CN103952969A - 智能速度锁定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种智能速度锁定装置，包括一双出杆活塞缸，活塞与缸体之间设有密封装置，由活塞将缸体分隔为密封的左腔室和右腔室；缸体一端的活塞杆固定连接有第一耳板，与第一耳板相对的缸体另一端设有第二耳板，第二耳板与缸体固定连接；缸体的左、右腔室内充满液体介质；左、右腔室分别通过对应出油口与一智能控制单元连接；该智能速度锁定装置，用于桥梁、建筑工程抵御地震、大风引起冲击荷载，具有精准控制锁定速度、根据环境温度智能调整缸筒内压、根据荷载大小智能调整锁定状态；能很好地适应桥梁、建筑在受温度变化等因素影响下的缓慢运动，并在地震、大风引起冲击荷载时提供限位和传递荷载作用；从而有效解决现有锁定装置中存在的不足。
Description
技术领域
本发明属于桥梁、建筑工程减隔震技术领域，是关于一种用于桥梁、建筑工程抵御地震、大风引起冲击荷载的速度锁定装置，尤其涉及一种智能速度锁定装置。
背景技术
地震对桥梁和建筑结构造成的危害巨大，采用怎样的方式对桥梁和建筑结构进行减、隔震处理将直接影响地震灾害中桥梁和建筑结构的寿命。我国境内分布着多条地震带，有大量地区地震动峰值加速度达到0.25g以上，即抗震设防烈度为8度，有的甚至达到0.40g，即抗震设防烈度9度，因此抗震性是桥梁和建筑结构设计时需要考虑的重要因素。当地震动峰值加速度≤0.2g时，抗震设计多采用加强部件自身的强度和刚度来实现，当地震动峰值加速度＞0.2g时，此时仅仅依靠结构自身强度和刚度的增加很难达到理想的抗震效果，而采用合理的减、隔震措施可以提高桥梁和建筑结构的性价比，有效降低工程造价，同时改善结构的地震响应。
近年来，随着减隔震技术的进步和减隔震设计规范的完善，越来越多的桥梁、建筑工程采用减隔震设计，配套的减隔震产品也发展迅速，其中速度锁定装置是较常用的减隔震产品之一。
现有速度锁定装置通常由缸体、活塞、活塞杆、阻尼介质、端盖、耳板（环）等部件组成，阻尼介质充满活塞前后的腔体，活塞杆连带活塞可在缸体的内腔滑动，阻尼介质在活塞滑动过程中，由一个腔体通过活塞与缸体间的缝隙流动到另一个腔体。当活塞的滑动速度较快，阻尼介质因自身的粘度来不及通过缝隙时，结构锁死，成为荷载传递装置。
速度锁定装置（Lock-up Device）是一种速度依赖型装置，其通常设置在有相对位移的结构之间，如桥梁的梁体与桥墩之间，建筑结构的上层结构与基础之间。当其连接的两个结构出现缓慢相对位移时，速度锁定装置可通过自身的伸缩适应所述的位移，且产生较小的伸缩阻力，相当于一个可伸缩的弹簧；当其连接的两个结构的相对位移速度达到其锁定速度时，速度锁定装置锁死，自身部件间无相对滑动，完全变成刚性连杆，实现相邻结构力的传递。
速度锁定装置（速度锁定器）通常设置在桥梁的梁端，通过锚碇板与梁体和桥墩连接；设置速度锁定器的桥墩通常是活动墩，即梁体与桥墩间可产生相对滑动，梁体与桥墩间不能滑动的桥墩为固定墩，桥上的水平荷载（非地震时如：车辆摩擦力、制动力、牵引力等，地震时为地震力）由固定墩传至地面基础，因此固定墩通常比活动墩尺寸大、造价高。正常工作状态引起梁端滑动的原因有：环境温度高低变化时梁体有长度方向的变化，车辆荷载也会引起梁体发生变形从而产生梁端位移。梁端滑动的速度非常缓慢，梁端的正常滑动在非地震动时应保证顺畅，否则会引起梁体的内力。但地震时，地震荷载也会引起梁与墩之间的相对滑动，该运动的速度极快，当设置速度锁定器的梁端产生的滑动速度达到锁定器的锁定速度时，梁与墩被锁死，无相对位移，此时活动墩也变成了固定墩，与原来的固定墩共同承受地震荷载。因此设置速度锁定器后，活动墩可当成固定墩使用，原来的固定墩即可优化设计，减小尺寸，从而降低工程造价。
