专利摘要

本实用新型提供了一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其包括平衡块本体、测量采集部分和控制动作部分，通过改变平衡块本体所处悬挑结构的位置来平衡荷载引起的结构内力，有效降低悬挑结构中风荷载引起的悬挑部分受到向上的浮托力而造成的结构损伤，有效提高结构承受动荷载时的动力性能，减小动荷载作用下引起结构振动而产生的放大效应，通过调节平衡块位置调整结构局部的刚度，避免活荷载引起结构共振，同时提高结构自身的阻尼作用，增强其稳定性。

权利要求

1.一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：包括平衡块本体、测量采集部分和控制动作部分，所述控制动作部分与测量采集部分和平衡块本体连接并接收测量采集部分发出的控制信息，控制平衡块本体到达指定位置；所述测量采集部分包括分布在仿生智能空间悬挑结构上的传感器系统、数据采集系统以及计算机分析系统；所述控制动作部分包括分别控制平衡块本体移动、限位和锁定的液压装置、限位装置和锁定装置；所述平衡块本体设置在仿生智能空间悬挑结构上层主脉端部区域，并在上层主脉端部区域内受控制动作部分控制移动、限位和锁定。

2.根据权利要求1所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的数据采集系统与传感器系统和计算机分析系统连接，将传感器系统接收的信息传递给计算机分析系统分析处理为控制信息；所述的液压装置与计算机分析系统连接，用于接收控制信息并通过液压动力将平衡块本体移动至指定位置，然后通过限位及锁定装置锁定平衡块本体。

3.根据权利要求1或2所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的传感器系统包括加速度传感器、力传感器和位移传感器，所述加速度传感器、力传感器和位移传感器设置在仿生智能空间悬挑结构中上层主脉的各节点处以及各节点之间分跨中点处，同时设置在副脉的端部和根部以及跨中三等分点处；所述的数据采集系统沿主脉以及副脉设置。

4.根据权利要求3所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的传感器系统采用电阻式传感器，包括电阻式加速度传感器、电阻式位移传感器以及电阻式力传感器。

5.根据权利要求1或2所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的液压装置设置在仿生智能空间悬挑结构的最外侧主脉与辅脉相交的节点上；所述的限位装置和锁定装置设置在平衡块本体端部上。

6.根据权利要求5所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的液压装置由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分动作，信号控制部分含有电磁换向阀、减压阀、节流阀和液压辅助元件，用于控制工作油液的流量、压力和方向，液压动力部分含有液压泵、液压缸，通过液压系统的运转使平衡块到达指定位置。

7.根据权利要求1或2所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的平衡块本体横截面积占整个仿生智能空间悬挑结构上表面积的2%，平衡块本体可在仿生智能空间悬挑结构主脉端部三分之一长度范围内移动。

8.根据权利要求7所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的平衡块本体为一内部为空腔的焊接钢箱，套设在仿生智能空间悬挑结构的主脉上方的附加轨道上，附加轨道布置在主脉端部三分之一长度范围内，平衡块本体上设置有阀口与液压装置相连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的限位装置和锁定装置相连接，限位装置装配在平衡块本体的端部，与上层主脉以及辅脉处于同一平面，用于实时反映平衡块所处位置，到达指定位置即向锁定装置发出锁定信号，实现对平衡块本体的限位及锁定；所述锁定装置采用气缸装置。

10.根据权利要求9所述的一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，其特征在于：所述的气缸装置由阀片、硅悬臂梁和弹簧构成，弹簧与平衡块本体内部连接并套设在硅悬臂梁上，硅悬臂梁设置在平衡块内部的孔洞处，可以自由伸缩，阀片处于弹簧下部并与硅悬臂梁端部连接在一起，在弹簧上部平衡块内部的孔洞洞口处设置压敏电阻来监控弹簧压力，阀片与轨道之间为密闭空间，用于填充气压。

说明书

技术领域

本实用新型涉及仿生建筑结构技术领域，具体涉及一种外伸型悬挑结构用的仿生减震平衡块机构。

背景技术

对于建筑结构来说，跨度越大，则其自重就越大且其水平构件的弯矩将按跨度比的平方增长，这是极其不利的，钢结构强度高而质量轻且结构形式灵活，用于大跨度结构具有较大的优势，因此在建筑结构中应用广泛，例如体育馆、候车室、飞机库、航站楼等大跨度结构都用到了钢结构。但是当建筑结构追求减轻结构自重，以降低大跨度下自重所引起的荷载效应时，结构构件截面变得相对薄弱，尤其钢结构中大量使用工字形截面，箱型截面，空心钢管，导致结构的稳定性大大降低。因此，结构在承受动荷载时，尤其时风荷载和地震荷载时表现的不太理想。

