CN103758915B - 比例缩放型抗冲击隔离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种比例缩放型抗冲击隔离装置，在设备和设备载体之间设置串连连通的第一抗冲击通道和第二抗冲击通道，且第一抗冲击通道的截面面积小于第二抗冲击通道的截面面积；第一抗冲击通道顶端与设备相连，第二抗冲击通道底端与设备载体相连；所述第一抗冲击通道内设有用于储存冲击能量的能量储存装置或用于耗散冲击能量的材料，第一抗冲击通道与第二抗冲击通道之间的内部空间内设有传递冲击能量的介质。与现有技术相比，冲击响应过程中，在保持或降低被隔离设备的绝对加速度幅值的前提下，大幅降低了设备与基础的相对位移响应幅值。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备的冲击隔离领域，具体地说是一种比例缩放型抗冲击隔离装置。
背景技术
机械设备或设施在遭受大能量冲击作用(如建筑物遭受地震、船舶碰撞、爆炸冲击、跌落冲击等)时能否安全运行是工程界关注的技术难题，因此，研究机械设备的抗冲击技术具有重要的工程应用价值。其关键技术是如何设计出同时降低被隔离设备的绝对加速度响应幅值和被隔离设备与船舶基础之间的相对位移响应幅值的产品。
传统的冲击防护措施是在冲击隔离系统中安装隔振器，将强烈的冲击能量先以势能的形式最大限度的存储于隔振器中，再按系统的固有振动周期，将隔振器中的能量缓慢释放出来，以达到缓解冲击的作用。这种隔振器虽然可以减小设备的绝对加速度响应幅值，但却会产生较大的相对位移，设备相对位移过大有可能造成设备附属连接管系和缆线的损坏，甚至超过隔振器本身的极限变形能力。因此急需研制一种产品，在保持或降低设备绝对加速度响应幅值的前提下，大幅减小设备与基础的相对位移响应幅值。
发明内容
针对背景技术中描述的不足，本发明的目的在于提供一种在保持或降低被隔离设备的绝对加速度响应幅值的前提下，大幅降低设备的相对位移响应幅值的比例缩放型抗冲击隔离装置。
为实现上述目的，本发明所设计的一种比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：在设备和设备载体之间设置串连连通的第一抗冲击通道和第二抗冲击通道，且第一抗冲击通道的截面面积小于第二抗冲击通道的截面面积；第一抗冲击通道顶端与设备相连，第二抗冲击通道底端与设备载体相连；所述第一抗冲击通道内设有用于储存冲击能量的能量储存装置或用于耗散冲击能量的材料，第一抗冲击通道与第二抗冲击通道之间的内部空间内设有传递冲击能量的介质。
由于第二抗冲击通道与设备载体相连，当受到冲击时，设备载体通过第二抗冲击通道将冲击能量传递至第一抗冲击通道，通过第一抗冲击通道内的能量储存装置储存传递来的冲击能量；由于第二抗冲击通道的截面面积大于第一抗冲击通道的截面面积，当第二抗冲击通道内产生一段较小的位移时，第一抗冲击通道内就会产生较大的位移，从而达到当受到冲击时，设备载体与设备之间只有小幅相对位移。
作为一种优选方案，所述第一抗冲击通道和第二抗冲击通道主要由缸体构成，所述缸体内设有液压活塞和安装座，所述安装座将缸体分为第一腔室和第二腔室，所述液压活塞位于第二腔室内；所述第一腔室的内径小于第二腔室的内径，所述安装座与第一腔室的内壁密封滑动连接；所述第一抗冲击通道包括第一腔室、安装座和缸体上部，所述第二抗冲击通道包括第二腔室、液压活塞和缸体下部；所述能量储存装置为述隔振器，其位于第一腔室内，两端分别与安装座和第一腔室端面连接；所述耗散冲击能量的材料为胶泥，所述胶泥充满所述第一腔室1.1；所述传递能量的介质为液压油，其充满所述安装座与液压活塞之间的部分第二腔室内部空间；所述第一腔室与第二腔室连接段的壳体上设有至少一个定压孔，所述定压孔出口处设有定压阀。
优选的，所述定压阀包括开口式阀体，所述阀体内设有阀芯和预压弹簧；所述预压弹簧一端与阀体端面连接，另一端与阀芯连接；所述阀体内壁设有通油槽，所述阀体端面设有通油孔。定压阀处于常闭状态，当不受到冲击只承担系统自重时候，定压阀关闭；当系统处于低速、小位移震动隔离状态时，液压活塞低速上下小位移运动，压缩液压油进入定压孔，通过通油孔进入定压阀内，进而打开定压阀，然后经通油槽流出至阀体外部，所以不会形成对安装座的压力，故安装座不产生相对位移。
优选的，所述第二腔室与第一腔室的内径之比为1～10。
优选的，所述隔振器为大位移弹簧隔振器或橡胶隔振器。这样，当系统受到大的冲击时，定压阀关闭，液压活塞推动安装座向上运动，从而压缩隔振器，隔振器储存冲击能量。
优选的，所述耗散冲击能量的材料为胶泥。
优选的，所述安装座、液压活塞与缸体内壁之间采用格来圈密封，所述格来圈嵌在所述安装座、液压活塞侧壁上。
优选的，所述安装座、液压活塞侧壁还设有导向带。
优选的，所述缸体上设有储油腔，所述定压孔与所述储油腔连通；所述储油腔顶部设有通气孔。这样，当液压活塞上下低速小位移运动时，储油腔用于储存和回流从定压孔排除的液压油。
进一步优选的，所述储油腔与第二腔室之间设有单向阀，使储油腔内的液压油回流至第二腔室。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，冲击响应过程中，在保持或降低被隔离设备的绝对加速度幅值的前提下，大幅降低了设备与基础的相对位移响应幅值。本发明不仅仅用于船舶的抗冲击装置，亦可应用于任何需要抗冲击、抗震的机械设备中，并且本发明还可以用于建筑物的抗震。
采用原理均是利用两个截面面积不同的两个抗冲击通道，在截面面积较小的通道内设置能量储存装置，从而实现在受到冲击、震动时，与本发明连接的设备、设备载体或两物体之间小幅位移，达到抗冲击、抗震的目的。
附图说明
图1是本发明的剖视示意图
图2是图1中A处的放大示意图
图3是本发明定压阀的第一种实施方式
图4是本发明定压阀的第二种实施方式
图5是本发明定压阀的第三种实施方式
图中：缸体1(其中：第一腔室1.1，第二腔室1.2)，缸盖2，液压活塞3，隔振器4，安装座5，液压油6，定压孔7，定压阀8(其中：阀体8.1，阀芯8.2，预压弹簧8.3，通油孔8.4，通油槽8.5)，储油腔9，通气孔9.1，格来圈10，导向带11。
具体实施方式
一种比例缩放型抗冲击隔离装置，在设备和设备载体之间设置串连连通的第一抗冲击通道和第二抗冲击通道，且第一抗冲击通道的截面面积小于第二抗冲击通道的截面面积；第一抗冲击通道顶端与设备相连，第二抗冲击通道底端与设备载体相连；所述第一抗冲击通道内设有用于储存冲击能量的能量储存装置或用于耗散冲击能量的材料，第一抗冲击通道与第二抗冲击通道之间的内部空间内设有传递冲击能量的介质。由于第二抗冲击通道与设备载体相连，当受到冲击时，设备载体通过第二抗冲击通道将冲击能量传递至第一抗冲击通道，通过第一抗冲击通道内的能量储存装置储存传递来的冲击能量；由于第二抗冲击通道的截面面积大于第一抗冲击通道的截面面积，当第二抗冲击通道内产生一段较小的位移时，第一抗冲击通道内就会产生较大的位移，从而达到当受到冲击时，设备载体与设备之间只有小幅相对位移。
当然，所述第一抗冲击通道与第二抗冲击通道的轴线的夹角可采用0°～90°中的任意角度，以0°、45°、90°为最佳的实施方式。同时，第一抗冲击通道可以设置多个，例如2到4个；并且多个第一抗冲击通道可相互独立设置，也即是每个第一抗冲击通道与第二抗冲击通道之间的夹角可以不同。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明所设计的一种比例缩放型抗冲击隔离装置，包括缸体1，缸体1内设有液压活塞3和隔振器4；所述缸体1内设有安装座5，所述安装座5将缸体1分为第一腔室1.1和第二腔室1.2，所述第一腔室1.1的内径小于第二腔室1.2的内径，所述安装座5与第一腔室1.1的内壁密封滑动连接；缸体1一端设有缸盖2，所述缸盖2与所述第二腔室1.2连接，上述缸盖2应当视为缸体1的一部分，属于常规技术手段不做累述；所述隔振器4位于第一腔室1.1内，两端分别与安装座5和第一腔室1.1端面连接；所述液压活塞3位于第二腔室1.2内，与第二腔室1.2内壁密封滑动连接；所述安装座5与液压活塞3之间的第二腔室1.2内注满液压油6；所述第一腔室1.1与第二腔室1.2连接段的壳体上设有至少一个定压孔7，所述定压孔7出口处设有定压阀8。
所述第一腔室1.1、安装座5和缸体1上部构成第一抗冲击通道，所述第二腔室1.2、液压活塞3和缸体1下部构成第二抗冲击通道；所述能量储存装置为述隔振器4，所述传递能量的介质为液压油6。
当然，可以选用一种耗散冲击能量的材料来代替上述实施方式中的隔振器4，这样，在受到冲击时将冲击能量耗散掉，而不是储存起来。所述用于耗散冲击能量的材料充满所述第一腔室1.1，所述用于耗散冲击能量的材料可以选用胶泥。
