CN105402309A - 一种采用混合减震技术的文物防震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用混合减震技术的文物防震装置，包括由下至上依次叠置的底座、第一滑座和第二滑座，所述第一滑座具有X向自由度，所述第二滑座具有Y向自由度，所述X向和Y向为水平向且水平投影交叉；所述第一滑座和底座以及第一滑座和第二滑座之间均设有主动减震机构和被动减震机构；所述的主动减震机构包括：沿X向或Y向布置且由电机驱动的丝杆，与所述第一滑座或第二滑座同步运动并与丝杆螺纹配合的滑套，检测底座或第一滑座运动加速度的加速度计，所述加速度计用于输出控制所述电机的信号。本发明采用混合减震技术，在大大减小文物加速度的同时，能将文物相对于展柜的位移维持在安全的阈值之下，对各种地震波动的适应性强。

Description

一种采用混合减震技术的文物防震装置

技术领域

本发明涉及一种防震装置，尤其涉及一种用于保护可移动文物免受地震损害的采用混合减震技术的文物防震装置。

背景技术

在文物防震保护的诸多环节中，浮放展陈可移动文物的防震是重要一环。对于库房存放的可移动文物可以定制囊匣、缓冲包装等方法防震，浮放展陈文物无法采用这些方法，而传统的防震方法，如：重心下降法、固定安置法(含粘、吸、捆、卡、支等手段)及吸震坐垫法，在强震情况下效果不佳，实验研究中有些方法甚至出现划伤、折断浮放物的情况。浮放展陈文物防震装置运用先进的科技手段提高地震防范能力，使用柜内型防震机构，不需改变文物原展陈方式，也无需改造博物馆场地和陈列柜，因此柜内型防震机构是博物馆对浮放展陈珍贵文物实施防震保护的首选。

日本AS株式会社的TCR(TunedConfigurationRail)柜内型文物防震产品为一机械式双向轨道隔震器，它由上下两层组成，每层有4个轮子及4个可调轨道，通过材料变形和摩擦等来吸收和减小震动能量，以达到水平减震的目的。从上海博物馆和台北故宫博物院对日本TCR产品的实验结果看，其滑动位移量设计值过大，要求展柜内有足够大的容许位移，否则不能保证减震过程中台面不与展柜内壁碰撞。

减震技术可分为被动减震、主动减震和混合减震三类。被动减震机构主要由弹性元件和阻尼元件组成，工作时不消耗外部能源，只是耗散或暂时存储震动能量。主动减震机构主要由传感器、控制器和执行器等元件组成，工作时消耗外部能源，由传感器检测震动信息，控制器控制执行器反向做功，抵消震动。混合减震是指同时采用主动和被动减震技术。

目前，国内外同类机构均采用被动减震技术。公开号为CN102401081A的专利文献公开了一种磁力悬空三维文物隔震装置，包括由上至下平行设置的顶板、中间板与底板，所述顶板与中间板通过至少三个套筒结构相连，使顶板能够相对中间板竖直移动；在每一副套筒结构内设置有在垂向上相互排斥的磁石，使顶板以及顶板上文物悬浮；在所述底板上设有至少三个倾斜面，各倾斜面上枢设有一个回转轴，各所述回转轴铰接一根回转臂，各所述回转臂的延伸端连接有一个连接块，各所述连接块均与所述中间板固定连接，各所述连接块下端通过万向脚与各倾斜面的最低位置接触。公开号为CN102401080A的专利文献公开了一种带限位保护系统三维文物隔震装置，包括平行设置的底板和顶板、竖向设置在底板和顶板之间的相面对的第一连杆系统和第二连杆系统、以及与顶板下方连接的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件，其中第一连杆系统和第二连杆系统在底板上的投影连线形成矩形；第一和第二连杆系统包括至少两根竖向连杆，连杆的上端部通过第一销轴与顶板的伸出部分铰接，连杆的下端部通过第二销轴与一连接板的一端铰接，第一销轴和第二销轴的轴向平行并且与第一和第二连杆系统在底板上的投影线垂直，连接板的另一端通过水平向枢轴与底板枢接，水平向枢轴的轴向与上述投影线平行。公开号为CN102374259A公开了一种独立式平行连杆三维文物隔震装置，其包括平行设置的底板与顶板，还包括竖向连接在底板与顶板之间的四副独立设置的平行连杆减震器，所述四副平行连杆减震器在所述底板上的投影连接线形成矩形；每一副平行连杆减震器包括至少一个平行四连杆机构，所述平行四连杆机构上下分别与所述顶板以及底板枢接，所述隔震装置上设有至少一个能够使所述隔震装置维持在平衡位置的复位弹簧机构。公开号为CN201649294U的专利文献公开了一种文物隔震复合支座，包括连接板以及设置在所述连接板上的限位组件一、限位组件二和弹簧体，所述限位组件一对称设置在连接板前后两端，所述限位组件二对称设置在连接板左右两端，所述弹簧体设置在连接板中部，所述弹簧体上部设置有聚四氟乙烯板，所述聚四氟乙烯板上部设置有不锈钢板，所述不锈钢板上部设置有夹层隔震支座，所述夹层隔震支座与限位组件一之间以及夹层隔震支座与限位组件二之间均设置有缓冲体，且所述缓冲体与限位组件一和限位组件二固定连接。

