一种半主动控制耗能减振装置

技术领域

本发明属于城市轨道交通减振领域，具体涉及一种半主动控制耗能减振装置。

背景技术

随着城市的发展，地铁已经成为人们出行的重要工具，然而高速运行的列车势必会对地铁站台产生振动影响。

为减少这一影响，调谐质量阻尼器以其自身组成简单等优点被应用于城市轨道交通减振领域。然而传统的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)减振频带窄、减振效能差，且不适用于恶劣环境。故又提出具有更大减振频带的非线性能量阱(Non-linearEnergy Sink，NES)应用于城市轨道交通减振领域，然而当振动幅值超过某一临界值时，NES的振动频率会与主体结构的振动频率相差较大，从而影响振动能量向NES的有效传递。因此，急需一种新型的减振装置来满足地铁站台的减振需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种半主动控制耗能减振装置，扩大了传统的调谐质量阻尼器的减振频带，有效发挥NES的减振效能，并大幅提高了减振效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种半主动控制耗能减振装置，包括无盖箱体，所述无盖箱体包含底板和侧板；

所述底板上设置有TMD减振机构，所述TMD减振机构用于产生阻尼力消耗振动能量；所述TMD减振机构包含TMD质量块；

所述TMD质量块上设置有NES减振机构，所述NES减振机构用于产生阻尼力消耗振动能量；

还包括设置在左侧侧板内表面的第一压电陶瓷，设置在TMD质量块左表面的第二压电陶瓷，设置在TMD质量块右表面的第三压电陶瓷，以及设置在右侧侧板内表面的第四压电陶瓷；

第一压电陶瓷和第二压电陶瓷之间、第三压电陶瓷和第四压电陶瓷之间分别水平设置有弹簧；

还包括工控机、蓄电池和作动器；

所述工控机和所述作动器电连接；

所述蓄电池分别与四个压电陶瓷及所述工控机电连接；

所述作动器设置在所述TMD质量块上表面设置的竖向挡板右侧，所述作动器的输出轴顶端与所述NES减振机构的NES箱体通过万向铰连接。

进一步的，所述TMD减振机构还包括两个TMD阻尼；

所述TMD质量块底面设置有多个第一滚轮，所述第一滚轮左右滚动；所述TMD质量块放置在所述底板上；

其中一个TMD阻尼水平设置在左侧侧板和所述TMD质量块左侧之间，两端分别与左侧侧板和所述TMD质量块左侧连接；另一个TMD阻尼水平设置在所述TMD质量块右侧和右侧侧板之间，两端分别与所述TMD质量块右侧和右侧侧板连接；

当振动能量传递至TMD减振机构中时，TMD阻尼消耗振动能量。

更进一步的，所述TMD质量块中空，内部填充有粘滞液体；当振动能量传递至TMD质量块中时，粘滞液体晃动，消耗振动能量。

更进一步的，所述TMD质量块的表层为超材料层，所述超材料层为六边形蜂窝结构，所述超材料层朝向所述TMD质量块内部的表面设置有多个第一通孔，所述超材料层的每一个六边形腔体内放置有多个直径大于第一通孔的金属颗粒；当振动能量传递至TMD质量块中时，粘滞液体流入或流出第一通孔，消耗振动能量；粘滞液体与金属颗粒相互碰撞，消耗振动能量。

更进一步的，所述超材料层具有弹性，能消耗振动能量。

更进一步的，所述NES减振机构包括NES箱体，所述NES箱体底面设置有多个第二滚轮，所述第二滚轮左右滚动；所述NES箱体内部设置有竖向滑轨；

所述竖向滑轨的上端与所述NES箱体的上侧内表面连接，所述竖向滑轨的下端与所述NES箱体的下侧内表面连接；

所述竖向滑轨上设置有滑块，所述滑块沿所述竖向滑轨上下滑动；

还包括NES质量块，所述NES质量块和所述NES箱体右侧侧板之间设置有NES阻尼；所述NES质量块和所述滑块之间设置有NES非线性弹簧。

当振动能量传递至NES减振机构中时，滑块沿竖向滑轨上下滑动，摩擦消耗振动能量；NES阻尼消耗振动能量。

更进一步的，所述工控机包括传感器模块和作动器控制模块；所述传感器模块用于感知振动能量的大小；所述作动器控制模块用于控制作动器运行或停止；当传感器模块感知的振动能量大小超过设定阈值时，作动器控制模块控制作动器对NES减振机构施加静态和动态荷载，实现半主动控制，消耗振动能量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：具有更宽的减振频带，具有更高的鲁棒性，具有更多的耗能机制，实现了半主动控制，弥补了传统调谐质量阻尼器单向减振的缺点，极大的提高了减振效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明半主动控制耗能减振装置一种实施例的结构示意图；

