阻尼器的發(fā)展歷史及其未來前景

時(shí)間：2019-01-02作者：上海祥樹歐茂機(jī)電設(shè)備有限公司瀏覽：1438

二十世紀(jì)，特別是近二、三十年人們對(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，**了顯著的成果。這一成果中較引以為自豪的是“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?；A(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)就顯得較加重要。
這些結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)中爭(zhēng)議較少，有益無害的系統(tǒng)要屬利用阻尼器來吸收這難予預(yù)料的地震能量。利用阻尼來吸能減震不是什么新技術(shù)，在航天航空，**，槍炮，汽車等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器來減振消能。從二十世紀(jì)七十年代后，人們開始逐步地把這些技術(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。
泰勒Taylor公司從1955年起經(jīng)過長(zhǎng)期大量航天、軍事工業(yè)的考驗(yàn)，**個(gè)實(shí)驗(yàn)將這一技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)工程上，在美國(guó)地震研究中心作了大量振動(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)分析，發(fā)表了幾十篇有關(guān)論文。結(jié)構(gòu)用阻尼器的關(guān)鍵是持久耐用，時(shí)間和溫度變化下穩(wěn)定，泰勒公司的阻尼器經(jīng)過了長(zhǎng)期考驗(yàn)和各種對(duì)比分析，其他公司的產(chǎn)品很難望其向背。美國(guó)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的產(chǎn)品。其產(chǎn)品技術(shù)**，構(gòu)造合理可靠，技術(shù)的透明度高，而且可以按設(shè)計(jì)者的要求制造適合各種用途的阻尼器。每個(gè)產(chǎn)品出廠前都經(jīng)過較嚴(yán)格的測(cè)試，給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從世界上130多個(gè)工程，32座橋梁的實(shí)際應(yīng)用中，積累了大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
調(diào)質(zhì)阻尼器
為了因應(yīng)高空強(qiáng)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)吹拂造成的搖晃．大樓內(nèi)設(shè)置了“調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器”（tuned mass damper，又稱“調(diào)質(zhì)阻尼器”），是在88至92樓掛置一個(gè)重達(dá)660公噸的巨大鋼球，利用擺動(dòng)來減緩建筑物的晃動(dòng)幅度。據(jù)臺(tái)北101告示牌所言，這也是全世界一開放游客觀賞的巨型阻尼器，較是目前**較大之阻尼器。
臺(tái)北101采用新式的“巨型結(jié)構(gòu)”（megastructure），在大樓的四個(gè)外側(cè)分別各有兩支巨柱，共八支巨柱，每支截面長(zhǎng)3公尺、寬2.4公尺，自地下5樓貫通至地上90樓，柱內(nèi)灌入高密度混凝土，外以鋼板包覆。 閩臺(tái)位于地震帶上，在臺(tái)北盆地的范圍內(nèi)，又有三條小斷層，為了興建臺(tái)北101，這個(gè)建筑的設(shè)計(jì)必定要能防止強(qiáng)震的破壞。且閩臺(tái)每年夏天都會(huì)受到太平洋上形成的臺(tái)風(fēng)影響，防震和防風(fēng)是臺(tái)北101兩大建筑所需克服的問題。為了評(píng)估地震對(duì)臺(tái)北101所產(chǎn)生的影響，地質(zhì)學(xué)家陳斗生開始探查工地預(yù)定地附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，探鉆4號(hào)發(fā)現(xiàn)距臺(tái)北101 200米左右有一處10米厚的斷層。依據(jù)這些資料，閩臺(tái)省地震工程研究中心建立了大小不同的模型，來仿真地震發(fā)生時(shí)，大樓可能發(fā)生的情形。為了增加大樓的彈性來避免強(qiáng)震所帶來的破壞，臺(tái)北101的中心是由一個(gè)外圍8根鋼筋的巨柱所組成。
但是良好的彈性，卻也讓大樓面臨微風(fēng)沖擊，即有搖晃的問題。抵消風(fēng)力所產(chǎn)生的搖晃主要設(shè)計(jì)是阻尼器，而大樓外形的鋸齒狀，經(jīng)由風(fēng)洞測(cè)試，能減少30-40%風(fēng)所產(chǎn)生的搖晃。
分類編輯
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**過相應(yīng)的值時(shí)閉鎖，形成剛性支撐。
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，阻尼鉸鏈，阻尼滑軌，家具五金，櫥柜五金等。
可控被動(dòng)式電磁


引言
高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)問題是一個(gè)比較**且難以解決的問題。這類機(jī)器的轉(zhuǎn)速高，都在**過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
圖1為可控被動(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。
圖2示出可控被動(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。可以看出在整個(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。 [2] 
實(shí)驗(yàn)裝置
圖3a為實(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，另一端支承在圖1所示的電磁阻尼器支承上。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AD板采集。圖3b為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**階臨界轉(zhuǎn)速約為3900revs/min。

實(shí) 驗(yàn)
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。圖4給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖中的四條曲線代表勵(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。從圖中還可以看出，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。這和圖2中的結(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)**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、可靠性較高。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

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