CN108071740B - 一种荷载缓和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荷载缓和装置，属于荷载缓和体系技术领域。本发明包括支架体系，支架体系包括固定板和在固定板上平行设置的两个三爪型支架，爪臂节点处有安装孔；滑轮体系包括安装在安装孔内的转轴，转轴两端和中间分别设有滑轮和摆杆；弹簧体系包括固定在两支架之间的环形筒，环形筒内有固定设置的弹簧固定板、可转动的弹簧活动板、受拉弹簧和受压弹簧与弹簧固定板和弹簧活动板相连，摆杆通过环形筒内环面上的开口凹槽与弹簧活动板连接并在开口凹槽内摆动；拉索体系包括分别连接在拉索转换片上的主动拉索和两根平行设置的缓冲拉索，缓冲拉索的另一端与滑轮相连。本发明安全性高、适应性广、缓和范围大，能在工程结构中起到更好的调节作用。

Description

一种荷载缓和装置

技术领域

本发明属于荷载缓和体系的技术领域，具体涉及一种用于工程结构上的荷载缓和装置，同时也适用于电气工程技术领域中接触网补偿装置。

背景技术

荷载缓和体系的设计思想是在工程结构中加入一种可动装置，当荷载发生变化时，该可动装置能够自动地发生适应性运动，从而调整结构形态，将结构的内能转换为外能，以适应荷载的变化，达到自我保护的目的。目前荷载缓和装置主要有四类：分别为滑轮类、弹簧类、杆-簧类、轮-簧类，现有以上四类荷载缓和装置虽然各有优势，但是在实际应用过程中暴露出了诸多缺点。

第一类滑轮类荷载缓和装置，使用重物重力作为缓和力，虽然重物重力稳定、缓和范围大，但是重物受风荷载及振动作用影响，稳定性变差，通常情况下滑轮类荷载缓和装置使用重物保护装置约束重物的活动方向，但是如此一来将新增加多处组件，不但成本增加，间接加重施工任务。

第二类弹簧类荷载缓和装置，此类荷载缓和装置是将弹簧引入缓和体系的初始阶段，直接将弹簧弹力与弹簧形变转换为拉索拉力及拉索形变，该类荷载缓和装置结构简洁、安装便利，多应用于地铁干线中，但是该装置缓和范围小，且传力效率低等缺点。

第三类杆簧类荷载缓和装置，利用摆杆与弹簧的巧妙连接方式，构造出美观、轻巧的荷载缓和装置，此类装置节点多，易损坏且传力效率低。

第四类轮簧类荷载缓和装置，由滑轮类荷载缓和装置与弹簧类荷载缓和装置结合而成，吸收两类荷载缓和装置的优点，构造出安全、传力效率高的荷载缓和装置，但是该类荷载缓和装置造价高、缓和范围小、适用性低的缺点。

综合以上几类现有的荷载缓和装置来看仍存在不足之处。

发明内容

本发明目的在于提供一种荷载缓和装置，由滑轮、杆、弹簧三者共同配合作用，结构简单、安全性高、适应性广、传动比高、缓和范围大，能够在工程结构中起到更好的调节作用。

本发明采用如下技术方案：一种荷载缓和装置，其特征在于，包括支架体系、滑轮体系、弹簧体系和拉索体系：

支架体系，包括固定板，在所述固定板上平行设置的两个三爪型支架，所述三爪型支架的相邻爪臂之间设置有间隙，三个所述爪臂端部汇聚的节点处设置有安装孔；

滑轮体系，包括转轴，转轴的两端分别支撑在两个三爪型支架的安装孔内，在三爪型支架的外侧、转轴的两端上分别设置有半径相同的滑轮，两滑轮之间的间距大于两三爪型支架之间的间距，转轴的中间位置固定连接有摆杆；

