电涡流颗粒阻尼器
技术领域
本实用新型涉及阻尼减振技术领域，尤其涉及一种电涡流颗粒阻尼器。
背景技术
对于人行荷载、车辆荷载等竖向力的作用，桥梁、商场、展厅等大跨结构上的负载能力有限，虽然结构的强度能够满足要求，通常不会发生强度破坏。但是，如果结构共振引起的加速度的振幅过大时，一旦超过人体舒适度耐受极限，极易在人的心理上造成恐慌。如果仅从依靠增大截面和改变结构形式的办法来解决上述问题，在技术、经济和空间利用的角度看是不合理和难以现实的，因此必须寻找新的技术来解决上述问题。
结构消能减振(又称“消能减震”)技术是一种可以有效降低结构振动反应的技术。结构阻尼装置(又叫动力吸振器)，是结构被动控制措施的一种，主要应用于抗风、抗震和提高人体舒适性。其通过在主结构上增加一个阻尼装置，在主结构受到外界动态力作用时，阻尼装置提供一个频率几乎相等，与主结构运动方向相反的力，来部分抵消外界激励引起的结构响应。结构阻尼装置因为对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有大量应用。
目前，结构阻尼装置通常采用液压黏滞阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同时，也会有一定刚度，无法做到刚度与阻尼的完全分离，影响设计分析。同时，液压黏滞阻尼器还存在漏油、不易养护、后期难以调节等问题，增加维护的难度和成本。电涡流阻尼器的出现解决了上述问题。电涡流阻尼器的工作原理是：导体质量块在运动时切割磁感线，根据法拉第电磁感应原理，在导体内就会产生感应电动势，形成电涡流，将振动能量转化为导体的热量，从而实现振动控制。电涡流阻尼器的优势在于：磁体与导体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损；不受温度等环境影响；不存在漏油等状况，易于维护且耐久性好。然而，对于大跨结构的竖向振动问题，仅依靠电涡流阻尼器作为阻尼的阻尼效果并不理想，阻尼效率还有待进一步提升。
发明内容
本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种电涡流颗粒阻尼器。本实用新型提供的电涡流颗粒阻尼器，复合了电涡流阻尼器和颗粒阻尼器的功能，其结构巧妙，成本低廉，稳定性和耐久性好，针对大跨结构获得了良好的减振效果，且易于推广。
为实现上述目标，本实用新型提供了如下技术方案：
一种电涡流颗粒阻尼器，包括外壳，以及设置在外壳中的弹簧、质量块和电涡流阻尼器；
所述质量块通过弹簧安装在外壳中，所述弹簧竖向设置在质量块与外壳之间作为刚度系统用于提供竖向刚度，质量块能够在外壳中以弹簧为上部悬挂和/或下部支承在竖直方向上进行振动；
所述电涡流阻尼器安装在质量块侧部，电涡流阻尼器的一端与质量块侧部连接，另一端与外壳连接，在质量块振动时电涡流阻尼器产生阻尼力；
所述质量块上部和/或下部安装有颗粒阻尼器，所述颗粒阻尼器包括由壳体形成的空腔，空腔内填充有颗粒群，通过颗粒群自身之间以及颗粒群与壳体之间的摩擦和/或碰撞消耗振动能量。
进一步，所述壳体形成的空腔内设置有隔板以将空腔分隔成多个子腔，子腔中填充有颗粒群，通过颗粒群与隔板之间的摩擦和/或碰撞消耗振动能量。
进一步，所述颗粒群由多个1)60mm的不等直径的球体组成，所述球体为钢制球体、铅制球体、铝制球体、陶瓷球体、玻璃球体、塑料球体和合金球体中的一种或多种混合构成。
进一步，所述颗粒阻尼器的壳体内表面或外表面或壳体夹层设置有吸音材料层以降低颗粒群摩擦和/或碰撞产生的噪音的传播。
进一步，所述电涡流阻尼器包括分离设置的磁体部和导体部；
所述磁体部包括永磁体和磁体背铁，所述导体部包括导体板和导体背铁，永磁体位于磁体背铁与导体板之间；振动时导体板与永磁体发生相对运动，导体板切割磁力线产生电涡流与永磁体相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。
进一步，将电涡流阻尼器的磁体部或导体部安装在质量块上，对应的，将导体部或磁体部安装在外壳上；一对永磁体间隔安装在磁体背铁的表面上并远离所述导体板，永磁体对的磁极相互颠倒设置，当导体板与永磁体发生相对运动时，导体板切割磁力线产生电涡流。
进一步，安装在质量块上的磁体部或导体部的背铁的高度大于质量块的高度，使得背铁与质量块形成了具有上部腔和/或下部腔的凹槽，所述颗粒阻尼器安装在所述凹槽内。
进一步，所述颗粒阻尼器的壳体的形状和尺寸与前述凹槽适配，使得颗粒阻尼器能够固定安装在凹槽中并与质量块和背铁紧密接触。
进一步，所述弹簧在平面上布置有多个，多个弹簧采用中心对称方式布置。
进一步，所述外壳包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。
进一步，所述质量块为钢材、铅块、混凝土、灌浆料和液体中的一种或多种混合构成。
