CN110241716B - 一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，包括保护外壳，动态液压缸，设置于保护外壳内，其包括缸筒和活塞，缸筒与下壳体连接，活塞与保护外壳的上壳体连接；电液伺服阀，其设置在保护外壳内，电液伺服阀的进油端和回油端与液压源连通，控制油端与所述动态液压缸连通；位移传感器，其固定设置在动态液压缸的缸筒上，位移传感器的顶杆与保护外壳的上壳体顶部固定连接；加速度传感器，其设置在上壳体上；位移传感器和加速度传感器用于检测钢桁梁的振动数据，并将检测信号传递给控制器，电液伺服阀的控制端与控制器连接，控制器通过电液伺服阀控制动态液压缸动作，动态液压缸以主动激振方式达到对桥梁结构整体减振的作用。

Description

一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座

技术领域

本发明涉及桥梁减震支座，具体涉及一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座。

背景技术

在应急抢修钢桁梁作为抢修桥梁结构的使用过程中，由于其自身刚度限制，当其受到列车荷载作用时，将发生较大变形和振动，该振动与列车之间相互作用，从而限制了列车的运行平稳程度以及行车速度。当应急抢修钢桁梁受到车辆动力荷载作用时，结构将产生相应振动响应，进而影响结构的使用状态和车辆的运行平稳性，现有应急抢修钢桁梁结构振动控制装置多采用被动或半主动控制方法，对振动的减弱效果有限。

目前应急抢修钢桁梁结构设计及使用中均尚未有能够有效减弱其振动响应的支撑装置，限制了钢桁梁的适用范围、列车运行速度，对车辆的安全稳定运行造成了较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，能够对应急抢修钢桁梁振动状态进行调节，通过主动控制调节，减弱钢桁梁结构在车辆动力载荷作用下的振动响应。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其关键技术在于，其包括：

保护外壳，所述保护外壳包括分体的上壳体和下壳体，所述上壳体用于与钢桁梁连接，所述下壳体用于与桥墩连接；

动态液压缸，设置于所述保护外壳内，其包括缸筒和活塞，所述缸筒与所述下壳体连接，所述活塞与所述上壳体连接；

电液伺服阀，其设置在所述保护外壳内，电液伺服阀进油端和回油端与液压源连通，控制油端与所述动态液压缸连通；

位移传感器，其固定设置在动态液压缸的缸筒上，位移传感器的顶杆与所述上壳体顶部固定连接；

加速度传感器，其设置在所述上壳体上；

所述位移传感器和加速度传感器用于检测钢桁梁的振动数据，并将检测信号传递给控制器，所述电液伺服阀的控制端与控制器连接，控制器通过电液伺服阀控制动态液压缸动作，动态液压缸以主动激振方式达到对桥梁结构整体减振的作用。

作为本发明的进一步改进，所述电液伺服阀包括阀套和阀芯，所述阀芯置于所述阀套内，所述电液伺服阀和所述动态液压缸之间通过阀块连通；

所述阀套一侧由上至下均匀间隔设置有第一通流孔和第二通流孔，另一侧由上至下均匀间隔设置有第三通流孔、第四通流孔和第五通流孔，所述第三通流孔和第五通流孔通过一高压进油管与液压源的出油口连通，所述第四通流孔通过一低压回油管与液压源的回油口连通；

所述阀块的一侧设置有第一阀孔和第二阀孔，另一侧设置有第三阀孔和第四阀孔，阀块的内部由隔板分割为上下两个腔，第一阀孔和第三阀孔通过上部的腔室相通，第二阀孔和第四阀孔通过下部的腔室相通；所述第三阀孔与所述第一通流孔连通，所述第四阀孔与所述第二通流孔连通。

