CN109139786A - 一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座 - Google Patents

Abstract

一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，包括承台板，承台板通过若干弹簧套筒设置在上侧双滑道板上，上侧双滑道板的下部有下侧双滑道板，上侧双滑道板的滑道位于下表面，下侧双滑道板的滑道位于上表面，上侧双滑道板的滑道与下侧双滑道板的滑道方向相互垂直，在上侧双滑道板和下侧双滑道板之间设置中间滑动器，中间滑动器的上下表面均设置有若干滚动球，通过滚动球在上侧双滑道板和下侧双滑道板的滑道内滑动，其中上侧双滑道板和下侧双滑道板均设置有作用于滑动方向的缓冲弹簧；本发明解决了在限位装置处的碰撞问题；同时避免了文物发生滑移的情况，此外设置了可拆卸可更换的弹簧套筒，方便更换失效的弹簧。

Description

一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座

技术领域

本发明属于文物保护技术领域，同时属于防震、隔震构件技术领域，特别涉及一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座。

背景技术

地震对博物馆馆藏文物的破坏极其严重。目前研发的文物隔震装置有竖向隔震装置、水平方向隔震装置和三维隔震装置。其中，竖向隔震装置有平行连杆单摆式隔震装置、弹簧导杆式竖向隔震装置、负刚度机构隔震装置、空气弹簧隔震装置、恒力弹簧隔震装置等、扭簧隔震装置等；水平方向隔震装置有摩擦摆隔震装置、滑动摆式隔震台、偏心滚轴隔震装置、磁石隔震装置、形状记忆合金防震装置、万向球装置等，其中摩擦摆隔震装置又可以细分为单辊轴摩擦摆、双辊轴摩擦摆、滚轮式摩擦摆、球形摩擦摆、变频式摩擦摆、锥形摩擦摆；三维隔震装置有双线性弹簧-滚珠螺杆三维隔震装置、三维摩擦摆隔震装置等。

在摩擦摆隔震装置中，大多都添加了限位装置，但是很少有考虑到滑动器和限位装置发生碰撞的问题，然而当地震作用很大时，在接近限位装置处时滑动器和装置上放置的文物速度仍然比较大，在与限位装置发生碰撞时，滑动器的速度缓慢减为零，而文物仍保持原速度，此时文物在惯性力的作用下会发生摇晃甚至是倾覆，造成文物的破坏。

地震时，滑动器的运动情况可分为以下三种：①地震作用较小时，地震力小于滑道的摩擦力，此时隔震装置处于抗震状态。②地震作用较大时，滑动器开始滑动，在圆弧滑道或者是斜直线段滑动，未达到极限位移，此时装置处于隔震状态，通过装置将传递到文物的地震作用大大减小，文物几乎不晃动或者仅有轻微的晃动。③地震作用很大时，滑动器位移过大，达到极限位移，此时滑动器和文物速度较大，如果直接与限位装置发生碰撞，滑动器速度瞬间变为零，而承台板上的文物速度仍然较大，那么文物在惯性作用下会发生晃动甚至是倾覆，造成破坏。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，设置有水平方向的缓冲限位装置和竖向的缓冲限位装置，很好地解决了在限位装置处的碰撞问题；同时在承台板上放置了粘性橡胶垫，橡胶垫与其他物品间的摩擦系数在0.5以上，避免了文物发生滑移的情况。此外考虑到竖向隔震主弹簧长期受力会发生变形和性能退化，设置了可拆卸可更换的弹簧套筒，方便更换失效的弹簧。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，包括承台板1，承台板1通过若干弹簧套筒设置在上侧双滑道板7上，上侧双滑道板7的下部有下侧双滑道板12，上侧双滑道板7的滑道位于下表面，下侧双滑道板12的滑道位于上表面，上侧双滑道板7的滑道与下侧双滑道板12的滑道方向相互垂直，在上侧双滑道板7和下侧双滑道板12之间设置中间滑动器11，中间滑动器11的上下表面均设置有若干滚动球，通过滚动球在上侧双滑道板7和下侧双滑道板12的滑道内滑动，其中上侧双滑道板7和下侧双滑道板12均设置有作用于滑动方向的缓冲弹簧。

