CN107859194B - 整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台 - Google Patents

Abstract

整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台属于隔振技术领域，隔振器呈阵列式排列并以较低刚度支撑隔振台体，在隔振台体上方设置浮筑楼板、由建筑桩基础支撑，浮筑楼板与隔振台体不接触，被隔振仪器设备穿过浮筑楼板上的孔洞安装在隔振台体上、且与浮筑楼板不接触，浮筑楼板采用混凝土楼板、钢结构楼板或由二者拼接构成；本发明可消除大型/超大型隔振中人员行走、实验操作以及辅助设备运行引入的系统内振源干扰，有效提高防微振实验室的隔振平台使用面积，有利于多台仪器设备协同工作和构建大型复杂实验系统。

Description

整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台

技术领域

本发明属于大型隔微振技术领域，特别是一种整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台。

背景技术

当前在精密工程技术研究的装调、测试和实验中，振动干扰成为影响研究效果的重点问题之一，配备有隔微振平台的防微振实验室逐渐成为航天和精密工程领域的标准配置。随着尖端科学实验测量精度的日渐提高，大型隔微振平台成为国内外大型尖端科学防微振实验室中隔离环境微振动干扰必不可少的基础性平台装备，美国国家标准技术研究院、德国联邦物理技术研究院、英国国家物理实验室等国外顶级研究机构，均建有配备大型低频隔微振平台装置的防微振实验室以支撑尖端和精密科学技术研究。

然而，现有的防微振实验室尽管配备有大型隔微振平台，隔振效果仍受以下问题的限制：

(1)问题一是实验人员行走、操作等活动引起的对隔振台体和被隔振仪器设备的干扰不能完全消除。在防微振实验室中隔振平台浮起进行实验时，实验人员如需进行手动调整实验装置等操作，需在隔振平台上进行，在隔振平台上的走动和操作不可避免地对隔振平台引入干扰，这就限制了隔微振平台的应用；并且在调试完成实验人员离开隔振台体后，还需等待隔振台体重新稳定后才能继续进行实验，这就使得实验人员无法对实验装置进行实时进行调试，大大降低了工作效率。

(2)问题二是隔振平台特性使防微振实验室空间利用率受到限制。为避免影响隔振平台的隔振效果及实验效果，防微振实验室中隔振平台上只放置被隔振仪器设备，其他实验相关仪器设备特别是如电机等含有振动机构的仪器设备不能放置于隔振平台上，防微振实验室中隔振平台上空间利用率受限。

(3)问题三是多台仪器设备协同工作和构建大型复杂实验系统不便。由于被隔振仪器设备放置于隔振台体上，其他实验相关设备放置于实验室中的隔振台体区域之外的地面上，搭建实验装置时由于两类仪器设备不能集中放置，布局和连接受到限制，不便于各个仪器设备间的协同工作，制约了大型复杂实验系统的构建。

美国国家标准技术研究院的研究人员在研究报告中描述了一种技术方案，在配备有隔微振平台的实验室中又引入了一层楼板结构以减轻实验装置中无需隔振的辅助设备运行所产生的振动干扰对隔振台体的影响，然而对于该结构只进行了概括性的描述，并未给出具体的实施细节。

中国电子工程设计院的胡明祎等提出一种分离式技术方案(1.中国电子工程设计院,“一种水平超长精密装备微振动控制系统”，中国专利号：ZL201410479654.7；2.中国电子工程设计院,“一种穿透式微振动空气弹簧隔振系统”，中国专利申请号：201610643418.3)，通过引入穿透式结构，将超大型真空容器与其内部的工艺支撑平台用两个相对独立的支撑结构分别支撑，使隔振平台只需承担超大型真空容器内的工艺支撑平台部分的载荷，而无需承载超大型真空容器的全部载荷，在合理减轻隔振平台负载的同时隔离了超大型真空容器上真空设备中的振动机构对隔振平台的干扰。该技术方案将超大型真空容器与其内部被隔振仪器设备隔离，但并未解决实验人员走动和操作等干扰对隔振台体隔振效果的影响，也未针对被隔振仪器设备合理规划空间，隔振部分空间利用率较低，实验装置中仪器设备的布局和连接不便的问题也为考虑。同时该技术方案是针对超大型真空容器的特殊应用背景提出，其结构复杂，实现难度大且普适性不强。

