CN117307664A - 一种耗能减震支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耗能减震支架，用于与设备连接以提高其抗震能力，包括支架体、第一轨道、第一位移部、第二位移部、驱动轮和飞轮；第一轨道固定在支架体上，第一位移部与第一轨道配合，设备与第一位移部连接，设备振动产生位移，使得第一位移部沿第一轨道移动；第一位移部上设置有第二轨道，第二位移部与第二轨道配合，驱动轮固定在支架体上，第二位移部与驱动轮连接；第一位移部移动，使得第二位移部沿第二轨道移动，第二位移部作圆周运动，从而带动驱动轮旋转，驱动轮驱动飞轮旋转耗能。

Description

一种耗能减震支架

技术领域

本发明涉及隔振减震技术领域，具体而言，涉及一种耗能减震支架。

背景技术

对于核电站中的一些设备，例如各种管道或者仪器等，确保这些设备的安全性能对核电站的运行比较重要，因此要求其在经历地震等载荷后仍能保持结构的完整性。一般情况下，可以通过增加支架或阻尼器的方式来提高设备的抗震性能。

添加支架的方式可以改变结构的刚度，使结构刚度增大，避开输入激励最大响应频率。但是添加固定性约束由于限制了结构的变形，会增加设备的热胀应力。在设备热胀较大的情况下可以使用阻尼约束，增加阻尼或摩擦类的装置属于消能减震装置。消能减震技术作为一种被动控制方法，是通过在结构中增设耗能装置从而减轻结构动力反应。耗能方法技术概念简单、效果显著、可靠安全。

由此，为满足设备抗震要求，可以采用耗能装置来减少结构的振动，提高设备运行的安全性。采用惯容原理设计的耗能减振系统具有以下优势：能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。

现有技术CN112747078A公开了一种用于滚珠丝杠惯容的可双向旋转棘轮式飞轮，包括滚珠丝杠以及至少一组飞轮装置，；飞轮装置包括丝杠螺母组件、至少一个正向飞轮组件与至少一个反向飞轮组件，。实现了在不改变飞轮旋转方向的情况下，改变滚珠丝杠的平动方向，减小了滚珠丝杠惯容切换运动方向时因飞轮旋向改变造成的冲击。

现有技术CN112780003A公开了一种离合型惯容质量阻尼器，当装配其的主体结构发生振动时，附加质量块即在导轨上滑动并带动齿条运动，进而带动齿轮转动，当齿轮的转动方向与离合器的制动方向一致且齿轮的转速大于飞轮的转速时，齿轮和飞轮处于接合状态，此时齿轮转动带动飞轮转动，齿轮上的能量传递至飞轮，使飞轮实现加速转动，由于飞轮具有相对较大的转动惯量，齿条的小质量的平动能够转化为大惯量部件的转动，达到增加等效质量的效果，进而提高减振效率。

以上采用惯容原理设计的减振装置技术方案的结构均较为复杂，现有技术中可以广泛使用的减震支架设计方案较少见。

鉴于以上技术问题，特推出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种耗能减震支架，用于采用惯容原理进行能量耗散，以提高设备的抗震效果。

为了实现上述目的，本发明提出了一种耗能减震支架，用于与设备连接以提高其抗震能力，包括支架体、第一轨道、第一位移部、第二位移部、驱动轮和飞轮；第一轨道固定在支架体上，第一位移部与第一轨道配合，设备与第一位移部连接，设备振动产生位移，使得第一位移部沿第一轨道移动；第一位移部上设置有第二轨道，第二位移部与第二轨道配合，驱动轮固定在支架体上，第二位移部与驱动轮连接；第一位移部移动，使得第二位移部沿第二轨道移动，第二位移部作圆周运动，从而带动驱动轮旋转，驱动轮驱动飞轮旋转耗能。