图2是本发明半主动控制耗能减振装置一种实施例的NES减振机构结构示意图；

以上图中：1无盖箱体；2TMD减振机构；201TMD质量块；202TMD阻尼；203第一滚轮；204超材料层；3NES减振机构；301NES箱体；302竖向滑轨；303滑块；304NES非线性弹簧；305NES质量块；306NES阻尼；307第二滚轮；4第一压电陶瓷；5第二压电陶瓷；6第三压电陶瓷；7第四压电陶瓷；8弹簧；9作动器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

一种半主动控制耗能减振装置，包括无盖箱体1，所述无盖箱体1包含底板和侧板；

所述底板上设置有TMD减振机构2，所述TMD减振机构2用于产生阻尼力消耗振动能量；所述TMD减振机构2包含TMD质量块201；

所述TMD质量块201上设置有NES减振机构3，所述NES减振机构3用于产生阻尼力消耗振动能量；

还包括设置在左侧侧板内表面的第一压电陶瓷4，设置在TMD质量块201左表面的第二压电陶瓷5，设置在TMD质量块201右表面的第三压电陶瓷6，以及设置在右侧侧板内表面的第四压电陶瓷7；

第一压电陶瓷4和第二压电陶瓷5之间、第三压电陶瓷6和第四压电陶瓷7之间分别水平设置有弹簧8；

还包括工控机、蓄电池和作动器9；

所述工控机和所述作动器9电连接；

所述蓄电池分别与四个压电陶瓷及所述工控机电连接；

所述作动器9设置在所述TMD质量块201上表面设置的竖向挡板右侧，所述作动器9的输出轴顶端与所述NES减振机构3的NES箱体301通过万向铰连接。

进一步的，所述TMD减振机构2还包括两个TMD阻尼202；

所述TMD质量块201底面设置有多个第一滚轮203，所述第一滚轮203左右滚动；所述TMD质量块201放置在所述底板上；

其中一个TMD阻尼202水平设置在左侧侧板和所述TMD质量块201左侧之间，两端分别与左侧侧板和所述TMD质量块201左侧连接；另一个TMD阻尼202水平设置在所述TMD质量块201右侧和右侧侧板之间，两端分别与所述TMD质量块201右侧和右侧侧板连接；

当振动能量传递至TMD减振机构2中时，TMD阻尼202消耗振动能量。

更进一步的，所述TMD质量块201中空，内部填充有粘滞液体；当振动能量传递至TMD质量块201中时，粘滞液体晃动，消耗振动能量。

更进一步的，所述TMD质量块201的表层为超材料层204，所述超材料层204为六边形蜂窝结构，所述超材料层204朝向所述TMD质量块201内部的表面设置有多个第一通孔，所述超材料层204的每一个六边形腔体内放置有多个直径大于第一通孔的金属颗粒；当振动能量传递至TMD质量块201中时，粘滞液体流入或流出第一通孔，消耗振动能量；粘滞液体与金属颗粒相互碰撞，消耗振动能量。

更进一步的，所述超材料层204具有弹性，能消耗振动能量。

更进一步的，所述NES减振机构3包括NES箱体301，所述NES箱体301底面设置有多个第二滚轮307，所述第二滚轮307左右滚动；所述NES箱体301内部设置有竖向滑轨302；

所述竖向滑轨302的上端与所述NES箱体301的上侧内表面连接，所述竖向滑轨302的下端与所述NES箱体301的下侧内表面连接；

所述竖向滑轨302上设置有滑块303，所述滑块303沿所述竖向滑轨302上下滑动；

还包括NES质量块305，所述NES质量块305和所述NES箱体301右侧侧板之间设置有NES阻尼306；所述NES质量块305和所述滑块303之间设置有NES非线性弹簧304。

当振动能量传递至NES减振机构3中时，滑块303沿竖向滑轨302上下滑动，摩擦消耗振动能量；NES阻尼306消耗振动能量。

更进一步的，所述工控机包括传感器模块和作动器9控制模块；所述传感器模块用于感知振动能量的大小；所述作动器9控制模块用于控制作动器9运行或停止；当传感器模块感知的振动能量大小超过设定阈值时，作动器9控制模块控制作动器9对NES减振机构3施加静态和动态荷载，实现半主动控制，消耗振动能量。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。