仿生建筑结构可归纳为两种类型：一类是“技术推进型”，即从研究生物出发，系统研究一种或多种生物的结构特征，然后将有价值的生物结构形式应用到建筑结构上去；另一类为“需求推进型”，即在建筑结构构件设计中碰到难题后，转向生物界寻找灵感和启发，在对生物各类结构形式的甄别、分析和组合后加以模仿，从而设计出最优的建筑结构方案。本实用新型的仿生减震平衡块机构基于第一类基本思路，重点研究蜻蜓翅膀的结构特征，然后在此基础上进行空间悬挑结构的仿生设计。

研究表明蜻蜓翅膀的主脉在蜻蜓翅膀中承担较大的轴力和弯矩而从脉几乎不承担或承担很小的轴力和弯矩，但是从脉在结构的整体刚度和稳定性方面起着重要作用。同时从脉将蜻蜓翅膀划分为一个个小的网格，避免了一小块翅膜的破损诱发的整个翅膜的撕裂。蜻蜒翅膀可视为一由翅脉和翅膜组成的空间悬臂结构，纵横交叉的的翅脉组成的空间网格结构使蜻蜓翅膀显得既轻又强。蜻蜓翅膀的前缘远离躯体的一端，有一片角质加厚区--翅痣。翅痣的横向截面是一个空腔，里面充有少量液体。这个小小的结构极具意义，能消除飞行过程中的颤振。本实用新型通过对翅痣的优化设计，采用了减震平衡块系统，在蜻蜓翅痣的基础上，加入了传感器测量系统以及计算机分析系统，并且采用了可移动的平衡块，使平衡块能对结构所承受的荷载有更优异的抵消作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集监测、分析、伺服、控制于一体的优化结构受力性能，提高外伸型空间悬挑结构稳定性的仿生减震平衡块机构。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，包括平衡块本体、测量采集部分和控制动作部分，所述控制动作部分与测量采集部分和平衡块本体连接并接收测量采集部分发出的控制信息，控制平衡块本体到达指定位置；所述测量采集部分包括分布在仿生智能空间悬挑结构上的传感器系统、数据采集系统以及计算机分析系统；所述控制动作部分包括分别控制平衡块本体移动、限位和锁定的液压装置、限位装置和锁定装置；所述平衡块本体设置在仿生智能空间悬挑结构上层主脉端部区域，并在上层主脉端部区域内受控制动作部分控制移动、限位和锁定。

进一步的，所述的数据采集系统与传感器系统和计算机分析系统连接，将传感器系统接收的信息传递给计算机分析系统分析处理为控制信息；所述的液压装置与计算机分析系统连接，用于接收控制信息并通过液压动力将平衡块本体移动至指定位置，然后通过限位及锁定装置锁定平衡块本体。

进一步地，所述的传感器系统包括加速度传感器、力传感器和位移传感器，所述加速度传感器、力传感器和位移传感器设置在仿生智能空间悬挑结构中上层主脉的各节点处以及各节点之间分跨中点处，同时设置在副脉的端部和根部以及跨中三等分点处；所述的数据采集系统沿主脉以及副脉设置，所述的数据采集系统包括传感器、放大电路、滤波器、多路模拟开关、采样/保持器、A/D转换器、计算机I/O接口以及定时与控制逻辑电路。

进一步地，所述的传感器系统采用电阻式传感器，包括电阻式加速度传感器、电阻式位移传感器以及电阻式力传感器。

进一步地，所述的液压装置设置在仿生智能空间悬挑结构的最外侧主脉与辅脉相交的节点上；限位装置和锁定装置设置在平衡块本体端部上。

进一步地：所述的液压装置由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分工作，信号控制部分含有电磁换向阀、减压阀、节流阀和液压辅助元件，其中减压阀、节流阀等用于液压回路中压力、流量的控制，电磁换向阀由计算机引脚输出电平控制电磁阀换向从而实现油路的换向，实现目标动作。液压动力部分含有液压泵、液压马达、液压缸。当数据采集系统及计算机分析系统监测到荷载的变化并分析出新的平衡块最优位置时，计算机系统发出信号到液压装置的信号控制系统，信号控制系统接收到信号后发出指令，控制工作油液的控制阀打开，液压马达运转，通过液压泵调节工作油液的油量，使平衡块在液压动力下移动到指定位置，纠正偏位，再通过限位及锁定装置对平衡块进行限位和锁定。