被动减震机构的弹性和阻尼等参数无法根据地震波动的具体情况进行实时调整，这决定了被动减震技术对各种地震波动的适应性有限。另外，被动减震机构最大滑动位移的进一步改善也遇到瓶颈，在更短的滑动位移下被动减震机构几乎不可能将震动能量耗散完。

发明内容

针对现有技术对各种地震波动的适应性有限的不足，本发明的目的在于提供一种采用混合减震技术的文物防震装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种采用混合减震技术的文物防震装置，包括由下至上依次叠置的底座、第一滑座和第二滑座，所述第一滑座具有X向自由度，所述第二滑座具有Y向自由度，所述X向和Y向为水平向且水平投影交叉；

所述第一滑座和底座以及第一滑座和第二滑座之间均设有主动减震机构和被动减震机构；

所述的主动减震机构包括：

沿X向或Y向布置且由电机驱动的丝杆，

与所述第一滑座或第二滑座同步运动并与丝杆螺纹配合的滑套，检测底座或第一滑座运动加速度的加速度计，所述加速度计用于输出控制所述电机的信号。

本发明的第一滑座和第二滑座在外力作用下可分别沿X向和Y向滑动，从而第二滑座上的文物可在水平面上实现任意方向的位移。

本发明的减震机构包括主动减震机构和被动减震机构，分为地震和非地震两种工作模式。非地震工作模式下，用作主动减震控制的电气系统处于休眠状态，仅运行被动减震机构；当加速度计检测到外部加速度超过设定阈值时，其发送指令到电机，文物防震装置切换为地震工作模式，电机通过丝杆带动第一滑座和第二滑座进行反向位移补偿，抵消震动位移，实施主动减震。

本发明的文物防震装置采用混合减震技术，能根据地震波动的具体情况进行适时调整，能适应各种地震波动，同时能在较短的滑动位移下将震动能量耗散完，降低对展柜尺寸的要求。

本发明的相邻两层板之间可以通过多种方式滑动配合，为增加相邻两层板之间滑动的稳定性，作为优选，所述底座设有适应第一滑座X向运动的X向导轨，所述第一滑座设有适应第二滑座Y向运动的Y向导轨。

作为优选，所述被动减震机构为阻尼器和/或弹簧。

作为优选，所述的第一滑座或第二滑座均设有套设在丝杆上的第一限位板和第二限位板，所述滑套位于第一限位板和第二限位板之间。

作为优选，所述的弹簧设置在滑套与第一限位板和第二限位板之间。

本发明中的丝杠为滚珠丝杠。滑套与限位板之间的弹簧可以起到被动减震的作用，同时，在主动减震过程中，弹簧还起到缓冲滤波作用，吸收由地面传来的高频地震横波，进一步保护文物。

