CN110792711B - 一种基于粒子阻尼的隔振基座 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于粒子阻尼的隔振基座，涉及建筑、机械的减振、隔振处理技术领域领域，其包括阻尼机构和隔振机构。阻尼机构包括具有一顶部开口和一第一腔室的阻尼盒、用于盖合在顶部开口的面板以及设置在第一腔室中的阻尼颗粒和弹簧。隔振机构包括第一隔振层、基台、环形隔振层、第二隔振层以及环形底框；基台顶部与阻尼盒底部连接，第一隔振层设置在基台顶部与阻尼盒底部之间；第二隔振层设置在基台的底部；环形底框围绕基台底部的四周外壁设置并通过环形隔振层与基台连接；其中，环形底框的底部平面与第二隔振层底面平面位于同一水平面上。本发明的隔振基座具有良好的减振、隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及建筑、机械的减振、隔振处理技术领域，具体而言，涉及一种基于粒子阻尼的隔振基座。
背景技术
随着人们对工作、生活环境的舒适性要求不断提高，各种设备在工业上和生活中频频出现，随之而来的噪声和振动对生活环境产生了很大的影响。设备的冲击振动是产生噪声的主要根源，设备工作时产生的冲击振动未经有效控制处理，直接通过建筑结构传播，产生二次噪声污染。例如，在工业和建筑领域，许多大中小型冲压式压力机、振动台、风机等频繁使用，产生振动冲击；生活中，市场销售食品时砍剁过程产生的振动冲击；这类振动冲击由设备或结构本身发出，通过地面墙体结构传播，产生二次噪声与振动，对生活环境的舒适性产生了极大的影响。因此，对这些设备产生的振动与噪声进行有效控制越来越重要，在安装使用这类设备时应该采取一些必要的隔振措施来降低设备运行所产生的冲击振动对外界的影响。
隔振台的类型有很多，现有隔振台大多数为弹簧隔振台、橡胶隔振台或弹簧橡胶复合隔振台。而弹簧隔振台存在变形大、橡胶隔振台存在刚度不足、弹簧橡胶复合隔振台依然存在上述问题，在某些特定的情况下无法满足需求。如何设计一种高刚度、低传递的隔振底座，显得尤为关键。
颗粒物质是由大量离散固体颗粒组成的集合体，是一种复杂的非平衡态的能量耗散体系，在外载荷的作用下，颗粒间会发生强烈的挤压和摩擦，其内部复杂的力链结构发生断裂和重组，进而消耗大量能量。力链结构可将点载荷快速的转化为分布载荷，从而起到隔振的作用。
鉴于此，本发明结合粒子阻尼技术，设计一套高刚度、低传递的隔振基座。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于粒子阻尼的隔振基座，旨在提供一种支撑刚度大、变形小，隔振及降冲击效果优良的隔振基座。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于粒子阻尼的隔振基座，包括：
阻尼机构，包括具有一顶部开口和一第一腔室的阻尼盒、用于盖合在所述顶部开口的面板以及设置在所述第一腔室中的阻尼颗粒和弹簧；所述弹簧一端与所述面板连接，另一端与所述第一腔室的底部连接；
隔振机构，与所述阻尼机构连接，包括第一隔振层、基台、环形隔振层、第二隔振层以及环形底框；所述基台顶部与所述阻尼盒底部连接，所述第一隔振层设置在所述基台顶部与所述阻尼盒底部之间；所述第二隔振层设置在所述基台的底部；所述环形底框围绕所述基台底部的四周外壁设置并通过所述环形隔振层与所述基台连接；其中，所述环形底框的底部平面与所述第二隔振层底面平面位于同一水平面上。
作为进一步优化，所述面板的内部设置有第二腔室，用于放置阻尼颗粒。
作为进一步优化，所述第一腔室和所述第二腔室中阻尼颗粒的填充率为10％～100％。
作为进一步优化，所述阻尼盒和所述面板的材质均选自镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金或钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金。
作为进一步优化，所述阻尼颗粒表面配置为：表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，所述颗粒的密度为0.1～30g/cm3。
作为进一步优化，所述阻尼盒至少还包括一个隔板，所述隔板设置在所述第一腔室，用以使所述第一腔室形成至少两个隔离腔，所述阻尼颗粒设置在所述隔离腔中。
作为进一步优化，所述第一隔振层、环形隔振层和第二隔振层的材料为橡胶、硅胶、软木、棉布或者塑料。
作为进一步优化，所述基台内部至少设置有一空腔；所述基台的材料为混凝土、钢筋混凝土、钢材或者木材。
作为进一步优化，所述基台顶部与所述阻尼盒底部连接的连接方式为螺栓连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接或者粘接。
作为进一步优化，所述第二隔振层包括连接层和间距层，所述连接层一面与所述基台底部连接，远离所述基台的另一面与间距层连接，所述间距层由若干隔振块阵列排布形成，其中，所述隔振块为长方体形、多棱柱形、圆柱形、圆形或者椭圆形。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
本发明提供的基于粒子阻尼的隔振基座，将其与振动设备连接后，接收到设备的振动时，阻尼盒第一腔室内的阻尼颗粒之间、阻尼颗粒与阻尼盒之间发生碰撞和摩擦，将振动的机械能转化成热能耗散掉，产生阻尼作用，从而起到减振效果。另一方面，阻尼盒受到的大冲击力被阻尼颗粒分散为多数小冲击力，而这些小冲击力再通过第一隔振层、第二隔振层以及环形隔振层的多重隔振，进一步阻断冲击振动的传播，从而起到隔振效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明提供的基于粒子阻尼的隔振基座与冲压机的装配图；
图2是本发明提供的基于粒子阻尼的隔振基座的剖面图；
图3是本发明提供的阻尼机构剖面图；
图4为减振试验中安装隔振基座与未安装的隔振基座振动曲线示意图。
图中标记：1-阻尼机构；11-面板；111-第二腔室；12-阻尼盒；13-阻尼颗粒；121-第一腔室；13-阻尼颗粒；14-弹簧；2-隔振机构；21-第一隔振层；22-基台；221-空腔；23-第二隔振层；231-连接层；232-间距层；24-环形隔振层；25-环形底框。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
由图1～3所示，本发明提供了一种基于粒子阻尼的隔振基座，包括阻尼机构1以及隔振机构2。
如图1和图2所示，阻尼机构1包括具有一顶部开口和一第一腔室121的阻尼盒12、用于盖合在顶部开口的面板11以及设置在第一腔室121中的阻尼颗粒13和弹簧14。弹簧14一端与面板11连接，另一端与第一腔室121的底部连接。如图1所示，振动设备可通过与面板11连接从而安装在隔振基座上，其连接方式可以为焊接、螺栓连接等，在此不做限定。面板11与阻尼盒12的连接方式也可为焊接。当设备振动时，振动较剧烈，阻尼颗粒13之间、阻尼颗粒13与阻尼盒12之间的碰撞和摩擦作用比较剧烈，将振动的机械能转化成热能耗散掉，产生较大的阻尼作用，可明显的减小振幅。而且，第一腔室121内的弹簧14随着振动向下压缩时，不仅可以起到减振作用，还可以起到支撑、回复作用。其中，第一腔室121的形状可以为长方体形、圆柱体形、多棱柱形等等形状，在此不做限定。弹簧14的数量为2～12个，两两对称设置在第一腔室121内。优选的，弹簧14的数量为4个，不仅耗材少、结构简单，且可实现较高隔振率。弹簧14的材质为金属材质，可为钢材、铝材等，但不限于此。
作为进一步优化，阻尼盒12和面板11的材质均选自镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金或钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金。优选地，阻尼盒12的材质优选为方钢，方钢的整体刚度好、材料塑性、韧性好，能很好地承受动力荷载，抵抗变形能力强，可用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物，其匀质性和各向同性好，最符合一般工程力学的基本假定。
请参考图3，作为进一步优化，面板11的内部设置有第二腔室111，用于放置阻尼颗粒13，这样可以使面板11与阻尼盒12的形状及形态相似，面板11也可以起到阻尼作用，增强减振效果。其中，第二腔室111的形状可以为长方体形、圆柱体形、多棱柱形等等形状，在此不做限定。
作为进一步优化，第一腔室121和第二腔室111中阻尼颗粒13的填充率为10％～100％。更为优选地，填充率为50～80％，而当填充率为70～80％时减震效果最佳。
作为进一步优化，在本发明的一较佳实施例中，阻尼盒12至少还包括一个隔板，隔板设置在第一腔室121，用以使第一腔室121形成至少两个隔离腔，阻尼颗粒13设置在隔离腔中。其中，隔板可以竖直设置，也可以水平设置，其目的是在于增加阻尼盒12与阻尼颗粒13的接触面积，进一步提高减振效果。需要说明的是，若干隔板可交叉设置，也可平行设置，隔板使第一腔室121形成的若干隔离腔的容积大小可相同，也可不同，每个隔离腔内的阻尼颗粒13的填充率以及粒径可相同，也可不同，在此均不作限制。除此之外，更为优选地，面板11也至少还包括一个隔板，隔板设置在第二腔室111，用以使第二腔室111形成至少两个隔离腔，阻尼颗粒13设置在隔离腔中。
作为进一步优化，阻尼颗粒13表面配置为：表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，颗粒的密度为0.1～30g/cm3。阻尼颗粒13为直径为0.001～30mm的球体、长短轴长度介于0.001～30mm的椭球体、边长为0.001～30mm的规则或不规则多面体中的一种或多种。优选地，阻尼颗粒13为球体，直径为0.1～5mm。球体结构具有更大的运动自由度，颗粒42之间碰撞几率高，从而增加阻尼，抗振能力更好。优选地，表面摩擦因子为0.5～0.99，表面恢复系数为0.5～1，阻尼颗粒13的密度为10～30g/cm3。
作为进一步优化，阻尼颗粒13的材料为金属、非金属或高分子复合材料。优选的，阻尼颗粒13为金属，更为优选的，阻尼颗粒13为合金材料，例如铜-锌-铝系、铁-铬-钼系和锰-铜系合金，具有很宽的温度和频率适用范围。
请参考图2，隔振机构2与阻尼机构1连接，包括第一隔振层21、基台22、环形隔振层24、第二隔振层23以及环形底框25。基台22顶部与阻尼盒12底部连接，第一隔振层21设置在基台22顶部与阻尼盒12底部之间。第二隔振层23设置在基台22的底部；环形底框25围绕基台22底部的四周外壁设置并通过环形隔振层24与基台22连接。其中，环形底框25的底部平面与第二隔振层23底面平面位于同一水平面上，环形底框25与安装平面或者底面连接。在本实施例中，如图2所示，当设备运行时，隔振机构2的第一隔振层21首先接收到被阻尼盒12分散的多数小冲击力，第一隔振层21所具备的弹性，减小了冲击力与振动，而后传递给基台22。冲击力与振动进一步在基台22上减小后再传递给第二隔振层23，第二隔振层23与地面或者安装平面连接，其具备的弹性再次减小了冲击力与振动，防止传递给地面或者安装平面，避免了从地面传递的振动对其他设备或者建筑产生影响。而隔振机构2设置的环形隔振层24以及环形底框25则可以隔绝振动横向传递，进一步减小振动对其他设备或者建筑的影响。本实施例提供的隔振机构2通过层层设置的隔振结构，层层阻断冲击振动的传播，起到了良好的隔振效果。
作为进一步优化，基台22顶部与阻尼盒12底部连接的连接方式为螺栓连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接或者粘接。
作为进一步优化，第一隔振层21、环形隔振层24和第二隔振层23的材料为橡胶、硅胶、软木、棉布或者塑料。更为优选地，第一隔振层21、环形隔振层24和第二隔振层23的材料为橡胶，橡胶所具备的弹性以及隔振能力强。
请参考图2，作为进一步优化，基台22内部至少设置有一空腔221。基台22的材料为混凝土、钢筋混凝土、钢材或者木材。基台22的材料优选为钢筋混凝土，一是可以为大型设备提供更好的支撑，且价格更为便宜，二是强度较大可以承受较大的振动冲击。而基台22内部设置空腔221一方面则是可以减轻基台22的重量，便于运输，另一方面空腔221形成的空气相也可进一步缓解振动的冲击。
作为进一步优化，在本发明的一较佳实施例中，如图2所示，第二隔振层23包括连接层231和间距层232，连接层231一面与基台22底部连接，远离基台22的另一面与间距层232连接，间距层232由若干隔振块阵列排布形成，其中，隔振块为长方体形、多棱柱形、圆柱形、圆形或者椭圆形。连接层231可以较好地接收来自基台22的振动，在减少振动冲击后，通过间距层232的隔振块的分散设置进一步将整个大的振动冲击力分散成多个小的冲击力，进一步提高减振、隔振的效果。
如图1所示，本实施例还以压力式冲压机装置安装在本发明提供的基于粒子阻尼的隔振基座上为例，测试压力式冲压机装置的固定面和隔振基座接触的地面为的隔振效果。经试验结果表明，隔振基座与压力式冲压机装置固定面的重力加速度为198.6g，通过高阻尼复合减隔振基座作用后，隔振基座接触面的重力加速度为7.8g，采用振动加速度衰减量系数作为评估依据，即隔振基座的隔振系数为0.9607。通过对比分析安装隔振基座前后的实验数据，作成如图4所示的隔振基座的减振效果图，其中横坐标为固有频率，纵坐标为重力加速度，图4中表明安装隔振基座后的冲击振动明显小于安装隔振基座前的冲击振动。进一步证明了，本发明提供的基于粒子阻尼的隔振基座具有良好的减振、隔振效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，包括：
阻尼机构，包括具有一顶部开口和一第一腔室的阻尼盒、用于盖合在所述顶部开口的面板以及设置在所述第一腔室中的阻尼颗粒和弹簧；所述弹簧一端与所述面板连接，另一端与所述第一腔室的底部连接；
隔振机构，与所述阻尼机构连接，包括第一隔振层、基台、环形隔振层、第二隔振层以及环形底框；所述基台顶部与所述阻尼盒底部连接，所述第一隔振层设置在所述基台顶部与所述阻尼盒底部之间；所述第二隔振层设置在所述基台的底部；所述环形底框围绕所述基台底部的四周外壁设置并通过所述环形隔振层与所述基台连接；其中，所述环形底框的底部平面与所述第二隔振层底面平面位于同一水平面上；
所述面板的内部设置有第二腔室，用于放置阻尼颗粒。
2.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室中阻尼颗粒的填充率为10％～100％。
3.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述阻尼盒和所述面板的材质均选自镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金或钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金。
4.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述阻尼颗粒表面配置为：表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，所述颗粒的密度为0.1～30g/cm3。
5.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述阻尼盒至少还包括一个隔板，所述隔板设置在所述第一腔室，用以使所述第一腔室形成至少两个隔离腔，所述阻尼颗粒设置在所述隔离腔中。
6.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述第一隔振层、环形隔振层和第二隔振层的材料为橡胶、硅胶、软木、棉布或者塑料。
7.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述基台内部至少设置有一空腔；所述基台的材料为混凝土、钢筋混凝土、钢材或者木材。
8.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述基台顶部与所述阻尼盒底部连接的连接方式为螺栓连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接或者粘接。
9.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的隔振基座，其特征在于，所述第二隔振层包括连接层和间距层，所述连接层一面与所述基台底部连接，远离所述基台的另一面与间距层连接，所述间距层由若干隔振块阵列排布形成，其中，所述隔振块为长方体形、多棱柱形、圆柱形、圆形或者椭圆形。
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