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鄭州中天建筑節(jié)能有限公司
磁流變阻尼器
用于防震的儀器
磁流變阻尼器是以提供運(yùn)動(dòng)的阻力，耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置。利用阻尼來(lái)吸能減震不是什么新技術(shù)，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器（或減震器）來(lái)減振消能。
大家知道，使自由振動(dòng)衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼。而安置在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的“特殊”構(gòu)件可以提供運(yùn)動(dòng)的阻力，耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，我們稱為阻尼器。
目錄
工作原理
高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)比較突出且難以解決的問(wèn)題。這類機(jī)器的轉(zhuǎn)速高，都在超過(guò)臨界乃至幾階臨界轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。因此為了保證其安全運(yùn)行，除了保證仔細(xì)的設(shè)計(jì)和精確的制造安裝外，通常還使用阻尼器以減小振動(dòng)。擠壓油膜阻尼器和電磁阻尼器就是兩種常用的阻尼器。本文設(shè)計(jì)了一種新的可控型被動(dòng)式電磁阻尼器。
可控型被動(dòng)式電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)和工作原理
可控被動(dòng)式電磁阻尼器的示意圖。它沒有位移傳感器。其結(jié)構(gòu)與擠壓油膜阻尼器類似：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子(1)通過(guò)滾動(dòng)軸承(2)或滑動(dòng)軸承支承在鐵芯(3)上。該鐵芯再通過(guò)彈簧(4)支承在機(jī)座(5)上。彈簧的支承剛度可按使用要求設(shè)計(jì)，為支承系統(tǒng)的主剛度。在機(jī)座上環(huán)繞鐵芯同心放置有四只電磁鐵(6)。各磁鐵線圈上都作用相同大小的直流勵(lì)磁電壓。
可控被動(dòng)電磁阻尼器所產(chǎn)生的附加剛度和阻尼隨頻率變化的情況?？梢钥闯鲈谡麄€(gè)頻率范圍內(nèi)附加剛度的值是負(fù)的，且隨著頻率的升高負(fù)的剛度值降低。在高頻區(qū)剛度值幾乎為零。這種阻尼特性剛好符合旋轉(zhuǎn)機(jī)械所要求的低頻大阻尼高頻小阻尼的特性。在可控被動(dòng)電磁阻尼器的尺寸確定后，剛度和阻尼值就僅取決于靜態(tài)勵(lì)磁電流或勵(lì)磁電壓。改變勵(lì)磁電壓值就能改變剛度和阻尼，因而這種阻尼器是可控的。
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置：一根細(xì)長(zhǎng)軸，一端支承在普通的剛性滾珠軸承上，另一端支承在電磁阻尼器支承上。轉(zhuǎn)子由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。軸的振動(dòng)和轉(zhuǎn)速分別由渦流傳感器和光電傳感器檢測(cè)。振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)由計(jì)算機(jī)通過(guò)AD板采集。
提供主支承剛度的平板徑向彈簧。該彈簧以彈性鋁為材料，線切割加工。其剛度值由有限元計(jì)算和優(yōu)化。在一只電磁阻尼器支承上有兩只并排放置的彈簧，以保證對(duì)稱性，利于系統(tǒng)建模。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試均表明該轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速約為3900revs/min。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
在不同勵(lì)磁電壓下測(cè)試轉(zhuǎn)子的振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化。給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。四條曲線代表勵(lì)磁電壓分別為0伏、9伏、12伏和15伏的情況?？梢钥闯鲭S著勵(lì)磁電壓的增大，電磁阻尼器提供的阻尼也增大。這使得轉(zhuǎn)子的振幅得到抑制，從0.185mm降到0.56mm，減振效果是很明顯的。從中還可以看出，由于負(fù)的電磁剛度的存在，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速有所降低。這和結(jié)果很一致，在65HZ臨界轉(zhuǎn)速附近，電磁附加負(fù)剛度很小因而它對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響很小。當(dāng)勵(lì)磁電壓為15伏時(shí)，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速僅下降到3780revs/min。
結(jié)論
被動(dòng)式電磁阻尼器用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)取得了較好的減振效果。這種阻尼器的阻尼產(chǎn)生機(jī)理是被動(dòng)的而阻尼的大小則是隨勵(lì)磁電壓的大小可控的。與擠壓油膜阻尼器相比，被動(dòng)式電磁阻尼器具有電磁軸承相對(duì)于普通軸承的大部分優(yōu)點(diǎn)；與主動(dòng)式電磁阻尼器相比，被動(dòng)式電磁阻尼器的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、可靠性更高。因而這是一種很有發(fā)展前途的行之有效的高速轉(zhuǎn)子的減振阻尼裝置。
本文介紹了被動(dòng)式電磁阻尼器在線性范圍內(nèi)的原理和僅進(jìn)行了被動(dòng)式電磁阻尼器的初步的減振實(shí)驗(yàn)，更多的非線性特性的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)將在今后陸續(xù)報(bào)道。
發(fā)展歷程
把這些技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等結(jié)構(gòu)工程中，其發(fā)展十分迅速。特別是有五十多年歷史的液壓粘滯阻尼器，·在航天、航空、軍工、機(jī)械等行業(yè)中廣泛應(yīng)用，幾十年成功應(yīng)用的歷史
·結(jié)構(gòu)工程實(shí)際應(yīng)用。 這些結(jié)構(gòu)工程，成功地經(jīng)歷了地震、大風(fēng)等災(zāi)害考驗(yàn)，十分成功。
工程結(jié)構(gòu)減震與阻尼器
對(duì)建筑物的抗振動(dòng)的能力的提高已經(jīng)做了巨大的努力，取得了顯著的成果。這一成果中最引以為自豪的是“結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)”。人們跳出了傳統(tǒng)增強(qiáng)梁、柱、墻提高抗振動(dòng)的能力的觀念，結(jié)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，巧妙的避免或減少了地震，風(fēng)力的破壞。基礎(chǔ)隔震（Base Isolation），各種利用阻尼器(Damper) 吸能，耗能系統(tǒng)， 高層建筑屋頂上的質(zhì)量共振阻尼系統(tǒng)（TMD）和主動(dòng)控制( Active Control)減震體系都是已經(jīng)走向了工程實(shí)際。有的已經(jīng)成為減少振動(dòng)不可少的保護(hù)措施。特別是對(duì)于難于預(yù)料的地震，破壞機(jī)理還不十分清楚的多維振動(dòng)，這些結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)就顯得更加重要。
這些結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)中爭(zhēng)議最少，有益無(wú)害的系統(tǒng)要屬利用阻尼器來(lái)吸收這難予預(yù)料的地震能量。利用阻尼來(lái)吸能減震不是什么新技術(shù)，在航天航空，軍工，槍炮，汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器來(lái)減振消能。把這些技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中，其發(fā)展十分迅速。到二十世紀(jì)末，全世界已有近100多個(gè)結(jié)構(gòu)工程運(yùn)用了阻尼器來(lái)吸能減震。到2003年，僅Taylor公司就在全世界安裝了110個(gè)建筑，橋梁或其它結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物。
阻尼器分類
阻尼器只是一個(gè)構(gòu)件.使用在不同地方或不同工作環(huán)境就有不同的阻尼作用.
Damper：用于減振;
Snubber：用于防震，低速時(shí)允許移動(dòng)，在速度或加速度超過(guò)相應(yīng)的值時(shí)閉鎖，形成剛性支撐。
目前各種應(yīng)用中有:彈簧阻尼器,液壓阻尼器,脈沖阻尼器,旋轉(zhuǎn)阻尼器,風(fēng)阻尼器,粘滯阻尼器
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