进一步地，所述的平衡块本体横截面积占整个仿生智能空间悬挑结构上表面积的2%，平衡块本体可在仿生智能空间悬挑结构主脉端部三分之一长度范围内移动。

进一步地，所述的平衡块本体为一内部为空腔的焊接钢箱，套设在仿生智能空间悬挑结构的主脉上方的附加轨道上，附加轨道布置在主脉端部三分之一长度范围内，平衡块本体上设置有阀口与液压装置相连接。

进一步地，所述的限位装置和锁定装置相连接，限位装置装配在平衡块本体的端部，与上层主脉以及辅脉处于同一平面，用于实时反映平衡块所处位置，到达指定位置即向锁定装置发出锁定信号，实现对平衡块本体的限位及锁定；所述锁定装置采用气缸装置，它由阀片、硅悬臂梁和弹簧构成，弹簧与平衡块本体内部连接并套设在硅悬臂梁上，硅悬臂梁设置在平衡块内部的孔洞处，可以自由伸缩，阀片处于弹簧下部并与硅悬臂梁端部连接在一起，在弹簧上部平衡块内部的孔洞洞口处设置压敏电阻来监控弹簧压力，阀片与轨道之间为密闭空间，用于填充气压，当气缸装置由运动状态进入制动状态时，通过排气孔迅速排气，弹簧的压缩迅速使硅悬臂梁带到阀片复位并压紧轨道，此时弹簧下的阀片抱紧主脉及其附加轨道使平衡块本体停止运动；当气缸运动时，在气孔输入气压，使阀片带动硅悬臂梁受压上移，则制动机构处于放松状态，平衡块本体可自由运动。

本实用新型集监测、分析、调控于一体，通过改变平衡块所处仿生智能空间悬挑结构的位置来消减荷载引起的结构内力，有效的降低了仿生智能空间悬挑结构中风荷载引起的仿生智能空间悬挑结构受到向上的浮托力而造成的结构损伤。能够有效地提高结构承受动荷载时的动力性能，减小动荷载作用下引起结构振动而产生的放大效应，通过调节平衡块位置改变结构局部的刚度，避免动荷载引起结构共振，同时提高结构自身的阻尼作用，增强其稳定性。解决了大跨度悬挑结构中由于减低自重和结构截面薄弱引起的稳定性不足的问题。

附图说明

图1为仿生智能空间悬挑结构示意图；

图2为仿生智能空间悬挑结构侧视结构示意图；

图3为平衡块本体正视结构示意图；

图4为平衡块本体轴测结构示意图；

图5为仿生智能空间悬挑结构一侧的传感器分布示意图；

图6为液压装置布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构，包括平衡块本体、测量采集部分和控制动作部分。测量采集部分，即分布在仿生智能空间悬挑结构上的加速度、位移以及力的传感器构成的传感器系统，数据采集系统以及计算机分析系统。控制动作部分，即根据计算机分析得出的减震平衡块本体对结构的最有利位置移动平衡块本体到达指定位置的液压装置以及对平衡块本体的限位和锁定装置。

如图1、2所示的仿生智能空间悬挑结构是以钢管为基本杆系单元组成的上层空间结构41和下层空间结构42，上层空间结构41和下层空间结构42均为根据蜻蜓翅膀的生物性能抽象优化后的结构，在翅尖部分配有平衡块本体1。所述的上层空间结构41和下层空间结构42均以一根从底部向外延伸出的粗钢管43作为主脉44，主脉44两边对称分布四对由钢管组成的三角形副脉45，且从靠近根部的副脉45起，其宽度及与主脉44的间夹角逐渐减小，主脉44与副脉45间其余部分由六边形网格构成从脉46，最外侧由一根边缘钢管47将外侧六边形网格与副脉45尖端平缓连接，形成一层宽度从根部逐渐减小的悬挑，上层空间结构41和下层空间结构42最前端相接，主脉44和副脉45形成连接结构，上层空间结构41和下层空间结构42的主脉44间通过受拉杆和受压杆48相连形成三角形单元构成平面桁架结构。悬挑采用仿生结构，模仿蜻蜓翅膀的结构特性，经过力学性能及外观的优化，形成双层仿生智能空间悬挑结构，主脉44主要承担轴力和弯矩，而从脉46和副脉45几乎不承担或承担很小的轴力和弯矩，但是从脉46和副脉45在结构的整体刚度和稳定性方面起着重要作用，同时从脉46将蜻蜓翅膀划分为一个个小的网格，避免了一小块的破坏诱发的整个结构的坍塌，悬挑上下层主脉间受拉杆和受压杆48相连形成三角形单元构成平面桁架结构，且受压杆和受拉杆48随结构半径的增大而逐渐减小，在悬挑尖端位置腹杆长度为零，上下两层相接。

