CN208950417U - 一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，包括导杆和缸体，导杆的右端依次通过力传感器、传递杆、步进电机和第二连接耳环固定连接，步进电机内部集成有性能自我检测系统，缸体侧壁上具有与挡板孔连通的通孔，通孔和挡板孔的内部设置能够滑动的挡板，挡板外端固定能被磁铁吸附的带凸缘连接件，带凸缘连接件与缸体间设置复位弹簧，保护罩上固定有通电后吸附带凸缘连接件并拉动挡板向外移动的电磁铁，保护罩与盖板之间设置位移传感器。本实用新型通过步进电机驱动导杆与缸体发生相对运动，利用性能自我检测系统自动检测粘滞流体阻尼器自身的耗能性能，确保粘滞流体阻尼器在地震发生时能有效减小建筑结构的振动，保证建筑结构的安全。

Description

一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程结构振动控制装置，具体为一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器。

背景技术

地震是人类面临的破坏力最大的突发性自然灾害之一，也是近年来出现频率较高的灾难事件。我国位于环太平洋和亚欧地震带之间，是世界上地震活动最频繁的国家之一，一半以上的国土面积受到地震的严重威胁。2008年的汶川地震造成46万余人伤亡、经济损失超过8000亿美元，2010年的玉树地震造成2900余人伤亡、经济损失超过260亿美元，2013年的雅安地震造成11000余人伤亡、经济损失超过60亿美元。历次地震调查结果均表明，建筑物的破坏和倒塌是导致人员伤亡和经济损失的主要原因。随着城市化进程的加快，城市建筑和人口越来越密集，地震破坏可能更加严重。因此，如何减小建筑物特别是高层和超高层建筑在地震作用下的震动，进而减轻结构的破坏和倒塌，达到降低人员伤亡和经济损失的目的，是土木建筑工程领域面临的重大问题。

耗能减震技术是在建筑结构的某些部位设置耗能减震装置，利用耗能减震装置来吸收和消耗地震输入结构的能量，减小建筑结构的震动，进而减轻建筑结构的破坏和倒塌，已成为工程结构减震控制的主要措施。粘滞流体阻尼器是一种利用内部活塞和缸体之间的相对运动迫使缸体内粘滞流体流过节流孔而产生阻尼力，进而耗散地震能量的耗能减震装置。

建筑结构的使用期长达几十年甚至上百年，因此也要求安装于建筑结构的粘滞流体阻尼器具有长期可靠性。然而，粘滞流体阻尼器在长期使用过程中，可能出现密封圈失效、粘滞流体离析、粘滞流体渗漏、活塞运动阻塞等耐久性问题，造成粘滞流体阻尼器的耗能减震性能降低甚至丧失，无法保障建筑结构在地震来临时的安全。因此，及时准确把握粘滞流体阻尼器的性能对于确保建筑结构在地震作用下的安全至关重要。安装于建筑结构的粘滞流体阻尼器不仅数量众多，而且位置分散。已有的无损检测手段无法对粘滞流体阻尼器的性能进行有效检测，拆卸实验检测又存在费时费力、价格昂贵等弊病，且粘滞流体阻尼器常常安装于墙体内部或检测人员难以到达的地方，无损检测和拆卸实验检测在实际工程中均难以实施。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种能定期自动检测耗能减震性能的性能自我检测的粘滞流体阻尼器，以便于管理人员对异常粘滞流体阻尼器进行及时更换，确保建筑结构在地震发生时的安全。

技术方案：本发明所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，包括导杆和缸体，缸体的左端通过连接杆与第一连接耳环固定连接，导杆自左向右依次穿过第一活塞、隔板、第二活塞和盖板，导杆的右端依次通过力传感器、传递杆、步进电机和第二连接耳环固定连接，步进电机内部集成有温度传感器和性能自我检测系统，步进电机与保护罩固定连接，隔板与缸体固定连接，隔板上有垂直于隔板平面的节流孔和平行于隔板平面的挡板孔，缸体侧壁上具有垂直于缸体表面且与挡板孔连通的通孔，通孔和挡板孔的内部设置能够滑动的挡板，挡板外端固定能被磁铁吸附的带凸缘连接件，带凸缘连接件与缸体之间设置复位弹簧，保护罩上固定有通电后吸附带凸缘连接件并拉动挡板向外移动的电磁铁，保护罩与盖板之间设置位移传感器，电磁铁、位移传感器、力传感器均与性能自我检测系统相连。

