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1、10申请公布号CN102493572A43申请公布日20120613CN102493572ACN102493572A21申请号201110443539022申请日20111227E04B1/9820060171申请人中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司地址430034湖北省武汉市建设大道103号申请人中铁大桥局集团有限公司72发明人王波刘鹏飞黄清李武王庆曾朱治宝王翔李东超柴小鹏郭翠翠张波74专利代理机构武汉开元知识产权代理有限公司42104代理人胡镇西魏利明54发明名称一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器57摘要提供一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器，由永磁铁、线圈、辅助杆、蓄能电池、可调电阻、。
2、LED预警指示灯组成阻尼器的阻尼调节装置，在阻尼器吸收主结构振动能量导致惯性质量的往复运动过程中，除圆柱形螺旋弹簧提供阻尼外，永磁铁产生变化的磁场，在线圈中产生感应电动势进而产生感应电流，感应电流会形成电磁阻尼抑制永磁铁的运动，通过调节阻尼调节装置中的可调电阻，从而改变电磁阻尼的大小，使结构的阻尼比达到最优阻尼比，并利用蓄能电池回收多余能量，通过LED预警指示灯对行人及车辆提供预警指示，实现振动控制、清洁能源回收、振动状况预警报警等多重效果。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页1/1页21一种可调阻尼蓄能。
3、式调谐质量阻尼器，主要由惯性质量A、圆柱形螺旋弹簧B、底板及行车轨道C、端板D、滚动轴承E、永磁铁G、线圈H、辅助杆I、蓄能电池J、可调电阻K、LED预警指示灯L构成，其特征是在整个阻尼器的底部设置底板及行车轨道C，在底板及行车轨道C的两端与起支撑作用端板D的下部固接，两端板D之间通过4个辅助杆I固接，构成阻尼器的整体外部构架；在惯性质量A的上下两面固定永磁铁G，并通过滚动轴承E坐落于底板及行车轨道C上，使得惯性质量A带动永磁铁G能够沿底板及行车轨道C往复运动；在惯性质量A两侧面与相对应的端板D之间分别有圆柱形螺旋弹簧B，由圆柱形螺旋弹簧B对惯性质量A的往复运动提供恢复力；在两个端板D的内侧分。
4、别固定有线圈H，线圈H在4个辅助杆I上绕成，使得圆柱形螺旋弹簧B与线圈H无接触地嵌入在线圈H内；蓄能电池J的正极通过LED预警指示灯L与一端的线圈H连接，蓄能电池J的负极通过可调电阻K与另一端的线圈H连接；由永磁铁G、线圈H、辅助杆I、蓄能电池J、可调电阻K、LED预警指示灯L组成阻尼器的阻尼调节装置。2一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器的可调阻尼及蓄能方法，其特征是阻尼器在吸收主结构振动的能量E后，惯性质量A带动永磁铁G往复运动，在此过程中，永磁铁G产生变化的磁场，在线圈H中产生感应电动势U，进而产生感应电流I，根据楞次定律，感应电流会形成电磁阻尼阻碍永磁铁G的运动，通过调节阻尼调节装置中的可。
5、调电阻K的电阻值R来控制感应电流I的大小，从而改变电磁阻尼的大小，实现结构阻尼比的调整，达到振动控制的最优化，并利用蓄能电池J回收多余能量W，达到节能减排的目的，同时，阻尼调节装置中的LED预警指示灯L能够根据阻尼器振动幅值的大小，亦即主结构振动幅值的大小，通过改变LED预警指示灯L灯光亮度或者颜色变化，对行人及车辆提供预警指示作用，确保行人及车辆的安全，LED预警指示灯L消耗能量较小，可以忽略；主结构振动的能量E、可调电阻K消耗的电能、蓄能电池J回收多余能量W之间的关系由下列公式来确定由式中可知，调节可调电阻K的电阻系数R，可以达到调节系统耗散能量大小及能量耗散速度的目的，而且电阻越小，电磁。
6、阻尼消耗的能量越多，提供的阻尼越大。3根据权利要求1所述的一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器，其特征是底板及行车轨道C、端板D及辅助杆I均采用非导磁性金属材料如铝材等，以防止磁漏现象发生。权利要求书CN102493572A1/4页3一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器技术领域0001本发明涉及一种抑制结构振动的减振装置，尤其适用于建筑工程结构的振动控制，属于工程结构减振技术领域，具体地说是涉及一种非接触式耗能、阻尼比精确可调、能量可以回收利用，能对桥梁或高层建筑起到抑振及预警作用的调谐质量阻尼器。背景技术0002随着科学技术的不断发展，工程结构的跨度越来越大，高度越来越高，在地震或强风等外界动力荷载。