目前，工程上应用的速度锁定器是由活塞与缸筒之间的间隙控制锁定速度和锁定力，该结构存在以下问题：一）锁定速度依赖于活塞与缸筒之间的间隙，而此间隙在加工制造上实现非常困难，往往会造成同一型号同一批次产品的锁定速度都不一致，因此发挥锁定功能的工况也不一致，影响一座桥或一整栋建筑中的速度锁定器同时发挥作用；二）填充的阻尼介质为硅胶或黏度很大的流体，该类介质温度相关性大，特别在低温（零下20℃）情况下，阻尼介质硬度大幅增加，难以流动，使正常滑动时阻力增加，引起梁体和墩台的附加力增大，对结构产生不利的影响；三）产品处于高温或低温时，阻尼介质的热胀冷缩会对缸体产生附加应力，附加应力会大幅降低缸筒抵御地震的能力；四）该种锁定装置的锁定力与锁定速度成函数关系，当地震产生的相对位移速度超过锁定速度达到某个数值时，锁定装置产生的锁定力（即：其传递的荷载）将超过其结构自身所能承受的荷载，引起锁定装置结构的局部损坏或锁定装置整体破坏，从而丧失传递荷载的作用，即抗震措施失效。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种智能速度锁定装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能速度锁定装置，以精准控制锁定速度。
本发明的另一目的在于提供一种智能速度锁定装置，识别荷载并产生过载保护，通过恒压器调节缸筒内的油压，消除温度变化引起的缸筒附加应力。
本发明的又一目的在于提供一种智能速度锁定装置，根据环境温度智能调整缸筒内压、根据荷载大小智能调整锁定状态，更好地适应桥梁、建筑在受温度变化等因素影响下的缓慢运动，并在地震、大风引起冲击荷载时提供限位和传递荷载作用。
本发明的目的是这样实现的，一种智能速度锁定装置，包括一双出杆活塞缸，活塞与缸体之间设有密封装置，由活塞将缸体分隔为密封的左腔室和右腔室；缸体一端的活塞杆固定连接有第一耳板，与第一耳板相对的缸体另一端设有第二耳板，所述第二耳板与缸体固定连接；所述缸体的左、右腔室内充满液体介质；左、右腔室分别通过对应出油口与一智能控制单元连接；所述智能控制单元包括两条同方向并联设置且分别设有两个导通方向相同的单向阀的第一管路和第二管路，设有一流量阀的第三管路与第一管路和第二管路并联设置；所述流量阀中设有限流孔，所述流量阀一侧并联有一溢流阀；所述第一管路中顺序设有第一和第二单向阀，第二管路中顺序设有第三和第四单向阀，在所述第一单向阀与第二单向阀之间通过一第五管路连接至缸体左腔室的出油口；在所述第三单向阀与第四单向阀之间通过一第六管路连接至缸体右腔室的出油口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述流量阀中设有调节限流孔流量的控制按钮。
在本发明的一较佳实施方式中，在所述第三管路一端通过一第四管路连接一恒压器。
在本发明的一较佳实施方式中，所述恒压器包括一密封腔体，该密封腔体内设有一弹性气囊，该弹性气囊内充满额定压力的气体；所述密封腔体由第四管路连通于智能控制单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述智能控制单元和恒压器固定于缸体外壁。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第五管路通过一第五单向阀连接有第一快接接头，所述第五单向阀由第一快接接头向第五管路单向导通；所述第六管路通过一第六单向阀连接有第二快接接头，所述第六单向阀由第二快接接头向第六管路单向导通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一耳板和第二耳板上分别设有球铰轴承，球铰轴承中设有销轴。
在本发明的一较佳实施方式中，所述液体介质为硅油或液压油。
由上所述，本发明的智能速度锁定装置，可用于桥梁、建筑工程抵御地震、大风引起冲击荷载，其具有精准控制锁定速度、根据环境温度智能调整缸筒内压、根据荷载大小智能调整锁定状态；能很好地适应桥梁、建筑在受温度变化等因素影响下的缓慢运动，并在地震、大风引起冲击荷载时提供限位和传递荷载作用；从而有效解决现有锁定装置中存在的不足。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明智能速度锁定装置的结构示意图。
图2：为本发明智能速度锁定装置的剖视结构示意图。
