本發明涉及阻尼器制備的，特別是涉及一種用于斜拉索的可調節三元阻尼器及其設計方法。

背景技術：

1、斜拉索是大跨度橋梁上將主梁荷載向索塔傳遞的重要構件；通常情況下的斜拉索會遇到風雨激振現象，即在風和雨的共同作用下，斜拉索本身產生大幅度的振動，對橋梁主體的安全性和使用壽命構成嚴重威脅。目前常見的斜拉索振動控制措施包括氣動、輔助索、機械阻尼及混合措施四大類，其中機械阻尼措施應用最為廣泛。在二元被動減振的啟發下，引入彈簧剛度元件的調諧效應后發展到斜拉索三元被動減振；相關研究表明與二元被動減振相比，三元被動減振在斜拉索單模態振動控制方面具體顯著優勢。公開號cn112942104a公布的一種磁致負剛度阻尼器斜拉索減振裝置就是一種利用了二元被動減振的裝置；該減振裝置包括支撐框架、磁致負剛度單元、旋轉式電渦流阻尼單元和傳動機構；該減振裝置利用滾珠絲杠放大了旋轉式電渦流阻尼元件的轉速，提升了磁致負剛度阻尼器的耗能效率，有效提升了斜拉索多模態振動控制效果。但該類二元被動減振裝置仍然存在剛度、阻尼參數調節不靈活、安裝空間限制、維護困難等問題。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種用于斜拉索的可調節三元阻尼器及其設計方法。

2、本發明的技術方案是：一種用于斜拉索的可調節三元阻尼器包括接收部件、傳感器和阻尼部件；

3、接收部件包括支座、杠桿、連桿、接收桿；支座上水平均布有若干調節孔甲；杠桿中部水平均布有若干調節孔乙；接收桿上端與斜拉索相接，下端與杠桿左端鉸接；接收桿將斜拉索產生的振動作用于杠桿左端；杠桿右端與傳感器上端鉸接；杠桿將該振動放大后傳遞給傳感器；傳感器對杠桿右端施力進行檢測；連桿兩端分別與調節孔甲、調節孔乙鉸接；不同的調節孔甲、調節孔乙的組合能夠形成不同放大倍數的等效負剛度系數和等效阻尼系數的放大倍數；連桿下端與調節孔乙的鉸接使得杠桿右端能夠輸出豎向的往復振動，有利于傳感器檢測以及阻尼部件對振動的消耗；

4、阻尼部件包括支撐框架、磁致負剛度單元、慣性飛輪、旋轉式電渦流阻尼單元和傳動組件；磁致負剛度單元、慣性飛輪、旋轉式電渦流阻尼單元依次安裝在支撐框架上；磁致負剛度單元、慣性飛輪及旋轉式電渦流阻尼單元實現三元減振構型的并聯，充分發揮磁致負剛度單元、慣性飛輪和旋轉式電渦流阻尼單元的協調減振作用，通過采用慣性飛輪的高轉動慣量放大效應，進而增大阻尼部件的等效慣性；傳動組件豎向貫穿支撐框架，包括滑動桿、轉動桿；

5、磁致負剛度單元包括上永磁體、下永磁體、升降板；上永磁體、下永磁體均與支撐框架固接，環繞傳動組件圓周分布；升降板頂部設有永磁體甲；該永磁體甲與上永磁體位置對應，極性相反；升降板底部設有永磁體乙；該永磁體乙與下永磁體位置對應，極性相反；

6、旋轉式電渦流阻尼單元包括導體銅板、永磁體丙；永磁體丙對稱設置在導體銅板的上下兩側，與支撐框架固接，極性相反；

7、滑動桿頂部與傳感器下端相接；滑動桿中部與支撐框架頂部豎向滑動配合；滑動桿底部與升降板頂部固接；升降板底部安裝有與轉動桿上端螺紋配合的滾珠螺母；轉動桿中部同軸可拆卸連接有慣性飛輪和導體銅板；轉動桿下端與支撐框架轉動連接。傳感器下端傳遞來的豎向反復振動作用于滑動桿，使滑動桿帶動升降板往復升降；升降板上升時，上永磁體對永磁體甲吸力增強，下永磁體體對永磁體乙吸力減弱；升降板下降時，上永磁體對永磁體甲吸力減弱，下永磁體對永磁體乙吸力增強；升降板的升降動作被加強，放大；升降板通過滾珠螺母作用于轉動桿，使轉動桿轉動；轉動的轉動桿將大部分振動能量作用于慣性飛輪，轉換成機械動能；升降板上升驅使慣性飛輪的正向旋轉；升降板下降驅使慣性飛輪反向旋轉；從而實現能量的相互消耗；轉動的轉動桿作用于導體銅板；旋轉的導體銅板在永磁體丙的作用下，實現電渦流阻尼，對斜拉索傳遞來的振動能量進行消耗。

8、優選的，上永磁體、下永磁體為數量相當，位置對應的偶數個，保證磁致負剛度單元對升降板的升降增效均勻性。

9、進一步的，相鄰的上永磁體磁極相反；相鄰的下永磁體磁極相反；這樣，升降板的豎向升降穩定性提高，同時，升降板上下的磁場強度增強；某個永磁體甲正上方的上永磁體對該永磁體甲表現出異性相吸；該永磁體甲上方兩側的上永磁體對該永磁體甲表現出同性相斥；該永磁體甲便很容易維持豎向升降的狀態；同樣的，永磁體乙與下永磁體也能產生相似的配合關系；這樣，升降板整體上的豎向升降穩定性得以提升。