作为本发明的进一步改进，所述活塞将缸筒的内腔分为上液压腔和下液压腔，所述上液压腔通过上通流孔与第一阀孔相通，所述下液压腔通过下通流孔与第二阀孔相通。

作为本发明的进一步改进，所述活塞顶部和缸筒底部均固定设置有连接座，所述上壳体和下壳体内侧均固定设置有两个连接板，所述连接座置于对应的两个连接板之间，连接座和连接板通过销轴连接。

作为本发明的进一步改进，所述上壳体包括筒状的上保护壳和固定设置在上保护壳顶部的上板，所述上板用于与钢桁梁连接，所述下壳体包括筒状的下保护壳和固定设置在下保护壳底部的下板，所述下板用于与桥墩连接；所述上保护壳和下保护壳相互套接。

作为本发明的进一步改进，所述上板和上保护壳之间设置有多个筋板；所述下板和下保护壳之间设置有多个筋板。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明所提供的减震支座，能够对应急抢修钢桁梁振动状态进行调节，通过主动控制调节，减弱钢桁梁结构在车辆动力载荷作用下的振动响应，从而实现提高车辆通行速度和安全性的目的。本发明是利用电液伺服阀控制液压缸的主动激振装置，根据位移传感器和多个测点处加速度传感器实时检测的反馈信号给控制器，控制器通过电液伺服阀控制动态液压缸动作，实时补偿控制支座的位移，以减小荷载引起的梁部结构位移变化和振动加速度，从而有效提高车辆运行平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明减震支座的安装结构示意图。

图2是本发明减震支座的的主视结构示意图。

图3是本发明减震支座的左视结构示意图。

图4是本发明减震支座的内部结构示意图。

图5是减震支座保护外壳的A-A剖视结构示意图。

图6是减震支座保护外壳的B-B剖视结构示意图。

图7是动态液压缸的剖视结构示意图。

图8是动态液压缸另一方向的剖视结构示意图。

图9是电液伺服阀的剖视结构示意图。

图10是阀块的剖视结构示意图。

其中：1保护外壳、1-1上板、1-2下板、1-3上保护壳、1-4下保护壳、1-5筋板、1-6连接板、1-7轴孔、2动态液压缸、2-1缸筒、2-1-1上通流孔、2-1-2下通流孔、2-2活塞、2-3连接座、2-4销轴、2-5上液压腔、2-6下液压腔、2-7底部液压腔、3电液伺服阀、3-1阀套、3-1-1第一通流孔、3-1-2第二通流孔、3-1-3第三通流孔、3-1-4第四通流孔、3-1-5第五通流孔、3-2阀芯、3-3高压进油管、3-4低压回油管、4阀块、4-1第一阀孔、4-2第二阀孔、4-3第三阀孔、4-4第四阀孔、5位移传感器、6加速度传感器、7液压源、8控制器；101钢桁梁、102桥墩、103驳船。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

需要理解的是，术语“中心”、“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

如图1-10所示，一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于，其包括保护外壳1、动态液压缸2、电液伺服阀3、位移传感器5和加速度传感器6。

如图1所示，所述保护外壳1包括分体的上壳体和下壳体，所述上壳体用于与钢桁梁101连接，所述下壳体用于与桥墩102连接；如图5和图6所示，所述上壳体包括筒状的上保护壳1-3和固定设置在上保护壳1-3顶部的上板1-1，所述上板1-1用于与钢桁梁101连接，所述下壳体包括筒状的下保护壳1-4和固定设置在下保护壳1-4底部的下板1-2，所述下板1-2用于与桥墩102连接；所述上保护壳1-3和下保护壳1-4相互套接，使上壳体和下壳体之间可相互发生位移；所述上板1-1和上保护壳1-3之间设置有多个筋板1-5；所述下板1-2和下保护壳1-4之间设置有多个筋板1-5。