所述承台板1的上表面设置有粘性橡胶垫2。

所述弹簧套筒包括内套筒3和外套筒6，内套筒3在外套筒6中上下移动，内套筒3的顶端与承台板1的下表面连接，外套筒6的底端与上侧双滑道板7 的上表面连接，内套筒3的底端带有水平的外边沿，外套筒6的顶端带有水平的内边沿，该外边沿与该内边沿配合组成限位结构，该外边沿的上表面与该内边沿的下表面之间，以若干均布的竖向的缓冲弹簧一5连接。

所述内套筒3中内置竖向隔震主弹簧4，竖向隔震主弹簧4的顶端与承台板1的下表面连接，底端与上侧双滑道板7的上表面连接。

所述竖向隔震主弹簧4的自由高度为64mm，容许荷载为1698N，刚度为 156.0N/mm；单个缓冲弹簧一5的自由高度为20mm，容许荷载为303N，刚度为84.6N/mm；内套筒3和外套筒6间距为10mm。

所述上侧双滑道板7的主体机构为方形，下表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿Y方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在Y方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧二812，作为缓冲弹簧装置，在X方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧三811连接竖向的缓冲板一101，组成缓冲装置；

所述下侧双滑道板12的主体机构为方形，上表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿X方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在X方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧四821，作为缓冲弹簧装置，在Y方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧五822连接竖向的缓冲板二102，组成缓冲装置。

同一限位板上的缓冲弹簧三811的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置；同一限位板上的缓冲弹簧五822的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置；同一限位板上的缓冲弹簧二812的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；同一限位板上的缓冲弹簧四821的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；所述缓冲弹簧二812、缓冲弹簧三811、缓冲弹簧四821缓冲弹簧五822的自由长度为50mm，容许荷载为1480N，刚度为120.4N/mm。

所述上侧双滑道板7的下表面设置有连接卡槽9，连接卡槽9的槽长方向为 X向，并在Y向有限位板，所述缓冲板10的顶端有截面为T形的连接件，所述连接件卡在所述连接卡槽9中，悬挂于上侧双滑道板7上，在连接卡槽9中滑动

所述缓冲板一101和缓冲板二102的长度均为560mm，缓冲板一101与连接卡槽9两边的限位板的间距为20mm，厚度为10mm，高度与限位板相同，形状与滑道形状相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、设置的弹簧套筒为可拆卸的，方便更换套筒内由于长期受力变形而导致竖向隔震效果降低的弹簧。

2、弹簧套筒内的缓冲弹簧在拉伸时可以替隔震主弹簧分担一部分压力，提高隔震主弹簧的使用寿命；在压缩时可以缓慢降低内外套筒的相对速度，防止内外套筒发生碰撞；在承台板放置文物时缓冲弹簧处于不受力状态，减少了长期受力而导致弹簧发生变形。

3、上下侧双滑道板与中间滑动器之间设有缓冲弹簧装置，可以防止滑动器在限位处速度过大造成的碰撞，减小承台板上文物的晃动；同时给中间滑动器提供回复力，减少由于摩擦力过大、滑道半径较大等造成的无法复位的问题。

附图说明

图1为本发明三维摩擦摆隔震支座的剖面图。

图2为本发明三维摩擦摆隔震支座下侧双滑道板的俯视图。

图3为本发明三维摩擦摆隔震支座下侧双滑道板沿X向的剖面图。

图4为本发明三维摩擦摆隔震支座下侧双滑道板沿Y向的剖面图。

图5为本发明三维摩擦摆隔震支座上侧双滑道板连接件的构造详图。

图6为本发明三维摩擦摆隔震支座下侧双滑道板X向缓冲弹簧装置的作用示意图。

图7为本发明三维摩擦摆隔震支座下侧双滑道板Y向缓冲装置的作用示意图。

图8为本发明三维摩擦摆隔震支座中带缓冲弹簧装置的弹簧套筒的剖面图。

图9为本发明三维摩擦摆隔震支座中弹簧套筒内缓冲弹簧的布置图。

图10为本发明三维摩擦摆隔震支座中弹簧套筒的内套筒及缓冲弹簧的俯视图。

图11为本发明三维摩擦摆隔震支座承台板的俯视图。

图中，承台板1，粘性橡胶垫2，内套筒3，竖向隔震主弹簧4，缓冲弹簧5，外套筒6，上侧双滑道板7，缓冲弹簧8，连接卡槽9，缓冲板10，中间滑动器11，下侧双滑道板12。注：图中尺寸的单位为mm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，包括承台板1，承台板1的上表面设置有粘性橡胶垫2。参考图11，粘性橡胶垫2的尺寸为 40cm*40cm*1cm，放置在承台板1的正中间。粘性橡胶垫2有效地增加了文物与承台板1之间的摩擦力，降低了文物发生摇晃、滑移和倾覆的可能。