性能自我检测系统包括时钟、电源控制器、微处理器、步进电机控制器、位移传感器信号解调电路、力传感器信号解调电路和温度传感器信号解调电路，时钟分别与不间断电源、电源控制器相连，微处理器分别与电源控制器、步进电机控制器、位移传感器信号解调电路、力传感器信号解调电路、温度传感器信号解调电路、数据存储器和无线发射器相连。电磁铁通电后吸附带凸缘连接件，同时带动挡板向外移动，微处理器读取数据存储器中的预定指令并传递给步进电机控制器，步进电机控制器根据指令驱动步进电机转动，进而通过传递杆和力传感器推动导杆运动，位移传感器信号解调电路、力传感器信号解调电路和温度传感器信号解调电路分别解调位移传感器、力传感器和温度传感器的信号，并传递至微处理器。微处理器读取数据存储器中的判断程序，比较理论阻尼力和实测导杆推力，判断粘滞流体阻尼器是否正常，并将判断结果传输至无线发射器，无线发射器以短信或者邮件的形式将判断结果通知粘滞流体阻尼器的管理人员。

导杆和与导杆固定连接的第一活塞和第二活塞能够沿缸体纵向滑动。保护罩为圆柱形。步进电机有锁止装置，保证粘滞流体阻尼器在工作状态时，步进电机不能转动。节流孔、挡板、带凸缘连接件、挡板孔、通孔、复位弹簧、电磁铁的数量相同。缸体端板上有第一通气孔，盖板上有第二通气孔。

工作原理：粘滞流体阻尼器默认处于工作状态，节流孔的面积较小，缸体与导杆相对运动时的阻尼力大，耗能减震性能良好。当时钟到达一月一日零点零分零秒时，粘滞流体阻尼器转换为检测状态，电磁铁通电后吸附带凸缘连接件并拉动挡板向外移动，大大增加节流孔的面积，大幅减小推动导杆需要的外力，使得步进电机可以轻松推动导杆运动；步进电机通过传递杆和力传感器推动导杆在缸体内滑动；通过比较导杆运动过程中力传感器的实测推力和微处理器计算的理论阻尼力判断粘滞流体阻尼器的性能是否异常，并将检测结果无线发送给管理人员。检测完成后，电磁铁断电磁性消失，复位弹簧拉动挡板回到原始位置，粘滞流体阻尼器回到工作状态。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本发明通过导杆与缸体的相对运动，活塞推动粘滞流体流过隔板节流孔产生的阻尼力来消耗地震能量，有利于大幅减小建筑结构在地震作用下的振动，确保地震发生时建筑结构的安全；本发明集成于粘滞流体阻尼器内部的性能自我检测系统定期利用步进电机推动导杆移动产生阻尼力，通过比较力传感器的实测导杆推力和微处理器计算的理论阻尼力，判断粘滞流体阻尼器是否出现异常，具备粘滞流体阻尼器性能的自动检测功能，有利于保证安装于建筑结构的粘滞流体阻尼器的长期有效性；本发明能够自动将检测结果发送给粘滞流体阻尼器的管理人员，无需检测者现场操作，具有成本低廉、易于实现、无破坏性等优点，可在各种建筑结构的震动控制中广泛应用。