所述动态液压缸2和所述电液伺服阀3均设置于所述保护外壳1内，保护外壳1对其内部的元件起到保护作用。

如图7和图8所示，所述动态液压缸2包括缸筒2-1和活塞2-2，所述缸筒2-1与所述下壳体连接，所述活塞2-2与所述上壳体连接；所述活塞2-2将缸筒2-1的内腔分为上液压腔2-5和下液压腔2-6，所述上液压腔2-5通过上通流孔2-1-1与所述电液伺服阀3的一油路连通，所述下液压腔2-6通过下通流孔2-1-2与所述电液伺服阀3的另一油路连通，通过两个油路的压力和进出油调节活塞2-2的动作。

如图5、图6和图7所示，所述活塞2-2顶部和缸筒2-1底部均固定设置有连接座2-3，所述上壳体和下壳体内侧均固定设置有两个连接板1-6，所述连接座2-3置于对应的两个连接板1-6之间，连接座2-3和连接板1-6通过销轴2-4连接。

电液伺服阀3进油端和回油端与液压源7连通，控制油端与所述动态液压缸2连通；如图4和图9所示，所述电液伺服阀3包括阀套3-1和阀芯3-2 4，所述电液伺服阀3和所述动态液压缸2之间通过阀块4连通。所述阀芯3-2置于所述阀套3-1内；所述阀套3-1内部设置有上、中、下三个腔室，三个腔室通过中心孔相互连通，所述阀芯3-2包括上、中、下三个分阀芯，三个分阀芯固定连接，三个分阀芯与阀套内的中心孔动密封配合。

所述阀套3-1一侧由上至下均匀间隔设置有第一通流孔3-1-1和第二通流孔3-1-2，第一通流孔3-1-1和第二通流孔3-1-2，位于所述上、中、下三个腔室之间且与所述中心孔相通；阀套3-1另一侧由上至下均匀间隔设置有第三通流孔3-1-3、第四通流孔3-1-4和第五通流孔3-1-5，第三通流孔3-1-3、第四通流孔3-1-4和第五通流孔3-1-5分别与上、中、下三个腔室相通；通过阀芯3-1的移动实现上、中、下三个腔室与第一通流孔3-1-1和第二通流孔3-1-2的关闭和连通。

所述第三通流孔3-1-3和第五通流孔3-1-5通过一高压进油管3-3与液压源7的出油口连通，所述第四通流孔3-1-4通过一低压回油管3-4与液压源7的回油口连通。

如图4和图10所示，所述阀块4的一侧设置有第一阀孔4-1和第二阀孔4-2，另一侧设置有第三阀孔4-3和第四阀孔4-4，阀块4的内部由隔板分割为上下两个腔，第一阀孔4-1和第三阀孔4-3通过上部的腔室相通，第二阀孔4-2和第四阀孔4-4通过下部的腔室相通；所述第三阀孔4-3与所述第一通流孔3-1-1连通，所述第四阀孔4-4与所述第二通流孔3-1-2连通。

所述动态液压缸2的上液压腔2-5通过上通流孔2-1-1与第一阀孔4-1相通，下液压腔2-6通过下通流孔2-1-2与第二阀孔4-2相通。

如图4所示，所述位移传感器5固定设置在动态液压缸2的缸筒2-1上，位移传感器5的顶杆与所述上壳体的上板1-1内侧顶部固定连接；钢桁梁101振动时上壳体和下壳体之间发生位移，位移传感器5可实时进行监测。所述加速度传感器6设置在所述上壳体上，钢桁梁101振动时上壳体和下壳体之间发生位移，加速度传感器6可实时检测钢桁梁101振动时的加速度值。所述钢桁梁101上设置有多个加速度传感器6，检测不同点位钢桁梁101振动时的加速度。

所述位移传感器5和加速度传感器6用于检测钢桁梁101的振动数据，并将检测信号传递给控制器8，所述电液伺服阀3的控制端与控制器8连接，控制器8通过电液伺服阀3控制动态液压缸2动作，动态液压缸2以主动激振方式达到对桥梁结构整体减振的作用。