本实用新型由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：
1)复合了电涡流阻尼器和颗粒阻尼器，其结构巧妙，成本低廉，稳定性和耐久性好，针对大跨结构获得了良好的减振效果，且易于推广。
2)电涡流阻尼器无机械磨损，无初始启动力，并且易于维护。
3)可通过调节质量块大小或更换弹簧来调节阻尼装置的刚度和频率。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的电涡流颗粒阻尼器的结构示意图一。
图2为本实用新型实施例提供的电涡流颗粒阻尼器的结构示意图二。
图3为本实用新型实施例提供的颗粒阻尼器的结构示意图。
图4为本实用新型实施例提供的电涡流阻尼器的工作原理图。
图5为本实用新型实施例提供的电涡流颗粒阻尼器的结构示意图三。
图6为本实用新型实施例提供的颗粒阻尼器的安装示意图。
附图标记说明：
电涡流颗粒阻尼器100；
外壳110；
弹簧120；
质量块130；
电涡流阻尼器140，永磁体141，磁体背铁142，导体板143，导体背铁144，安装支架145；
颗粒阻尼器150，壳体151，隔板152，颗粒群153。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型公开的电涡流颗粒阻尼器作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
实施例
参见图1和图2所示，为本实用新型实施例提供的一种电涡流颗粒阻尼器的结构示意图。
所述电涡流颗粒阻尼器100，包括外壳110，以及设置在外壳110中的弹簧120、质量块130和电涡流阻尼器140。
所述质量块130通过弹簧120安装在外壳110中。安装时(可以使弹簧直接连接质量块进行直接安装，也可以使弹簧通过其它结构连接质量块进行安装。所述弹簧120竖向设置在质量块130与外壳110之间作为刚度系统用于提供竖向刚度，质量块130能够在外壳110中以弹簧120为上部悬挂和/或下部支承在竖直方向上进行振动。
本实施例中，弹簧120可以作为质量块130的上部和/或下部支承(比如图1中的弹簧120安装在质量块上方形成上部悬挂支承，或者图2中的弹簧120安装在质量块下方形成下部支撑。当然，也可以同时在上部和下部均设置弹簧120同时形成上部悬挂和下部支撑。
本实施例中，作为刚度系统的弹簧120在平面上可以布置一个或多个。优选的，通过3个以上弹簧120安装质量块，且多个竖向布置的弹簧采用中心对称方式安装在质量块上。
考虑到弹簧对频率和刚度的调节(弹簧采用可拆卸方式安装在质量块与外壳之间，可以通过更换不同刚度的弹簧以调整消振频率。
所述电涡流阻尼器140安装在质量块130侧部，电涡流阻尼器140的一端与质量块130侧部连接，另一端与外壳110连接，在质量块130振动时电涡流阻尼器产生阻尼力。
所述质量块130上部和/或下部安装有颗粒阻尼器150。
结合图3所示，所述颗粒阻尼器150包括由壳体151形成的空腔，空腔内填充有颗粒群，通过颗粒群自身之间以及颗粒群与壳体之间的摩擦和/或碰撞消耗振动能量。
优选的，本实施例中，所述空腔内设置有一个或多个隔板152，隔板152可以将空腔分隔成多个子腔，每个子腔中均可以填充有颗粒群153，通过颗粒群153自身之间以及颗粒群153与壳体151和隔板152之间的摩擦和/或碰撞消耗振动能量。所述颗粒群153的体积可占各子腔的腔室体积的30％)80％，优选为40％)60％。
所述空腔可以是长方体，也可以是其它形状比如圆柱体、棱柱体、曲面体等，空腔的形状不应作为对本实用新型的限制。
所述颗粒群153优选的由多个1)60mm的不等直径的球体组成。一方面，球体相互间发生的碰撞、摩擦、动量交换及相互碰撞时微小颗粒塑形变形可以消耗振动系统能量，实现减振的效果；另一方面，球体与容器壁——包括壳体和隔板——之间相互作用的碰撞、摩擦也可以消耗振动系统能量。
所述球体可以为钢制球体、铅制球体、铝制球体、陶瓷球体、玻璃球体、塑料球体和合金球体中的一种或多种混合构成。优选的，本实施例中，所述球体采用为钢球。当然，本领域技术人员应知晓，球体作为优选减振颗粒，其它形状的减振颗粒也可用于上述颗粒阻尼器中，其不应作为对本实用新型的限制。
在使用时，将电涡流颗粒阻尼器100安装于大跨结构的加固部位，外壳作为整个阻尼装置的外围骨架及防护结构。当主结构受到外界动态作用时，随着主结构响应的增大，电涡流颗粒阻尼器给主结构率先施加了较大的阻尼力，消耗掉了结构的大量能量，从而可以有效的控制结构的振动。颗粒阻尼器和电涡流阻尼器共同作为阻尼装置的阻尼系统，可减小阻尼装置自身的振动时间及振动行程，耗散运动能量。
在一个实施中，考虑到颗粒群摩擦和/或碰撞产生的噪音，还可以在颗粒阻尼器上设置降噪结构以降低噪音的传播。