附图说明

图1是本发明的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器示意图；

图2是本发明的缸体的纵剖面示意图；

图3是本发明的隔板的纵剖面示意图；

图4是本发明的A-A剖视图；

图5是本发明的B-B剖视图；

图6是本发明的C-C剖视图；

图7是本发明的D-D剖视图；

图8是本发明的E-E剖视图；

图9是本发明的性能自我检测系统原理框图。

具体实施方式

如图1-8所示，缸体2的左端通过连接杆37与第一连接耳环38固定连接，缸体2端板上设有第一通气孔31，盖板6上设有第二通气孔32，导杆1一端依次穿过第二活塞5、隔板4和第一活塞3，并置于缸体2内部；导杆1与第二活塞5和第一活塞3固定连接，并可在缸体2内部纵向滑动；导杆1另一端穿过盖板6，并依次与力传感器7、传递杆8、步进电机9和第二连接耳环10固定连接；盖板6上设有第二通气孔32；步进电机9外部固定有圆柱形保护罩12，内部集成有温度传感器11和性能自我检测系统；步进电机9通过步进电机电源线39与不间断电源28相连；隔板4与缸体2固定连接，隔板4上具有垂直于隔板4平面的节流孔13和平行于隔板4平面的挡板孔14；缸体2内部第一活塞3和第二活塞5之间的腔室内充满粘滞流体36，缸体2侧壁上具有垂直于缸体2表面且与挡板孔14连通的通孔15；通孔15和挡板孔14内部设置有挡板16，挡板16可在通孔15和挡板孔14内滑动；挡板16外端固定由可被磁铁吸附的材料制成的带凸缘连接件17；带凸缘连接件17与缸体2之间设置有复位弹簧18；保护罩12上固定有电磁铁19，电磁铁19与带凸缘连接件17之间有空隙，为带凸缘连接件17和挡板16向外移动留出空间，电磁铁19通过电磁铁电源线33与性能自我检测系统相连；保护罩12与盖板6之间设置有位移传感器20；位移传感器20和力传感器7分别通过位移传感器数据线34和力传感器数据线35与性能自我检测系统相连。节流孔13、挡板16、带凸缘连接件17、挡板孔14、通孔15、复位弹簧18、电磁铁19和电磁铁电源线33的数量相等、规格相同。保护罩12、复位弹簧18、缸体2和隔板4的材质由不能被磁铁吸附的材料制成。优选地，步进电机9具有锁止装置，保证粘滞流体阻尼器在工作状态时，步进电机不能转动。第一活塞3与缸体2侧壁接缝处、隔板4与导杆1接缝处、第二活塞5与缸体2侧壁接缝处、挡板16与挡板孔14接缝处均密封连接。

其中，性能自我检测系统框图如图9所示，包括由时钟21、电源控制器22、微处理器23、步进电机控制器24、位移传感器信号解调电路25、力传感器信号解调电路26和温度传感器信号解调电路27组成的电源传输路径，还包括由微处理器23和步进电机控制器24组成的指令传输路径，以及由位移传感器信号解调电路25、力传感器信号解调电路26、温度传感器信号解调电路27、微处理器23、数据存储器29和无线发射器30组成的信号传输路径。

上述粘滞流体阻尼器默认处于工作状态，不间断电源28为时钟21和电源控制器22持续供电，节流孔13的面积较小，缸体2与导杆1相对运动时的阻尼力大，耗能减震性能良好。当时钟21到达一月一日零点零分零秒时，粘滞流体阻尼器转换为检测状态，电源控制器22为电磁铁19、步进电机控制器24、位移传感器信号解调电路25、力传感器信号解调电路26、温度传感器信号解调电路27和微处理器23供电；电磁铁19通电后产生磁场，吸附带凸缘连接件17，同时带动与其固定连接的挡板16向外移动；微处理器23读取数据存储器29中的预定指令并传递给步进电机控制器24，步进电机控制器24根据指令驱动步进电机9转动，进而通过传递杆8和力传感器7推动导杆1运动；位移传感器信号解调电路25、力传感器信号解调电路26和温度传感器信号解调电路27分别解调位移传感器20、力传感器7和温度传感器11的信号，得到推动导杆1的推力、导杆1与缸体2的相对位移和阻尼器温度，并传递至微处理器23；微处理器23根据采集的相对位移和温度，读取数据存储器29中的粘滞流体阻尼器阻尼力计算程序，得出理论上应该具有的阻尼力；微处理器23进一步读取数据存储器29中的判断程序，比较理论阻尼力和实测导杆1推力，判断粘滞流体阻尼器是否正常，并将判断结果传输至无线发射器30；无线发射器30以短信或者邮件的形式将判断结果通知粘滞流体阻尼器的管理人员。检测完成后，步进电机9退回到原始位置，电流控制器切断电磁铁19、步进电机控制器24、位移传感器信号解调电路25、力传感器信号解调电路26、温度传感器信号解调电路27和微处理器23的电源，电磁铁19的磁性消失，复位弹簧18拉动挡板16回到原始位置，粘滞流体阻尼器回到工作状态。

