪切增稠液10。
轻质板6为泡沫或橡胶。
轻质板6的下表面为弧形面，橡胶垫7与轻质板6的下表面配合。
该往复运动会经由丝杠3的传导作用引起螺旋桨5在在剪切增稠液10内的转动，由于剪切增稠液10对螺旋桨5有阻尼力和摩檫力的作用抑制质量块2的线性运动
本发明在使用时，将橡胶垫7固定连接在桥梁拉绳上，当桥梁拉绳振动时会通过橡胶垫7、轻质板6将振动传输至密封舱4，从而引起密封舱4的振动，密封舱4的振动会引起质量块2沿丝杠3的往复运动，该往复运动会经由丝杠3的传导作用引起螺旋桨5在在剪切增稠液10内的转动，由于螺旋桨5叶片的结构形状，螺旋桨5转动的过程中会产生一个向上的推力，同时由于剪切增稠液10对螺旋桨5有阻尼力和摩檫力的作用，从而抑制螺旋桨5的活动，进而抑制丝杠3旋转，从而抑制质量块2的线性运动，相当于给质量块2增加了一个抑制其线性运动的“等效弹簧”，从而降低了振动。该“等效弹簧”与弹簧8一起，为阻尼器***提供“等效刚度”。
当物体所受冲击速度增大(或频率升高)时，物体振动幅值(频率)增大，由于惯性原因，质量块与丝杠之间会发生线性相对位移，相对位移转化为螺旋桨5的旋转在剪切增稠液10中的旋转，切割剪切增稠液10产生阻尼力，根据剪切增稠液10自身特性，切割速度越快，阻尼力越大，“等效弹簧”刚度越大，阻尼器整体结构“等效刚度”越大，阻尼器固有频率越大。也就是说，当外部激励频率增大时，阻尼器固有频率也随之增大，两者变化趋势一致。因此，可以通过合理设计的方式，来实现激励频率与阻尼器固有频率调谐的一致性。
同时，剪切增稠液10在高速剪切时表现出非常强的硬化特性，其耗能能力远高于普通粘滞阻尼材料。因此，降低质量块的轴向行程可以使得阻尼器向轻量化、小型化发展。对螺旋桨直径、粗糙度、螺旋桨5与密封舱4间隙大小等的调整，可以改变阻尼器耗能能力以及频率调谐性能。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于：包括套筒(1)，所述套筒(1)内设有滚珠丝杠和密封舱(4)，所述滚珠丝杠包括质量块(2)和丝杠(3)，所述质量块(2)传动连接在丝杠(3)的外侧，所述丝杠(3)的下端固定连接有螺旋桨(5)，所述螺旋桨(5)转动连接在密封舱(4)内，所述套筒(1)的下端固定连接有轻质板(6)，所述轻质板(6)的下表面固定连接有橡胶垫(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述套筒(1)的上表面为弧形面。
3.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述质量块(2)的上下端分别通过弹簧(8)与套筒(1)和密封舱(4)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述丝杠(3)与螺旋桨(5)之间固定连接有连接杆(9)。
5.根据权利要求4所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述密封舱(4)上开设有圆形孔，所述连接杆(9)的外侧壁固定连接有密封圈，所述密封圈转动连接在圆形孔内。
6.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述密封舱(4)内装有剪切增稠液(10)。
7.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述轻质板(6)为泡沫或橡胶。
8.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器，其特征在于，所述轻质板(6)的下表面为弧形面，所述橡胶垫(7)与轻质板(6)的下表面配合。
9.一种基于剪切增稠液的附着式自调谐质量阻尼器的使用方法，其特征在于：该使用方法的具体步骤为：
橡胶垫(7)固定连接在桥梁拉绳上，桥梁拉绳振动时引起密封舱(4)的振动，密封舱(4)的振动会引起质量块(2)沿丝杠(3)的往复运动；
该往复运动会经由丝杠(3)的传导作用引起螺旋桨(5)在在剪切增稠液(10)内的转动，由于剪切增稠液(10)对螺旋桨(5)有阻尼力和摩檫力的作用抑制质量块(2)的线性运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |