CN100422549C - 一种隔震换能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能量转换和振动控制装置，是由隔震层及换能器组成，换能器包括换能装置、能量传递装置及蓄能装置，换能装置是内设有活塞的液压缸，所述液压缸与三位四通换向阀连接。本发明能够实现隔震同时可以将一部分地震能量储存起来，又可以根据控制需要，利用上述能量由该装置实施主动控制的隔震换能控制装置，从而能实现较好的被动控制，而且还能实现主动控制，节省能源。

Description

一种隔震换能控制装置
技术领域
本发明涉及一种能量转换和振动控制装置，特别是一种隔震换能控制装置。
背景技术
目前应用于结构振动控制的方法很多，主要有主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制等，但这些控制方法大多是利用耗能元件吸收结构的振动能量或利用外界能量抵消结构的振动能量，因此被动控制存在控制效果不理想，耗能元件因吸收能量而失效的情况；主动控制存在所需能源大，难以实现等问题，且可靠性不宜保证。
本申请人在2001年6月第33卷第3期《哈尔滨工业大学学报》上发表的论文《换能器与作动器同层布置时的无能源主动控制》，从一定程度上解决了上述部分问题，但只能工作于一种状态，当油缸的相对速度与所需主动控制力同向时，无法实现主动控制。本发明解决了这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现隔震同时可以将一部分地震能量储存起来，又可以根据控制需要，利用上述能量由该装置实施主动控制的隔震换能控制装置，从而能实现较好的被动控制，而且还能实现主动控制，节省能源。
本发明的效果是通过下列方案实现的：
本发明的一种隔震换能控制装置，由隔震层及换能器组成，隔震层包括上底板(2)、下底板(3)，换能器包括换能装置、能量传递装置及蓄能装置，换能装置位于隔震层上底板(2)与下底板(3)之间，所述的换能装置、蓄能装置通过能量传递装置连接，所述能量传递装置是液压管路，蓄能装置是液压蓄能器(6)，换能装置是内设有活塞(10)的液压缸(9)，所述液压缸(9)被活塞(10)分隔为A缸(24)与B缸(25)，A缸(24)连接有单向阀(12)、(14)，单向阀(12)与液压箱(16)相连，单向阀(14)与液压蓄能器(6)相连，B缸连接有单向阀(13)、(15)，单向阀(13)与液压箱(17)相连、单向阀(15)与液压蓄能器(6)相连，液压缸(9)A缸(24)和B缸(25)还分别与三位四通换向阀(8)的2个阀门(20)、(22)连接，阀门(21)与液压蓄能器(6)连接，阀门(23)与液压箱(18)连接。
所述液压蓄能器(6)与溢流阀(7)连接，溢流阀(7)与液压箱(19)连接。
所述活塞(10)连接有活塞杆(11)，活塞杆(11)与上底板(2)连接。
所述换能器里充有液体，所述液体是油。
隔震层上底板与液压缸的活塞杆连接，液压缸与下底板连接，当结构由于地震等外界激励产生水平运动时，隔震层上下底板产生相互运动，将带动活塞产生往复运动，从而使液压缸的两边产生液压差使得液体流向高压的蓄能装置，储存了能量，实现被动控制。当要实施主动控制时，系统发出的信号控制三位四通电磁换向阀，通过三位四通换向阀的阀芯位置控制装置的工作状态，以对结构施加主动控制力。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)换能器与用于建筑隔震的结构相结合，通过换能器把建筑结构隔震层运动的能量转化为液体的势能，较好地实现被动控制；
(2)换能器所储存的势能实现主动控制，节省了能源。
附图说明
图1是本发明的结构系统示意图；
图2是换能器的结构示意图；
图中：建筑结构1、上底板2、下底板3、结构响应信息传感器4、计算机5、气囊式液压蓄能器6、溢流阀7、三位四通换向阀8、液压油缸9、液压缸活塞10、液压缸活塞杆11、单向阀12一15、液压箱16一19、电磁换向阀阀门20一23、液压油缸A腔24、液压油缸B腔25。
具体实施方式
实施例1
本发明的隔震换能控制装置如图1所示，位于建筑结构1的底部，是由隔震层上底板2、隔震层下底板3、气囊式液压蓄能器6、溢流阀7、三位四通电磁换向阀8、液压油缸9、液压缸活塞10、单向阀12～15、液压箱16～19组成，隔震层上底板2与液压缸9的活塞杆11连接，液压缸9与下底板3连接。
换能器的内部结构如图2所示，液压油缸9被活塞分隔为A缸24与B缸25，A缸24连接有单向阀12、14，单向阀12与液压箱16相连，单向阀14与气囊式液压蓄能器6相连；B缸25连接有单向阀13、15，单向阀13与液压箱17相连、单向阀15与气囊式液压蓄能器6相连；A缸24和B缸25还分别与三位四通电磁换向阀8的2个阀门20、22连接，阀门21与气囊式液压蓄能器6连接，阀门23与液压18连接，气囊式液压蓄能器6与溢流阀7连接，溢流阀7与液压箱19连接。上述部件通过油路连接。
实施例2
隔震换能工作状态：
如图2所示，三位四通电磁换向阀8处于中截止位置时，与三位四通电磁换向阀8相联的油路不流通。当结构振动带动液压油缸9的活塞10相向对于液压油缸9向右运动时，A腔24容积增大，压力降低，从而使单向阀12打开，单项阀14关闭，液压油从液压箱16被吸入到A腔；与此同时，B腔的容积减小，压力增大，单向阀15打开，单向阀13关闭，液压油从B腔25被压入到气囊式液压蓄能器6中，从而实现了结构振动的动能转换为液压能。液压油的流向是液压箱16吸入A腔24，再由B腔25压入到液压蓄能器6中。同理，当结构振动带动液压油缸9的活塞10相对于液压油缸9向左运动时，B腔25的容积增大，压力降低，从而使单向阀13打开，单向阀15关闭，液压油从液压箱17被吸入到B腔25；与此同时，A腔24的容积减小，压力增大，单向阀14打开，单向阀12关闭，液压油从A腔24被压入到气囊式液压蓄能器6中。由上述可见，该装置可以将结构振动的动能转换为液压能并贮存起来。溢流阀7是保证气囊式液压蓄能器6安全作用的。
实施例3
主动控制工作状态：
根据结构响应信息和振动控制的需要，换能控制装置还可以起控制作用，即利用贮存在蓄能器6中的高压油作为能源，通过三通四位电磁换向阀8的控制由液压油缸9对结构施加作用力。结构响应信息通过结构响应信息传感器4传递至计算机5，计算机5控制三通四位电磁换向阀8的运作。
需要液压油缸9的活塞10施加向右的作用力时，三通四位电磁换向阀8可以将气囊式液压蓄能器6与A腔24相联，此时A腔24油压很高，同时将B腔25与液压箱18相联，该腔油压接近于零，因此在活塞10的两侧产生了压力差，形成了控制力。此时四个单项阀12～15都处于关闭状态，液压油的流向是从气囊式液压蓄能器6经由三通四位电磁换向阀8进入A腔24，同时，B腔25的液压油经由三通四位电磁换向阀8流回液压箱18。

