CN106122368B - 一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，包括，水平双向机械导轨减振承台结构和多个套筒内置钢弹簧结构形成了具有三向低通滤波作用大行程高耗能减振结构；水平双向机械导轨减振承载结构通过包括相互垂直的水平X向承台板和水平Y向承台板的两级承台板结构及两级承台板结构之间采用水平导轨和水平导轨连接扣件的连接方式，实现水平X向承台板和水平Y向承台板分别在X方向和Y方向自由滑移；每个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构和外环套筒结构通过两端分别与内环套筒结构内部顶端和外环套筒内部底端固连的竖向内置减振弹簧变形实现上下相互运动。本发明可改善物品易受地震或其他振动导致倾倒损坏等问题。
Description
技术领域
本发明属于机械振动领域，特别涉及一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法。
背景技术
目前，针对文物陈列、物品展览、易碎品摆放、工业设备安置等振动控制工程中的易受地震或其他振动作用导致物品易倾倒损坏等问题，大多数采用以下几种方式：1)采用大块混凝土作为基础；2)采用轻质的陈列柜，将易损品固定在陈列柜中；3)采用二维减振(震)承台板结构；4)采用竖向支撑式减振器。这些设计方案在实际强振(震)作用下对陈列物品起到的保护作用十分有限。这些方案具有以下缺陷：1)刚性体无减振作用。大块式混凝土基础在强振(震)作用下，由于刚度大，中高频振动传递率较大，而且自身也较容易破碎；2)大幅中高频振动无法减振。轻质陈列柜将易损品固定在柜中，该方案对于小幅振动的低频荷载具有较好的作用，对于大幅中高频振(震)动也无法实现有效的减振，起到保护作用；3)无竖向减振功能。二维减振承台多为双向摩擦滑移式减振，其在一定程度上可以减小水平振动对陈列品的振动作用，但是在大幅三维振(震)动下，该方案也不能有效提供竖向减振功能；4)减振效能低。竖向支撑式减振器主要形式包括橡胶减振器、刚弹簧减振器和空气弹簧减振器。但是三种减振器主要提供的是竖向减振功能，水平向减振效果差；即便是合理设计钢弹簧减振器和空气弹簧减振器，可以降低其整体刚度， 但是由于两类弹簧有效变形的行程有限，也导致了目前该类减振器减振效能极低；5)无法有效进行三向减振。上述所有当前陈列产品类的减振方案都无法提供有效的三向减振，尤其是针对较大的破坏性工业振动和地震，减振的主要方式是耗能，这些产品无法提供高效的耗能机制，不能抵御强振和强震作用，不能有力的卸载强振(震)动产生的动能，不能再减振过程中提供高效的稳定性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，可有效改善物品等易受地震或其他振动作用导致易倾倒损坏等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，所述方法包括：
水平双向机械导轨减振承台结构和多个套筒内置钢弹簧结构分别位于竖向承台板的上表面和下表面形成了具有三向低通滤波作用的大行程高耗能减振结构；
其中，所述水平双向机械导轨减振承载结构通过包括两层相互垂直的水平X向承台板和水平Y向承台板的两级承台板结构及两级承台板结构之间采用水平导轨和水平导轨连接扣件的连接方式，实现水平X向承台板和水平Y向承台板分别在X方向和Y方向自由滑移；
其中，每个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构和外环套筒结构通过两端分别与所述内环套筒结构内部顶端和所述外环套筒内部 底端固连的竖向内置减振弹簧变形实现上下相互运动。
优选地，所述每个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构和外环套筒结构之间通过竖向内外环导轨稳定结构，使得内环套筒结构和外环套筒结构相向运动过程中的运动轨迹仅为竖直方向。