10、進一步的，永磁體甲、永磁體乙的位置對應，磁性相反；永磁體甲、永磁體乙相互作用，夾緊升降板，永磁體甲、永磁體乙與升降板的連接關系更加穩定。

11、優選的，接收桿下端中部設有徑向槽；杠桿左端設有向外延伸的與該徑向槽匹配的徑向條；徑向槽內設有鉸接孔甲；徑向條設有與鉸接孔甲鉸接的鉸接孔乙；鉸接孔甲到徑向槽內端的距離l1＜鉸接孔乙到徑向條外邊沿的距離l2；徑向條與徑向槽相配合，將杠桿的轉動范圍限制在一定范圍內，防止阻尼部件滑動軸軸向來回運動超出安全限值。

12、優選的，滑動桿中部通過直線軸承與支撐框架頂部豎向滑動配合，避免豎向振動直接作用于支撐框架內壁，增大滑動軸與支撐框架間的接觸摩擦力，破壞滑動桿表面及支撐框架。

13、優選的，滑動桿與轉動桿同軸設置，有利于豎向振動的傳遞。

14、進一步的，滑動桿下端設有轉動桿上端對應匹配的空腔；轉動桿上端插入該空腔內；這樣，避免滑動軸向下運動時，轉動桿頂端與滑動軸空腔頂端相撞，造成兩者的損壞，同時使阻尼部件結構更加緊湊。

15、優選的，轉動桿中部設有方柱段；慣性飛輪整體為圓盤形，包括半圓盤甲、半圓盤乙、連接片、連接螺栓、連接螺母；半圓盤甲、半圓盤乙分別在中心設有與方柱段匹配對應的缺口甲、缺口乙；缺口甲、缺口乙相互配合，與方柱段形成限位連接，防止慣性飛輪與轉動桿外壁在共同旋轉運動時出現轉動滑移現象；連接片至少有兩個，設置在方柱段的兩側；連接片底部與半圓盤甲、半圓盤乙相接；連接螺栓端部與連接螺母螺紋連接；連接螺栓中部貫穿半圓盤甲/半圓盤乙、連接片；慣性飛輪與轉動桿形成可拆卸結構，便于根據需要進行慣性飛輪的更換。

16、進一步的，轉動桿的方柱段上下端均外伸有凸沿；凸沿對慣性飛輪進行軸向限位，增加慣性飛輪與轉動桿的連接穩定性。

17、優選的，導體銅板下方設有法蘭螺母；該法蘭螺母包括同軸相接的法蘭盤和螺母體；法蘭盤通過螺栓、螺母與導體銅板相接；螺母體與轉動桿下端螺紋配合；法蘭螺母實現導體銅板的可拆卸連接。

18、優選的，支撐框架安裝在支座上，使整體結構更加穩定。

19、一種上述用于斜拉索的可調節三元阻尼器的設計方法，包括以下步驟：

20、①調查斜拉索所處的風致振動情況，明確該斜拉索的振動頻率；

21、②根據斜拉索的振動頻率確定安裝在主梁上的斜拉索的可調節三元阻尼器的剛度參數需求和阻尼參數需求；

22、③根據可調節三元阻尼器的剛度參數需求，調整慣性飛輪的慣容系數、磁致負剛度單元和旋轉式電渦流阻尼單元永磁體組數以及連桿兩端的鉸接位置；

23、④設計研發可調節三元阻尼器樣機并進行力學性能測試，試驗結果性能穩定，設計合理；

24、⑤開展模型拉索各階強迫振動測試及可調節三元阻尼器-拉索減振測試。

25、本發明的有益效果是：本發明的一種用于斜拉索的可調節三元阻尼器具有以下優點：

26、（1）本發明將杠桿的放大原理，增加輸入到阻尼部件上的位移和速度，從而放大阻尼部件的慣質參數、等效負剛度系數、等效阻尼系數，這使得本發明對微小振動更加靈敏，能有效減少振動幅度，適用于一些高精度、高效減振的應用場合。通過改變連桿與杠桿的連接狀態，能夠調整慣質參數、等效負剛度系數、等效阻尼系數，優化可調節三元阻尼器的減振性能；

27、（2）本發明將磁致負剛度單元、慣性飛輪及旋轉式電渦流阻尼單元并聯，充分發揮磁致負剛度單元、慣性飛輪和旋轉式電渦流阻尼單元的協調減振作用，通過采用慣性飛輪的高轉動慣量實現放大效應，進而增大阻尼部件的等效慣性；

28、（3）本發明的慣性飛輪與轉動桿形成可拆卸結構，便于根據需要進行慣性飛輪的更換。

29、（4）本發明的一種用于斜拉索的可調節三元阻尼器適應性強、結構簡單、安裝方便、能量耗散強，解決了傳統阻尼器在空間限制、尺寸、負載分布、安裝和維護等方面的困難。

30、其設計方法能夠根據需要對慣質參數、等效負剛度系數、等效阻尼系數進行調整。