本发明专利技术公开了一种半主动可复位双势阱减振装置，该装置主要由振子、滑轨、底板、空气弹簧、销轴、支架、螺栓、气体导管、空气泵、三通管道连接件、振动信号处理器和信号输出线组成。所述空气弹簧的强非线性特征提高了双势阱减振装置的非线性程度，优化了系统的振动控制频带和工作冲程。振动信号处理器实时收集和识别振子在地震和强风激励下的振动频率，并将偏离最优频率范围的减振系统刚度调整至最优频率区间内，提高减振系统的振动控制效果；同时，振动信号处理器在振子停止振动后驱动空气弹簧将振子复位，并收集和识别振子在环境激励下的频率，调整空气弹簧内部压强至双势阱的压强，使控制系统在结构发生下一次振动时有较好的初始振动控制效果。初始振动控制效果。初始振动控制效果。
【技术实现步骤摘要】
一种半主动可复位双势阱减振装置
[0001]本专利技术属于土木工程的振动控制领域，具体涉及一种半主动可复位双势阱减振装置，主要用于基础设施结构和建筑结构等的振动控制。
技术背景
[0002]结构振动控制技术在建筑结构的抗震、抗风中发挥着重要的作用，其中调谐质量控制技术发展较为成熟，因其概念简单、机理明确、对原结构改动小等优点而成熟应用于工程实践中。然而，受到传统调谐质量控制技术力学原理的限制，其恢复力与振子位移呈线性关系，导致其只能在共振区附近的很小一段特定频率范围内具有良好的减振效果，对于偏离这一范围的频率其减振效果不佳，且对工作环境变化敏感。为此，学者们提出了非线性能量阱技术以降低振动信号处理器对激振频率的敏感性。非线性能量阱作为一种新兴的结构振动控制技术，其恢复力与振子位移呈非线性关系，因此相比传统调谐质量控制技术具有较宽的减振频带。此外，非线性能量阱因其非恒定的非线性刚度而具有靶向能量传递机制，可以快速传递结构振动能量至减振系统中并耗散，是一种鲁棒性较高的振动控制技术。
[0003]非线性能量阱预先设定的刚度一般基于其在特定外界激励下发生靶向能量传递时的最优理论刚度值，然而因非线性能量阱的能量鲁棒性稍差，使得不同初始振动条件下非线性能量阱的最优刚度不尽相同，导致不同类型激励及激励幅值下非线性能量阱的减振效果可能与预期不大一致。同时，为解决传统非线性能量阱因较高的启动阈值导致振动前期减振效果不明显的问题，学者们将双稳态的概念引入非线性能量阱，使其具有对称的两个势能阱，从而构造出前期启动速度较快的双势阱。然而，传统双势阱的振子在振动结束后一定会停留在其中一个势能阱的稳态平衡位置，导致双势阱在下一次振动时无法具有快速启动的特性，也与双势阱最初的计算模型不符合。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种半主动可复位双势阱减振装置，通过构造双势阱使系统在振动初期即获得较好的振动控制效果，且通过对空气弹簧非线性刚度的调控极大地拓宽了减振系统的控制激励频带，同时在振子结束振动后通过振动信号处理器和空气泵将振子复位，使得系统符合理论计算模型，保证控制系统具有较高的振动控制效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]本专利技术是一种半主动可复位双势阱减振装置，主要包括振子、滑轨、底板、空气弹簧、销轴、支架、螺栓、气体导管、空气泵、三通管道连接件、振动信号处理器和信号输出线。其中，振子与滑轨紧密连接，滑轨焊接固定在底板上。空气弹簧通过销轴与振子垂直连接，且空气弹簧通过销轴与支架连接并通过螺栓固定在底板上。空气弹簧的充气口通过气体导管与空气泵连接，且气体导管连接到三通管道连接件上便于空气泵的充气与抽气。振动信号处理器通过信号输出线控制空气泵的工作状态。
[0007]本专利技术中，振子的主体是一个质量块箱体，质量块箱体顶部有盖板防止质量块脱离振子，且盖板上有螺栓孔用于与空气泵连接，质量块箱体底部有半圆柱及圆柱形凸出块体与滑轨连接。
[0008]本专利技术中，滑轨的轨道凹槽与振子下部的凸出块体吻合，以此保证振子在滑轨上稳定滑行。
[0009]本专利技术中，底板具有2个螺纹孔，底板通过螺栓与支架连接固定。
[0010]本专利技术中，空气弹簧的充气口用于提高空气弹簧的内部压强，抽气口用于降低空气弹簧的内部压强，且活塞杆的一端与振子上的销轴进行铰接，空气弹簧的另一端与支架的销轴进行铰接。
[0011]本专利技术中，支架的销轴高度与空气弹簧的销轴相匹配，且设置有加劲肋以提高支架的抗侧刚度，支架通过螺栓固接在底板上。
[0012]本专利技术中，空气泵具有充气口和抽气口用于控制空气弹簧的内部压强，空气泵使用螺栓通过底座上的螺栓孔固定在振子的盖板上。
[0013]本专利技术中，三通管道连接件用于将两根气体导管同时连接到空气泵中，保证可以同时调节两个空气弹簧的内部压强。
[0014]所述的振动信号处理器集成有传感设备，用于实时收集并识别振子的频率并判断其是否处于最优频率范围内，其指令通过信号输出线控制空气泵在振动控制系统安装时、工作时以及工作完成后的工作状态，使其提高、维持或降低空气弹簧的内部压强，以此给系统提供自复位功能，并达到对减振系统非线性刚度的调控。具体的，传感设备集成在振动信号处理器中，即信号收集器。由于信号收集器在所有时段都在实时收集系统的振动信号，所以主体结构在静止时所收集处理得到的振动频率即可认为是主体结构的自振频率，因此这里仅需用一个传感器收集振子的振动信号。
[0015]本专利技术中，所述的振动信号处理器利用傅里叶变换识别出系统的振动频率，并判断该频率是否偏离最优频率范围5％以上，若偏离最优频率区间则发出指令，使空气泵调整空气弹簧的内部压强，使得系统频率处于最优频率区间内，进一步提高系统的振动控制效果。
