CN111577827B - 一种承载无关型三维摆式防震装置 - Google Patents

Abstract

一种承载无关型三维摆式防震装置，自上而下包括盖板、上下限位板和底板，盖板底面设球冠状曲面；上限位板顶板上安装万向滚轮，底面上对应万向滚轮的位置设置有竖向减震模块，竖向减震模块与底板固连形成固定组合体；下限位板上设竖向短柱，其与盖板固连形成移动组合体；承载物置于盖板上，当受震动时，固定组合体是相对底部支撑面保持不动，移动组合体相对固定组合体发生位移，万向滚轮在原位置自由运动并依靠重力场作用回归原始平衡位置。本发明构造简单，使用方便，效果可靠，装置动力特性仅与装置本身构造尺寸有关，可以满足任意承载条件下的防震/振保护需求，在平面内任意方向自由平动同时可防止竖向脱离，适用于高价值物品的防震保护。

Description

一种承载无关型三维摆式防震装置

技术领域

本发明涉及文物藏品、精密仪器和重要物品等高价值物品防震/振保护领域，具体涉及一种承载无关型三维摆式防震装置，适用于各种承载下的水平双向及竖向震/振动隔离。

背景技术

我国地处两大地质构造板块交界位置，地震频发带来的危害巨大，人们生命和财产安全受到威胁。目前，我国地震设防设计，以尽量减少地震造成的人员伤亡为目标，对于建筑物内的物品防震安全考虑较少，地震中室内物品损毁严重，重要物品、文物藏品和精密仪器等高价值物品的安全保障意义重大，迫在眉睫。

博物馆是让文物等藏品在保护和利用中活起来的载体，可移动藏品大量流向博物馆集中保存，也加大了突发灾害下大量损毁的可能性。目前我国博物馆4900余座，60％以上博物馆处在强震多发地震带上，其中，百余座国家一级博物馆中，90座以上位于地震区，69座位于7度以上高烈度地震区。此外，随着城市发展日新月异，城市路面交通及轨道交通高速发展，其给建筑群带来的振动影响越来越难以忽视。

现有防震/振装置，动力特性与承载物品重量(承载)相关，防震/振装置刚度参数受限，尤其对质量较小的高价值物品，防震/振效率难以保证和提升；对于质量较大的高价值物品，同样受承载物品质量影响，现有防震/振装置刚度元件尺寸及刚度参数太大，影响整体装置效果，不便于物品存储与展示。

地震多以水平振动为主，路面及轨道交通振动多以竖向振动为主，因此，针对重要物品、文物藏品和精密仪器等高价值物品的防震/振保护，开发有效、可靠的三维防震/振装置，同时达到地震及交通振动下的高价值物品的振动防护，是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种承载无关型摆式三维防震装置，其构造简单，可靠有效，装置动力特性仅与装置本身构造尺寸有关，适用于各种承载下的水平双向及竖向震/振动隔离，解决文物藏品、精密仪器和重要物品等高价值物品三维防震/振保护问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：自上而下包括盖板、上限位板、下限位板和底板，四者均为水平设置的平面板；

所述盖板的底面内凹形成若干间隔设置的、尺寸相同的球冠状曲面，球冠状曲面曲率半径为R，则防震/振装置自振周期为

球冠状曲面关于盖板中心呈平面对称或中心对称布置；

所述上限位板的顶板上对应球冠状曲面的位置分别安装万向滚轮，所述万向滚轮可在原位置自由运动，其原始平衡状态的球心与球冠状曲面的中心平面位置相同；底面上对应万向滚轮的位置设置有竖向减震模块，所述竖向减震模块的底端与底板固连，形成固定组合体；

所述下限位板的上表面设有若干竖向短柱，其顶端与盖板的底面固连，形成移动组合体；

所述竖向短柱设于上限位板周围，与上限位板的侧边之间预留缓冲距离；所述上限位板位于盖板、下限位板和竖向短柱围合形成的区域内；

所述底板外形尺寸与盖板相同，其面板边缘开设安装孔，所述安装孔内设连接件与底部支撑面固定；可安装地脚直接放置在地面或楼面上，也可通过安装螺栓将装置与展台面板连接；承载物置于盖板上，当受到外界震/振动作用时，底板与上限位板组成的固定组合体是相对底部支撑面保持不动，盖板和下限位板形成的移动组合体相对固定组合体发生位移，万向滚轮在原位置自由运动，盖板相对万向滚轮产生相对运动，并依靠重力场作用回归原始平衡位置。