铁路应急抢修钢桁梁受到交通、环境荷载作用后产生柔性振动时，设置在钢桁梁各测点处的位移传感器、加速度传感器实时把桥梁结构振动数据采集并传回控制器，控制器根据相应的控制策略对输入振动数据经过分析计算，实时对本发明减振支座发出动作指令，以主动激振方式达到对桥梁结构整体减振的作用。

本发明减振支座具体控制原理如下：

当本发明支座上板1-1移动时，位移传感器5、加速度传感器6及梁上各测点处加速度传感器将会检测数据，并将信号传递至控制器8，根据位移传感器5、保护壳体1内的加速度传感器6及梁上各测点处加速度传感器6的反馈信号和系统设定的活塞2-2的位移信号，经过对应的控制算法，确定电液伺服阀3阀芯的移动位移。

电液伺服阀3的阀芯3-2受控向上移动，液压源7中的高压油从第三通流孔3-1-3，流经第一通流孔3-1-1、第三阀孔4-3、第一阀孔4-1、上通流孔2-1-1进入液压缸2中活塞2-2上部上液压腔2-5内，形成高压油腔；液压缸2中活塞2-2下部与缸筒2-1之间的下液压腔2-6中的低压液压油，经下通流孔2-1-2、第二阀孔4-2、第四阀孔4-4、第二通流孔3-1-2、第四通流孔3-1-4和低压回油管3-4流回液压源7，此时液压缸活塞2-2向下移动，带动上板1-1向下移动，实现上板1-1的向下位移运动。

电液伺服阀3的阀芯3-2受控向下移动，则液压源7的高压油从第五通流孔3-1-5，流经第二通流孔3-1-2、第四阀孔4-4、第二阀孔4-2、下通流孔2-1-2进入动态液压缸2中活塞2-2下部与缸筒2-1之间的下液压腔2-6，形成高压油腔；动态液压缸2中活塞2-2上部与缸筒2-1之间的上液压腔2-5中的低压液压油，通过上通流孔2-1-1、流经第一阀孔4-1、第三阀孔4-3、第一通流孔3-1-1、第三通流孔3-1-3和高压进油管3-3流回液压源7，此时液压缸的活塞2-2向上移动，实现上板1-1的向上移动。

控制器8根据位移传感器的反馈信号和设定的活塞位移信号，经过对应的控制算法，决定电液伺服阀的阀芯3-2是向上还是向下移动，从而对应上板1-1向上/向下移动，实现上板1-1的位移控制，进而保证上板1-1在较小的位移范围内波动，由于上板1-1与钢桁梁101固定连接，因此能够实现实时补偿控制支座的位移，以减小荷载引起的梁部结构位移变化和振动加速度。

控制器8根据加速度传感器6及梁上各测点处加速度传感器的反馈信号，通过最优化算法确定各测点处反馈信号的最优控制加权值，经过相应的控制算法，将系统的补偿控制信号控制伺服阀阀芯的补偿运动位移，以减小梁部结构的振动加速度，从而减小铁路应急抢修钢桁梁的振动，提高运行的平稳性。

本发明所述的控制器8可采用受控的电液伺服系统，所述电液伺服系统主要采用三状态反馈进行，主要采用基于状态观测器的反馈控制，可参考“高精度电液伺服控制在舰船雷达稳定平台控制系统的应用”，郭志冬，舰船科学技术，第40卷第5A期，第124-126页，2018年5月；“基于加加速度的地震模拟振动台控制技术”，李小军等，工程科学与技术，第50卷第3期，第64-72页，2018年5月；“基于滑膜状态观测器的电液位置伺服系统控制”，乔继红，计算机仿真,第31卷第11期，第367-371页，2014年11月；“一种新结构自抗扰控制在电液伺服系统中的应用”，赵江波等，北京理工大学学报，第32卷第4期，第402-405页，2012年4月；等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于，其包括：