承台板1通过四个弹簧套筒设置在上侧双滑道板7上，参考图8、图9和图 10，弹簧套筒包括内套筒3和外套筒6，内套筒3和外套筒6间距为10mm，内套筒3能够在外套筒6中上下移动，内套筒3的顶端与承台板1的下表面连接，外套筒6的底端与上侧双滑道板7的上表面连接，连接装置为四个可拆卸可更换的螺栓。内套筒3的底端带有水平的外边沿，外套筒6的顶端带有水平的内边沿，该外边沿与该内边沿配合组成限位结构，防止相对位移过大，导致内外套筒脱离，防止内外套筒之间相对速度过大造成的碰撞。该外边沿的上表面与该内边沿的下表面之间，以8个均布的竖向的缓冲弹簧一5连接，相邻两个缓冲弹簧一5之间的夹角为45。

内套筒3中内置竖向隔震主弹簧4，竖向隔震主弹簧4的顶端与承台板1的下表面连接，底端与上侧双滑道板7的上表面连接。竖向隔震主弹簧4的自由高度为64mm，容许荷载为1698N，刚度为156.0N/mm；单个缓冲弹簧一5的自由高度为20mm，容许荷载为303N，刚度为84.6N/mm；在承台板放置文物后缓冲弹簧一5处于自然长度，几乎不受力。

在承台板1放置文物后，竖向隔震主弹簧4在压力作用下带动内套筒3向下移动，使得缓冲弹簧一5近乎为自然长度，基本不受力。当受到地震作用承台板1继续向下移动时，缓冲弹簧一5与竖向隔震主弹簧4共同受力，缓冲弹簧一5分担一部分力，延长了竖向隔震主弹簧4的使用寿命；当承台板1向上移动并带动内套筒3移动时，在接近限位装置时，缓冲弹簧一5将承台板1以及内套筒3的动能转化为弹簧的弹性势能，使得承台板1速度缓慢减为零，防止内外套筒发生碰撞，造成文物竖向的晃动与抛离。

上侧双滑道板7的下部有下侧双滑道板12，上侧双滑道板7的滑道位于下表面，下侧双滑道板12的滑道位于上表面，上侧双滑道板7的滑道与下侧双滑道板12的滑道方向相互垂直，即二者的滑道正交。

参考图2、图3和图4，下侧双滑道板12的主体机构为方形，上表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿X方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在 X方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧四821，作为缓冲弹簧装置，同一限位板上的缓冲弹簧四821的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；在Y方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧五822连接竖向的缓冲板二102，组成缓冲装置，同一限位板上的缓冲弹簧五822的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置。

上侧双滑道板7与下侧双滑道板12基本一致，主体机构也为方形，下表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿Y方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在Y方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧二812，作为缓冲弹簧装置，同一限位板上的缓冲弹簧二812的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；在X方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧三811连接竖向的缓冲板一101，组成缓冲装置，同一限位板上的缓冲弹簧三811的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置；

缓冲弹簧二812、缓冲弹簧三811、缓冲弹簧四821、缓冲弹簧五822的自由长度均为50mm，容许荷载为1480N，刚度为120.4N/mm，缓冲板一101和缓冲板二102的长度均为560mm。

在上侧双滑道板7和下侧双滑道板12之间设置中间滑动器11，中间滑动器 11的上下表面均设置有12个滚动球，通过滚动球在上侧双滑道板7和下侧双滑道板12的滑道内滑动。

参考图5，上侧双滑道板7的下表面设置有连接卡槽9，连接卡槽9的槽长方向为X向，并在Y向有限位板，所述缓冲板10的顶端有截面为T形的连接件，连接件卡在所述连接卡槽9中，悬挂于上侧双滑道板7上，在连接卡槽9 中滑动。由中间滑动器11承担缓冲板一101的重力，防止缓冲板一101直接放置在中间滑动器11上，增大中间滑动器11的摩擦，降低其隔震效果。此外，连接件为内外相嵌的卡槽，由不锈钢制成，强度高承载力大，内外卡槽可以相对滑动，两者之间的摩擦力较小。