优选地，所述竖向内外环导轨稳定结构为包括竖向导轨及竖向导轨连接扣件的连接结构，内环套筒结构和外环套筒结构在相向运动中侧向受到竖向导轨及竖向导轨连接扣件的约束，同时减小了在滑动过程中产生的摩擦力，从而保障了所述相向运动为理想的竖直向运动提供了较高的竖向运动稳定性。
优选地，所述多个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构之间通过内环套筒水平刚性连接件连接成为一个刚性推子结构及保证各个内环套筒结构运动轨迹一致，及所述多个套筒内置钢弹簧结构中的外环套筒结构之间通过外环套筒水平刚性连接件连接成为一个刚性支撑结构及保证各个外环套筒结构运动轨迹一致。
优选地，所述内环套筒结构端部通过内外套筒防撞弹簧，保证内、外环套筒结构在运动中及套筒内置钢弹簧结构拉伸过程中，内、外环套筒结构端头触碰的位置不会发生刚性碰撞，而是低刚度弹性接触，以降低大幅振动过程中内、外环套筒结构端头的损伤，提高其使用寿命。
优选地，所述内外套筒防撞弹簧末端设置有橡胶垫。
优选地，所述外环套筒结构底部设置有基座结构，所述基座结构底部设置有调节螺栓，用于调节高度。
优选地，所述内环套筒结构和外环套筒结构均为方管结构。
有益效果
本发明提供的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法有益效果：
1)发明了一种由水平向双层滑轨及扣件组成的承台板结构和竖直向内外环套筒内置钢弹簧支撑结构组成的具有三向减振功能的系统。该系统水平向减振方案由双层承台板沿滑轨双向滑动实现振动位移耗能，竖直向减振方案由套筒内置钢弹簧自由伸缩实现位移耗能，具有三向大行程、高耗能减振功能。
2)套筒式内置减振弹簧竖向减振装置。该减振(震)装置主要由内环套筒结构、外环套筒结构和减振弹簧构成，通过减振弹簧的拉伸和压缩，可以实现内外套筒相互运动，即可以实现振(震)动作用下上部套筒刚性组建整体竖向自由运动，从而大幅消耗竖向振(震)动作用。
3)竖向内外环导轨稳定结构。该结构中每一对内外套筒，分别设计有竖向导轨及连接扣件，通过竖向导轨连接，使得内环套筒和外环套筒相向运动过程中，内外环套筒的运动轨迹仅为竖直方向，侧向受到导轨的约束，同时并不会在滑动过程中产生摩擦力，从而保障了内外套筒相向运动为理想的竖直向运动，为套筒相互运动提供了较高的竖向运动稳定性。
4)套筒水平刚性连接件。由于每套系统中内外套筒分别为两件，为了保障相同方向上所有套筒运动轨迹一致，不发生同方向运动不同 位置套筒之间存在偏差，进而导致整体结构不平稳，甚至发倾斜，本发明中设计的套筒水平向刚性连接件有效的起到了解决该问题作用。
5)内外环套筒防撞弹簧。通过在内环套筒端部设计防撞弹簧圈结构，可以有效保证内外套筒运动，即在内置减振弹簧拉伸过程中，在内外环套筒端头触碰位置，不会发生刚性碰撞，而是低刚度弹性接触，这样可以有效的降低大幅振动过程中内外套筒端头的损伤，提高其使用寿命。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述技术方案和其他特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中公开的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
图1是本发明实施例中公开的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法的结构示意图；
一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制结构包括，水平双向机械导轨减振承台结构、竖向承台板07和多个套筒内置钢弹簧结构，水平双向机械导轨减振承台结构包括两层相互垂直的水平X向承台 板01和水平Y向承台板04，水平X向承台板01下表面设置水平X向导轨扣件02，水平X向导轨扣件02可滑动连接至设置在所述Y向承台板04的上表面的水平X向移动导轨03，可以实现水平X项承台板01可通过水平X向移动导轨03在X向自由滑移，最大X向行程为20cm。水平Y向承台板04的下表面设置有水平Y向导轨扣件05，水平Y向导轨扣件05可滑动连接至设置在竖直承台板07上表面的水平Y向移动导轨06，可实现水平Y向承台板04通过水平Y向移动导轨06在Y向自由滑移，最大行程为20cm。
每个套筒内置钢弹簧结构包括内环套筒结构08和外环套筒结构10，内环套筒结构08为方管结构，管内径60mm，壁厚5mm。主要功能为与外环套筒结构10形成内外套筒连接系统，外环套筒结构10也为方管结构，管内径80mm，壁厚5mm。主要功能为与内环套筒结构08形成内内外套筒连接系统。
内环套筒结构08一端与竖直承台板07下表面固接，该竖向承台板07为正方形，边长为600mm，厚度20mm。主要功能为上部设置轨道，为水平X向承台板01、水平X向导轨扣件02、水平X向移动导轨03、水平Y向承台板04、水平Y向导轨扣件05和水平Y向移动导轨06部分提供承载平台，下部和内环套筒结构08相连。
内环套筒结构08内设置竖向内置减振弹簧14，竖向内置减振弹簧14顶部与内环套筒结构08顶部固连，竖向内置减振弹簧14底部与外环套筒底部10固连，该竖向减振弹弹簧14为本发明中主要竖向减振机构，其主要构成为一钢制弹簧结构，长度为500mm，直径 为60mm。其主要功能是利用内环套筒结构08和外环套筒结构10构成内外套筒结构，通过该弹簧的压缩和伸长，有效地将外界传来的竖向振动能量通过弹簧变形进行卸载和消耗，从而起到竖向减振的作用。
内环套筒结构08另一端设置内外套筒防撞弹簧13，内外套筒防撞弹簧末端设置有橡胶垫12。该结构为一机械柔性弹簧，且端头带有橡胶垫的防撞装置，该装置设置在内环套筒结构端头。其功能主要为当竖向内置减振弹簧14拉伸运动至极限时，即当内外环套筒相互运动至边界时，该内外套筒防撞弹簧13可以起到柔性碰撞，有效地通过内外套筒防撞弹簧13较为平缓的卸载冲击能量，避免内外套筒端头刚性碰撞，造成磨损。
竖直承台板07下方设置可设置两个套筒内置钢弹簧结构，该结构中每一对内外套筒中，内环套筒08外壁设置有竖向导轨09，内环套筒08内壁设置有竖向导轨连接扣件11，通过竖向导轨09与竖向导轨连接扣件11的滑动连接，使得内环套筒08和外环套筒10相向运动过程中，内外环套筒08的运动轨迹仅为竖直方向，侧向受到竖向导轨09的约束，同时并不会在滑动过程中产生摩擦力，从而保障了内外套筒08相向运动为理想的竖直向运动，为内环套筒08和外环套筒10相互运动提供了较高的竖向运动稳定性。同时，内外套筒08相互运动可以通过竖向内置减振弹簧14的伸缩变形便实现了竖向振动时低频率、高耗能、高阻尼比性能。
外环套筒结构10底部设置有基座结构15，所述基座结构15底 部设置有调节螺栓(未示出)，用于调节高度。该基座结构15为一支撑型地脚装置，其主要功能为本发明整体系统提供支撑作用，其底部安置有调节螺栓，具备底部可调节高度的作用。
在两个套筒内置钢弹簧结构中的两个内环套筒结构间08设置水平刚性内连接件16，水平刚性内连接件16为一水平向内框架刚性结构。其功能为通过该水平刚性内连接件16，可以将整套系统中两个内环套筒结构连接成为一个刚性整体套筒装置，可以有效地保证套筒上下运动时，上部内环套筒为一理想刚性体，只能进行竖向运动。在两个套筒内置钢弹簧结构中的外环套筒结构10间设置水平刚性外连接件17。水平刚性外连接件17为一水平向内框架刚性结构。其功能为通过该水平刚性内连接件17，可以将整套系统中的两个外环套筒结构连接成为一个刚性整体套筒装置，可以有效地保证套筒上下运动时，下部外环套筒为一理想刚性体，整体处于静止状态。该水平刚性内连接件16和水平刚性外连接件17可以通过预先设计完成标准件，在系统安装过程中直接通过螺栓方式连接，也可通过预先焊接成标准件进行连接。
以上结构通过综合利用内外套筒内置竖向减震弹簧和上部两级承台板之间采用导轨连接的技术，使该结构具备三向减振(震)功能。
本结构基于套筒式内置弹簧结构和双向导轨结构，设计了三向具有低通滤波作用的大行程高耗能减振结构，通过内外环水平向套筒刚性连接件使上部分内环套筒连接成为一个刚性推子结构，下部分外环讨论连接成为一个刚性支撑结构，保证竖向内置减振弹簧伸缩过程上 下套筒装置均为刚体运动。
该结构目前用于文物陈列等易损品陈放支撑结构，主要目的是抵御外界环境强振(震)作用下对易损品造成倾覆破坏，其功能为大行程耗能振动控制。由于该装置在三向抵御强振(震)作用时，需要具备竖向大行程、低刚度、高阻尼、高稳定性、运动部件整体高刚性等要求，特采用一种套筒内置钢弹簧结构，并辅助在内外环套筒间增设竖向导轨和导轨扣件，以及防撞弹簧，使得该结构可以有效通过该设计形式，形成一个上部内环套筒整体刚性推子结构、下部外环套筒整体刚性支撑结构，通过内置减振弹簧实现了竖向低刚度、大行程、高阻尼特性的减振功能。并通过内外环套筒之间增设导轨和导轨扣件，有效保证了竖向减振过程中，内外环套筒相对运动过程中仅为竖向运动，侧向存在约束，避免发生运动过程中倾斜问题。而且防撞弹簧结构也有效避免了内外环套筒运动过程中，端头部位出现刚性碰撞引发材料损坏情况。该套系统可以有效地实现三向，即两个水平向和一个竖直向的振动控制，而且具有低刚度、高阻尼、大行程、低损耗、高稳定性的特征。该套系统在实现过程中工艺流程极为简单，无需较多的拆卸安装，仅需要将结构部件加工成为标准件，通过螺栓连接，现场拼装使用即可。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于：所述方法包括：
水平双向机械导轨减振承台结构和多个套筒内置钢弹簧结构分别位于竖向承台板的上表面和下表面，形成了具有三向低通滤波作用的大行程高耗能减振结构；
其中，所述水平双向机械导轨减振承台结构通过包括两层相互垂直的水平X向承台板和水平Y向承台板的两级承台板结构及两级承台板结构之间采用水平导轨和水平导轨连接扣件的连接方式，实现水平X向承台板和水平Y向承台板分别在X方向和Y方向自由滑移；
其中，每个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构和外环套筒结构通过两端分别与所述内环套筒结构内部顶端和所述外环套筒结构内部底端固连的竖向内置减振弹簧变形实现上下相互运动；
其中，所述内环套筒结构端部通过内外套筒防撞弹簧，保证内、外环套筒结构在运动中及套筒内置钢弹簧结构拉伸过程中，内、外环套筒结构端头触碰的位置不会发生刚性碰撞，而是低刚度弹性接触，以降低大幅振动过程中内、外环套筒结构端头的损伤，提高其使用寿命；所述内外套筒防撞弹簧末端设置有橡胶垫。
2.如权利要求1所述的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于：所述每个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构和外环套筒结构之间通过竖向内外环导轨稳定结构，使得内环套筒结构和外环套筒结构相向运动过程中的运动轨迹仅为竖直方向。
3.如权利要求2所述的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于：所述竖向内外环导轨稳定结构为包括竖向导轨及竖向导轨连接扣件的连接结构，内环套筒结构和外环套筒结构在相向运动中侧向受到竖向导轨及竖向导轨连接扣件的约束，同时减小了在滑动过程中产生的摩擦力，从而保障了所述相向运动为理想的竖直向运动提供了较高的竖向运动稳定性。
4.如权利要求1所述的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于：所述多个套筒内置钢弹簧结构中的内环套筒结构之间通过内环套筒水平刚性连接件连接成为一个刚性推子结构并保证各个内环套筒结构运动轨迹一致，及所述多个套筒内置钢弹簧结构中的外环套筒结构之间通过外环套筒水平刚性连接件连接成为一个刚性支撑结构并保证各个外环套筒结构运动轨迹一致。
5.如权利要求1所述的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于，所述外环套筒结构底部设置有基座结构，所述基座结构底部设置有调节螺栓，用于调节高度。
6.如权利要求1所述的一种套筒内置弹簧式导轨式三向振动控制方法，其特征在于，所述内环套筒结构和外环套筒结构均为方管结构。
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