进一步的，第一轨道包括直线轨道，第一位移部沿直线轨道移动，第二轨道包括斜线轨道，第二位移部沿斜线轨道移动。

进一步的，斜线轨道与直线轨道所在的平面平行，斜线轨道与直线轨道不平行。

进一步的，斜线轨道与直线轨道的夹角θ、第一位移部的最大移动距离L和第二位移部的旋转半径r之间满足以下数量关系：

L＝2·r/cosθ，30°≤θ≤60°。

进一步的，驱动轮为棘轮，耗能减震支架还包括棘爪，棘轮通过棘爪驱动飞轮旋转。

进一步的，棘轮与飞轮同轴，棘爪一端固定在飞轮上，另一端与棘轮的齿单向卡合。

进一步的，耗能减震支架还包括摇臂和旋转轴，摇臂的一端与第二位移部铰接，另一端与旋转轴连接，旋转轴与棘轮的中心连接。

进一步的，耗能减震支架还包括轴承，轴承内圈与旋转轴连接，轴承外圈与支架体连接。

进一步的，支架体包括两个互相垂直的平面，第一轨道开设于一个平面的表面，轴承的外圈固定于另一个平面上。

进一步的，支架体固定于地面或墙壁上。

进一步的，斜线轨道为第一凹槽，第二位移部为圆柱销，圆柱销与第一凹槽配合。

进一步的，第二轨道还包括第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的两端，并与第一凹槽连通。

进一步的，第二凹槽的方向与直线轨道相同。

进一步的，直线轨道为第三凹槽。

进一步的，第一位移部包括滑块部，滑块部与第三凹槽相配合。

应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：

1、该耗能减震支架通过设计位移部、轨道、棘轮、棘爪和飞轮等结构，使得设备在振动状态下平动的运动形式转化为飞轮的单向转动，可以使用较小的物理质量产生较大的惯性力，从而吸收较大的振动能量，能够有效限制设备的快速振动，在低频下具有良好的吸能效果。

2、该耗能减震支架通过设计直线轨道和斜线轨道的位置和参数，使得设备的振动直线位移能够较好地转化为第二位移部的旋转运动，也不会约束设备的热胀应力。

3、该耗能减震支架通过凹槽、滑块和销等结构实现传动，相比于齿轮等结构而言，使得支架的结构强度更大，传动效果更加可靠，此外也能通过摩擦消耗一部分的能量。

4、该耗能减震支架结构简单，安装和加工较为方便，且相比于阻尼器等生产成本较低，有利于进行大批量的广泛应用，可应用于较小的安装空间和检查受限的区域。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了一个实施例的耗能减震支架示意图；

图2示出了第二位移部移动原理示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一轨道；2、第一位移部；3、第二位移部；4、棘轮；5、棘爪；6、飞轮；7、第二轨道；8、斜线轨道；9、摇臂；10、轴承；11、支架体；12、旋转轴；13、第二凹槽；14、滑块部。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置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。

在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例：

本发明提出了一种耗能减震支架，用于与设备连接，采用惯容原理进行能量耗散，从而达到振动衰减的效果，以提高设备的抗震能力。在本实施例中，主要应用于核电厂中的一些需要满足抗震要求的设备、仪器或者管道上。

如图1所示，该耗能减震支架包括第一轨道1、第一位移部2、第二位移部3、驱动轮和飞轮6。其中第一轨道1固定在设备之外，例如设备附近的墙壁或者地面上，或者其他能够抵抗地震载荷的较为稳固的结构。第一位移部2与第一轨道1配合，将设备与第一位移部2连接。安装前需要确定设备的振动方向，并使得第一轨道1的方向沿着设备的振动方向。这样，设备振动产生位移，带动第一位移部2沿第一轨道1移动。

在第一位移部2上设置有第二轨道7，第二位移部3与第二轨道7配合，第二位移部3可以沿着第二轨道7移动。驱动轮和第一轨道一样固定在设备之外例如墙壁等位置，第二位移部3与驱动轮连接。第一位移部2移动，使得第二位移部3沿第二轨道7移动。第二位移部3作圆周运动，从而带动驱动轮旋转，驱动轮驱动飞轮6旋转进行耗能。从运动形式来看，平动的运动被转化为转动，由于飞轮6转动惯量产生的惯性作用远大于其平动的物理质量导致的惯性力，因此该装置可以使用较小的物理质量产生较大的惯性力，从而达到吸收更大的能量。

在本申请中，优选地，可以设计一个支架体11，第一轨道1和驱动轮均固定在支架体11上，再将支架体11固定于地面或墙壁上。在其他一些实施例中，地面或墙壁也可以作为支架体，对支架体的形状结构可不作限制。

在本实施例中，如图1所示，第一轨道1包括直线轨道，第一位移部2沿直线轨道移动。第二轨道7包括斜线轨道8，第二位移部3沿斜线轨道8移动。

具体来说，斜线轨道8与直线轨道所在的平面平行，斜线轨道8与直线轨道不平行。当第二位移部3沿斜线轨道8移动时，若以第一位移部2为参照物，第二位移部3沿斜线轨道8作直线运动，若以第一轨道1为参照物，则第二位移部3以驱动轮的中心为圆心作圆周运动。

具体要求如下：如图2所示，斜线轨道8设计是一个关键的环节，直接决定了本耗能减震支架的运行情况，假设第一位移部2的往复移动区间为ΔS，第一位移部2的最大行程为L，斜线轨道与直线轨道的夹角为θ，则第二位移部3在水平和垂直方向的位移区间分别为ΔScosθ和ΔSsinθ；