图3：为本发明中智能控制单元的结构原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明提出一种智能速度锁定装置100，所述智能速度锁定装置100包括一双出杆活塞缸1，活塞11与缸体13之间设有密封装置，由活塞11将缸体13分隔为密封的左腔室131和右腔室132；缸体一端的活塞杆12固定连接有第一耳板21，与第一耳板21相对的缸体13另一端设有第二耳板22，所述第二耳板22与缸体13固定连接；所述缸体的左、右腔室131、132内充满液体介质，在本实施方式中，所述液体介质为低黏度硅油或液压油；左、右腔室131、132分别通过对应出油口1311、1321与一智能控制单元3连接；如图3所示，所述智能控制单元3包括两条同方向并联设置且分别设有两个导通方向相同的单向阀的第一管路31和第二管路32，设有一流量阀331的第三管路33与第一管路31和第二管路32并联设置；所述流量阀331中设有限流孔（图中未示出），所述流量阀331一侧并联有一溢流阀332；所述第一管路31中顺序设有第一单向阀311和第二单向阀312，第二管路32中顺序设有第三单向阀321和第四单向阀322，在所述第一单向阀311与第二单向阀312之间通过一第五管路35连接至缸体左腔室131的出油口1311；在所述第三单向阀321与第四单向阀322之间通过一第六管路36连接至缸体右腔室132的出油口1321。所述流量阀331中设有调节限流孔流量的控制按钮（图中未示出），可调节限流孔直径的初始值，从而调节控制流量的大小，该控制流量与锁定速度相关；当设计锁定速度发生变化时，该调节按钮可调节流量以适应该变化。
由上所述，本发明的智能速度锁定装置，可以实现精准控制锁定速度；在本实施方式中，由流量阀331通过阀内的限流孔控制单位时间内通过阀体的液体总量，该总量为流动速度、限流孔孔径的乘积，因此当流动速度升高时，限流孔孔径缩小，当液体流动速度达到控制速度时，限流孔关闭，装置锁定并产生锁定力。液体的流动速度由活塞11的运动速度决定，当设定活塞11速度V0为装置锁定速度时，对应的液体流动速V1为流量阀331的控制速度。
当速度锁定装置正常工作时，左腔室131里的液体介质由出油口1311通过第一单向阀311流向流量阀331，流量阀331控制总流量：当介质流动速度V小于控制速度V1时，液体通过流量阀331，经第四单向阀322由出油口1321进入右腔室132，装置产生相应的阻力和活塞的滑移，此刻装置相当于一个弹簧；当介质流动速度V等于控制速度V1时，液体瞬间无法通过流量阀331，即装置锁定，产生相应的锁定力，活塞无滑移，此时装置相当于刚性连接；当介质流动速度V大于控制速度V1时，溢流阀332打开，仅允许部分液体通过溢流阀332（该溢流阀为先导式，可自检油压，即锁定速度大于控制速度时，溢流阀开启，允许部分液体通过），该部分液体通过第四单向阀322及出油口1321进入右腔室132，装置产生与锁定力相同的阻力的同时，活塞有小量的滑移，此时装置相当于塑性连接。
反向时相同：右腔室132里的液体介质由出油口1321通过第三单向阀321流向流量阀331，流量阀331控制总流量：当介质流动速度V小于控制速度V1时，液体正常通过流量阀331，并产生相应的阻力，经第二单向阀312由出油口1311进入左腔室131；当介质流动速度V等于控制速度V1时，液体瞬间无法通过流量阀331，即装置锁定，产生相应的锁定力；当介质流动速度V大于控制速度V1时，溢流阀332打开，仅允许部分液体通过溢流阀332，该部分液体通过第二单向阀312及出油口1311进入左腔室131，装置产生锁定力，活塞有少量滑移。
进一步，如图1、图2和图3所示，在本实施方式中，在所述第三管路33一端通过一第四管路34连接一恒压器（或称为蓄能器）4，恒压器4端部为设有单向阀的快接接头41；所述恒压器4包括一密封腔体，该密封腔体内设有一弹性气囊，该弹性气囊内充满额定压力的气体；所述密封腔体由第四管路34连通于智能控制单元3。恒压器的工作原理为：当温度升高时，左、右腔室内的介质体积增大，压力增加，此时左腔室131的液体通过出油口1311和第一单向阀311及流量阀331经第四管路34流入恒压器4，右腔室132的液体通过出油口1321和第三单向阀321及流量阀331经第四管路34流入恒压器4的腔体，使左、右腔室内的压力保持稳定；当温度降低时，左右腔室内的介质体积缩小，产生真空压力，此时恒压器4内的液体介质通过第四管路34和第二单向阀312及出油口1311进入左腔室131，同时通过第四管路34和第四单向阀322及出油口1321进入右腔室132，使左右腔室内的压力保持稳定。