7、的作用下结构会产生较为强烈的振动，增加结构的疲劳和损伤，最终导致结构在设计寿命未到时就失效甚至发生灾难性事故。结构振动控制可以有效地减轻结构在风、地震、车辆等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗振性能，是大型工程结构减振和抗灾变的有效方法和技术。为了使调谐质量阻尼器具有更好的减振性能，使得阻尼参数更加稳定可调，现有技术中已有多种方法通过调节调谐质量阻尼器的频率和阻尼比来实现振动控制效果的最大化，如专利号为2008102374526，授权号为CN101492941A，名称为“一种液体质量双调谐减振方法”的发明，采用流固耦合振动使得质量参数、刚度参数及阻尼参数完全分离，调谐方便，但是利用。
8、油孔的大小调节阻尼力的大小，采用开放式的阻尼孔调节系统的阻尼比，对于小模态质量的阻尼器而言，可以达到较好的效果，而对于大模态质量而言，阻尼力相应变大，阻尼比的调节有一定的困难；专利号为2008100826548，授权号为CN101457553A，名称为“弹簧刚度可调式调谐质量阻尼器”的发明，应用弹簧刚度调节装置调节减振器的刚度，简化了调整工作难度，但是在调节减振器阻尼时采用油阻尼器，存在密封漏油问题；专利号为02145115X，授权号为CN1421581，名称为“发电机耗能可调谐质量阻尼器”的发明，通过增加或减少弹簧的数量以调节调谐质量阻尼器的频率，采用机械咬合的方式带动电动机发电，利用可调电。
9、阻的可调性调节调谐质量阻尼器的阻尼比以达到最优控制效果，但是机械咬合的方式会引起部件磨损，影响使用寿命，且弹簧数量过多，影响系统的稳定性，实用性较差；专利号为2010100220037，授权号为CN101761146A，名称为“永磁式电涡流调谐质量阻尼器”的发明，通过永磁铁运动在金属导体内形成感应电流，也就是电涡流，感应电流反过来阻碍永磁铁的运动，从而给结构提供一个电磁阻尼，并通过调节永磁铁和金属导体之间的距离改变感应电动势的大小，进而改变感应电流，达到调节电磁阻尼大小的目的，但是感应电动势的改变范围是有限的，在阻尼调节上存在一定的限制，而且惯性质量在直线轴承上运动，摩阻力较大；特别值得一提的。
10、是，现有技术中的调谐质量阻尼器均没有对振动能量进行回收利用。发明内容0003本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器，由永磁铁、线圈、辅助杆、蓄能电池、可调电阻、LED预警指示灯组成阻尼器的阻尼调节装置，在阻尼器吸收主结构振动能量导致惯性质量的往复运动过程中，除圆柱形螺旋弹簧提供阻尼外，永磁铁产生变化的磁场，在线圈中产生感应电动势进而产生感应电流，感应电说明书CN102493572A2/4页4流会形成电磁阻尼抑制永磁铁的运动，通过调节阻尼调节装置中的可调电阻，从而改变电磁阻尼的大小，实现结构阻尼比的调整，并利用蓄能电池回收多余能量，通过LED预警指示灯对行人及车。
11、辆提供预警指示，实现振动控制、清洁能源回收、振动状况预警报警等多重效果。0004本发明的技术方案是这样实现的0005所述的一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器，主要由惯性质量A、圆柱形螺旋弹簧B、底板及行车轨道C、端板D、滚动轴承E、永磁铁G、线圈H、辅助杆I、蓄能电池J、可调电阻K、LED预警指示灯L构成，其特征是0006在整个阻尼器的底部设置底板及行车轨道C，在底板及行车轨道C的两端与起支撑作用端板D的下部固接，两端板D之间通过4个辅助杆I固接，构成阻尼器的整体外部构架；在惯性质量A的上下两面固定永磁铁G，并通过滚动轴承E坐落于底板及行车轨道C上，使得惯性质量A带动永磁铁G能够沿底板及行车轨C。
12、往复运动；在惯性质量A两侧面与相对应的端板D之间分别有圆柱弹簧B，由圆柱形螺旋弹簧B对惯性质量A的往复运动提供恢复力；在两个端板D的内侧分别固定有线圈H，线圈H在4个辅助杆I上绕成，使得圆柱形螺旋弹簧B与线圈H无接触地嵌入在线圈H内；蓄能电池J的正极通过LED预警指示灯L与一端的线圈H连接，蓄能电池J的负极通过可调电阻K与另一端的线圈H连接；由永磁铁G、线圈H、辅助杆I、蓄能电池J、可调电阻K、LED预警指示灯L组成阻尼器的阻尼调节装置；0007所述的一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器的可调阻尼及蓄能方法，其特征是阻尼器在吸收主结构振动的能量E后，惯性质量A带动永磁铁G往复运动，在此过程中，永磁。