综上，如何通过隔振结构创新，提供一种能够消除由于实验人员走动和操作等产生的干扰对隔微振平台隔振效果影响的技术方案，对进一步提高隔微振平台的隔振效果，合理利用隔微振平台所在防微振实验室内部空间及方便复杂实验系统的构建都具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是针对防微振实验室中放置于大型隔振平台上的各类超精密仪器设备易受实验人员操作和走动等引入的振动干扰，防微振实验室内部空间利用率受限及复杂实验系统构建不便的问题，提供一种整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，该防微振实验室能消除实验人员手动操作和走动等干扰对系统隔振效果的影响，从而有效隔离高、中、低频各个频段的环境微振动干扰，保证各类超精密仪器设备在最优环境下工作，同时有助于防微振实验室内部空间的高效利用和实验装置的搭建。

本发明的技术解决方案是：

一种整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，包括隔振器、隔振台体、隔振池承台、隔振池侧壁，所述隔振器位于隔振台体下方呈阵列式排列，隔振器阵列以低刚度支撑隔振台体，隔振器、隔振池侧壁位于隔振池承台上，隔振台体与隔振池侧壁之间设有间隙而不接触，在隔振台体上方设置浮筑楼板，所述浮筑楼板与隔振台体在高度方向设有间隙而不接触，被隔振仪器设备穿过浮筑楼板上的孔洞安装在隔振台体上，被隔振仪器设备与浮筑楼板不接触；浮筑楼板为混凝土楼板、或钢结构楼板、或由混凝土楼板与钢结构楼板拼接构成；浮筑楼板由配置在建筑桩基础上的支撑柱支撑，建筑桩基础、支撑柱均呈阵列式布置，建筑桩基础由水平方向的环形地梁进行连接加固。

在所述隔振池承台下方设置呈阵列式布置的隔振池桩基础。

所述隔振台体与所述浮筑楼板的上表面形状相同，为长条形、L形、U形、十字形或口字形。

所述支撑柱为钢筋混凝土结构柱、钢管混凝土柱或剪力墙。

所述隔振池桩基础为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

所述建筑桩基础为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

所述隔振器为空气弹簧隔振器、橡胶隔振器或钢弹簧隔振器。

本发明的技术创新性及产生的良好效果在于：

(1)本发明提出一种整体浮筑式抗扰动型隔微振方案。该技术方案在传统的隔微振平台的基础上进行创新，通过在隔振台体上方设置浮筑楼板且两者不接触，并由建筑桩基础独立支撑浮筑楼板，使浮筑楼板与隔振台体完全独立，实验人员走动和对实验装置的操作可在浮筑楼板上进行，从而完全消除了实验人员活动对隔振台体及被隔振仪器设备的干扰，从而达到对各个频段的微振动干扰有效隔离的良好效果。通过上述技术创新，有效解决了现有技术方案中实验人员的走动及对隔振平台上仪器设备的操作等活动会引入振动干扰从而影响平台的稳定性并干扰被隔振仪器设备的正常工作的问题。这是本发明区别于现有技术的创新点之一。

(2)本发明中可以将除被隔振仪器设备外的所有仪器设备和物品放置于浮筑楼板上，在合理减轻隔振台体的负载质量的同时，隔离了其他无需隔振仪器设备运行产生的振动对被隔振仪器设备的干扰，同时有效提高了隔振台体所在防微振实验室内部空间的利用率，此外浮筑楼板的引入突破了隔振台体上不能放置辅助设备特别是含有电机等振动源的设备的制约，同时便于各仪器设备的集中布置，增强了仪器设备的布局的灵活性，便于复杂实验系统中各实验仪器设备的连接与实验装置的构建。这是本发明区别于现有技术的创新点之二。

(3)本发明中浮筑楼板可为混凝土楼板或钢结构楼板或混凝土楼板和钢结构楼板拼接而成，针对不同的被隔振仪器设备情况选用不同的浮筑楼板方案，可以兼顾高稳定性、高承载能力和方便切割、钻孔、修补和调整的特性。同时隔振台体和浮筑楼板上表面可以为长条形、L形、U形、十字形、口字形，因此可以根据隔微振平台所在建筑物的结构相应地设计隔振台体和浮筑楼板的结构，在设计大型、超大型隔微振平台时适应性更强；这是本发明区别于现有技术的创新点之三。

附图说明

图1为整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台总体结构三维示意图；

图2为整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台在垂直于长轴方向的剖面示意图；

图3为整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台的仰视示意图；

图4为隔振台体浮起高度控制方式示意图；

图5为被隔振仪器设备穿透浮筑楼板单元结构的一个实施例；

图6为图5的俯视图；

图7为混凝土楼板与钢结构楼板拼接构成的浮筑楼板的一个实施例；

图8为图7的俯视图；

图9为隔振台体形状的三维示意图；

图10为图9中隔振台体上表面形状的示意图；

图11为浮筑楼板L形上表面形状的一个实施例；

图12为浮筑楼板口字形上表面形状的另一个实施例；

图13为浮筑楼板U形上表面形状的另一个实施例。

图中件号说明：1防微振实验室、2浮筑楼板、2a混凝土楼板、2b钢结构楼板、3支撑柱、4隔振器、5隔振台体、6隔振池桩基础、7被隔振仪器设备、8洁净压缩气源、9浮起高度控制系统、10孔洞、11隔振池承台、12隔振池侧壁、13浮土、14环形地梁、15钢结构框架梁、16钢结构地板面板、17建筑桩基础。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

