一种基于磁流变效应的防坠网装置

1.本发明属于土木技术领域，涉及建筑工程中安全防护措施的施工技术，具体涉及一种基于磁流变效应的防坠网装置。


背景技术：

2.随着全球城市化进程加快，建筑尤其是高层建筑越来越多的出现在城市中。防坠安全网适用于高层建筑施工、造船、修船、水上装卸、大型设备安装及其他高空、作业场所。用来防止人、物坠落或用来避免减轻坠落物击伤。现有技术中防坠网基本都上被动式，主要有两大类，一类是软质的纤维织物网，另一类是硬质的钢丝网；纤维织物网主要用于防止小型坠落物，其优点是软质，成本低廉，不会对人员施工造成干扰；就算碰到，也不会对施工人员造成过大伤害，但是防坠能力不足，当碰到诸如钢管、吊装材料坠落时，防坠网会被撕裂而失效。钢丝网具有较强防防坠能力，但是钢丝网安装和拆卸困难，并且最主要的问题是是刚性网，不仅对施工造成干扰，而且刚性网强度有，但是柔性不足，面对高速冲击时，还是容易断裂。因此面对复杂的建筑施工环境，单纯的纤维织物网或者钢丝网很难满足安全防护要求，所以需要一种新型的防坠网，以应对复杂的施工环境，保障施工人员安全。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明设计了一种基于磁流变效应的防坠网装置，能有效地用于高层建筑、桥梁等工程施工中防止大重量材料、人员高空坠落，起到更好保证人员安全，保证施工进度的作用。
4.本发明的基础原理通过应变光纤实时监测应变的大小，据此调节电流来控制磁流变防坠网为合适的刚度来承接人或者大重量的物体。起到“人员坠落软着陆，重物坠落兜得住”的效果，确保磁流变防坠网下人员财产安全不受威胁。
5.为达到上述目的，本发明采用如下施工技术方案，具体包括以下步骤：
6.一种基于磁流变效应的防坠网装置，其特征在于：包括控制器、磁流变线缆编织的磁流变防坠网以及用于检测磁流变防坠网受冲击力情况的传感器；所述磁流变线缆包括软质套管和埋设于软质套管内的磁流体、加磁电缆，所述控制器根据传感器检测磁流变防坠网受冲击时，启动加磁电缆给软质套管内的加磁电缆给磁流体加磁提高磁流变线缆的强度。
7.进一步地，所述传感器为安装于每根磁流变线缆上的应力检测装置或者应变检测装置，所述应变检测装置通过检测磁流变线缆应变大小间接检测冲击力大小。
8.进一步地，所述应变检测装置包括光纤应变仪和埋设于软质套管内的应变光纤，所述光纤应变仪通过应变光纤监测每个磁流变线缆的应变。
9.进一步地，所述加磁电缆为螺旋型电磁线圈。
10.进一步地，所述磁流变线缆两端通过端盖密封、胶黏密封或者熔融密封。
11.进一步地，所述磁流变防坠网通过钢索或者连接件安装在待防护区域。
12.进一步地，所述螺旋型电磁线圈通过调压电源供电，所述调压电源通过控制器控制，所述控制器根据检测到磁流变防坠网受冲击力的强度来选择螺旋型电磁线圈的供电电压。
13.进一步地，所述软质套管为橡胶管或者软质塑料管。
14.本发明还保护一种上述防坠网装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.步骤1、磁流变防坠网的制备，具体如下：
16.步骤1.1、先将应变光纤和加磁电缆预埋在软质套管内，然后往软质套管内注入磁流体，并将软质套管两端密封，得到单根磁流变线缆；
17.步骤1.2、将多根磁流变线缆编制成网得到磁流变防坠网；
18.步骤2、将磁流变防坠网一侧固定在待防护的建筑物上，另一端通过钢索悬挂在建筑物上，形成防护网；
19.步骤3、将应变光纤连接至光纤应变仪，将光纤应变仪连接至控制器，将加磁电缆连接至电源，将电源或者电源开关连接至控制器，所述控制器通过光纤应变仪监测磁流变防坠网是否受到坠落物冲击，如果受到坠落物冲击，则发出控制信号接通加磁电缆的电源，提高磁流变防坠网的强度，保证安全。
20.进一步地，所述磁流变防坠网安装在磁流变防坠网框架上，磁流变防坠网框架通过连接件安装在待防护的建筑物上。
21.本发明的有益效果：
22.本发明所设计的一种基于磁流变效应的防坠网装置，具有显著的优势和社会经济效益，尤其适用于城市化进程中，高层及超高层建筑建造时的确保安全，与现有技术相比具有以下列举了四点其主要的技术优势：
23.(1)施工工艺简单，可操作性强，便于实际工程应用。
24.(2)可以针对不同重量的吊装物灵活改变磁流变防坠网强度。
25.(3)可以适应极端环境(台风、冰雹等自然灾害)，通过磁流变液特性，通电后一定程度上可以保证磁流变防坠网完好。
26.(4)通过应变光纤的测量，在大重量物体坠落时进行通电，使磁流体变为刚性材料，防止冲破磁流变防坠网继续坠落。在人员坠落时不通电，使磁流体变为柔性材料防止人员受伤。
附图说明
