一种剪刀放大动力激振器

摘要

本实用新型公开了一种剪刀放大动力激振器，涉及激振器技术领域，剪刀放大动力激振器包括底板、导向支撑机构、活动质量块以及剪力放大激振系统；导向支撑机构设置在底板上，活动质量块活动设置在导向支撑机构上，剪力放大激振系统设置在底板和活动质量块之间；剪力放大激振系统包括剪式升降支架以及设置在剪式升降支架上的至少一个电动缸激振器。利用剪式升降支架有效增大了活动质量块的振动位移幅值，并降低了电动缸激振器的行程和速度，实现大跨度桥梁超低频激振。

说明书

技术领域

本实用新型涉及激振器技术领域，具体是涉及一种剪刀放大动力激振器。

背景技术

近年来，国内多座大跨度悬索桥陆续出现大幅风振问题，相关测试数据表明，大跨度桥梁实际模态阻尼比可能小于规范规定值，且随着时间和振幅变化会发生改变。随着2000m级悬索桥的出现，桥梁动力特性尤其是阻尼比的取值成为桥梁设计的关键科学问题。

大跨度桥梁的实际阻尼比主要依赖对建成桥梁的实测，桥梁结构动力特性测试的激励方法很多，环境振动法不能精确测量结构阻尼比，现场稳态激振试验才是精确测量大跨度桥梁多阶模态阻尼比的唯一手段。但是大跨度桥梁的现场稳态激振很难实现，至今只有美、日等国拥有这一技术。稳态激振法是利用专门的激振器，对桥梁结构施加激振力，使结构产生强迫振动，记录激振力时程信号和结构振动响应时程信号，然后应用系统模态识别理论同时识别出模态频率和振型。试验时，连续改变激振器频率，进行“频率扫描”，可以获得结构模态的幅频、相频响应曲线，从而计算模态阻尼比等模态参数。这一方法可获得很高的信噪比，因此可以说是最为准确的一种试验方法。

但是目前桥梁大型激振激振器需要较大的激振力，而激振力与质量块质量和振动位移成正比，需要达到足够的激振力，需要较大的质量块质量和激振位移，对于大跨度桥梁超低频激励(0.5Hz以下)，若要达到足够的激振力，需要大幅提高质量块的自重m或增加激振位移幅值，过大的质量块自重将大幅增加造价和激振器吨位，过大的激振位移幅值对激振器行程和系统稳定将造成严重的影响；此外激振器激振速度不宜过大，宜控制在1m/s之内。因此，需要一种可有效增大质量块振动位移幅值，并降低激振器行程和速度的激振器，以实现大跨度桥梁超低频激振。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种剪刀放大动力激振器，以解决现有激振器存在的问题。

本实用新型提供一种剪刀放大动力激振器，包括底板、导向支撑机构、活动质量块以及剪力放大激振系统；所述导向支撑机构设置在所述底板上，所述活动质量块活动设置在所述导向支撑机构上，所述剪力放大激振系统设置在所述底板和所述活动质量块之间；所述剪力放大激振系统包括剪式升降支架以及设置在所述剪式升降支架上的至少一个电动缸激振器。

进一步地，所述剪式升降支架包括两个V型剪力短臂组件以及铰接于两个V型剪力短臂组件之间的X型剪力长臂组件，其中一个所述V型剪力短臂组件还与所述活动质量块铰接，另一个所述V型剪力短臂组件还与所述底板铰接。

进一步地，所述X型剪力长臂组件的顶端或底端与所述V型剪力短臂组件具有两个铰接点；所述电动缸激振器的两端一一对应的与所述两个铰接点铰接。

进一步地，所述电动缸激振器包括电机和活塞杆，所述活塞杆的一端与所述电机连接，所述活塞杆的另一端与其中一个所述铰接点铰接，所述电机背对所述活塞杆的一端与另一个所述铰接点铰接。

进一步地，所述电动缸激振器有两个，分别设置在所述X型剪力长臂组件的顶端和底端。

进一步地，所述V型剪力短臂组件包括支座和两个短臂，两个短臂的一端与所述支座铰接，两个短臂的另一端设置有所述铰接点，所述支座与所述底板或所述活动质量块连接。

进一步地，所述X型剪力长臂组件包括两个长臂，两个长臂在中心点相交并铰接，两个长臂的两端一一对应的与两个V型剪力短臂组件铰接。

进一步地，所述导向支撑机构包括由下至上依次设置的底座、底部支腿以及导向杆；所述底座与所述底板连接，所述活动质量块上设置有导向孔，所述导向杆穿设在所述导向孔中，所述活动质量块沿所述导向杆的长度方向位移。