作为本发明的优选技术方案，所述盖板和底板为尺寸相等的矩形板，所述球冠状曲面有四个，在盖板底面上呈矩形排布。

进一步优选的，所述球冠状曲面的中心位置为平面圆盘，原始平衡状态下，所述平面圆盘与万向滚轮两者的竖向平面投影重合。

进一步的，所述上限位板为四角星板，四个侧边均呈V形，所述万向滚轮分别安装于四角星的四个角部顶面上，所述竖向减震模块对应设于四角星的四个角部底面上。

进一步的，所述下限位板的外形尺寸与上限位板相同，均为四角星板，两个四角星板的角部交叉布置，所述下限位板的四个角部顶面上分别设置一个竖向短柱。

进一步的，原始平衡状态时，所述竖向短柱与对应上限位板侧边之间的缓冲距离等于球冠状曲面的底部平面半径r，即盖板与底板水平相对变形最大值为球冠状曲面的底部平面半径r，盖板与底板达到最大相对变形r时，固定于底板的上限位板，与同盖板固定连接的下限位板发生柔性接触，限制过大的水平变形。

进一步的，所述上限位板和下限位板的中心均开设有安装口，作用是预留监测、锁定等装置的空间。

进一步的，所述竖向短柱的内侧设置柔性缓冲橡胶垫片。

进一步的，原始平衡状态时，所述上限位板与下限位板之间的竖向间隙等于球冠状曲面的最大深度，保证水平相对变形，同时限制竖向过大的变形，避免竖向脱离；此时盖板与底板之间的距离最小，为h_min，所述竖向短柱的高度h_s≤h_min-5mm。

进一步的，所述竖向减震模块为竖向拉压弹簧，其下端与底板连接，上端固定在上限位板底面。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

本发明针对现有文物藏品、精密仪器和重要物品等高价值物品缺乏有效、可靠的三维防震/振装置以及现有装置特性受限于上部质量的实际问题，提出一种承载无关型摆式三维防震/振装置，其构造简单，使用方便，效果可靠，装置动力特性仅与装置本身构造尺寸有关，可以满足任意承载条件下的防震/振保护需求，在平面内任意方向自由平动同时可防止竖向脱离，适用于不同重量的文物藏品、精密仪器和重要物品等高价值物品的防震/振保护，具有较大的应用空间与市场推广价值。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明涉及的承载无关型三维摆式防震装置的整体结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为本发明涉及的承载无关型三维摆式防震装置的分解构造示意图；

图4为本发明涉及的盖板的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图5中A-A的剖面结构示意图；

图7为本发明涉及的上限位板的结构示意图；

图8是图7的正视图；

图9为本发明涉及的下限位板的结构示意图；

图10为本发明涉及的柔性缓冲橡胶垫片的结构示意图；

图11为本发明涉及的底板的结构示意图。

附图标记：1-盖板、1.1-球冠状曲面、2-上限位板、2.1-竖向减震模块、2.2-万向滚轮、3-下限位板、3.1-竖向短柱、3.2-柔性缓冲橡胶垫片、3.4-四角形板件、4-底板、4.1-安装孔、5-安装口。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的承载无关型三维摆式防震装置的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1～3，一种承载无关型三维摆式防震装置，包括盖板1、底板4、上限位板2和下限位板3，盖板1的上侧为平面，下侧开设具有四个相同曲率的球冠状曲面1.1，如图4至6所示，球冠状曲面1.1的曲率半径为R，防震/振装置自振周期为

其中球冠状曲面1.1关于盖板中心呈平面对称或中心对称布置，球冠状曲面1.1的底面平面圆半径为r，球冠状曲面1.1的最大深度为h。

如图7和图8，上限位板2为平面四角形板件，本实施例上限位板为以面板中心点呈中心对称的四角星板，呈平面中心对称，四个侧边均呈V形，四角形的上限位板2的四个角部顶面分别安装一个万向滚动2.2，万向滚轮2.2可在原位置自由运动，球心位置与盖板1内侧的四个球冠状曲面1.1中心的投影分别重合，上限位板2的四个角部下侧各固定一竖向减震模块2.1，竖向减震模块2.1竖向压缩刚度为k，可以实现竖向防震/振作用，竖向减震模块2.1平面位置与万向滚动2.2位置相同，优选的，竖向减震模块2.1采用竖向拉压弹簧，下端与底板4连接，上端固定在上限位板2下侧。

如图9，下限位板3也为平面四角形板件，外形尺寸与上限位板2相同，且其四个角部与上限位板3的四个角部交叉布置，下限位板3通过四角部设顶面上分别设置一个竖向短柱3.1，竖向短柱3.1上部与上盖板1固定连接，上限位板和下限位板的中心均开设有安装口5，作用是预留监测、锁定等装置空间，当受到振/震动影响时，上盖板1的球冠状曲面12相对万向滚动装置4产生相对运动，并依靠重力场作用回归平衡位置。