弹簧体系，包括位于两个三爪型支架之间且与三爪型支架固定连接的环形筒，环形筒具有内环面和外环面，所述内环面上具有开口凹槽，环形筒内设置有弹簧固定板、弹簧活动板、受拉弹簧和受压弹簧，弹簧固定板固定在环形筒内，弹簧活动板可在环形筒内转动，所述弹簧固定板的两侧分别连接有受拉弹簧和受压弹簧，所述受拉弹簧和受压弹簧的另一端分别连接在弹簧活动板的两侧上，所述摆杆的端部通过开口凹槽伸入环形筒内与弹簧活动板连接，所述摆杆可在开口凹槽内摆动；

拉索体系，包括主动拉索，拉索转换片和缓冲拉索，所述主动拉索的一端与工程结构连接，另一端连接在拉索转换片上，缓冲拉索为两根且平行设置，两根缓冲拉索的一端分别连接在拉索转换片上，另一端分别与两个滑轮相连。

所述外环面上设置有均匀间隔的孔洞。

所述受拉弹簧与受压弹簧弹性系数相同。

弹簧固定板沿环形筒的径向方向设置，弹簧固定板为直径略小于环形筒筒厚的圆板。

所述拉索转换片上具有第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述主动拉索连接在第一连接端上，两根缓冲拉索分别连接在第二连接端和第三连接端上，所述第一连接端设置在第二连接端和第三连接端连线的中线方向上。

两根缓冲拉索在与第二连接端和第三连接端连接处的间隔距离和在两个实心滑轮上连接处的间隔距离相同。

两个三爪型支架之间的距离略大于环形筒的筒厚。

所述三爪型支架与所述固定板固定连接。

所述转轴、滑轮、摆杆一体成型。

本发明的有益效果如下：本发明荷载缓和装置由支架体系、滑轮体系、弹簧体系、拉索体系配合作用，结构简单、安全性高、适应性广、传动比高、缓和范围大，能够在工程结构中起到更好的调节作用。所述三爪型支架的相邻爪臂之间设置有间隙，有利于降低水平风荷载对荷载缓和装置的影响；所述滑轮体系通过滑轮和摆杆将拉索体系传来的外部拉力转移成弹簧体系的弹力；受拉弹簧和受压弹簧是完成本荷载缓和装置对外力进行缓冲的主要载体；通过拉索转换片将主动拉索转换为两根缓冲拉索，缓冲拉索与滑轮相连，主动拉索受力时，缓冲拉索带动滑轮转动，从而带动摆杆摆动，既而使弹簧活动板拉动受拉弹簧和受压弹簧。

外环面上设置有均匀间隔的孔洞，通过孔洞能够排出环形筒41内的雨水等杂物，且通过其中的一个孔洞可以安装弹簧固定板。受拉弹簧与受压弹簧弹性系数相同，保证受拉弹簧与受压弹簧受力的均匀性，使受拉弹簧与受压弹簧的伸缩量相匹配，保证摆杆转动的平稳性。弹簧固定板沿环形筒的径向方向设置，弹簧固定板为直径略小于环形筒筒厚的圆板，保证将弹簧固定板安装在环形筒内，并使弹簧固定板的两侧分别连接受压弹簧和受压弹簧。

拉索转换片第一连接端设置在第二连接端和第三连接端连线的中线方向上，且两根缓冲拉索平行的设置，保证将主动拉索受到的力均匀的、均等的传递至两根缓冲拉索，使两根缓冲拉索受力相同，保证拉索力、弹簧力等传递的平稳性和均匀性。

两个三爪型支架之间的距离略大于环形筒的筒厚，将环形筒安装在两个三爪型支架之间。三爪型支架与所述固定板固定连接，固定板起到稳定两个三爪型支架的作用，且固定板充当了三爪型支架的底座（底板）。转轴、滑轮、摆杆一体成型，保证滑轮和摆杆在转轴上的安装精度，保证滑轮和摆杆的转动精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的支架体系的结构示意图；

图3是本发明的滑轮体系和拉索体系的结构示意图；

图4是本发明的正视图；

图5是图4的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

如图1所示，本发明荷载缓和装置包括支架体系10、滑轮体系20、拉索体系30和弹簧体系40。

其中，如图2所示，支架体系10包括固定板11，在所述固定板11上平行设置的两个三爪型支架12，每个三爪型支架12均有三个爪臂13，相邻爪臂13之间设置有间隙，三个爪臂13的端部汇聚在一点14，在爪臂13汇聚的节点14处设置有安装孔15。相邻爪臂13之间设置间隙，有利于降低水平风荷载作用。