作为优选，所述的电机带有制动器。

作为优选，所述的主动减震机构包括检测第一滑座或第二滑座的滑动位移的直线位移传感器，所述用于输出控制所述电机的信号。

直线位移传感器的固定端安装在底座或第一滑座上，直线位移传感器随动轴的自由端与第一限位板或第二限位板固定连接，用于测定第一滑座或第二滑座的实际直线移动距离，并输出所测得的直线移动距离数据，根据设定的计算方法来控制电机的动作。

考虑到地震时外部电源可能会被切断，本发明的文物防震装置设有备用电源。

在非地震工作模式下，文物防震装置采用外部供电并给备用电源充电；当文物防震装置进入地震工作模式时，启用备用电源供电，确保在地震中电气系统能稳定工作。

作为优选，所述的第二滑座上设有竖直减震机构，竖直减震机构的上部为载物台。

竖直减震机构可采用现有技术，例如：PE泡棉，对文物实施竖直方向上的减震。

作为优选，所述的X向和Y向相互垂直。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用混合减震技术，非地震工作模式时采用被动减震，地震工作模式时采用主动减震，且非地震工作模式和地震工作模式之间可根据外部震动情况自动切换，主动减震辅以被动减震。非地震工作模式时系统的能量消耗极小，节能环保，适合对文物进行长期保存，地震工作模式时能有效滤波，保护文物免受冲击，本发明在大大减小文物加速度的同时，能将文物相对于展柜的位移维持在安全的阈值之下，对各种地震波动的适应性强。

附图说明

图1为本发明的文物防震装置的整体结构示意图；

图2为底座结构示意图；

图3为丝杠局部结构示意图。

上述附图中：

1、文物防震装置；2、文物；3、底座；31、导轨；32、滑块；331、电机；332、滚珠丝杠；333、滑套；334、电机安装板；335、丝杠支座；336、制动器；341、第一限位板；342、第二限位板；343、第一连接板；344、第二连接板；35、弹簧；36、阻尼器；37、加速度计；38、控制器；39、直线位移传感器；4、第一滑座；5、第二滑座；6、竖直减震机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，本发明的文物防震装置1包括由下至上依次叠置的底座3、第一滑座4和第二滑座5，第二滑座5的顶部安装有用于放置文物2的竖直减震机构6，本实施例中的竖直减震机构6采用现有技术，例如PE泡棉等。

第一滑座4可相对于底座3在水平面的X向滑动，第二滑座5可相对于第一滑座4在水平面的Y向滑动，其中X向与Y向在水平面上相互垂直，从而通过第一滑座4与第二滑座5的滑动可实现文物2在水平面上任意方向的位移。

底座3上设有适用第一滑座4X向运动的X向的导轨31，第一滑座4上设有适用第二滑座5Y向运动的Y向的导轨31，底座3与第一滑座4上的导轨31在水平面上的投影相互垂直交叉。第一滑座4和第二滑座5分别通过滑块32余导轨31相配合。

如图2所示，底座3上通过电机安装板334安装有电机331，本实施例的电机为直流电机，电机331上设有制动器336；通过丝杠支座335安装有滚珠丝杠332，滚珠丝杠332通过联轴器与电机331联动，滚珠丝杠332沿导轨31的方向布置。

滚珠丝杠332上套设有第一限位板341和第二限位板342，第一限位板341和第二限位板342与第一滑座4固定连接。与滚珠丝杠332螺纹配合的滑套333位于两限位板之间，电机331开启时可通过两限位板驱动第一滑座4沿丝杆的轴向运动。

在滑套333的两端与两限位板之间的丝杆上还套设有弹簧35，系统正常工作中，如果有地震导致底座3发生加速度变化，弹簧35便会受到来自滑套333的压力，导致弹簧35发生形变，该形变被直线位移传感器39实时监测并将数据发送给控制器38，控制器38通过预先设置的劲度系数将位移量转换为弹簧35所受到的压力，进而控制电机331工作，驱动滑套333在滚珠丝杠332上进行直线运动，抵消弹簧35对第一限位板341和第二限位板342的压力，降低第一滑座4在导轨31方向的位移，可起到减震作用，此时第一滑座4平稳运动。

