一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器
阅读说明：本技术 一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器 (Pulley type tuned mass eddy current damper ) 是由 张弘毅 黄祺洲 陈谨林 王小帅 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电涡流阻尼器,具体涉及一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器,其特征在于,包括质量块,所述质量块通过拉绳经滑轮组连接弹簧组件,所述滑轮组包括动滑轮,所述动滑轮的下方固定连接所述弹簧组件,所述质量块固定连接有磁钢背板和磁钢,所述质量块能够带动所述磁钢与导体板发生相互运动并产生电涡流。本发明提供一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器,增设了滑轮组,利用动滑轮组改变静伸长和频率之间的对应关系,从而减小弹簧静伸长。从而使得调谐质量电涡流阻尼器能突破安装空间的限制,扩大了调谐质量电涡流阻尼器的适用频率范围。(The invention relates to an eddy current damper, in particular to a pulley type tuned mass eddy current damper which is characterized by comprising a mass block, wherein the mass block is connected with a spring assembly through a pulley block by a pull rope, the pulley block comprises a movable pulley, the spring assembly is fixedly connected below the movable pulley, the mass block is fixedly connected with a magnetic steel back plate and magnetic steel, and the mass block can drive the magnetic steel and a conductor plate to move mutually and generate eddy current. The invention provides a pulley type tuned mass eddy current damper, which is additionally provided with a pulley block, and the static extension of a spring is reduced by changing the corresponding relation between the static extension and the frequency by utilizing a movable pulley block. Therefore, the tuned mass eddy current damper can break through the limitation of the installation space, and the applicable frequency range of the tuned mass eddy current damper is expanded.)
技术领域
本发明涉及一种电涡流阻尼器，特别是一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器。
背景技术
目前抑制大型工程结构振动的主流技术仍是可靠性最高的被动控制，主要形式有调谐质量减振器(Tuned Mass Damper，缩写TMD)与各种耗能阻尼器。对于特定频率的振动，采用TMD往往能够达到较好的减振效果。
TMD主要由质量单元、刚度单元、阻尼单元等构成，它通过调谐自身频率使之与结构频率相近，将结构振动转化为TMD质量块的振动，并通过阻尼单元耗能，以此达到减振目的。
但是，竖向TMD存在静伸长(即在自重作用下，弹簧存在变形)，而静伸长的大小只与TMD频率有关，频率越低，静伸长越大。对于一些低频振动，例如大跨度桥梁容易发生的涡激共振，通常采取设置竖向TMD的措施来进行抑制，但是这些TMD的静伸长往往过长，例如，频率从0.5Hz降到0.1Hz，静伸长将从1.0m增加到24.8m。而0.1Hz～0.5Hz是大跨度桥梁常见的竖向涡振频率范围，随着桥梁跨度的突破，频率甚至更低。但是，大跨度桥梁主梁的内部空间高度往往不超过9m，许多低频TMD无法安装。为了解决静伸长过大的问题，一些技术手段被提出，日本东京湾桥TMD的工作频率为0.33Hz，弹簧原件的静伸长量达到了2.27m，采用杠杆机构后将弹簧原件的长度缩短至了0.45m，但是杠杆机构的启动摩擦力较大。申请号为CN202010475626.3的中国专利提出一种“低频质量调谐减振器”，采用多段弹簧组合的方式以求达到缩小弹簧静伸长的目的，但是该装置调节频率困难，容易造成TMD减振的失谐。申请号为CN201710432627.8的中国专利提出“一种永磁式超低频竖向调谐质量阻尼器”，为了解决弹簧静伸长过长的问题，采用了一种柔性铰链将质量块的竖直运动转化为飞轮的高速转动，但是这种方式对于弹簧静伸长量的缩小能力有限。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器，利用动滑轮组改变弹簧静伸长和频率之间的对应关系，从而减小弹簧静伸长，缩减设备体积，扩大调谐质量电涡流阻尼器的适用频率范围。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器，包括质量块，所述质量块通过拉绳经滑轮组连接弹簧组件，所述滑轮组包括动滑轮，所述动滑轮的下方固定连接所述弹簧组件，所述质量块固定连接有磁钢背板和磁钢，所述质量块能够带动所述磁钢与导体板发生相互运动并产生电涡流。
弹簧静伸长量u的计算公式如下：
式中，M为TMD自重，g为重力加速度，K为弹簧刚度，f为振动频率。