固定板11与外部不动体（如钢架或钢筋混凝土）焊接连接或者螺栓连接，其作用是承担荷载缓和装置传来的所有荷载。

优选的，两个三爪型支架12分别与所述固定板11固定连接，固定板11起到稳定两个三爪型支架12的作用。

如图1和图3所示，滑轮体系20包括转轴21，转轴21的两端分别支撑在两个三爪型支架12的安装孔15内，转轴21可在安装孔15内转动，在三爪型支架12的外侧、转轴21的两端上分别设置有半径相同的第一滑轮22和第二滑轮23，第一滑轮22和第二滑轮23之间的间距大于两三爪型支架12之间的间距，转轴21的中间位置处固定连接有摆杆24；

第一滑轮22的中间位置具有环形槽，第一滑轮22两端沿中心位置对称。

优选的，所述转轴21、第一滑轮22、第二滑轮23和摆杆24一体成型。

拉索体系30包括主动拉索31，拉索转换片32和第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34，所述主动拉索31的一端与工程结构连接，另一端连接在拉索转换片32上，第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34平行设置，第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34的一端分别连接在拉索转换片32上，另一端分别与两个滑轮相连，具体的，第一缓冲拉索33的另一端与第一滑轮22相连，第二缓冲拉索34的另一端与第二滑轮23相连，更具体的，第一缓冲拉索33的另一端连接在第一滑轮22的中间部上的环形槽上，第二缓冲拉索34的另一端连接在第二滑轮23的中间部上的环形槽上。

优选的，所述拉索转换片32上具有第一连接端35、第二连接端36和第三连接端37，所述主动拉索31连接在第一连接端上35，第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34分别连接在第二连接端36和第三连接端37上，所述第一连接端35设置在第二连接端36和第三连接端37连线的中线方向上，第一连接端35、第二连接端36和第三连接端37的连线构成等腰三角形形状。

第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34平行设置，第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34在分别与第二连接端36和第三连接端37连接处的间隔距离等于第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34分别与第一滑轮22和第二滑轮23上连接处的间隔距离相同。

如图1和图4所示，弹簧体系40包括位于两个三爪型支架12之间且与三爪型支架12固定连接的环形筒41，环形筒41具有内环面42和外环面43，以箭头A的方向为环形筒41的周向，以箭头B的方向为环形筒41的径向，以绕环形筒41的周向一周的长度为环形筒41的周向周长，以内环面42和外环面43之间的距离为环形筒41的筒宽，以绕环形筒41的径向一周的长度为环形筒41的径向周长，以径向上间距最大的两点之间的距离为环形筒41的筒厚。

优选的，两个三爪型支架12之间的距离略大于环形筒41的筒厚。

本实施例中，环形筒41与两个三爪型支架12所对应位置采用焊接方式固定连接，即环形筒41的两侧均与两个三爪型支架12的爪臂13上的对应位置焊接在一起，环形筒41两侧的焊接点均分别有三处，并成三角形布置，保证弹簧体系40中的环形筒41与支架体系10中的两个三爪型支架12刚性连接。

所述内环面42上具有开口凹槽44，环形筒41内设置有弹簧固定板45、弹簧活动板46、受拉弹簧47和受压弹簧48，弹簧固定板45固定在环形筒41内，弹簧活动板46可绕环形筒41的周向运动，所述弹簧固定板45的两侧分别连接有受拉弹簧47和受压弹簧48，所述受拉弹簧47和受压弹簧48的另一端分别连接在弹簧活动板46的两侧上，所述摆杆24的端部通过开口凹槽44伸入环形筒41内且与弹簧活动板46连接，所述摆杆24可在开口凹槽44内摆动，开口凹槽44作为摆杆24的摆动轨道。

