一种粘滞阻尼器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种粘滞阻尼器，及其使用方法。
背景技术
粘滞阻尼器是一种耗能减震装置，具有耗能能力强，行程大等特点，广泛应用于桥梁、建筑、大型钢结构等结构减震领域。
粘滞阻尼器的基本工作原理，就是通过挤压阻尼介质，使其高速流过活塞上的小孔，在流动过程中产生能量损失，将外界的动能转化为阻尼介质的热能，从而减轻地震、强风等较大荷载对结构的破坏。而在实际的生活应用中，需要对阻尼器的运行情况及受力状态尽心监控，因此对于有些智能阻尼器会加装相应的传感器，以实现对对阻尼器的受力及运行状态的监测，这样就需要对智能阻尼器进行供电。而对于这类智能粘滞阻尼器产品，目前一般采用市政供电或专线网络供电，偏远地区也采用太阳能供电，但是由于安装阻尼器的桥梁等工程设施在户外的运行环境比较恶劣。尤其在地震、强风暴雨等极端工况下，以上供电措施难以保证供电稳定和安全，有造成阻尼器监测系统断电的风险，这样就有可能导致智能粘滞阻尼器的监测效果就无法实现。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种粘滞阻尼器，能够在实现传统粘滞阻尼器功能的同时可将阻尼器运动的机械能转化为电能，实现粘滞阻尼器的自供电。这样，可避免粘滞阻尼器在恶劣的工作环境下供电不稳定的风险，同时，将阻尼器所受的一部分载荷被转化为电能后，可以提高粘滞阻尼器的承载范围。
根据本发明的第一方面，提供了一种用粘滞阻尼器，包括：密封的壳体，在所述壳体内填充有阻尼介质；连接在所述壳体的一端的套筒；以及沿轴向密封式穿过所述壳体的轴向运动件，所述轴向运动件的第一端伸出所述壳体而第二端伸出套筒之外，所述第一端和第二端均用于连接振动源。
其中，在所述套筒内设有能量发生单元、能量存储单元以及监测单元，所述能量发生单元构造成能够利用所述轴向运动件的运动而产生能量，并选择性地将能量传输给所述监测单元或所述能量存储单元。
在一个优选的实施例中，所述能量发生单元包括能够利用所述轴向运动件的运动而发电的发电机。
在一个优选的实施例中，在所述套筒内设有控制器，所述控制器与所述发电机、能量存储单元和监测单元均相连。
在一个优选的实施例中，所述控制器配置为在所述发电机的发电量超过阈值时使能量从所述发电机同时传输给所述监测单元和能量存储单元。
在一个优选的实施例中，所述控制器配置为在所述发电机的发电量低于所述阈值时使能量从所述发电机和所述能量存储单元传输给所述监测单元。
在一个优选的实施例中，所述控制器配置为在所述发电机的发电量超过阈值且所述能量存储单元充满能量后，使所述发电机空转。
在一个优选的实施例中，所述能量发生单元包括能够将所述轴向运动件的轴向运动转化为旋转运动的运动转化机构，以及将所述运动转化机构的旋转运动传输给所述发电机的传动机构。
在一个优选的实施例中，所述运动转化机构包括与所述轴向运动件的第二端连接的传动螺母，以及平行于所述轴向运动件设置并与所述传动螺母接合的传动丝杠。
所述传动机构包括安装在所述传动丝杠上的传动齿轮，以及与所述传动齿轮和所述发电机均接合的变速箱。
在一个优选的实施例中，所述监测单元包括位移传感器、力传感器以及数据无线发射终端。
在一个优选的实施例中，所述能量存储单元是蓄电池，在所述蓄电池和控制器之间设有整流器。
根据本发明的第二方面，提供了一种粘滞阻尼器的使用方法，其中：
当所述发电机的发电量超过阈值时，使能量从所述发电机同时传输给所述监测单元和能量存储单元；
当所述发电机的发电量低于所述阈值时，使能量从所述发电机和所述能量存储单元传输给所述监测单元；以及
当所述发电机的发电量超过阈值且所述能量存储单元充满能量后，使所述发电机空转。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1显示了根据本发明的粘滞阻尼器的示意图。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
图1显示了根据本发明的一个实施例的粘滞阻尼器100。如图1所示，粘滞阻尼器100包括阻尼器本体10，该本体10为空心的矩形壳体，其中限定有内腔20，内腔20中充满阻尼介质。在内腔20的中设置有活塞杆21。在本体10的一端(即图1中的右端)连接有套筒30。
活塞杆21的第一端(图1中的左端)22和第二端(图1中的右端)23都沿轴向延伸出至本体10之外。具体地，如图1所示，活塞杆21的第一端22和第二端23都构造成耳环的形式，用于连接振动源，例如桥梁等。活塞杆21的第二端23伸出到套筒30外。这样，活塞杆21可在外力(即来自振动源的振动力)的作用下沿着本体10和套筒30作轴向运动。