27.图1为实施例1中基于磁流变效应的防坠网装置结构示意图。
28.图2为磁流变防坠网制备方法中磁流体灌注装置的结构示意图。
29.图3为磁流变防坠网制备方法的步骤s2中磁流体灌注装置使用方法的示意图。
30.图4为磁流变防坠网制备方法的步骤s3中灌注管使用方法的示意图。
31.图5为磁流变防坠网制备方法的步骤s4中加磁电线安装示意图。
32.图6为磁流变防坠网制备方法的步骤s5中磁流体灌注方法的示意图。
33.图7为磁流变防坠网制备方法的步骤s5中边注入磁流体边拔出灌注管示意图。
34.图8为磁流变防坠网制备方法的步骤s6中磁流体灌注结束后软质套管端部结构的示意图，其中图8中a为软质套管端部主视图，图8中b为软质套管端部俯视图。
35.图9为本发明实施例3中制备完成的防坠网装置示意图。
36.图中：1-磁流体，2-进气管，3-出液口，4-封闭端，5-加磁电缆通道，6-进液口，7-应变光纤，8-软质套管，9-灌注装置，10-加磁电缆，11-开口端，12-电源，13-供电电缆，14-光纤应变仪，15-磁流变防坠网，16-建筑物，17-卡扣，18-扎带，19-上端盖，20-钢索，21-下端盖，22-磁流体储罐，23-灌注管，24-控制器。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
38.为了更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例1，如图1所示，本发明提供一种基于磁流变效应的防坠网装置，包括控制器24、磁流变线缆编织的磁流变防坠网15以及用于检测磁流变防坠网15受冲击力情况的传感器；所述磁流变线缆包括软质套管8和埋设于软质套管8内的磁流体1、加磁电缆10，所述控制器24根据传感器检测磁流变防坠网15受冲击时，启动加磁电缆10给软质套管8内的加磁电缆10给磁流体1加磁提高磁流变线缆的强度。
40.正常情况下，所述磁流变防坠网15为跟现有技术中绳索网类似的防护网，具有一定的柔软性，能够适应施工现场环境；当坠落物较小时，冲击力不大，所述磁流变防坠网15依靠软质套管8本身强度足够能够拦截坠落物，无需启动加磁电缆10对其进行加磁；当坠落物较大，超过软质套管8本身强度范围时，软质套管8具有一定弹性，能够发生变形，当检测到变形超过范围即可判断为冲击力过大，此时启动加磁电缆10对磁流体1加磁，使得磁流体1瞬间变硬，使得磁流变线缆由软质变成硬质，大幅度提磁流变线缆的强度，以足够强度拦截坠落物；本发明最大的优势就是能够及时改变磁流变线缆的强度，使其在正常时和承接坠落物时分别呈现两种不同状态，这样既能满足常规柔软性和防坠时高强度要求，正常时柔软性能够给施工带来极大便利，防止造成影响。另外对于相同强度材料制成的磁流变防坠网15来说，单纯刚性材料抗冲击能力比较差，容易断裂；而单纯柔性材料又不足以应对坠落物冲击，所以采用刚柔可变能够综合刚性材料和柔性材料的优点，使得本发明磁流变防坠网15能够防护的安全等级大于采用相同强度的刚性材料制备的磁流变防坠网15。
41.作为一种优选实施例，所述传感器为安装于每根磁流变线缆上的应力检测装置或者应变检测装置，所述应变检测装置通过检测磁流变线缆应变大小间接检测冲击力大小。
42.作为一种优选实施例，所述应变检测装置包括光纤应变仪14和埋设于软质套管8内的应变光纤7，所述光纤应变仪14通过应变光纤7监测每个磁流变线缆的应变。具体的，所述光纤应变仪14为光纤应变分布测试仪，其具有多路信号输入，每根磁流变线缆至少配置一根应变光纤7，多根应变光纤7接入到光纤应变分布测试仪的一个信号输入接口。
43.作为一种优选实施例，所述软质套管8为橡胶管或者软质塑料管。
44.进一步优选，在软质套管8两端设置用于连接的硬质端口，所述硬质端口可以采用硬质塑料制成。
45.作为一种优选实施例，所述加磁电缆10为螺旋型电磁线圈，螺旋型电磁线圈具有一定的延展性，不会因为磁流变线缆受冲击拉伸而断裂。
46.作为一种优选实施例，所述磁流变线缆两端通过端盖密封、胶黏密封或者熔融密封，具体密封形式不限，根据软质套管8的材料来选择，比如对于橡胶管，最好是在橡胶管端部通过硫化的形式连接一端硬质端口，然后在硬质端口通过端盖密封，端盖可以采用螺纹连接，也可以采用扎带18加上卡扣17连接，采用硬质端口的目的是为了防止磁流变线缆受冲击过程中在端部产生受力薄弱点。
47.作为一种优选实施例，所述螺旋型电磁线圈通过调压电源供电，所述调压电源通过控制器24控制，所述控制器24根据检测到磁流变防坠网15受冲击力的强度来选择螺旋型电磁线圈的供电电压。
48.本发明提供一种磁流变防坠网的制备方法，