设第二位移部3的起始点(X₀，Y₀)，则第二位移部3的坐标(x，y)满足：

x＝X₀+ΔScosθ，

y＝Y₀-ΔSsinθ，

且满足

第二位移部3的轨迹为圆形，需要满足如下几个关系式：

可知存在一点(a，b)作为圆心坐标，使得第二位移部3的轨迹为圆形，第二位移部的旋转半径为r。且斜线轨道与直线轨道的夹角θ、第一位移部的最大移动距离L，以及第二位移部的旋转半径r之间满足以下数量关系：

L＝2·r/cosθ。

为了获得更好的使用效果和稳定性能，优选地，转动轴心设置于斜线轨道8的中点处，参考图2所示，设斜线轨道8在水平和垂直方向的长度分别为l、h，则第二位移部3的旋转中心坐标为(l/2，h/2)。

优选地，应设计使得第一位移部2的最大移动距离L不小于设备的最大振动位移。且斜线轨道8与直线轨道的夹角θ满足以下数量关系：

30°≤θ≤60°。

在该参数限定下，第二位移部3能够围绕旋转中心作较为平滑的圆周运动，该耗能减震支架动力性能较好。

该耗能减震支架通过设计直线轨道和斜线轨道的位置和参数，使得设备的振动直线位移能够较好地转化为第二位移部的旋转运动，也不会约束设备的热胀应力。

可以借助相关仿真软件，如Adams、SolidWorks等软件等进行机构轨迹仿真设计。

在本实施例中，优选地，驱动轮为棘轮4，该耗能减震支架还包括棘爪5。棘轮4通过棘爪5驱动飞轮6旋转。棘轮机构是由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构，它的作用是将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。在其他一些实施例中，驱动轮也可以采用齿轮进行传动。

具体来说，棘轮4与飞轮6同轴，棘爪5一端固定在飞轮6上，另一端与棘轮4的齿单向卡合。当第二位移部3带动棘轮4向一个方向转动时，通过棘爪5推动飞轮6作旋转运动，当设备的振动速度发生变化，棘轮4的旋转速度小于飞轮6的旋转速度，或者棘轮4向反方向转动时，飞轮上的棘爪5将越过棘轮4上的棘齿进行旋转。当棘轮4的旋转速度等于或者大于飞轮6的旋转速度时，棘轮4开始推动棘爪驱动飞轮6做旋转运动，飞轮6的能量不会再次传递给棘轮。

该耗能减震支架通过设计位移部、轨道、棘轮、棘爪和飞轮等结构，使得设备在振动状态下平动的运动形式转化为飞轮的单向转动，可以使用较小的物理质量产生较大的惯性力，从而吸收较大的振动能量，能够有效限制设备的快速振动，尤其在低频下具有良好的吸能效果。

优选地，如图1所示，耗能减震支架还包括摇臂9和旋转轴12，摇臂9的一端与第二位移部3铰接，另一端与旋转轴12连接，旋转轴12与棘轮4的中心连接。第二位移部3周向位移即可带动旋转轴12旋转，旋转轴12驱动棘轮4转动。

优选地，耗能减震支架还包括轴承10，轴承10内圈与旋转轴12连接，轴承10外圈与支架体11连接。这样，棘轮4通过轴承10外圈位置固定。在其他一些实施例中，也可以使得轴承的外圈与第二位移部3连接，轴承的内圈固定在支架体上，也可以实现该功能。

优选地，支架体11包括两个互相垂直的平面，第一轨道1开设于其中一个平面的表面，轴承10的外圈固定于另一个平面上。进一步优选地，支架体11为如图1所示的角钢加工而成，体积较小，使得本耗能减震支架更方便地安装在较小的安装空间内。

优选地，斜线轨道8为第一凹槽，第二位移部3选用圆柱销，圆柱销与第一凹槽配合。直线轨道为第三凹槽。第一位移部2包括滑块部14，滑块部14与第三凹槽相配合。在其他一些实施例中，斜线轨道8和第二位移部3、直线轨道和第一位移部2之间也可以通过其他形式配合，例如滑轮和滑轨，本领域技术人员可以进行等效替换。

该耗能减震支架通过凹槽、滑块和销等结构实现传动，相比于齿轮等结构而言，使得支架的结构强度更大，传动效果更加可靠，此外也能通过摩擦消耗一部分的能量。

优选地，第二轨道7还包括第二凹槽13，第二凹槽13位于第一凹槽的两端，并与第一凹槽连通。第二凹槽13的方向与直线轨道相同。第二凹槽13的设计一方面方便了第二位移部3的安装，另一方面当第一位移部2移动超过预设范围时，使得第二位移部3脱离第二轨道7。