所述的平衡块本体1布置在仿生智能空间悬挑结构上层主脉44端部区域，平衡块本体1初始位置如图5中S所示，平衡块本体1面积约占整个仿生智能空间悬挑结构面积的2%，平衡块本体1可在仿生智能空间悬挑结构主脉44端部三分之一长度范围内移动。如图5所示，加速度、位移以及力的传感器11布置在仿生智能空间悬挑结构中上层主脉44的各节点处以及各节点之间分跨中点处，同时布置在副脉45的端部和根部以及跨中三等分点处。各数据采集系统沿主脉44以及副脉45布置，液压装置布置在仿生智能空间悬挑结构的最外侧主脉44与副脉45相交的节点上，限位和锁定装置布置在平衡块本体1端部上。

进一步地：传感器11均采用电阻式传感器，包括电阻式加速度传感器、电阻式位移传感器以及电阻式力传感器，由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，结构承受的荷载一旦发生变化，会引起结构构件的力学响应（应力，应变，位移）发生变化，在结构中引起惯性力，加速度传感器在随着结构一起发生这种响应时，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值；而力的传感器直接测量外荷载对其的作用力大小（尤其时风荷载引起的等效均布荷载）；位移传感器主要检测结构竖直方向以及整个结构环向的位移。

进一步地：数据采集系统是由传感器、放大电路、滤波器、多路模拟开关、采样/保持器、A/D转换器、计算机I/O接口以及定时与控制逻辑电路。采用有限元程序软件(ANSYS)对仿生智能空间悬挑结构进行模拟计算以及对平衡块本体最有利位置的确定时，采用三角形单元划分，主脉44部分以及各节点处采取单元加密划分，最后得出模拟结构的位移和应力（数据以及云图），通过比较平衡块本体在移动区段内不同位置，在荷载作用下结构的位移和应力，确定其中结构内力分布最合理的位置。

再进一步地：液压装置由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，用于控制工作油液的流量、压力和方向；液压动力部分含有液压缸或液压马达。通过液压装置的运转使平衡块本体到达指定位置。

优选地：如图3、4、6所示，平衡块本体1为一内部为空腔的焊接钢箱，像套筒一样套在仿生智能空间悬挑结构的主脉44上方的附加轨道14上，平衡块本体1上有一个阀口25与液压装置12相连接，连接处有一阀门13，通过开启阀门13可以实现向平衡块本体1内注入和抽取液体，实现平衡块内油量的控制，通过闭合阀门13可以实现利用液压使平衡块本体1移动。当风荷载等向上的荷载比较小，不需要平衡块本体1提供太多向下的反力时，即抽取掉平衡块本体1中的液体，并将平衡块本体1移动到仿生智能空间悬挑结构靠近最端部的主副脉节点处（即初始位置S），减少对仿生智能空间悬挑结构的竖向荷载。

优选的：限位装置装配在平衡块本体1的端部，与上层主脉44以及副脉45处于同一平面，时刻检测着平衡块本体1距仿生智能空间悬挑结构外端部以及端部主副脉节点处的距离，以反映平衡块本体1所处位置，到达指定位置即向锁定装置发出信号，实现对平衡块本体1的限位及锁定。其中锁定装置采用制动气缸装置，它由阀片21、硅悬臂梁22和弹簧23构成，弹簧23与平衡块本体1内部连接并套设在硅悬臂梁22上，硅悬臂梁22设置在平衡块内部的孔洞处，可以自由伸缩，阀片21处于弹簧23下部并与硅悬臂梁22端部连接在一起，在弹簧23上部平衡块内部的孔洞洞口处设置压敏电阻24来监控弹簧23压力，阀片21与轨道之间为密闭空间，用于填充气压，当气缸装置由运动状态进入制动状态时，通过排气孔迅速排气，弹簧23的压缩迅速使硅悬臂梁22带到阀片21复位并压紧轨道，此时弹簧下的阀片21抱紧主脉及其附加轨道14使平衡块本体1停止运动；当气缸运动时，在气孔输入气压，使阀片21带动硅悬臂梁22受压上移，则制动机构处于放松状态，平衡块本体可自由运动。

一种仿生智能空间悬挑结构上的减震平衡块机构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。