Claims (4)

1. 一种隔震换能控制装置，由隔震层及换能器组成，隔震层包括上底板(2)、下底板(3)，换能器包括换能装置、能量传递装置及蓄能装置，换能装置位于隔震层上底板(2)与下底板(3)之间，所述的换能装置、蓄能装置通过能量传递装置连接，所述能量传递装置是液压管路，蓄能装置是液压蓄能器(6)，换能装置是内设有活塞(10)的液压缸(9)，所述液压缸(9)被活塞(10)分隔为A缸(24)与B缸(25)，A缸(24)连接有单向阀(12)、(14)，单向阀(12)与液压箱(16)相连，单向阀(14)与液压蓄能器(6)相连，B缸连接有单向阀(13)、(15)，单向阀(13)与液压箱(17)相连、单向阀(15)与液压蓄能器(6)相连，其特征在于液压缸(9)A缸(24)和B缸(25)还分别与三位四通换向阀(8)的2个阀门(20)、(22)连接，阀门(21)与液压蓄能器(6)连接，阀门(23)与液压箱(18)连接。
2. 根据权利要求1所述的隔震换能控制装置，其特征在于所述液压蓄能器(6)与溢流阀(7)连接，溢流阀(7)与液压箱(19)连接。
3. 根据权利要求1所述的隔震换能控制装置，其特征在于所述活塞(10)连接有活塞杆(11)，活塞杆(11)与上底板(2)连接。
4. 根据权利要求1所述的隔震换能控制装置，其特征在于所述换能器里充有液体，所述液体是油。
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