13、铁G产生变化的磁场，在线圈H中产生感应电动势U，进而产生感应电流I，根据楞次定律，感应电流会形成电磁阻尼阻碍永磁铁G的运动，通过调节阻尼调节装置中的可调电阻K的电阻值R来控制感应电流I的大小，从而改变电磁阻尼的大小，实现结构阻尼比的调整，达到振动控制的最优化，并利用蓄能电池J回收多余能量W，达到节能减排的目的，同时，阻尼调节装置中的LED预警指示灯L能够根据阻尼器振动幅值的大小，亦即主结构振动幅值的大小，通过改变LED预警指示灯L灯光亮度或者颜色变化，对行人及车辆提供预警指示作用，确保行人及车辆的安全，LED预警指示灯L消耗能量较小，可以忽略；主结构振动的能量E、可调电阻K消耗的电能、蓄能电池。
14、J回收多余能量W之间的关系由下列公式来确定00080009由式中可知，调节可调电阻K的电阻系数R，可以达到调节系统耗散能量大小及能量耗散速度的目的，而且电阻越小，电磁阻尼消耗的能量越多，提供的阻尼越大；0010所述的一种可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器，其特征是底板及行车轨道C、端板D及辅助杆I均采用非导磁性金属材料，如铝材等，以防止磁漏现象发生。0011本发明有以下优点00121、通过电磁阻尼耗散能量，是一种非接触耗能，耗能过程中磨损较小，经久耐用，与油阻尼器相比不必担心漏油、磨损等问题；00132、可通过调节可调电阻，实现调节调谐质量阻尼器的阻尼比，达到设计的最优阻尼比，实现振动控制的最优效果。
15、，而且阻尼比的调节范围较大；说明书CN102493572A3/4页500143、利用蓄能电池的存储功能，回收多余能量，实现节能减排；00154、调谐质量阻尼器的刚度和阻尼完全分离，调节其中一项不会对另一项产生影响；00165、通过滚动轴承滚动的方式带动惯性质量和永磁铁往复运动，将摩擦力下降到最小；00176、永磁铁不仅是提供电磁阻尼的重要部件，还作为质量块为阻尼器提供惯性力；00187、根据LED预警指示灯信号的改变，可简单判断桥梁结构的振动状况，对结构的安全状态有一个概要的评估及提供预警报警功能；00198、结构简单、可靠性好、造价低、维修费用低；00209、可综合实现振动控制、清洁能源回收。
16、、振动状况预警报警等多重效果。附图说明0021图1为本发明可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器的构造示意图。具体实施方式0022下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。图1为本发明可调阻尼蓄能式调谐质量阻尼器的构造示意图。实施例为某人行天桥，其一阶横向振动模态质量为100吨，横向振动频率为12HZ，采用多重调谐质量阻尼器的方案进行该桥的振动控制，在该桥模态振动位移最大位置设置8个调谐质量阻尼器，每个调谐质量阻尼器的模态质量与该桥一阶横向振动的模态质量比为06。在本实施例中，惯性质量A、永磁铁G及滚动轴承E构成的惯性质量共计600KG；单个圆柱形螺旋弹簧B刚度为162KN/M，其弹簧钢丝直径为12MM，。
17、弹簧钢丝中径为110MM，自由高度为280MM；底板及行车轨道C长1200MM、宽500MM、高500MM；端板D长500MM、宽500MM、厚20MM；两端板D之间有4根辅助杆I，辅助杆I直径为30MM、长度为1200MM；线圈H采用直径为3MM的铜线。0023当行人在行走过程中产生重心的偏移，引起人行天桥的横向振动，8个调谐质量阻尼器吸收人行天桥振动的能量E后，惯性质量A和永磁铁G坐落在滚动轴承E上，随着滚动轴承E在底板及行车轨道C的轨道上往复运动，在此往复运动过程中，永磁铁G产生变化的磁场，在线圈H中产生感应电动势U进而产生感应电流I，根据楞次定律，感应电流会形成电磁阻尼阻碍永磁铁G的运。
18、动，通过调节电路中的可调电阻K的电阻值R来控制感应电流的大小，从而改变电磁阻尼的大小，实现结构阻尼比的调整，达到振动控制的最优化。由于LED预警指示灯L消耗能量较小，可以忽略。阻尼器吸收振动的能量E由电磁阻尼消耗及蓄能电池J存储，存储的能量为W，则00240025由式中可知，调节可调电阻K的电阻系数R，可以达到调节系统耗散能量大小及能量耗散速度的目的，而且电阻越小，电磁阻尼消耗的能量越多，提供的阻尼越大。经过计算分析，实施例中采用的线圈H匝数为2000匝，可调电阻K的电阻值R可调范围为1002000欧，蓄能电池J采用电压为24伏的蓄能电池，LED预警指示灯L采用功率005瓦的二级发光管。说明书CN102493572A4/4页60026经验证，本实施例作用效果较好，达到实现振动控制、节能减排能源回收利用及振动监测预警报警三重作用功效，可应用于实际工程项目。说明书CN102493572A1/1页7图1说明书附图CN102493572A。