[发明专利]一种用于高耸结构的低频二自由度摆式TMD振动控制装置

说明书

本发明公开了一种用于高耸结构的低频二自由度摆式TMD振动控制装置，包括弹性支撑、二自由度摆动齿轮箱、阻尼耗能装置和第一、二质量块及第一、二摆杆，弹性支撑一端与筒身内壁刚性连接，另一端与筒身内壁柔性连接；二自由度摆动齿轮箱固定在弹性支撑上，包括箱体和两组传动单元，两组传动单元呈上下镜像对称地安装在箱体上，两组传动单元均包含有一条在水平面内具有两个转动自由度的第三摆杆，分别与第一、二摆杆连接，第一质量块有多块叠置在第一摆杆上，第二质量块有多块叠置安装在第二摆杆上，阻尼耗能装置有多个圆周均布在筒身内壁上，并分别与第一摆杆连接。本发明可以对高耸结构的低频振动进行控制，以满足高耸结构的安全与功能需求。

技术领域

本发明涉及高耸结构(风力发电塔、电视塔、高层建筑等)及振动控制的技术领域，尤其是指一种用于高耸结构的低频二自由度摆式TMD振动控制装置。

背景技术

高耸结构在风力发电、广播电视塔、通讯、气象等众多领域均有应用。高耸结构是一种高度与横向尺寸之比较大的高柔结构物，对风振与地震作用动态响应大。风力机组超限的振动位移与加速度会损失发电量，甚至影响到机组的正常运行。高层建筑、有观光需求的广播电视塔等，需限制振动加速度以满足人身舒适感。高耸结构现有控制技术可分为主动控制、被动控制及半主动控制三大类。

主动控制需要外加能源，并需检测振动结构的响应，通过工控计算机输出最优控制力到振动物体。理论上主动控制对不同风载振动有较好的减振加阻效果，但该类控制装置存在结构复杂、造价高、响应延时、可靠性差的缺点。

被动控制不需外加能源，结构振动带动控制装置运动，通过控制装置的惯性力抑制被控结构的振动。按质量体的物体形态可以分为调频质量阻尼器、调频液体阻尼器两大类。调频质量阻尼器一般指弹簧质量块模型(TMD)，其实现方法简单，减振效果明显，但存在调频单一、运动空间大等问题，一般适合于0.5Hz以上的振动加阻，调频频率低于0.5Hz时存在大摩擦阻尼问题。单摆形式的阻尼装置也可归类到调频质量阻尼器，单摆虽没有大摩擦阻尼问题，但仍存在调频单一，运动空间大的问题。单摆一般适合于0.7Hz以下振动加阻，调频频率高摆长短质量块安装受限。调频液体阻尼器相比于调频质量阻尼器，反应灵敏，无摩阻问题，但结构体积大占用空间多、液体存在泄露与结冰等风险。

半主动控制基本是被动控制，但控制过程中，由外加的能源调整控制机构的参数，从而调节控制力的输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种用于高耸结构的低频二自由度摆式TMD振动控制装置，可以对高耸结构的低频振动进行控制，以满足高耸结构的安全与功能需求。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于高耸结构的低频二自由度摆式TMD振动控制装置，包括有弹性支撑、第一质量块、第一摆杆、二自由度摆动齿轮箱、第二摆杆、第二质量块以及阻尼耗能装置，所述弹性支撑的一端与高耸结构的筒身内壁刚性连接，其另一端与高耸结构的筒身内壁柔性连接，所述二自由度摆动齿轮箱固定在弹性支撑上，该二自由度摆动齿轮箱包括有箱体和两组传动单元，所述两组传动单元呈上下镜像对称地安装在箱体上，它们之间通过各自两侧的直齿轮相互啮合进行力传递，实现两组传动单元的同步运动，每组传动单元均包含有一条第三摆杆，且所述第三摆杆在水平面内具有两个转动自由度，所述第一摆杆和第二摆杆分别与两组传动单元的第三摆杆通过螺栓进行连接，且所述第一摆杆位于第二摆杆上方，所述第一质量块有多块叠置安装在第一摆杆上，并采用上、下夹板进行夹紧，所述第二质量块有多块叠置安装在第二摆杆上，并采用上、下夹板进行夹紧，所述阻尼耗能装置有多个圆周均布在高耸结构的筒身内壁上，并分别与第一摆杆连接，用于消耗质量块的一部分动能。