一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法

	一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法
	李晓东; 杨欢; 闫胤积; 王赛龙; 王起台; 王文辉; 宋子阳; 马广田; 孟强; 康永康
	2020-02-11
专利权人	兰州瑟百瑞减震技术开发有限公司
公开日期	2020-02-11
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法，包括水平隔震单元、竖向隔震单元。水平隔震单元有普通摩擦摆支座的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接，竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，电磁铁中的线圈通过导线与控制系统相连。根据控制系统上位移传感器和压力传感器的反馈信息，计算机能自动给电磁铁相应的控制，电磁铁通过相吸或者相斥使其结构在地震作用后复位，提高其抗拔能力，减弱建筑物的倾覆甚至倒塌，还极大的减弱了滑块对限位环的碰撞破坏、解决了现有摩擦摆中摩擦系数的多变性、残余位移。能够更加有效的消耗地震能量，使上部结构的稳定更加安全。
申请日期	2019-03-08
优先权日	2019-03-08
预估到期日	2039-03-08
语种	中文
专利状态	授权;权利转移
申请号	CN201910175453.0
公开（公告）号	CN109837993B
IPC 分类号	E04B1/36 ; E04B1/98 ; E04H9/02
专利代理人	董斌
代理机构	兰州振华专利代理有限责任公司
权利要求	1.一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置，包括水平隔震单元、竖向隔震单元，水平隔震单元有摩擦摆支座（2）的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接；竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，包括上柱（1-1）、下柱（1-2）、电磁铁（1-3）、线圈（1-4）、导线（1-5）、压力传感器（1-6）、位移传感器（1-7）、基础（1-8）、控制系统（3），其特征在于摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震机构，是由上盖板（2-1）、下盖板（2-2）、滑动曲面（2-3）、滑动块（2-4）、限位块（2-5）构成；控制系统（3）是一种通过控制电源来调节电磁铁工作的智能控制器，由压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3）组成；摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-8）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1-6）和位移传感器（1-7）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2-4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-6）和位移传感器（1-7）能接收到信号，并将信息数据传输到控制系统（3）；控制系统（3）包括有压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3），压力传感器数据处理器（3-1）和位移传感器数据处理器（3-2）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，即断开电源，或者正接电源，或者反接电源，从而控制电磁铁（1-3）工作；两块电磁铁（1-3）分别埋入上柱（1-1）和下柱（1-2）中，线圈（1-4）与导线（1-5）相连接并连入到控制系统（3）中，当控制系统（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X。 2.根据权利要求1所述的电磁控制的摩擦摆减隔震装置，其特征在于：所述的摩擦摆支座（2）为单摩擦摆支座，滑动面为采用不锈钢材料制成的下凹形圆弧形曲面；滑块中有一活动关节，使滑块在沿滑槽滑动时，使上部结构处于水平状态；滑块底部与滑动面具有相同的曲率半径并涂有低摩擦材料，能够更好地耗散地震能量。 3.根据权利要求1所述的电磁控制的摩擦摆减隔震装置，其特征在于：所述的电磁铁（1-3）为交流电磁铁，电磁铁的形状为圆柱形，线圈从电磁铁两端按照顺时针缠绕多次；电磁铁的直径根据柱子的直径来选择，为小于柱子直径15-25cm，分别设置两块电磁铁埋入上柱（1-1）和下柱（1-2）中，上块电磁铁（1-3）距离摩擦摆上盖板（2-1）的距离为3-6cm，下块电磁铁（1-3）距离摩擦摆下盖板（2-2）的距离为3-6cm。 4.电磁控制的摩擦摆减隔震装置的控制方法，其特征在于，其步骤为：当地震时，结构发生结构响应，此时摩擦摆工作，摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-8）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，安装在滑动块上的压力传感器（1-6）和位移传感器（1-7）接受到信号，并将信息数据传输给控制系统（3）；控制系统（3）里面连接的有压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3），压力传感器数据处理器（3-1）和位移传感器数据处理器（3-2）对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，从而控制电磁铁（1-3）工作；两块电磁铁（1-3）分别埋入上下柱中，线圈（1-4）与导线（1-5）相连接并连入到控制系统（3）中，当控制系统（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能够通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X，保证了安全值，使摩擦摆支座（2）安全工作。 5.根据权利要求4所述的电磁控制的摩擦摆减隔震装置的控制方法，其特征在于，当地震作用时，其步骤为：（1）当结构受到地震干扰时，结构发生响应，此时压力传感器（1-6）所测得的上部结构重量为M，位移传感器（1-7）所测得的结构层间位移为X；（2）此时摩擦摆支座（2）开始工作，摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-8）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，由安装在滑动块（2-4）上压力传感器和位移传感器测得的摩擦摆工作时的位移和切向力数据为X2、F2；（3）摩擦摆支座（2）安全工作时的位移为X0，Xmin≤X0≤Xmax，Xmin为最小位移安全值，Xmax为最大位移安全值；切向力为F0，Fmin≤F0≤Fmax，Fmin为最小切向力安全值，Fmax为最大切向力安全值；（4）此时压力、位移传感器所测得的信息全部反馈给控制系统（3），控制系统（3）里面连接的有压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3），压力传感器数据处理器（3-1）和位移传感器数据处理器（3-2）对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，从而控制电磁铁（1-3）工作；（5）若此时Xmin≤X2≤Xmax，Fmin≤F2≤Fmax，则控制器输入信号：断开电源，电磁铁（1-3）不工作，即N=0；（6）即上部结构得到重量M不改变，摩擦摆继续正常工作，根据此公式：计算出来的切向力不变；式子中的R为滑动面的曲率半径；μ为摩擦系数；sgnＸ为与位移有关的符号函数；（7）由于摩擦摆支座（2）的安全工作，此时结构的层间位移X显著减小，确保了结构的安全稳定；（8）若此时的X2≤Xmin，F2≤Fmin，则控制系统（3）输入信号：正接通电源，电磁铁工作，为吸力，即N=N1；（9）即此时的上部结构的重量为M+N1；摩擦摆继续工作，根据此公式：计算出来的切向力增大，则摩擦摆滑动的位移也会随之增大；式子中的R为滑动面的曲率半径；μ为摩擦系数；sgnＸ为与位移有关的符号函数；（10）电磁铁（1-3）的吸力保证了摩擦摆支座（2）的正常工作，提高了抗拔能力，防止结构发生倾覆；使结构的层间位移X显著减小，确保了结构的安全稳定；（11）若此时的X2≥Xmax，F2≥Fmax，则控制系统（3）输入信号：反接通电源，电磁铁工作，为斥力，即N=N2；（12）即此时的上部结构的重量为M-N2；摩擦摆继续工作，根据此公式：计算出来的切向力减小，则摩擦摆滑动的位移也会随之减小；式子中的R为滑动面的曲率半径；μ为摩擦系数；sgnＸ为与位移有关的符号函数；（13）电磁铁（1-3）的斥力保证了摩擦摆的正常工作，避免了摩擦摆支座（2）对限位块的碰撞破坏，同时使结构位移最大可能的复位；（14）地震持续过程中，此系统通过压力、位移传感器反馈过来的信息，控制器根据信息循环控制电磁铁（1-3），进而循环控制摩擦摆工作；（15）地震结束，控制器系统关闭。
引用专利	CN103184749A;CN107060106A;JP1997296847A;JP2007239197A;KR101369897B1
被引用专利数量	0
简单法律状态	有效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/108327
专题	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	李晓东,杨欢,闫胤积,等. 一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法[P]. 2020-02-11.