缓冲板一101与连接卡槽9两边的限位板的间距为20mm，厚度为10mm，高度与限位板相同，形状与滑道形状相同，防止滑动时与限位板产生摩擦，影响缓冲板一101的滑动。

综上，本发明水平方向的隔震系统由两个正交方向的摩擦摆(中间滑动器 11以及垂直的上下滑道结构)构成，竖向的隔震系统由四个弹簧套筒组成，由此构成了三维的隔震装置。其主要承重构件的材料都为不锈钢，坚固耐用，其余部件采用质量轻强度高的铝合金材料。

参考图6和图7，当由于地震作用中间滑动器11在达到极限位置处时，速度仍然比较大，此时沿X向布置的缓冲弹簧装置可以给中间滑动器11提供缓冲，防止中间滑动器11与限位装置直接碰撞，使得承台板1上的文物在惯性力的作用下发生摇晃、滑移甚至是倾覆，造成文物的破坏；均匀布置的缓冲弹簧二812、缓冲弹簧四821，可以给中间滑动器11提供对称的缓冲力，防止中间滑动器11 不平衡受力而发生扭转；对称布置的缓冲弹簧二812、缓冲弹簧四821，给中间滑动器11相反方向的移动提供碰撞保护。

当中间滑动器11沿X向运动并与缓冲弹簧二812接触时，在惯性作用下挤压缓冲弹簧二812，中间滑动器11的动能转换为缓冲弹簧二812的势能，中间滑动器11速度缓慢减为零，此时缓冲弹簧二812开始恢复，给中间滑动器11 提供回复力，防止中间滑动器11由于滑道摩擦过大和半径较大造成的无法复位的问题。

缓冲板一101和缓冲板二102在自然状态下与中间滑动器11的距离为20mm，保证中间滑动器11的自由滑动；当中间滑动器11发生较小扭转时，可以在凹型滑道的作用下恢复；当中间滑动器11发生较大扭转时，缓冲装置受力压缩，给中间滑动器11提供回复力，使其恢复正常的滑动，防止中间滑动器11 发生扭转降低装置的隔震效果。

当中间滑动器11沿Y向运动并与缓冲板二102接触时，缓冲板二102挤压缓冲弹簧五822，此时缓冲弹簧五822的弹力推动中间滑动器11恢复原位，保证中间滑动器11的正常滑动，防止中间滑动器11发生扭转和偏移。

整体来看，本发明作用机理为：当地震作用较大时，水平方向的中间滑动器11和竖向的承台板1位移较大，使得中间滑动器11和内套筒3达到限位处时速度仍然较大，此时设置的缓冲装置可以缓慢将其速度减为零，防止发生碰撞，使得文物发生摇晃甚至是倾覆与抛离，造成文物的破坏。承台板1与文物中间设置的粘性橡胶垫2有效地降低了文物发生摇晃、滑移和倾覆的可能。

与现有的隔震装置相比，本发明中的隔震支座具有多个缓冲限位装置，能有效地减小在限位装置处由于浮放物惯性发生碰撞而造成的摇晃、滑移甚至是倾覆，防止浮放物发生破坏；同时可以提供回复力，减少由于摩擦力过大、滑道半径较大等造成无法复位的问题；沿Y向布置的限位弹簧装置可以防止中间滑动器发生扭转，保证中间滑动器11与滑道的紧密接触；此外，本发明中的隔震支座具有可拆卸的弹簧套筒，方便更换老化、弹力失效的弹簧，支座的使用寿命更久。

本发明的上、下侧双滑道板设置有X向和Y向的缓冲限位装置，地震作用很大时，X向对称布置的四个缓冲弹簧装置可以将滑动器速度缓慢减为零，避免了碰撞，减小了文物的晃动，同时给滑动器提供回复力，可以防止由于滑道摩擦力过大和滑道半径较小造成滑动器无法复位的问题；Y向对称布置的弹簧和缓冲板组成的缓冲装置给滑动器提供侧向位移约束作用，防止滑动器发生侧向扭转，降低装置摩擦隔震的效果；在上侧双滑道板X向设置的缓冲板与上侧双滑道板的底部通过内外相嵌的卡槽相连，使得缓冲板的悬挂在上侧双滑道板上，其重量由滑动器承担，避免缓冲板与滑动器接触，减小滑动器的摩擦，保证滑动器的隔震效果。竖向弹簧套筒内设置的缓冲弹簧，可以防止内外套筒之间相对速度过大造成的碰撞，减小文物发生竖向的抛离；在承台板上放置物品后，隔震主弹簧受力压缩，带动内外套筒相对移动，内外套筒间距增大，使得缓冲弹簧近乎处于不受力状态，延长了缓冲弹簧的使用寿命。承台板上设置的粘性橡胶垫增大了文物与装置之间的摩擦力，有效地减少了文物发生滑移的可能性。