进一步地，所述导向支撑机构还包括中部支撑平台，所述中部支撑平台设置在所述底部支腿与所述导向杆之间，所述活动质量块设置在所述中部支撑平台的上方。

进一步地，所述活动质量块的四角分别设置有一个所述导向孔，所述导向支撑机构设置有四个，四个所述导向支撑机构的导向杆一一对应的与四个所述导向孔配合。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：通过在底板和活动质量块之间设置剪式升降支架，并在剪式升降支架上设置电动缸激振器，利用剪式升降支架有效增大了活动质量块的振动位移幅值，并降低了电动缸激振器的行程和速度，实现大跨度桥梁超低频激振。通过布设两台及以上电动缸激振器，其中一台作为主要动力激振，另一台作为辅助参数调节，达到最优激振功能。

附图说明

图1是本实用新型剪刀放大动力激振器的一种状态下的立体结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图1的剪刀放大动力激振器的的另一种状态下的立体结构示意图。

图4是图3的主视图。

图5是图1的剪刀放大动力激振器的的再一种状态下的立体结构示意图。

图6是图5的主视图。

图7是本实用新型剪刀放大动力激振器的一个导向支撑机构的结构示意图。

图8是本实用新型电动缸激振器的活动质量块的立体结构示意图。

图9是本实用新型剪刀放大动力激振器的剪力放大激振系统的立体结构示意图。

图10是图9中一个电动缸激振器的立体结构示意图。

图11是图9的剪力放大激振系统的剪式升降支架升降变化示意图。

图12是图11中剪式升降支架降低至高度为h1的结构示意图。

图13是图11中剪式升降支架升高至高度为h2的结构示意图。

图中：1-底板；2-活动质量块；3-电动缸激振器；31-电机；32-活塞杆；4-底座；5-底部支腿；6-导向杆；7-导向孔；8-中部支撑平台；9-V型剪力短臂组件；10-X型剪力长臂组件；11-支座。

具体实施方式

现在将详细参照本实用新型的具体实施例，在附图中例示了本实用新型的例子。尽管将结合具体实施例描述本实用新型，但将理解，不是想要将本实用新型限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本实用新型的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本实用新型的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本实用新型的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

大跨度桥梁的实际阻尼比主要依赖对建成桥梁的实测，桥梁结构动力特性测试的激励方法很多，环境振动法不能精确测量结构阻尼比，现场稳态激振试验才是精确测量大跨度桥梁多阶模态阻尼比的唯一手段。稳态激振法是利用专门的激振器，对桥梁结构施加激振力，使结构产生强迫振动，记录激振力时程信号和结构振动响应时程信号，然后应用系统模态识别理论同时识别出模态频率和振型。试验时，连续改变激振器频率，进行“频率扫描”，可以获得结构模态的幅频、相频响应曲线，从而计算模态阻尼比等模态参数。这一方法可获得很高的信噪比，因此可以说是最为准确的一种试验方法。

目前桥梁大型激振激振器需要较大的激振力，而激振力与质量块质量和振动位移成正比，需要达到足够的激振力，需要较大的质量块质量和激振位移，对于大跨度桥梁超低频激励(0.5Hz以下)，若要达到足够的激振力，需要大幅提高质量块的自重m或增加激振位移幅值，过大的质量块自重将大幅增加造价和激振器吨位，过大的激振位移幅值对激振器行程和系统稳定将造成严重的影响；此外激振器激振速度不宜过大，宜控制在1m/s之内。

如图1、图2所示，本实用新型提出的剪刀放大动力激振器，包括底板1、导向支撑机构、活动质量块2以及剪力放大激振系统；所述导向支撑机构设置在所述底板1上，所述活动质量块2活动设置在所述导向支撑机构上，所述剪力放大激振系统设置在所述底板1和所述活动质量块2之间；所述剪力放大激振系统包括剪式升降支架以及设置在所述剪式升降支架上的至少一个电动缸激振器3。

如图2所示，本实施例中的剪式升降支架上设置有两个电动缸激振器3。

底板1和活动质量块2均水平设置。两个电动缸激振器3设置在底板1和活动质量块2之间，且两个电动缸激振器3均保持水平。

如图7所示，所述导向支撑机构包括由下至上依次设置的底座4、底部支腿5以及导向杆6；所述底座4与所述底板1连接，所述活动质量块2上设置有导向孔7，所述导向杆6穿设在所述导向孔7中，所述活动质量块2沿所述导向杆6的长度方向位移。

如图8所示，本实施例的活动质量块2的四角分别设置有一个所述导向孔7，所述导向支撑机构设置有四个，四个所述导向支撑机构的导向杆6一一对应的与四个所述导向孔7配合。

所述导向支撑机构还包括中部支撑平台8，所述中部支撑平台8设置在所述底部支腿5与所述导向杆6之间，所述活动质量块2设置在所述中部支撑平台8的上方。

当然，活动质量块2上的导向孔7不局限于四个，可以是更多个，相应的，导向支撑机构也可设置更多个。活动质量块2为矩形平板结构，也可以是圆板结构。

通过导向杆6和导向孔7的引导作用，活动质量块2沿导向杆6的长度方向位移，本实施例中导向杆6竖立设置，即活动质量块2竖向升降。

中部支撑平台8对活动质量块2起支撑作用，当剪力放大激振系统处于非工作状态或处于运输过程时，活动质量块2可下降搁置在中部支撑平台8上。中部支撑平台8包括圆形支撑环，固定套设在导向杆6的底端，圆形支撑环的外径大于导向孔7的内径。