优选的，所述定压阀8包括开口式阀体8.1，所述阀体8.1内设有阀芯8.1和预压弹簧8.3；所述预压弹簧8.3一端与阀体8.1端面连接，另一端与阀芯8.2连接；所述阀体8.1内壁设有通油槽8.5，所述阀体8.1端面设有通油孔8.4。定压阀8处于常闭状态，当不受到冲击只承担系统自重时候，阀芯8.2在预压弹簧8.3的作用下将定压阀8关闭；当系统处于低速、小位移震动隔离状态时，液压活塞3低速上下小位移运动，压缩液压油6进入定压孔7，经通油孔8.4进入阀体8.1将阀芯8.2顶起使阀芯8.2与阀体8.1分离，但在预压弹簧8.3的作用下阀芯8.2不会与阀体8.1接触，液压油6从通油槽8.5流出阀体8.1，由于对安装座5产生的压力不足以推动安装座5，故安装座5不产生相对位移；当系统受到冲击，在液压油的作用下阀芯8.2与阀体8.1契合，将定压阀8关闭，液压油的压力推动安装座5。
优选的，所述第二腔室1.2与第一腔室1.1的内径之比为1～10。
优选的，所述隔振器4为大位移弹簧隔振器或橡胶隔振器。
优选的，所述安装座5、液压活塞3与缸体1内壁之间采用格来圈10密封，所述格来圈10嵌在所述安装座5、液压活塞3侧壁上。为了起到更好的导向作用，所述安装座5、液压活塞3侧壁设有导向带11。
优选的，所述缸体上设有储油腔9，所述定压孔7与所述储油腔9连通；所述储油腔9顶部设有通气孔9.1。这样，当液压活塞3上下低速小位移运动时，储油腔9用于储存和回流从定压孔7排出的液压油6。
进一步优选的，所述储油腔9与第二腔室2之间设有单向阀12，使储油腔9内的液压油回流至第二腔室2。
本发明工作原理如下：
由于第二抗冲击通道与设备载体相连(上述装置中液压活塞3与设备载体基础相连即为其的一种实施方式)，当受到冲击时，设备载体通过第二抗冲击通道将冲击能量传递至第一抗冲击通道(液压活塞3压缩液压油6，液压油6推动安装座5)，通过第一抗冲击通道内的能量储存装置(隔振器4)储存传递来的冲击能量或通过第一通道内的耗散冲击能量的材料将冲击能量耗散掉；由于第二抗冲击通道的截面面积大于第一抗冲击通道的截面面积，当第二抗冲击通道内产生一段较小的位移时，第一抗冲击通道内就会产生较大的位移，从而达到当受到冲击时，设备载体与设备之间只有小幅相对位移。
更为具体的说是：将液压活塞的活塞杆与设备载体基础固定，缸体上端面也即第一腔室的端面与被隔离设备固定。为便于描述，本发明所述的相对位移是指：冲击隔离系统中的基础与被隔离设备之间的相对位移。由于液动活塞与设备载体基础固定连接，缸体与被隔离设备也是固定连接，因此基础与被隔离设备之间的相对位移实际就是液动活塞与缸体之间的相对位移。
当系统处于静止状态时，定压阀的阀芯在预压弹簧的作用下处于常闭状态，液压油无法进入储油腔内。
当系统处于低速度、小位移的振动隔离状态，液压活塞上下低速度、小位移运动，活塞运动行程为一般为2～5毫米。这时，液压活塞向上运动时液压油通过定压阀的通油孔将阀芯与阀体分离，但在预压弹簧的作用下，阀芯与阀体处于分离状态，定压阀开启，此时，液压油从通油孔经过通油槽流出定压阀，流入储油腔内，此过程中油压有限，安装座保持相对静止。液压活塞向下运动时储油腔内的液压油经单向阀回流到第二腔室内。
当系统受到冲击作用时，液压活塞的运动速度突然增大，液压油的压力也迅速增大，此时将继续推动阀芯，使阀芯与阀体契合，从而关闭定压阀，使液压油不能流入储油腔内，而是推动安装座向上运动。此过程中，由于液压油不可压缩，第二腔室与第一腔室的内径之比大于1，因此当液压活塞向上运动较小位移时，隔振器或胶泥会产生较大变形，从而存储或耗散大量的冲击能量。
由于采用了位移放大原理，在保持或降低被隔离设备的绝对加速度幅值的前提下，冲击响应过程中，当隔振器产生大变形时，液压活塞仅向上移动较小位移，即系统只产生了较小的相对位移，大幅降低了设备与基础的相对位移响应幅值，保证了设备的安全运行。
本发明中，定压阀的作用主要是1.系统静置时，关闭储油腔和第二腔室之间的油路；2.当系统处于振动隔离状态时，打开储油腔和第二腔室之间的油路；3.当系统受到冲击时，关闭储油腔和第二腔室之间的油路。
如图3至图5所示，给出三种实现上述功能的定压阀结构，预压弹簧处于收缩状态，利用预压弹簧的收缩力和阀芯的自重常闭定压阀；系统振动时，液压油克服预压弹簧的收缩力和阀芯的自重使阀芯和阀体分离，经通油槽流出定压阀；系统受到冲击时，图3中阀芯与阀体内壁接触密封，从而关闭定压阀，图4和图5中则是与阀盖接触密封，从而关闭定压阀。