[0016]本专利技术中，所述的振动信号处理器，进一步的：收集并使用傅里叶变换识别振子在环境激励下的振动状态及频率，并判断其是否停止振动以及自身频率是否等于预设频率，若系统停止振动，则将驱使空气泵将空气弹簧内部形成负压强，从而使空气弹簧形成拉力而将振子复位，当振子复位后再继续收集并识别振子在环境激励下的频率并判断其是否等于预设频率，如果与预设频率不一致则调整系统频率至预设频率。此时空气弹簧内部压强稍大于大气压强，空气弹簧内为正压强，则构造了具有快速启动能力的双势阱，使控制系统在主体结构发生下一次振动时具有较好的初始振动控制效果。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0018]1)本专利技术的空气弹簧具有强非线性特性，进一步提高双势阱系统的非线性程度，使减振系统获得更宽的减振频带并显著降低振子的工作行程，降低系统对激励频率的敏感性；
[0019]2)本专利技术可以实时收集和识别振子的振动频率，并判断振子频率是否处于最优频率范围内，若偏离最优频率区间则可以调整系统频率至最优频率区间内，进一步提高减振
系统的振动控制效果；
[0020]3)本专利技术可以实时收集并识别振子的振动状态及频率，并判断振子是否停止振动以及自身频率是否等于预设频率，系统停止振动后可以调控空气泵将空气弹簧内部形成负压强从而将振子复位，同时调整系统频率至预设频率，使振子即便停止振动后依旧可以复位和调整频率，以此保证控制系统在主体结构发生下一次振动时具有较好的初始振动控制效果。
[0021]综上所述，本专利技术的创新性主要体现在两点：一方面，可以实时收集并判断和调整系统的频率，使系统的控制效果进一步提高；另一方面，所提出的一种半主动可复位双势阱减振装置可以在振子停止振动后将其复位，同时调整系统频率至预设频率，使其在主体结构发生下一次振动时具有较好的初始振动控制效果。具体的，振动信号处理器在振子停止振动后收集和傅里叶变换识别出振子在环境激励下的频率，首先驱动空气弹簧将振子复位，然后调整空气弹簧内部压强至双势阱的压强，使得控制系统在结构发生下一次振动时有较好的初始振动控制效果。
附图说明
[0022]为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半主动可复位双势阱减振装置，其特征在于，包括振子(1)、滑轨(2)、底板(3)、空气弹簧(4)、销轴(5)、支架(6)、螺栓(7)、气体导管(8)、空气泵(9)、三通管道连接件(10)、振动信号处理器(11)信号输出线(12)和信号输出线(12)；其中，振子(1)与滑轨(2)紧密连接，滑轨(2)焊接固定在底板(3)上；空气弹簧(4)通过销轴(5)与振子(1)垂直连接，且空气弹簧(4)通过销轴(5)与支架(6)连接并通过螺栓(7)固定在底板(3)上；空气弹簧(4)的空气弹簧充气口(4
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1)通过气体导管(8)与空气泵(9)连接，且气体导管(8)连接到三通管道连接件(10)上便于空气泵(9)的充气与抽气；振动信号处理器(11)通过信号输出线(12)控制空气泵(9)的工作状态。2.如权利要求1所述的一种半主动可复位双势阱减振装置，其特征在于，所述的振子(1)的主体是一个质量块箱体(1
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1)，质量块箱体(1
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1)顶部有盖板(1
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2)防止质量块脱离振子，且盖板(1
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2)上有螺栓孔用于与空气泵(9)连接，质量块箱体(1
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1)底部有半圆柱及圆柱形凸出块体(1
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3)与滑轨(2)连接。3.如权利要求1所述的一种半主动可复位双势阱减振装置，其特征在于，所述的滑轨(2)的轨道凹槽与振子(1)下部的凸出块体(1
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3)吻合，以此保证振子(1)在滑轨(2)上稳定滑行。4.如权利要求1所述的一种半主动可复位双势阱减振装置，其特征在于，所述的空气弹簧(4)的空气弹簧充气口(4
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1)用于提高空气弹簧(4)的内部压强，空气弹簧抽气口(4
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2)用于降低空气弹簧(4)的内部压强，且活塞杆(4
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3)的一端与振子(1)上的销轴(5)进行铰接，空气弹簧(4)的另一端与支架(6)的销轴(5)进行铰接。5.如权利要求1所述的一种半主动可复位双势阱减振装置，其特征在于，所述的支架(6)的销轴(5)高度与空气弹簧(4)的销轴(5)相匹配，且设置有加劲肋(6
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄炜元，蒋欢军，和留生，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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