49.步骤1.1、先将应变光纤7和加磁电缆10预埋在软质套管8内，然后往软质套管8内注入磁流体1，并将软质套管8两端密封，得到单根磁流变线缆；
50.步骤1.2、将多根磁流变线缆编制成网得到磁流变防坠网15。
51.作为一种优选实施例，本实施例还提供一种步骤1.1中磁流变线缆的具体制备方法，具体如下：
52.本实施例采用磁流体灌注装置9制备磁流变线缆，如图2所示，所述磁流体灌注装置9包括磁流体储罐22和灌注管23，所述灌注管23一端封闭，另一端为开口端11，灌注管23中心处设有轴向贯穿的加磁电缆通道5，用于加磁电缆10自由穿过；灌注管23的封闭端4加磁电缆通道5四周设有至少一个进液口6，所述磁流体储罐22底部的出液口3通过管道连接至封闭端4上的进液口6；所述磁流体储罐22顶部设有用于加压的进气管2，通过进气管2给磁流体储罐22内顶部加压，即可将其内的磁流体1压入到加磁电缆10和灌注管23之间的间隙，进而通过灌注管23的开口端11进入软质套管8内，完成磁流体1灌注。
53.如图3至图8所示，注入磁流体1具体步骤如下：
54.步骤s1、如图2所示，先将磁流体1储存在磁流体储罐22内，连接好磁流体灌注装置9；
55.步骤s2、如图3所示，将应变光纤7穿插在软质套管8内，并在软质套管8端部通过下端盖21密封，应变光纤7下端从下端盖21上预留的光纤孔穿出，应变光纤7和下端盖21之间通过胶水密封；
56.步骤s3、如图4所示，将好磁流体灌注装置9的灌注管23从软质套管8上端插入，直到下端底部；
57.步骤s4、如图5所示，将加磁电缆10从灌注管23中心处的加磁电缆通道5插入到软质套管8内，加磁电缆通道5下端从下端盖21中间的预留孔伸出，加磁电缆10和下端盖21之间通过胶水密封；
58.步骤s5、如图6和图7所示，给磁流体储罐22内顶部加压，磁流体储罐22内的磁流体1在压力作用下通过灌注管23上端的进液口6进入软质套管8内，如图6所示，边注磁流体1，边拔出灌注管23，如图7所示；
59.步骤s6、如图8所示，当软质套管8内磁流体1注满时，通过上端盖19将软质套管8另一端密封，加磁电缆10和应变光纤7均从上端盖19预留孔中伸出，并且加磁电缆10和应变光
纤7四周的预留孔均通过胶水密封，完成单根磁流变线缆的制备。
60.如图1和图9所示，本还提供一种防坠网装置的施工方法，包括以下步骤
61.步骤1、采用磁流变防坠网制备方法中制备的磁流变防坠网15，
62.步骤2、将磁流变防坠网15一侧固定在待防护的建筑物16上，另一端通过钢索20悬挂在建筑物16上，形成防护网；
63.步骤3、将应变光纤7连接至光纤应变仪14，将光纤应变仪14连接至控制器24，将加磁电缆10通过供电电缆连接至电源12，将电源12或者电源12开关连接至控制器24，所述控制器24通过光纤应变仪14监测磁流变防坠网15是否受到坠落物冲击，如果受到坠落物冲击，则发出控制信号接通加磁电缆10的电源12，提高磁流变防坠网15的强度，保证安全。
64.作为一种优选实施例，所述磁流变防坠网15通过钢索20或者连接件安装在待防护区域；更优选的，可以根据需要防护面积制备矩形的磁流变防坠网框架，然后将磁流变防坠网15固定在磁流变防坠网框架上，将磁流变防坠网框架一端固定在建筑物16上，另一端通过钢索20悬挂。
65.需要说明的是，钢索20的锚固方式有很多，可以在建筑外墙打孔插入螺栓进行绑接，也可以在磁流变防坠网15预设位置的上一层使用钩爪，绳索等捆绑在其他固定位置，保证能受力不脱落即可。
66.作为一种优选实施例，所述磁流体1可以采用mrf-241es、mrf-132dg及mrf-122-2ed等型号(出自compressive and tensile stresses of magnetorheological fluids in squeeze mode，saiful a.mazlana
……
，international journal of applied electromagnetics and mechanics 36(2011)327
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337)；具体参数如下：
67.表1磁流体参数表
68.磁流体产品名称所能提供最大的屈服应力mrf-241es8mpa(1.6a)mrf-132dg7mpa(1.6a)mrf-122-2ed3-4mpa(1.6a)
69.所述磁流体1经过磁流变反应过后可以产生较强的承载能力，比如上述最好的可以达到300t/平方米，足以承受较重的物体。
70.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。