优选的，弹簧固定板45沿环形筒41的径向方向（箭头B的方向）设置，弹簧固定板45为直径略小于环形筒41的筒厚的圆板。

弹簧活动板46与弹簧固定板45的结构相似，弹簧活动板46的两侧分别连接受拉弹簧47和受压弹簧48，在摆杆24的带动下，一侧压迫受压弹簧48，另一侧拉动受拉弹簧47，在环形筒41内周向（箭头A的方向）运动。所述受拉弹簧47与受压弹簧48的弹性系数相同。为了保持结构整体的稳定，优选的，环形筒41的圆心与转轴21的轴心重合。

优选的，开口凹槽44的开口尺寸为环形筒41筒厚的一半。

优选的，所述环形筒41的外环面43上设置有均匀间隔的开口孔洞49，如图1所示。开口孔洞49的作用是排出环形筒41内的雨水等杂物，同时一个弹簧固定板45穿过其中一个开口孔洞49固定在环形筒41内。具体的本实施例中，如图5所示，弹簧固定板45的一端伸入开口孔洞49内，另一端设置有螺纹，通过螺母将弹簧固定板45的另一端紧固在环形筒41的外环面43上，从而实现将弹簧固定板45固定在外环面43上。

优选的，本实施例中，开口孔洞49的直径为环形筒41筒厚的一半，每个开口孔洞49间隔的距离约为10cm，但本发明不限于此，开口孔洞49的间隔距离应当具体由环形筒41的周向周长所决定。

弹簧固定板45通过开口孔洞49固定在环形筒41内，当季节变化或使用区域不同时，由于热胀冷缩较大时，可以调整弹簧固定板45与不同的开口孔洞49进行连接，以获得较大的变形，满足不同季节或不同区域对本荷载缓和装置的使用要求。

滑轮体系20的作用是将拉索体系30传来的外部拉力转移至弹簧体系40弹力的媒介，滑轮体系20中，摆杆24的长度为L，第一滑轮22和第二滑轮23的半径为R，则摆杆长度L与滑轮半径R之比决定着装置传力效率。

拉索转换片32的两端，一端为一根主动拉索31，另一端为两根缓冲拉索，第一缓冲拉索33和第二缓冲拉索34分别绕过第一滑轮22和第二滑轮23一周后，与第一滑轮22和第二滑轮23固定连接。

当主动拉索31受力时，本荷载缓和装置中摆杆24随转轴21旋转，像指针一样指向环形筒41的不同位置，如图4所示，环形筒41的外周上显示有不同的刻度值，刻度值经过公式换算后，可以得出拉索拉力的实时状态下的大小。如当主动拉索31并未受力时，本荷载缓和装置中摆杆24指向环形筒41位置是刻度值3附近，经公式换算后，主动拉索31受到的外力是0 KN。

本发明的有益效果如下：

（1）传动比高：传统荷载缓和装置传动比在1:1～1:4之间，而本发明荷载缓和装置中的滑轮体系，根据弯矩守恒定律，实心滑轮半径R与滑轮外伸刚性杆长L之比等于主动拉索拉力T与弹簧弹力F之比，传动效率可达1:10，即弹簧弹力仅是主动拉索拉力的十分之一，具有传动比高的优点；

（2）结构简洁：本发明荷载缓和装置结构由支架体系、滑轮体系、弹簧体系以及拉索体系等四部分组成，协调作用，简洁、美观，与传统荷载缓和装置相比，弹簧代替重物去除多余构件；

（3）安全性高：本荷载缓和装置使用弹簧代替重物，去除重物受水平作用的摆动对装置的影响，装置中环形筒侧向通风性良好，风荷载对结构本身的水平作用大大降低，环形筒与三爪型支架的连接方式为固定方式，环形筒的两侧分别与三爪型支架的三个爪臂固定连接（如焊接），使焊接点的连线构成三角形形状，使本荷载缓和装置整体刚度增大，结构稳定性加强，安全性高。