具体的，可以在颗粒阻尼器的壳体内表面设置吸音材料层，或者在外表面设置吸音材料层，或者通过设置壳体夹层安装吸音材料层，通过吸音材料层来阻隔声音，从而降低颗粒群摩擦和/或碰撞产生的噪音的传播。所述吸音材料可以是任意已知的吸音材料，比如吸音棉、无机泡沫吸音材料、泡沫塑料吸音材料等。
电涡流阻尼器140安装在质量块130的侧部，其包括分离设置的磁体部和导体部。
所述磁体部包括永磁体和磁体背铁，所述导体部包括导体板和导体背铁，永磁体位于磁体背铁与导体板之间；振动时导体板与永磁体发生相对运动，导体板切割磁力线产生电涡流与永磁体相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。安装时，可以将电涡流阻尼器的磁体部或导体部安装在质量块上，对应的，将导体部或磁体部安装在外壳上。
上述方案中，通过电涡流阻尼器将运动机械能转化为导体板的电能，然后通过导体板的电阻最终转化为热能消耗，从而产生阻尼效应。所述电涡流阻尼器不仅能够实现非接触、无机械磨损，而且无需初始启动力，具有结构简单、维护要求低、耐久性好的优点。
在一个典型的实施方式中，参见图4所示，电涡流阻尼器140包括永磁体141、磁体背铁142、导体板143和导体背铁144，永磁体141位于磁体背铁142与导体板143之间。振动时，导体板143与永磁体141发生相对运动，导体板143切割磁力线产生电涡流与永磁体141相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。
导体背铁144安装在外壳上，其上安装导体板143；对应的，磁体背铁142安装在质量块130侧部，一对永磁体141间隔安装在磁体背铁142的表面上并远离所述导体板143，永磁体对的磁极相互颠倒设置，当导体板143与永磁体141发生相对运动时，导体板143切割磁力线产生电涡流。电涡流与永磁体141相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。
本实施例中，考虑到阻尼力大小的调整，所述导体板与永磁体之间的间隔是可以调节的。比如可以设置有安装支架145，通过安装支架145将导体背铁144安装在外壳上，所述安装支架145为长度可调节的支架。
作为举例而非限制，比如安装支架145可以包括安装横梁和一对支架臂，所述安装横梁用于固定导体背铁144，安装横梁的两侧各安装一根支架臂，支架臂的一端连接安装横梁，另一端连接外壳110。所述支架臂为可伸缩结构，通过支架臂的伸缩来调整安装支架臂的长度，从而调整导体背铁144上的导体板与永磁体之间的横向距离，从而调整阻尼力的大小。
需要说明的是，虽然图1和图2中仅示例了将颗粒阻尼器150安装在所述质量块130上部，但将颗粒阻尼器150安装在所述质量块130下部的方案也能达到相同效果，参见图5所示。此时，弹簧120可以设置在质量块上方和/或下方。
本实施例中，为提高阻尼器结构的整体性和紧凑性，所述安装在质量块130上的磁体部或导体部对应的背铁的高度大于质量块130的高度，使得背铁与质量块130能够形成具有上部腔和/或下部腔的凹槽，所述颗粒阻尼器150安装在所述凹槽内。
优选的，所述颗粒阻尼器150的壳体的形状和尺寸与前述凹槽适配，使得颗粒阻尼器能够固定安装在凹槽中并与质量块和背铁紧密接触。参见图6所示，比如颗粒阻尼器150的壳体的长度和宽度与前述凹槽长度和宽度相同，且壳体的高度等于凹槽的高度，使得颗粒阻尼器可以完全填充所述凹槽并与底部的质量块和侧部的背铁紧密连接。振动时，质量块、颗粒阻尼器和背铁形成的整体可以上下运动，使导体板与永磁体发生相对运动，导体板切割磁力线产生电涡流，电涡流与永磁体相互作用，产生阻碍相对运动的阻尼力。同时，颗粒阻尼器中的颗粒群自身之间以及颗粒群与壳体和隔板之间的摩擦和/或碰撞消耗振动能量。
本实施例中，所述外壳110包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。
具体的，所述围护钢板可以包括顶板、底板和侧壁板，根据外壳110的形状，所述侧壁板可以构成圆形，也可以构成方形，或者其它形状，其不应作为对本实用新型的限制。
本实施例中，可以通过调整质量块大小或更换弹簧来调整阻尼装置频率大小。
根据结构动力学，阻尼装置属于单自由度体系，阻尼装置身频率的计算公式如下：
其中，ω为圆频率；k为刚度；m为质量；f为频率。
综合式(1))(2)，计算得出最终频率计算公式，如下
由公式(3)可知，频率f与质量块质量和弹簧刚度相关，可以通过调整质量块大小或更换弹簧来调整阻尼装置频率大小。
所述质量块优选为钢材、铅块、混凝土、灌浆料和液体中的一种或多种混合构成。
在上面的描述中，本实用新型的公开内容并不旨在将其自身限于这些方面。而是，在本公开内容的目标保护范围内，各组件可以以任意数目选择性地且操作性地进行合并。另外，像“包括”、“囊括”以及“具有”的术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