当然，上述三种结构同样可以将通油孔置于上方，利用预压弹簧的张紧力和自重实现上述三种功能，在此就不作累述。
虽然本发明的背景技术中描述的均是船舶的技术领域范围内，但是，本发明不仅仅用于船舶的抗冲击装置，亦可应用于任何需要抗冲击、抗震的机械设备中，并且本发明还可以用于建筑物的抗震。
采用原理均是利用两个截面面积不同的两个抗冲击通道，在截面面积较小的通道内设置能量储存装置或耗散冲击能量的材料，从而实现在受到冲击、震动时，与本发明连接的设备、设备载体或两物体之间小幅位移，达到抗冲击、抗震的目的。
Claims (9)
1.一种比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：在设备和设备载体之间设置串连连通的第一抗冲击通道和第二抗冲击通道，且第一抗冲击通道的截面面积小于第二抗冲击通道的截面面积；第一抗冲击通道顶端与设备相连，第二抗冲击通道底端与设备载体相连；所述第一抗冲击通道内设有用于储存冲击能量的能量储存装置或用于耗散冲击能量材料，第一抗冲击通道与第二抗冲击通道之间的内部空间内设有传递冲击能量的介质；所述第一抗冲击通道和第二抗冲击通道主要由缸体(1)构成，所述缸体(1)内设有液压活塞(3)和安装座(5)，所述安装座(5)将缸体(1)分为第一腔室(1.1)和第二腔室(1.2)，所述液压活塞(3)位于第二腔室(1.2)内；所述第一腔室(1.1)的内径小于第二腔室(1.2)的内径，所述安装座(5)与第一腔室(1.1)的内壁密封滑动连接；所述第一抗冲击通道包括第一腔室(1.1)、安装座(5)和缸体(1)上部，所述第二抗冲击通道包括第二腔室(1.2)、液压活塞(3)和缸体(1)下部；所述能量储存装置为隔振器(4)，其位于第一腔室(1.1)内，两端分别与安装座(5)和第一腔室(1.1)端面连接；所述耗散冲击能量的材料充满所述第一腔室(1.1)；所述传递冲击能量的介质为液压油(6)，其充满所述安装座(5)与液压活塞(3)之间的部分第二腔室(1.2)内部空间；所述第一腔室(1.1)与第二腔室(1.2)连接段的壳体上设有至少一个定压孔(7)，所述定压孔(7)出口处设有定压阀(8)。
2.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述定压阀(8)包括开口式阀体(8.1)，阀体(8.1)内设有阀芯(8.2)和预压弹簧(8.3)；所述预压弹簧(8.3)一端与阀体(8.1)端面连接，另一端与阀芯(8.2)连接；所述阀体(8.1)内壁设有通油槽(8.5)，所述阀体(8.1)端面设有通油孔(8.4)。
3.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述第二腔室(1.2)与第一腔室(1.1)的内径之比为1～10。
4.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述隔振器(4)为大位移弹簧隔振器或橡胶隔振器。
5.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述耗散冲击能量的材料为胶泥。
6.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述安装座(5)、液压活塞(3)与缸体(1)内壁之间采用格来圈(10)密封，所述格来圈(10)嵌在所述安装座(5)、液压活塞(3)侧壁上。
7.根据权利要求1所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述安装座(5)、液压活塞(3)侧壁还设有导向带(11)。
8.根据权利要求1-7中任一所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述缸体(1)上设有储油腔(9)，所述定压孔(7)与所述储油腔(9)连通；所述储油腔(9)顶部设有通气孔(9.1)。
9.根据权利要求8所述的比例缩放型抗冲击隔离装置，其特征在于：所述储油腔(9)与第二腔室(1.2)之间设有单向阀(12)，使储油腔(9)内的液压油回流至第二腔室(1.2)。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |