CN108824100A - 一种惯性旋转式竖向隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种惯性旋转式竖向隔振装置，涉及一种基于惯性和阻尼材料的竖向隔振装置，包括金属弹簧，惯性水平旋转部分、限位装置、底板、顶板。其中惯性水平旋转部分包括旋转轴、旋转盘、滚轮。先将弹簧安装于旋转轴内部同时将两者一起固接于顶板处，然后将旋转盘套进旋转轴，并使用限位装置限制旋转盘的竖向位移；最后通过弹簧下部与下底座相连组合成旋转式竖向隔振支座。本发明通过将竖向振动转化为旋转盘的转动，并通过对旋转盘的转动附加上阻尼，与金属弹簧并联形成竖向隔振系统，到达竖向隔振的目的，其减振效果可以远超过现有钢弹簧隔振器。本发明可广泛应用轨道交通减振降噪要求较高的特殊减振地段。

Description

一种惯性旋转式竖向隔振装置

技术领域

本发明涉及一种基于惯性的旋转式竖向隔振装置，属于振动及噪声控制领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展和城市范围的不断扩大，城市交通拥堵情况日益严重，轨道交通已成为解决城市交通拥堵的重要手段。目前，中国已有20多个城市拥有或拟建设地铁轨道线路，总投资金额超过6000亿元人民币。当轨道交通线路通过人口聚集地区时，其长期的运营必然造成振动和噪声污染，振动已被认为是世界七大公害污染之一，振动与噪声的污染必然会影响对轨道交通线路之上或周边的居民健康造成不利影响，或者也会对周围重要建筑里的精密仪器构成威胁，因为隔绝或减弱轨道交通造成的振动和噪音污染是一件有必要且有意义的事。

浮置式轨道结构是由钢筋混凝土道床板与弹性支座组成的质量弹簧系统，通过减振弹簧元件将钢筋混凝土道床板悬浮起来，形成一种具有较高减振效果的轨道型式，其减振降噪效果比碎石道床轨道减少15-25dB，已经成为轨道交通减振要求较高的地段最优选择的轨道结构。但当运行列车的激励频率等于或接近浮动板轨道结构自身的固有频率时振动无法得到有效的减弱，有时还会出现振动放大的现象，因此应用具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了解决浮置板轨道隔振出现振动放大的现象，提出了一种基于惯性的旋转式竖向隔振装置，其包括金属弹簧、旋转轴、旋转盘、摩擦环、底座、顶板、滚轮和连接件等。其原理是：通过金属弹簧的伸缩产生的上下振动带动旋转轴一起上下振动，旋转轴的转动通过螺旋的凹纹路使嵌套在旋转轴上的旋转盘产生水平转动，然后通过对旋转盘的水平转动施加阻尼力做功，使整个隔振装置达到衰减和过滤上部结构振动的能量。本文案例通过对摩擦环施加在旋转盘边缘的摩擦力进行控制可以很方便的对本隔振装置的阻尼进行调控，并且为主动控制在本发明的应用提供了可能。与普通钢弹簧隔振器相比，该装置能提供足够的阻尼力，具有较好的能量耗散功能，可达到较好的竖向隔振效果。本发明可适用于轨道交通轨道、竖向振动敏感建筑或重要设备基座的隔振，特别适用于浮置板的隔振，也可用于其余以竖向振动为危害的领域的隔振。

本发明提出一种旋转式的竖向隔振装置，包括底座(1)、旋转盘(2)、旋转轴(3)、金属弹簧(4)、顶板(7)和附加阻尼部件；

所述金属弹簧(4)竖向固定在底座(1)上，所述顶板(7)固定在金属弹簧(4)顶部；

所述旋转轴(3)、旋转盘(2)与顶板(7)、金属弹簧(4)配合形成旋转阻尼部件，其中

旋转轴(3)上开有轴向轴孔供金属弹簧(4)穿过，旋转轴(3)套设在金属弹簧(4)上，且与顶板(7)固定；

旋转轴(3)的外侧有螺旋凹纹路(31)，旋转盘(2)上开有齿纹圆孔(21)，所述螺旋凹纹路(31)与齿纹圆孔(21)配合用于将旋转轴(3)的竖向移动转化为旋转盘(2)的转动；

所述竖向限位部件用于限制旋转盘(2)的竖向移动；

所述附加阻尼部件作用在旋转盘(2)上用于阻碍旋转盘(2)的转动以消耗旋转盘(2)转动的机械能。

所述附加阻尼部件包括摩擦环(5)和连接件(6)；

摩擦环5包括上环片和下环片，安装于旋转盘2的外边缘上下侧，通过上环片和下环片将将旋转盘(2)的外边缘夹住，用于提供限制旋转盘(2)的转动的摩擦阻尼以及阻止旋转盘(2)竖向移动；

所述连接件6固定在摩擦环5外侧，通过连接件6将摩擦环5安装在底座上以限制摩擦环的水平转动。

旋转盘(2)下表面安装滚轮(8)，并通过滚轮(8)与底座(1)接触以支撑旋转盘(2)。

所述底座1为阶梯筒形，底座(1)的侧壁为由外至内呈阶梯形下降的外台阶(11)和内台阶(12)，底座(1)中心连接金属弹簧(4)下部，所述滚轮(8)放置在内台阶(12)上，外台阶(11)的内侧壁连接连接件(6)。

旋转轴(3)和旋转盘(2)通过凹纹路进行嵌套，凹纹路的截面形状可为圆形或方形以减小旋转轴(3)和旋转盘(2)之间的摩擦。

所述附加阻尼部件包括箱体，所述箱体内填充颗粒阻尼或者油阻尼，

所述旋转盘(2)置于箱体内且与颗粒阻尼或者油阻尼接触，实现限制旋转盘(2)的竖向移动，通过颗粒阻尼或油阻尼与旋转盘(2)的接触消耗旋转盘(2)的机械能。

所述附加阻尼部件包括旋转盘(2)和磁铁，所述旋转盘(2)为导电材料，所述磁铁设置在底座(1)边缘，使旋转盘(2)转动过程中切割磁感线形成电磁式阻尼实现消耗旋转盘(2)的机械能。

本发明中摩擦环5只是一种摩擦力作为阻尼力实现的可能形式，摩擦力的产生可为其他形式的摩擦部件，同样的，也可通过其他形式来实现阻尼力，本发明阻尼力实现的原理是通过对旋转盘2的水平转动附加阻尼来实现阻尼力的，从而实现施能量耗散的。

本发明的有益效果是：

(1)本装置通过摩擦环5对旋转盘的摩擦产生阻尼力做功，起到过滤和衰减上部竖向振动传来的能量，改变系统的阻尼，避开结构共振频率，有效抑制振动峰值。

(2)通过将金属弹簧和阻尼部件结合在一起，可以更好的缓冲轨道动力冲击，耗散更多能量，其减振效果可以远超过现有钢弹簧隔振器。

(3)阻尼部件选择范围广泛，可将本发明的摩擦环阻尼部件替换为油阻尼或颗粒阻尼部件，可靠度高，易用于恶劣环境。

(4)所用材料成本低廉，构造简单、加工方便，便于更换。

(5)可广泛应用轨道交通减振降噪要求较高和特殊减振地段。

附图说明

图1是本发明惯性旋转式竖向隔振装置立体图；

图2是本发明惯性旋转式竖向隔振装置剖面图；

图3是本发明底座立体图；

图4是本发明旋转盘立体图；

图5是本发明旋转盘侧视图

图6是本发明旋转轴立体图；

图7是本发明金属弹簧立体图；

图8是本发明摩擦环和连接件立体图；

图9是本发明顶板立体图；

图中标号：底座1、外台阶11、内台阶12、旋转盘2、齿纹圆孔21、旋转轴3、螺旋凹纹路31、金属弹簧4、摩擦环5、连接件6、顶板7、滚轮8。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明为一种基于惯性的旋转式竖向隔振装置，包括底座1、旋转盘2、旋转轴3、金属弹簧4、摩擦环5(采用摩擦材料)、顶板7和滚轮8。

如图3所示，所述底座1为阶梯筒形，底座1外圈为由外至内呈降低趋势的外台阶11和内台阶12。底座1底部中心为金属弹簧4提供支撑。

如图2、图7所示，所述金属弹簧4竖向固接在底座1的中心作为弹性阻尼单元。

所述旋转盘2、旋转轴3和顶板7、金属弹簧4配合用于将金属弹簧4竖向的伸缩运动转化为转动，其中，

如图6所示，旋转轴3上设有同轴的轴孔用于套设在金属弹簧4上，旋转轴3的外侧有周向均匀布置的四条螺旋凹纹路。如图2、图4所示，所述旋转盘2搭载于内台阶12上，旋转盘2的中心处开有齿纹圆孔，所述齿纹圆孔21与螺旋凹纹路31相配合，类似于丝杆螺母结构，用于使被竖向固定的旋转盘2随着旋转轴3的竖向运移动而转动。如图2、图9所示，所述顶板7为圆形板材作为上部需隔振结构的直接承载构件，顶板7固定在旋转轴3上侧用于封堵旋转轴3轴孔的顶部，且顶板7与轴孔内的金属弹簧4固定。顶板7的材料优选钢材。

如图5所示，所述滚轮8安装在旋转盘2底部使旋转盘2依靠滚轮8搭载在内台阶12上，一方面避免旋转盘2与内台阶12直接接触以减少旋转盘2转动过程中带来的磨损；另一方面，避免了旋转盘2转动过程中受到其它来源的阻尼，便于后续对阻尼力的量化与相应的研究。

所述摩擦环5和连接件6为附加阻尼部件，如图8所示，摩擦环5包括上环片和下环片，安装于旋转盘2的外边缘上下侧，通过螺栓连接的方式使上环片和下环片将旋转盘2的外边缘夹紧，使摩擦环5与旋转盘2的外边缘通过动摩擦的方式消耗旋转盘2的机械能。所述连接件6有多个，均匀固定在摩擦环的外侧。通过将连接件6焊接或者螺栓连接等方式将摩擦环5固定在外台阶11的内壁使摩擦环5无法上下移动，即实现限制旋转盘2的上下移动。通过选择不同摩擦系数的材料与设置摩擦环5上下环片与旋转盘2外边缘之间的压力大小以调控阻尼力的大小。本装置的安装过程为：

将金属弹簧4竖向固接于底座1的底部中心，将旋转盘2放置于底座1上，以滚轮8作为支撑，在旋转盘2的外边缘安装摩擦环5作为附加阻尼部件，摩擦环5通过连接件6固接于底座1内侧壁，然后将旋转轴3外套在金属弹簧上并且穿过旋转盘的中心，最后将金属弹簧4和旋转轴3固接于顶板7上，可采用焊接或螺栓连接，此时即完成了本发明中基于惯性的旋转式竖向隔振装置的拼装。

顶板7作为上部需隔振结构(如轨道浮置板)的直接承载构件，当上部结构发生竖向振动时，顶板同时带动金属弹簧4和旋转轴3进行竖向振动，金属弹簧4起到减隔振的作用，而旋转轴3的竖向振动会带动旋转盘2的水平转动，通过摩擦环5的摩擦力作为阻尼力实现对上部结构振动能量的耗散，最终形成基于惯性的旋转式竖向隔振体系，达到减弱竖向振动的效果。

以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。

例如，由磁铁和由导电材料制成的旋转盘2构成附件阻尼部件，将磁铁设置在底座1的边缘，使旋转盘2转动时切割磁感线产生电磁阻尼。

又或者，由箱体和颗粒阻尼构成附加阻尼部件。所述箱体内填充颗粒阻尼，所述旋转盘2置于箱体内且与颗粒阻尼接触实现限制旋转盘2的竖向移动，通过颗粒阻尼与旋转盘2的接触消耗旋转盘2的机械能。

同样也可以用由阻尼代替颗粒阻尼实现相同的效果。

Claims (7)

1.一种旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：包括底座(1)、旋转盘(2)、旋转轴(3)、金属弹簧(4)、顶板(7)和附加阻尼部件；

所述金属弹簧(4)竖向固定在底座(1)上，所述顶板(7)固定在金属弹簧(4)顶部；

所述旋转轴(3)、旋转盘(2)与顶板(7)、金属弹簧(4)配合形成旋转阻尼部件，其中

所述旋转轴(3)上开有轴向轴孔供金属弹簧(4)穿过，旋转轴(3)套设在金属弹簧(4)上，且与顶板(7)固定；

旋转轴(3)的外侧有螺旋凹纹路(31)，旋转盘(2)上开有齿纹圆孔(21)；所述螺旋凹纹路(31)与齿纹圆孔(21)配合用于将旋转轴(3)的竖向移动转化为旋转盘(2)的转动；

所述竖向限位部件用于限制旋转盘(2)的竖向移动；

所述附加阻尼部件作用在旋转盘(2)上用于阻碍旋转盘(2)的转动以消耗旋转盘(2)转动的机械能。

2.根据权利要求1所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：所述附加阻尼部件包括摩擦环(5)和连接件(6)；

摩擦环5包括上环片和下环片，安装于旋转盘2的外边缘上下侧，通过上环片和下环片将将旋转盘(2)的外边缘夹住，用于提供限制旋转盘(2)的转动的摩擦阻尼以及阻止旋转盘(2)竖向移动；

所述连接件6固定在摩擦环5外侧，通过连接件6将摩擦环5安装在底座上以限制摩擦环的水平转动。

3.根据权利要求2所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：旋转盘(2)下表面安装滚轮(8)，并通过滚轮(8)与底座(1)接触以支撑旋转盘(2)。

4.根据权利要求3所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：所述底座1为阶梯筒形，底座(1)的侧壁为由外至内呈阶梯形下降的外台阶(11)和内台阶(12)，底座(1)中心连接金属弹簧(4)下部，所述滚轮(8)放置在内台阶(12)上，外台阶(11)的内侧壁连接连接件(6)。

5.根据权利要求2所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：旋转轴(3)和旋转盘(2)通过凹纹路进行嵌套，凹纹路的截面形状可为圆形或方形以减小旋转轴(3)和旋转盘(2)之间的摩擦。

6.根据权利要求1所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：

所述附加阻尼部件包括箱体，

所述箱体内填充颗粒阻尼或者油阻尼，

所述旋转盘(2)置于箱体内且与颗粒阻尼或者油阻尼接触，实现限制旋转盘(2)的竖向移动，通过颗粒阻尼或油阻尼与旋转盘(2)的接触消耗旋转盘(2)的机械能。

7.根据权利要求1所述的旋转式的竖向隔振装置，其特征在于：所述附加阻尼部件包括旋转盘(2)和磁铁，所述旋转盘(2)为导电材料，所述磁铁设置在底座(1)边缘，使旋转盘(2)转动过程中切割磁感线形成电磁式阻尼实现消耗旋转盘(2)的机械能。