由上式可知，弹簧的静伸长量只与振动频率相关，当振动频率减小时，静伸长量相应增加。当振动频率减小到一定程度，弹簧的静伸长量过长，就不再满足现场的安装条件了。
为了解决上述问题，本发明引入了滑轮组，假设滑轮组的放大比是1∶n，则TMD振动方程变为：
为了保证振动频率不变，弹簧刚度需调整为K1＝n2K，这样，弹簧的静伸长变为：
利用此对应关系，TMD的静伸长变为原来的1/n，解决了低频振动结构的弹簧静伸长过长的问题，突破了安装空间的限制，扩大了调谐质量电涡流阻尼器的适用范围。
作为本发明的优选方案，所述动滑轮穿过的拉绳的股数大于或等于2。通过设置多个动滑轮，能够进一步减小弹簧的静伸长。
作为本发明的优选方案，所述滑轮组还包括定滑轮，所述拉绳一端固定于所述质量块，另一端固定于定滑轮固定点。
作为本发明的优选方案，所述定滑轮的数量至少为两个，其中一个所述定滑轮用于固定拉绳，其余所述定滑轮用于连接所述质量块和所述动滑轮。
作为本发明的优选方案，所述定滑轮的数量至少为两个。
作为本发明的优选方案，还包括支架，所述定滑轮固定于所述支架的顶部，所述弹簧连接于所述支架的底部。
作为本发明的优选方案，所述支架固定连接有导磁背板，所述导体板与所述导磁背板固定连接。
作为本发明的优选方案，所述支架通过固定块连接有导磁背板，所述导体板与所述导磁背板固定连接。
作为本发明的优选方案，所述导磁背板设有螺纹孔，所述螺纹孔用于调节所述导体板和所述磁钢之间的间隙，以达到调节阻尼的目的。
作为本发明的优选方案，所述磁钢通过磁钢背板连接于所述质量块。
作为本发明的优选方案，所述弹簧组件包括弹簧拉板和弹簧，所述弹簧通过弹簧拉板与所述动滑轮相连接。
作为本发明的优选方案，所述拉绳为钢丝绳。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器，增设了滑轮组，利用动滑轮组改变静伸长和频率之间的对应关系，从而减小弹簧静伸长。从而使得调谐质量电涡流阻尼器能突破安装空间的限制，扩大了调谐质量电涡流阻尼器的适用频率范围。
2、本发明结构简单耐用，缓冲效果明显；无工作流体，不会出现漏液问题；无接触无磨耗，不存在摩擦阻尼；在磁场中工作无需电源，节能环保。
附图说明
图1是本发明所述的一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器的三维结构示意图。
图2是本发明所述的一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器的正视图。
图3是本发明所述的一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器的侧视图。
图4是本发明所述的滑轮组的结构示意图。
图5是本发明所述的电涡流阻尼单元的结构示意图。
图6是磁钢在质量块上的安装示意图(隐藏磁钢防尘罩)。
图标：1-弹簧拉板，2-弹簧，3-弹簧挂钩，4-动滑轮，5-挂绳定滑轮，6-定滑轮，7-拉绳，8-质量块，9-导磁背板，10-磁钢，11-磁钢防尘罩，12-导体板，13-顶板，14-底板，15-竖向支撑杆，16-横向支撑杆，17-固定块，18-螺栓，19-螺母。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-图5所示，一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器，主要由弹簧组件、滑轮组件、质量块组件、电涡流阻尼单元和支架五个部分组成，其中弹簧组件包括用于连接动滑轮4与弹簧2的弹簧拉板1，拉伸弹簧2，弹簧挂钩3组成。滑轮组件由动滑轮4，挂绳定滑轮5，普通定滑轮6，拉绳7组成。质量块组件由多个质量块8叠加而成。电涡流阻尼单元由导磁背板9，磁钢10，磁钢防尘罩11，导体板12组成。支架由顶板13，底板14，竖向支撑杆15，横向支撑杆16，固定块17组成。
其中，竖向支撑杆15连接顶板13和底板14，形成稳定的支撑体系。导磁背板9通过固定块17固定连接于底板14，且两块导磁背板9间隔设置，两块导磁背板9之间通过横向支撑杆16进行连接。每个导磁背板9均固定连接导体板12，两块导体板12相向设置，质量块8布置于两块导体板12之间。导磁背板9上无螺纹的通孔是用于与固定块17进行螺栓连接作用的，有螺纹的通孔则是用于调节导体板12与磁场之间间隙使用的，由一枚螺栓18将导磁背板9顶起，再由一枚螺母19固定位置，以达到调节阻尼的目的。
挂绳定滑轮5和普通定滑轮6固定连接于顶板13，弹簧2竖直设置，弹簧2的下端通过弹簧挂钩3与底板14固定连接，弹簧2的上端通过弹簧拉板1与动滑轮4固定连接，拉绳7的一端与质量块8固定连接，拉绳7的另一端依次穿过普通定滑轮6、挂绳定滑轮5，再两次绕过动滑轮4，最终固定至挂绳定滑轮5的挂绳端。当环境发生振动时，导致质量块8生共振，质量块8通过直线轴承在竖向支撑杆15上进行直线运动，由此带动拉伸弹簧2随即提供刚度，使系统保持共振频率。同时，如图6所示，质量块8的侧面固定安装有磁钢背板，磁钢背板固定连接磁钢10，磁钢10的表面罩设磁钢防尘罩11，质量块8运动时，带动磁钢10相对于导体板12运动，导体板12与磁钢10产生的固定磁场发生相互运动，产生电涡流并与原磁场相互作用，产生一个阻碍导体板12和磁场相对运动的力，产生减振效果，同时电涡流效应产生热量，即将环境振动的机械能以热能的形式进行散发。
如图4所示，拉绳7一端固定于质量块2，另一端固定于挂绳定滑轮5。通过缠绕，从动滑轮4支出4路钢丝绳，4便是整体频率缩小的倍数，弹簧组件设计所依据的频率便可用缩小之前的频率进行设计，由此获得拉伸弹簧2所需刚度的技术参数。在本实施例中，拉绳7为钢丝绳。
即本实施例引入了滑轮组，滑轮组的放大比是1∶4，则TMD振动方程变为：
为了保证振动频率不变，弹簧刚度需调整为K1＝42K，这样，弹簧2的静伸长变为：
即弹簧2的净伸长变为原来的1/4，从而解决了低频结构下弹簧静伸长过长的问题。当然也可以从动滑轮4支出2路钢丝绳，则弹簧2的净伸长变为原来的1/2。
如图1所示，在支架设置有多根拉绳7以及对应的多个弹簧2以及滑轮组，其中，支架的左右两侧均设置多个弹簧2，以此保证质量块8能稳定地上下运动。且整个阻尼器的大部分结构均采用可拆卸式连接结构，从而能够根据不同的振动需求，进行快速的适应性调整，例如调整支撑杆的高度、长度，调整弹簧的尺寸、参数等。
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。
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