本发明从多个方面降低了隔震装置的负面作用，使得装置在保证其隔震效果的同时具有更好的适用性。

Claims (9)

1.一种具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，包括承台板(1)，承台板(1)通过若干弹簧套筒设置在上侧双滑道板(7)上，上侧双滑道板(7)的下部有下侧双滑道板(12)，上侧双滑道板(7)的滑道位于下表面，下侧双滑道板(12)的滑道位于上表面，上侧双滑道板(7)的滑道与下侧双滑道板(12)的滑道方向相互垂直，在上侧双滑道板(7)和下侧双滑道板(12)之间设置中间滑动器(11)，中间滑动器(11)的上下表面均设置有若干滚动球，通过滚动球在上侧双滑道板(7)和下侧双滑道板(12)的滑道内滑动，其中上侧双滑道板(7)和下侧双滑道板(12)均设置有作用于滑动方向的缓冲弹簧。

2.根据权利要求1所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述承台板(1)的上表面设置有粘性橡胶垫(2)。

3.根据权利要求1所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述弹簧套筒包括内套筒(3)和外套筒(6)，内套筒(3)在外套筒(6)中上下移动，内套筒(3)的顶端与承台板(1)的下表面连接，外套筒(6)的底端与上侧双滑道板(7)的上表面连接，内套筒(3)的底端带有水平的外边沿，外套筒(6)的顶端带有水平的内边沿，该外边沿与该内边沿配合组成限位结构，该外边沿的上表面与该内边沿的下表面之间，以若干均布的竖向的缓冲弹簧一(5)连接。

4.根据权利要求3所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述内套筒(3)中内置竖向隔震主弹簧(4)，竖向隔震主弹簧(4)的顶端与承台板(1)的下表面连接，底端与上侧双滑道板(7)的上表面连接。

5.根据权利要求4所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述竖向隔震主弹簧(4)的自由高度为64mm，容许荷载为1698N，刚度为156.0N/mm；单个缓冲弹簧一(5)的自由高度为20mm，容许荷载为303N，刚度为84.6N/mm；内套筒(3)和外套筒(6)间距为10mm。

6.根据权利要求1所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述上侧双滑道板(7)的主体机构为方形，下表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿Y方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在Y方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧二(812)，作为缓冲弹簧装置，在X方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧三(811)连接竖向的缓冲板一(101)，组成缓冲装置；

所述下侧双滑道板(12)的主体机构为方形，上表面四周均带有竖直的限位板，其滑道沿X方向呈底部钝圆的W形双滑道结构，其中在X方向的两限位板内侧连接有若干一端悬空的缓冲弹簧四(821)，作为缓冲弹簧装置，在Y方向的两限位板内侧通过若干缓冲弹簧五(822)连接竖向的缓冲板二(102)，组成缓冲装置。

7.根据权利要求6所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，同一限位板上的缓冲弹簧三(811)的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置；同一限位板上的缓冲弹簧五(822)的相邻间距为110mm，沿中线位置对称布置；同一限位板上的缓冲弹簧二(812)的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；同一限位板上的缓冲弹簧四(821)的相邻间距为100mm，沿限位板均匀布置；所述缓冲弹簧二(812)、缓冲弹簧三(811)、缓冲弹簧四(821)缓冲弹簧五(822)的自由长度为50mm，容许荷载为1480N，刚度为120.4N/mm。

8.根据权利要求6所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述上侧双滑道板(7)的下表面设置有连接卡槽(9)，连接卡槽(9)的槽长方向为X向，并在Y向有限位板，所述缓冲板(10)的顶端有截面为T形的连接件，所述连接件卡在所述连接卡槽(9)中，悬挂于上侧双滑道板(7)上，在连接卡槽(9)中滑动。

9.根据权利要求8所述具有缓冲限位装置的三维摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述缓冲板一(101)和缓冲板二(102)的长度均为560mm，缓冲板一(101)与连接卡槽(9)两边的限位板的间距为20mm，厚度为10mm，高度与限位板相同，形状与滑道形状相同。