一种整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，包括隔振器4、隔振台体5、隔振池承台11、隔振池侧壁12，所述隔振器4位于隔振台体5下方呈阵列式排列，隔振器4阵列以低刚度支撑隔振台体5，隔振器4、隔振池侧壁12位于隔振池承台11上，隔振台体5与隔振池侧壁12之间设有间隙而不接触，在隔振台体5上方设置浮筑楼板2，所述浮筑楼板2与隔振台体5在高度方向设有间隙而不接触，被隔振仪器设备7穿过浮筑楼板2上的孔洞10安装在隔振台体5上，被隔振仪器设备7与浮筑楼板2不接触；浮筑楼板2为混凝土楼板2a、或钢结构楼板2b、或由混凝土楼板2a与钢结构楼板2b拼接构成；浮筑楼板2由配置在建筑桩基础17上的支撑柱3支撑，建筑桩基础17、支撑柱3均呈阵列式布置，建筑桩基础17由水平方向的环形地梁14进行连接加固。

在所述隔振池承台11下方设置呈阵列式布置的隔振池桩基础6。

所述隔振台体5与所述浮筑楼板2的上表面形状相同，为长条形、L形、U形、十字形或口字形。

所述支撑柱3为钢筋混凝土结构柱、钢管混凝土柱或剪力墙。

所述隔振池桩基础6为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

所述建筑桩基础17为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

所述隔振器4为空气弹簧隔振器、橡胶隔振器或钢弹簧隔振器。

下面结合图1～图4给出本发明的一个实施例。支撑柱3为钢筋混凝土结构柱，共10个支撑柱3呈阵列式排列支撑浮筑楼板2，浮筑楼板2的长边每边各间隔布置3个支撑柱3，短边每边各布置2个支撑柱3。浮筑楼板2上表面为矩形，由钢结构楼板2b构建而成，承载能力为1t/m²。通过在浮筑楼板2上并排安装两个防微振实验室1将浮筑楼板2上区域分隔为两部分，两个防微振实验室1均由彩钢板搭建而成且彼此紧靠，防微振实验室1根据需要可安装如空调、除湿机和过滤器等环境控制设备以控制防微振实验室1内环境。浮筑楼板2与隔振台体5在高度方向有间隙，两者不接触。浮筑楼板2上根据实际需要切割两排孔洞10，被隔振仪器设备7直接穿过孔洞10放置在隔振台体5上，被隔振仪器设备7与浮筑楼板2不接触。隔振台体5由钢筋混凝土制成，为T型台结构，其上表面为矩形。隔振台体5由其下方14个呈阵列式排列的隔振器4支撑。所有隔振器4固定于隔振池承台11上，隔振池侧壁12也固定于隔振池承台11上，且隔振池侧壁12上表面与隔振台体5上表面平齐，浮土13填充到隔振池侧壁12上表面高度。隔振池承台11与隔振池侧壁12均由钢筋混凝土制成。隔振池桩基础6在隔振池承台11下起支撑作用，每个隔振池桩基础6与隔振器4位置一一对应，隔振池桩基础6穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层。建筑桩基础17在支撑柱3正下方起支撑作用，每个建筑桩基础17与支撑柱3位置一一对应，环形地梁14在水平方向固定建筑桩基础17，使得建筑桩基础17更为稳定。建筑桩基础17穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层。隔振池桩基础6和建筑桩基础17为预制钢筋混凝土桩。

在隔振台体5和隔振器4的共同作用下，来自大地的振动干扰被有效隔离，同时实验人员走动、操作被隔振仪器设备7时均在浮筑楼板2上进行，则由此引起的振动干扰无法传递到隔振台体5和被隔振仪器设备7上，同时实验设备中除被隔振仪器设备7其余设备均放置于浮筑楼板2上，运行时产生的振动干扰也可被有效隔离，从而使得各频段的振动干扰都被有效隔离。此外，由于浮筑楼板2上孔洞10与被隔振仪器设备7间的缝隙可在保证安全的前提下尽可能地小，方便了实验装置的布局和实验仪器设备间的连接。同时，由于浮筑楼板2的存在，打破了隔振台体5上方无法放置除被隔振仪器设备7外含振动机构的仪器设备的限制，防微振实验室1的空间利用率得到有效提高。