结合附图9所示，所述剪式升降支架包括两个V型剪力短臂组件9以及铰接于两个V型剪力短臂组件9之间的X型剪力长臂组件10，其中一个所述V型剪力短臂组件9还与所述活动质量块2铰接，另一个所述V型剪力短臂组件9还与所述底板1铰接。

所述X型剪力长臂组件10的顶端或底端与所述V型剪力短臂组件9具有两个铰接点；所述电动缸激振器3的两端一一对应的与所述两个铰接点铰接。

结合附图10所示，所述电动缸激振器3包括电机31和活塞杆32，所述活塞杆32的一端与所述电机31连接，所述活塞杆32的另一端与其中一个所述铰接点铰接，所述电机31背对所述活塞杆32的一端与另一个所述铰接点铰接。

所述电动缸激振器3有两个，分别设置在所述X型剪力长臂组件10的顶端和底端。当然，电动缸激振器3可设置更多个。

本实施例通过布设两台及以上电动缸激振器3，其中一台作为主要动力激振，另一台作为辅助参数调节，达到最优激振功能。

具体的，所述V型剪力短臂组件9包括支座11和两个短臂，两个短臂的一端与所述支座11铰接，两个短臂的另一端设置有所述铰接点，所述支座11与所述底板1或所述活动质量块2连接。

所述X型剪力长臂组件10包括两个长臂，两个长臂在中心点相交并铰接，两个长臂的两端一一对应的与两个V型剪力短臂组件9铰接。

以竖立设置的X型剪力长臂组件10为例，其两个长臂相交后，该两个长臂的顶端分别一一对应的与一个V型剪力短臂组件9的两个短臂的远离活动质量块2上的支座11的一端铰接，从而形成X型剪力长臂组件10的顶端与V型剪力短臂组件9铰接的两个铰接点。该两个长臂的底端分别一一对应的与另一个V型剪力短臂组件9的两个短臂的远离底板1上支座11的一端铰接，从而形成X型剪力长臂组件10的底端与V型剪力短臂组件9铰接的两个铰接点。

如图1、图2所示，活动质量块2处于最下端位置，活动质量块2搁置在中部支撑平台8上，剪式升降支架的高度最低，电动缸激振器3的活塞杆32的伸长量最长。

如图3、4所示，活动质量块2被剪式升降支架顶升一定高度。

如图5、6所示，剪式升降支架的高度处于最高位置，电动缸激振器3的活塞杆32的伸长量最短，活动质量块2的处于最高位置。

如图11-13所示，剪式升降支架的最低高度为h1，剪式升降支架的横向展开最大宽度为a1。剪式升降支架的最高高度为h2，剪式升降支架的横向展开最小宽度为a2。

激振器工作原理：对外激振力F＝ma，m为活动质量块2重量(包括蓄能器及附属构件的重量)，a为活动质量块2加速度，对于简谐激励a＝a0sin(2πf t)，a0为简谐振动加速度幅值，f为激振频率(激振频率可直接通过激振器调节，可适应不同工作频率)，t为激振时间点；对于恒定位移幅值的激振器，根据简谐运动激励，加速度幅值a0和位移幅值s0的关系，a0＝(2πf)2s0，对于大跨度桥梁超低频激励(0.5Hz以下)，若要达到足够的激振力，需要大幅提高活动质量块2的自重m或增加激振位移幅值，过大的活动质量块2自重将大幅增加造价和激振器吨位，过大的激振位移幅值对激振器行程和系统稳定将造成严重的影响；此外激振器激振速度不宜过大，宜控制在1m/s之内，故采用剪刀进行位移放大可有效降低激振器行程和速度。

通过在底板1和活动质量块2之间设置剪式升降支架，并在剪式升降支架上设置电动缸激振器3，利用剪式升降支架有效增大了活动质量块2的振动位移幅值，并降低了电动缸激振器3的行程和速度，实现大跨度桥梁超低频激振。通过布设两台及以上电动缸激振器3，其中一台作为主要动力激振，另一台作为辅助参数调节，达到最优激振功能。

剪刀放大激振系统工作原理：

一级剪刀放大瞬时放大倍数：

一级剪刀放大过程放大倍数：

二级剪刀放大瞬时放大倍数：λ

二级剪刀放大过程放大倍数：η

n级剪刀放大瞬时放大倍数：λ

n级剪刀放大过程放大倍数：η

要保证放大系数大于1，θ应小于45°。

如10°、20°和30°的一级剪刀放大瞬时放大系数分别为：5.671、2.747和1.732。

如10°-20°和20°-30°的一级剪刀放大过程放大倍数分别为：3.732和2.145。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所实用新型的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。