在活塞杆21的位于本体10内部的杆体上设置有带有小孔的活塞25，该活塞25将本体10的内腔分为左腔室24和右腔室26。当活塞杆21沿轴向运动时，阻尼介质高速流过活塞24上的小孔，从而在左腔室23和右腔室25之间流动，实现阻尼效果。
如图1所示，在套筒30内设置能量发生单元40。所述能量发生单元40包括设置在活塞杆21的第二端23上的传动螺母42，以及设置成与活塞杆21平行且与传动螺母42接合的传动丝杠44。优选地，传动丝杠44的两端可通过轴承连接固定在所述套筒30的内壁上，这样更便于传动丝杠44的转动。传动螺母42固定在活塞杆21的第二端23上，可随着活塞杆21一起沿轴向运动。传动丝杠44与传动螺母42相啮合，可在传动螺母42的带动下进行转动。在一个优选的实施例中，传动螺母42与传动丝杠44之间设置为滚珠丝杠结构。
除此以外，所述能量发生单元40还包括设置在传动丝杠44的远离本体10的一端(图1中的右端)处的传动齿轮46。传动齿轮46也与传动丝杠44相啮合，可在传动丝杠44的带动下进行转动。并且，所述能量发生单元40还包括设置在传动齿轮46的下方的变速箱50，以及设置在变速箱50下方的发电机55。同样地，变速箱50与传动齿轮46相啮合，发电机55与变速箱50相啮合。通过能量发生单元40的这种设置，使得活塞杆22的轴向运动最终转化为发电机55的旋转运动，实现发电。
如图1所示，在套筒30内还设置有与所述发电机55相连接的蓄电池60。在一个优选的实施例中，在蓄电池60和发电机55之间还连接有整流器65。当发电机55进行发电时，所发出的交流电可以经整流器65转化为直流电后，再存储在蓄电池60中。
在本实施例中，在套筒30内还设置有监测单元70。所述监测单元70包括有位移传感器28和力传感器29等各类传感器。这些传感器可设置在套筒30内的适当之处，以便对阻尼器100的运行状态进行实时监控，保证阻尼器100的正常运转。并且，所述监测单元70还包括数据无线发射终端75。数据无线发射终端75与这些传感器相连接，可将传感器所传出的信号以数字信号的形式输出，方便数据的采集。
最后，在套筒30内设置有控制器80。控制器80同时连接能量存储单元60和能量发生单元40，用于对整个粘滞阻尼器100的能量进行调控。
以下简述根据本发明的粘滞阻尼器100的工作过程。
当阻尼器100承受到来自振动源的载荷时，活塞杆21会在外力的作用下沿轴向进行运动。此时，设置在活塞杆21上的传动螺母42会在活塞杆21的带动下一起移动。由于传动螺母42与传动丝杠44相啮合，传动螺母42的这种移动会带动传动丝杠44进行转动。同样地，传动丝杠44与其右端的传动齿轮46相啮合，传动齿轮46与变速箱50相啮合，变速箱50再与发电机55相啮合。这样，由传动丝杠44带动传动齿轮46转动，传动齿轮46带动变速箱50转动，变速箱50再带动发电机55的转子进行转动，从而实现发电机55的发电。
在理想的状态下，发电机55与数据无线发射终端75以及各种传感器相连接，为数据无线发射终端75和传感器提供电量。传感器将阻尼器100的运行参数以电信号的形式传输到无线发射终端75中，无线发射终端75再将所述的电信号转化为数字信号输出，方便监控和采集阻尼器100的运行数据。
但是在实际工作过程中，由于阻尼器100所受的外界载荷不稳定，导致活塞杆21的运动速度不稳定，从而使发电机55所产生的电量不稳定。因此，在套筒30内设置有控制器80，该控制器80同时连接发电机55和监测单元70。当发电机55产生的电量较大，例如超过一个预定的阈值时，控制器80在将电量提供给监测单元70的无线发射终端75及其连接的传感器的同时，将剩余电量经整流器65转化为直流电后储存于蓄电池60中。当发电机55所产生的电量较小，例如低于预定的阈值时，控制器80协调将蓄电池60放电，维持整个粘滞阻尼器100的正常运转。而当蓄电池60的电量充满后，控制器80又会控制发电机55空转并协调将蓄电池60放电，防止蓄电池60过载。容易理解，上述阈值可以根据监测单元70的耗电量等具体情况由本领域的技术人员容易地确定。
本发明所提供的粘滞阻尼器100，能够在实现传统粘滞阻尼器功能的同时将阻尼器运动的机械能转化为电能，实现粘滞阻尼器的自供电。这样，可避免粘滞阻尼器在恶劣的工作环境下供电不稳定的风险，同时，将阻尼器所受的一部分载荷被转化为电能后，可以提高粘滞阻尼器的承载范围。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