（4）适用性高：现有滑轮-重物类荷载缓和装置结构笨重，不论是运输还是施工都不便利；而现有弹簧类荷载缓和装置需要使用高性能的大型弹簧，型号大，价格昂贵；本发明对弹簧性能要求较低，因此本发明荷载缓和装置不仅结构简洁美观，而且传动效率高，去除大量多余装置，直接节省大量材料，降低成本；同时环形筒外表面标有刻度值，当不同拉索拉力作用时，弹簧压缩量不同，摆杆的一端带动弹簧活动板，并一起绕转轴旋转，且摆杆的端部指向环形筒表面的不同的刻度值，刻度值经过公式换算后，能得出拉索拉力的实时状态下的大小，因此本发明经济高效，适用性高。

（5）缓和范围大：本发明荷载缓和装置中，弹簧活动板的初始状态是两侧受拉弹簧及受压弹簧均不受力，理想状态下，当受拉弹簧拉至最大量程时，受压弹簧刚好压缩至受压极限，此时弹簧活动板刚好在环形筒内移动周向周长的一半，而缓冲拉索在实心滑轮上的伸缩量也是实心滑轮周长的一半，若实心滑轮半径为5cm，周长为31.4cm，则缓冲范围在0到15.7cm之间，增大实心滑轮半径大小，可以继续增大装置缓冲范围的上限值；当季节变化造成拉索伸缩量过大时，可调节环形筒内弹簧固定板与环形筒开口孔洞的相对位置，若每个开口孔洞的距离约为10cm，若环形筒内弹簧固定板的初始固定位置是环形筒最右侧的开口孔洞，那么本发明荷载缓和装置的缓和范围将在原来的基础上可大幅度增加N*10cm(N取值为原始开口孔洞位置向上或者向下调节多少个开口孔洞，一般不超过5个)。因此本发明的荷载缓和装置具有可缓和范围大的优势。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种荷载缓和装置，其特征在于，包括支架体系、滑轮体系、弹簧体系和拉索体系：

支架体系，包括固定板，在所述固定板上平行设置的两个三爪型支架，所述三爪型支架的相邻爪臂之间设置有间隙，三个所述爪臂端部汇聚的节点处设置有安装孔；

滑轮体系，包括转轴，转轴的两端分别支撑在两个三爪型支架的安装孔内，在三爪型支架的外侧、转轴的两端上分别设置有半径相同的滑轮，两滑轮之间的间距大于两三爪型支架之间的间距，转轴的中间位置固定连接有摆杆；

弹簧体系，包括位于两个三爪型支架之间且与三爪型支架固定连接的环形筒，环形筒具有内环面和外环面，所述内环面上具有开口凹槽，环形筒内设置有弹簧固定板、弹簧活动板、受拉弹簧和受压弹簧，弹簧固定板固定在环形筒内，弹簧活动板可在环形筒内转动，所述弹簧固定板的两侧分别连接有受拉弹簧和受压弹簧，所述受拉弹簧和受压弹簧的另一端分别连接在弹簧活动板的两侧上，所述摆杆的端部通过开口凹槽伸入环形筒内与弹簧活动板连接，所述摆杆可在开口凹槽内摆动；

拉索体系，包括主动拉索，拉索转换片和缓冲拉索，所述主动拉索的一端与工程结构连接，另一端连接在拉索转换片上，缓冲拉索为两根且平行设置，两根缓冲拉索的一端分别连接在拉索转换片上，另一端分别与两个滑轮相连。

2.根据权利要求1所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，所述外环面上设置有均匀间隔的孔洞。

3.根据权利要求2所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，所述受拉弹簧与受压弹簧弹性系数相同。

4.根据权利要求3所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，弹簧固定板沿环形筒的径向方向设置，弹簧固定板为直径略小于环形筒筒厚的圆板。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，所述拉索转换片上具有第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述主动拉索连接在第一连接端上，两根缓冲拉索分别连接在第二连接端和第三连接端上，所述第一连接端设置在第二连接端和第三连接端连线的中线方向上。

6.根据权利要求5所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，两根缓冲拉索在与第二连接端和第三连接端连接处的间隔距离和在两个实心滑轮上连接处的间隔距离相同。

7.根据权利要求6所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，两个三爪型支架之间的距离略大于环形筒的筒厚。

8.根据权利要求7所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，所述三爪型支架与所述固定板固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种荷载缓和装置，其特征在于，所述转轴、滑轮、摆杆一体成型。