竖向短柱3.1位于上限位板2周围，与上限位板2的侧边之间预留缓冲距离；上限位板2位于盖板1、下限位板3和竖向短柱3.1围合形成的区域内。

如图10，竖向短柱3.1内侧与相应上限位板2之间相对位置处粘贴柔性缓冲橡胶垫片3.2，下限位板3的每侧竖向短柱3.1内侧与相应上限位板2之间的距离为球冠状曲面平面半径r，盖板1与底板4水平相对变形最大值为球冠状曲面平面半径r，盖板1与底板4达到最大相对变形r时，固定于底板4的上限位板2，与同盖板1固定连接的下限位板3发生柔性接触，限制过大的水平变形。

如图11所示，底板4平面形状呈矩形或正方形，外形尺寸与盖板1相同，上侧与下侧均为平面，角部预留安装孔4.1，可安装地脚直接放置在地面或楼面上，也可通过安装螺栓将装置与展台面板连接。

此外，竖向减震模块2.1、竖向短柱3.1的高度需要协调，满足上限位板2与下限位板3之间预留一定竖向间隙，优选竖向间隙高度等于球冠状曲面的最大深度h，保证震动时装置水平方向的相对变形，同时限制竖向过大的变形，避免竖向脱离，此时盖板与底板之间的距离最小，为h_min，所述竖向短柱的高度h_s≤h_min-5mm。

使用时，承载物置于盖板1上；当受到外界震/振动作用时，底板4与上限位板2组成的固定组合体是相对底部支撑面保持不动，盖板1和下限位板3形成的移动组合体相对固定组合体发生位移，万向滚轮在原位置自由运动，盖板1相对万向滚轮产生相对运动，并依靠重力场作用回归原始平衡位置。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，本实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：自上而下包括盖板(1)、上限位板(2)、下限位板(3)和底板(4)，四者均为水平设置的平面板；

所述盖板(1)的底面内凹形成若干间隔设置的、尺寸相同的球冠状曲面(1.1)；

所述上限位板(2)的顶板上对应球冠状曲面(1.1)的位置分别安装万向滚轮(2.2)，所述万向滚轮(2.2)原始平衡状态的球心与球冠状曲面(1.1)的中心平面位置相同；底面上对应万向滚轮(2.2)的位置设置有竖向减震模块(2.1)，所述竖向减震模块(2.1)的底端与底板(4)固连，形成固定组合体；

所述下限位板(3)的上表面设有若干竖向短柱(3.1)，其顶端与盖板(1)的底面固连，形成移动组合体；

所述竖向短柱(3.1)设于上限位板(2)周围，与上限位板(2)的侧边之间预留缓冲距离；所述上限位板(2)位于盖板(1)、下限位板(3)和竖向短柱(3.1)围合形成的区域内；所述底板(4)的面板边缘开设安装孔(4.1)，所述安装孔(4.1)内设连接件与底部支撑面固定；

所述上限位板(2)为四角星板，四个侧边均呈V形，所述万向滚轮(2.2)分别安装于四角星的四个角部顶面上，所述竖向减震模块(2.1)对应设于四角星的四个角部底面上；

所述下限位板(3)的外形尺寸与上限位板(2)相同，均为四角星板，两个四角星板的角部交叉布置，所述下限位板(3)的四个角部顶面上分别设置一个竖向短柱(3.1)；

承载物置于盖板(1)上，当受到外界震/振动作用时，底板(4)与上限位板(2)组成的固定组合体是相对底部支撑面保持不动，盖板(1)和下限位板(3)形成的移动组合体相对固定组合体发生位移，万向滚轮(2.2)在原位置自由运动，盖板(1)相对万向滚轮产生相对运动，并依靠重力场作用回归原始平衡位置。

2.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：所述盖板(1)和底板(4)为尺寸相等的矩形板，所述球冠状曲面(1.1)有四个，在盖板(1)底面上呈矩形排布。

3.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：所述球冠状曲面(1.1)的中心位置为平面圆盘，原始平衡状态下，所述平面圆盘与万向滚轮(2.2)的竖向平面投影重合。

4.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：原始平衡状态时，所述竖向短柱(3.1)与对应上限位板(2)侧边之间的缓冲距离等于球冠状曲面(1.1)的底部平面半径。

5.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：所述竖向短柱(3.1)的内侧设置柔性缓冲橡胶垫片(3.2)。

6.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：所述上限位板(2)和下限位板(3)的中心均开设有安装口(5)。

7.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：原始平衡状态时，所述上限位板(2)与下限位板(3)之间的竖向间隙等于球冠状曲面(1.1)的最大深度，此时盖板(1)与底板(4)之间的距离最小，为h_min，所述竖向短柱(3.1)的高度h_s≤h_min-5mm。

8.根据权利要求1所述的一种承载无关型三维摆式防震装置，其特征在于：所述竖向减震模块(2.1)为竖向拉压弹簧，其下端与底板(4)连接，上端固定在上限位板(2)底面。

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