如图3所示，第一限位板341和第二限位板342上分别安装有第一连接板343和第二连接板344。

滑套333上通过支架安装有阻尼器36，用于检测弹簧35的受力情况。本实施例中的阻尼器36实际为一直线位移传感器，其固定端通过支架固定在滑套333上，其随动轴固定在第一连接板343上，可检测出弹簧35的形变量，从而计算出弹簧35的受力情况。

底座3上还安装有加速度计37、控制器38、直线位移传感器39。直线位移传感器39的固定端通过支架固定在底座上，其随动轴固定在第二连接板344上，用于检测第一滑座4的实际移动距离。

加速度计37用于检测底座3的运动加速度。

加速度计37、直线位移传感器39及阻尼器36所检测到的数据传输给控制器38，经控制器38计算后向电机331输送相应的指令，使电机331实施相应的动作。

第一滑座4上所安装的部件与底座3相同，在安装时，两者上的导轨31在水平面上的投影应相互垂直交叉。

本发明的文物防震装置具有两种工作模式：非地震工作模式和地震工作模式。非地震工作模式下，用作主动减震控制的电气系统处于休眠状态，仅通过弹簧35进行减震；当加速度计37检测到外部加速度超过设定阈值时，控制器38发送指令到电机331，文物防震装置切换为地震工作模式，此时弹簧35的压缩量被阻尼器36精确监测，进而控制器38计算出弹簧35的受力情况，控制电机331通过丝杆带动第一滑座4和第二滑座5进行预先设置好的相对运动，滤去高频地震波，实施主动减震。

本实施例的文物防震装置1还设有备用电源(图中未示出)。在非地震工作模式下，文物防震装置采用外部供电并给备用电源充电；当文物防震装置进入地震工作模式时，启用备用电源供电，确保在地震中电气系统能稳定工作。

本发明采用混合减震技术，非地震工作模式时采用被动减震，地震工作模式时采用主动减震，且非地震工作模式和地震工作模式之间可根据外部震动情况自动切换，主动减震辅以被动减震。本发明在大大减小文物加速度的同时，能将文物相对于展柜的位移维持在安全的阈值之下，对各种地震波动的适应性强。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用混合减震技术的文物防震装置，包括由下至上依次叠置的底座、第一滑座和第二滑座，其特征在于，所述第一滑座具有X向自由度，所述第二滑座具有Y向自由度，所述X向和Y向为水平向且水平投影交叉；

所述第一滑座和底座以及第一滑座和第二滑座之间均设有主动减震机构和被动减震机构；

所述的主动减震机构包括：

沿X向或Y向布置且由电机驱动的丝杆，

与所述第一滑座或第二滑座同步运动并与丝杆螺纹配合的滑套，检测底座或第一滑座运动加速度的加速度计，所述加速度计用于输出控制所述电机的信号。

2.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述底座设有适应第一滑座X向运动的X向导轨，所述第一滑座设有适应第二滑座Y向运动的Y向导轨。

3.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述被动减震机构为阻尼器和/或弹簧。

4.根据权利要求3所述的文物防震装置，其特征在于，所述的第一滑座或第二滑座均设有套设在丝杆上的第一限位板和第二限位板，所述滑套位于第一限位板和第二限位板之间。

5.根据权利要求4所述的文物防震装置，其特征在于，所述的弹簧设置在滑套与第一限位板和第二限位板之间。

6.根据权利要求5所述的文物防震装置，其特征在于，所述的电机带有制动器。

7.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述的主动减震机构包括检测第一滑座或第二滑座的滑动位移的直线位移传感器，所述用于输出控制所述电机的信号。

8.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述的文物防震装置设有备用电源。

9.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述的第二滑座上设有竖直减震机构，竖直减震机构的上部为载物台。

10.根据权利要求1所述的文物防震装置，其特征在于，所述的X向和Y向相互垂直。