Claims (9)

1.一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，包括导杆(1)和缸体(2)，其特征在于：所述缸体(2)的左端通过连接杆(37)与第一连接耳环(38)固定连接，所述导杆(1)自左向右依次穿过第一活塞(3)、隔板(4)、第二活塞(5)和盖板(6)，所述导杆(1)的右端依次通过力传感器(7)、传递杆(8)、步进电机(9)和第二连接耳环(10)固定连接，所述步进电机(9)内部集成有温度传感器(11)和性能自我检测系统，所述步进电机(9)与保护罩(12)固定连接，所述隔板(4)与缸体(2)固定连接，所述隔板(4)上有垂直于隔板(4)平面的节流孔(13)和平行于隔板(4)平面的挡板孔(14)，所述缸体(2)侧壁上具有垂直于缸体(2)表面且与挡板孔(14)连通的通孔(15)，所述通孔(15)和挡板孔(14)的内部设置能够滑动的挡板(16)，所述挡板(16)外端固定能被磁铁吸附的带凸缘连接件(17)，所述带凸缘连接件(17)与缸体(2)之间设置复位弹簧(18)，所述保护罩(12)上固定有通电后吸附带凸缘连接件(17)并拉动挡板(16)向外移动的电磁铁(19)，所述保护罩(12)与盖板(6)之间设置位移传感器(20)，所述电磁铁(19)、位移传感器(20)、力传感器(7)均与性能自我检测系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述性能自我检测系统包括时钟(21)、电源控制器(22)、微处理器(23)、步进电机控制器(24)、位移传感器信号解调电路(25)、力传感器信号解调电路(26)和温度传感器信号解调电路(27)，所述时钟(21)分别与不间断电源(28)、电源控制器(22)相连，所述微处理器(23)分别与电源控制器(22)、步进电机控制器(24)、位移传感器信号解调电路(25)、力传感器信号解调电路(26)和温度传感器信号解调电路(27)相连。

3.根据权利要求2所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：电磁铁(19)通电后吸附带凸缘连接件(17)，同时带动挡板(16)向外移动，微处理器(23)读取数据存储器(29)中的预定指令并传递给步进电机控制器(24)，步进电机控制器(24)根据指令驱动步进电机(9)转动，进而通过传递杆(8)和力传感器(7)推动导杆(1)运动，位移传感器信号解调电路(25)、力传感器信号解调电路(26)和温度传感器信号解调电路(27)分别解调位移传感器(20)、力传感器(7)和温度传感器(11)的信号，并传递至微处理器(23)。

4.根据权利要求2所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述微处理器(23)与数据存储器(29)、无线发射器(30)相连，所述微处理器(23)读取数据存储器(29)中的判断程序，比较理论阻尼力和实测导杆(1)推力，判断粘滞流体(36)阻尼器是否正常，并将判断结果传输至无线发射器(30)，无线发射器(30)以短信或者邮件的形式将判断结果通知粘滞流体阻尼器的管理人员。

5.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述导杆(1)和与导杆(1)固定连接的第一活塞(3)和第二活塞(5)能够沿缸体(2)纵向滑动。

6.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述保护罩(12)为圆柱形。

7.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述步进电机(9)有锁止装置。

8.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述节流孔(13)、挡板(16)、带凸缘连接件(17)、挡板孔(14)、通孔(15)、复位弹簧(18)、电磁铁(19)的数量相同。

9.根据权利要求1所述的一种性能自我检测的粘滞流体阻尼器，其特征在于：所述缸体(2)端板上有第一通气孔(31)，所述盖板(6)上有第二通气孔(32)。