本实施例中，图1中整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台仰视的结构示意图如图3所示，相邻建筑桩基础17通过环形地梁14连接，建筑桩基础17在水平方向得到稳定地固定。

本实施例中，隔振器4为空气弹簧隔振器，隔振台体5的浮起高度由浮起高度控制系统9控制，图4为隔振台体5浮起高度控制方式示意图，包括洁净压缩气源8、浮起高度控制系统9、隔振器4和隔振台体5。洁净压缩气源8与浮起高度控制系统9输入端相连，向浮起高度控制系统9输入压缩空气，浮起高度控制系统9输出端与每个隔振器4进气孔相连，输出调压压缩空气。隔振器4在隔振台体5下方起支撑作用。浮起高度控制系统9实时监控隔振台体5获取其浮起高度信息，并据此调节输入隔振器4的调压压缩空气的气压以保证隔振台体5稳定浮起。

图5和图6给出了被隔振仪器设备7穿透浮筑楼板2的一个实施例。被隔振仪器设备7通过浮筑楼板2上孔洞10整体穿透浮筑楼板2直接放置于隔振台体5的情况

图7和图8给出浮筑楼板2构建的一种实施方式。浮筑楼板2分左、右两区域，左侧区域由混凝土楼板2a直接加工孔洞10构建而成，右侧区域由钢结构框架梁15、钢结构地板面板16组成钢结构楼板2b构建而成。由于钢结构楼板2b具有机械强度高、承载能力强、地板可任意切割、拆装便捷、下部空间可用来通风等的优点，使得浮筑楼板2右侧区域可自由调整，以方便各种尺寸结构的被隔振仪器设备7的放置与调整；同时左侧的混凝土楼板2a具有稳定性强，承载能力强的特点，两者拼接而成的浮筑楼板2可以兼顾高稳定性、大承载和便于调整的特点，使得本发明具有更强的适应性与可调整性。

图9和图10给出了隔振台体5的一个实施例，隔振台体5为T型台结构，其上表面形状为长条形。

图11、图12和图13给出了浮筑楼板2上表面形状的三个实施例。图11中浮筑楼板2上面形状为L形，图12中浮筑楼板2上面形状为口字形，图13中浮筑楼板2上面形状为U形，这三种形状可对应大型建筑物的地基形状，便于将本发明所述整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台与建筑物结构共同设计，以构建大型、超大型隔微振平台。为显示清楚，图11、图12和图13中未在浮筑楼板2上画出孔洞10，孔洞10的大小、数量和位置可根据被隔振仪器设备7的具体情况进行调整。

Claims (7)

1.一种整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，包括隔振器(4)、隔振台体(5)、隔振池承台(11)、隔振池侧壁(12)，所述隔振器(4)位于隔振台体(5)下方呈阵列式排列，隔振器(4)阵列以低刚度支撑隔振台体(5)，隔振器(4)、隔振池侧壁(12)位于隔振池承台(11)上，隔振台体(5)与隔振池侧壁(12)之间设有间隙而不接触，其特征在于：在隔振台体(5)上方设置浮筑楼板(2)，所述浮筑楼板(2)与隔振台体(5)在高度方向设有间隙而不接触，被隔振仪器设备(7)穿过浮筑楼板(2)上的孔洞(10)安装在隔振台体(5)上，被隔振仪器设备(7)与浮筑楼板(2)不接触；浮筑楼板(2)为混凝土楼板(2a)、或钢结构楼板(2b)、或由混凝土楼板(2a)与钢结构楼板(2b)拼接构成；浮筑楼板(2)由配置在建筑桩基础(17)上的支撑柱(3)支撑，建筑桩基础(17)、支撑柱(3)均呈阵列式布置，建筑桩基础(17)由水平方向的环形地梁(14)进行连接加固。

2.根据权利要求1所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：在所述隔振池承台(11)下方设置呈阵列式布置的隔振池桩基础(6)。

3.根据权利要求1或2所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：所述隔振台体(5)与所述浮筑楼板(2)的上表面形状相同，为长条形、L形、U形、十字形或口字形。

4.根据权利要求1或2所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：所述支撑柱(3)为钢筋混凝土结构柱、钢管混凝土柱或剪力墙。

5.根据权利要求2所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：所述隔振池桩基础(6)为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

6.根据权利要求1或2所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：所述建筑桩基础(17)为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、人工挖孔灌注桩或钢管桩。

7.根据权利要求1或2所述的整体浮筑式抗扰动单级隔微振平台，其特征在于：所述隔振器(4)为空气弹簧隔振器、橡胶隔振器或钢弹簧隔振器。