如图2所示，在本实施方式中，所述智能控制单元3和恒压器4通过螺栓固定于缸体13的外壁。所述缸体13是由一缸筒及其两端的密封端盖构成的，所述出油口1311、1321分别设置在两个密封端盖上。所述第一耳板21和第二耳板22上分别设有球铰轴承5，可使速度锁定装置在一定的偏转角下仍正常工作；球铰轴承5中设有销轴51。
在本实施方式中，在缸筒左侧端盖外侧的活塞杆上设有防护罩6,该防护罩6可以防止杂质进入缸筒13内。
在本实施方式中，所述第五管路35通过一第五单向阀351连接有第一快接接头352，所述第五单向阀351由第一快接接头352向第五管路35单向导通；所述第六管路36通过一第六单向阀361连接有第二快接接头362，所述第六单向阀361由第二快接接头362向第六管路36单向导通。第一快接接头352和第二快接接头362用于连接外部油路；由第一快接接头352和第二快接接头362分别向左右腔体内灌注液体介质，同时快捷接头可连接压力表测量腔体内液体压力，实现压力的实时监控。
由上所述，本发明的智能速度锁定装置，可用于桥梁、建筑工程抵御地震、大风引起冲击荷载，其具有精准控制锁定速度、根据环境温度智能调整缸筒内压、根据荷载大小智能调整锁定状态；能很好地适应桥梁、建筑在受温度变化等因素影响下的缓慢运动，并在地震、大风引起冲击荷载时提供限位和传递荷载作用；从而有效解决现有锁定装置中存在的不足。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种智能速度锁定装置，包括一双出杆活塞缸，活塞与缸体之间设有密封装置，由活塞将缸体分隔为密封的左腔室和右腔室；缸体一端的活塞杆固定连接有第一耳板，与第一耳板相对的缸体另一端设有第二耳板，所述第二耳板与缸体固定连接；其特征在于：所述缸体的左、右腔室内充满液体介质；左、右腔室分别通过对应出油口与一智能控制单元连接；所述智能控制单元包括两条同方向并联设置且分别设有两个导通方向相同的单向阀的第一管路和第二管路，设有一流量阀的第三管路与第一管路和第二管路并联设置；所述流量阀中设有限流孔，所述流量阀一侧并联有一溢流阀；所述第一管路中顺序设有第一和第二单向阀，第二管路中顺序设有第三和第四单向阀，在所述第一单向阀与第二单向阀之间通过一第五管路连接至缸体左腔室的出油口；在所述第三单向阀与第四单向阀之间通过一第六管路连接至缸体右腔室的出油口。
2.如权利要求1所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述流量阀中设有调节限流孔流量的控制按钮。
3.如权利要求1所述的智能速度锁定装置，其特征在于：在所述第三管路一端通过一第四管路连接一恒压器。
4.如权利要求3所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述恒压器包括一密封腔体，该密封腔体内设有一弹性气囊，该弹性气囊内充满额定压力的气体；所述密封腔体由第四管路连通于智能控制单元。
5.如权利要求3所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述智能控制单元和恒压器固定于缸体外壁。
6.如权利要求1所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述第五管路通过一第五单向阀连接有第一快接接头，所述第五单向阀由第一快接接头向第五管路单向导通；所述第六管路通过一第六单向阀连接有第二快接接头，所述第六单向阀由第二快接接头向第六管路单向导通。
7.如权利要求1所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述第一耳板和第二耳板上分别设有球铰轴承，球铰轴承中设有销轴。
8.如权利要求1所述的智能速度锁定装置，其特征在于：所述液体介质为硅油或液压油。
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