保护外壳（1），所述保护外壳（1）包括分体的上壳体和下壳体，所述上壳体用于与钢桁梁（101）连接，所述下壳体用于与桥墩（102）连接；

动态液压缸（2），设置于所述保护外壳（1）内，其包括缸筒（2-1）和活塞（2-2），所述缸筒（2-1）与所述下壳体连接，所述活塞（2-2）与所述上壳体连接；

电液伺服阀（3），其设置在所述保护外壳（1）内，电液伺服阀（3）进油端和回油端与液压源（7）连通，控制油端与所述动态液压缸（2）连通；

位移传感器（5），其固定设置在动态液压缸（2）的缸筒（2-1）上，位移传感器（5）的顶杆与所述上壳体顶部固定连接；

加速度传感器（6），其设置在所述上壳体上；

所述位移传感器（5）和加速度传感器（6）用于检测钢桁梁（101）的振动数据，并将检测信号传递给控制器（8），所述电液伺服阀（3）的控制端与控制器（8）连接，控制器（8）通过电液伺服阀（3）控制动态液压缸（2）动作，动态液压缸（2）以主动激振方式达到对桥梁结构整体减振的作用；

所述电液伺服阀（3）包括阀套（3-1）和阀芯（3-2），所述阀芯（3-2）置于所述阀套（3-1）内，所述电液伺服阀（3）和所述动态液压缸（2）之间通过阀块（4）连通；

所述阀套（3-1）一侧由上至下均匀间隔设置有第一通流孔（3-1-1）和第二通流孔（3-1-2），另一侧由上至下均匀间隔设置有第三通流孔（3-1-3）、第四通流孔（3-1-4）和第五通流孔（3-1-5），所述第三通流孔（3-1-3）和第五通流孔（3-1-5）通过一高压进油管（3-3）与液压源（7）的出油口连通，所述第四通流孔（3-1-4）通过一低压回油管（3-4）与液压源（7）的回油口连通；

所述阀块（4）的一侧设置有第一阀孔（4-1）和第二阀孔（4-2），另一侧设置有第三阀孔（4-3）和第四阀孔（4-4），阀块（4）的内部由隔板分割为上下两个腔，第一阀孔（4-1）和第三阀孔（4-3）通过上部的腔室相通，第二阀孔（4-2）和第四阀孔（4-4）通过下部的腔室相通；所述第三阀孔（4-3）与所述第一通流孔（3-1-1）连通，所述第四阀孔（4-4）与所述第二通流孔（3-1-2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于：所述活塞（2-2）将缸筒（2-1）的内腔分为上液压腔（2-5）和下液压腔（2-6），所述上液压腔（2-5）通过上通流孔（2-1-1）与第一阀孔（4-1）相通，所述下液压腔（2-6）通过下通流孔（2-1-2）与第二阀孔（4-2）相通。

3.根据权利要求1所述的一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于：所述活塞（2-2）顶部和缸筒（2-1）底部均固定设置有连接座（2-3），所述上壳体和下壳体内侧均固定设置有两个连接板（1-6），所述连接座（2-3）置于对应的两个连接板（1-6）之间，连接座（2-3）和连接板（1-6）通过销轴（2-4）连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于：所述上壳体包括筒状的上保护壳（1-3）和固定设置在上保护壳（1-3）顶部的上板（1-1），所述上板（1-1）用于与钢桁梁（101）连接，所述下壳体包括筒状的下保护壳（1-4）和固定设置在下保护壳（1-4）底部的下板（1-2），所述下板（1-2）用于与桥墩（102）连接；所述上保护壳（1-3）和下保护壳（1-4）相互套接。

5.根据权利要求4所述的一种用于铁路应急抢修钢桁梁的液压主动控制减振支座，其特征在于：所述上板（1-1）和上保护壳（1-3）之间设置有多个筋板（1-5）；所述下板（1-2）和下保护壳（1-4）之间设置有多个筋板（1-5）。

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