该耗能减震支架结构简单，安装和加工较为方便，且相比于阻尼器等生产成本较低，有利于进行大批量的广泛应用，可应用于较小的安装空间和检查受限的区域。

总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：

1、该耗能减震支架通过设计位移部、轨道、棘轮、棘爪和飞轮等结构，使得设备在振动状态下平动的运动形式转化为飞轮的单向转动，可以使用较小的物理质量产生较大的惯性力，从而吸收较大的振动能量，能够有效限制设备的快速振动，在低频下具有良好的吸能效果。

2、该耗能减震支架通过设计直线轨道和斜线轨道的位置和参数，使得设备的振动直线位移能够较好地转化为第二位移部的旋转运动，也不会约束设备的热胀应力。

3、该耗能减震支架通过凹槽、滑块和销等结构实现传动，相比于齿轮等结构而言，使得支架的结构强度更大，传动效果更加可靠，此外也能通过摩擦消耗一部分的能量。

4、该耗能减震支架结构简单，安装和加工较为方便，且相比于阻尼器等生产成本较低，有利于进行大批量的广泛应用，可应用于较小的安装空间和检查受限的区域。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (15)

1.一种耗能减震支架，用于与设备连接以提高其抗震能力，其特征在于：包括支架体(11)、第一轨道(1)、第一位移部(2)、第二位移部(3)、驱动轮和飞轮(6)；

所述第一轨道(1)固定在所述支架体(11)上，所述第一位移部(2)与所述第一轨道(1)配合，所述设备与所述第一位移部(2)连接，所述设备振动产生位移，使得所述第一位移部(2)沿所述第一轨道(1)移动；

所述第一位移部(2)上设置有第二轨道(7)，所述第二位移部(3)与所述第二轨道(7)配合，所述驱动轮固定在所述支架体(11)上，所述第二位移部(3)与所述驱动轮连接；

所述第一位移部(2)移动，使得所述第二位移部(3)沿所述第二轨道(7)移动，所述第二位移部(3)作圆周运动，从而带动所述驱动轮旋转，所述驱动轮驱动所述飞轮(6)旋转耗能。

2.根据权利要求1所述的耗能减震支架，其特征在于：所述第一轨道(1)包括直线轨道，所述第一位移部(2)沿所述直线轨道移动，所述第二轨道(7)包括斜线轨道(8)，所述第二位移部(3)沿所述斜线轨道(8)移动。

3.根据权利要求2所述的耗能减震支架，其特征在于：所述斜线轨道(8)与所述直线轨道所在的平面平行，所述斜线轨道(8)与所述直线轨道不平行。

4.根据权利要求3所述的耗能减震支架，其特征在于：所述斜线轨道(8)与所述直线轨道的夹角θ、所述第一位移部(2)的最大移动距离L和所述第二位移部(3)的旋转半径r之间满足以下数量关系：L＝2·r/cosθ，30°≤θ≤60°。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的耗能减震支架，其特征在于：所述驱动轮为棘轮(4)，所述耗能减震支架还包括棘爪(5)，所述棘轮(4)通过所述棘爪(5)驱动所述飞轮(6)旋转。

6.根据权利要求5所述的耗能减震支架，其特征在于：所述棘轮(4)与所述飞轮(6)同轴，所述棘爪(5)一端固定在所述飞轮(6)上，另一端与所述棘轮(4)的齿单向卡合。

7.根据权利要求6所述的耗能减震支架，其特征在于：所述耗能减震支架还包括摇臂(9)和旋转轴(12)，所述摇臂(9)的一端与所述第二位移部(3)铰接，另一端与所述旋转轴(12)连接，所述旋转轴(12)与所述棘轮(4)的中心连接。

8.根据权利要求7所述的耗能减震支架，其特征在于：所述耗能减震支架还包括轴承(10)，所述轴承(10)内圈与所述旋转轴(12)连接，所述轴承(10)外圈与所述支架体(11)连接。

9.根据权利要求8所述的耗能减震支架，其特征在于：所述支架体(11)包括两个互相垂直的平面，所述第一轨道(1)开设于一个平面的表面，所述轴承(10)的外圈固定于另一个平面上。

10.根据权利要求8所述的耗能减震支架，其特征在于：所述支架体(11)固定于地面或墙壁上。

11.根据权利要求3所述的耗能减震支架，其特征在于：所述斜线轨道(8)为第一凹槽，所述第二位移部(3)为圆柱销，所述圆柱销与所述第一凹槽配合。

12.根据权利要求11所述的耗能减震支架，其特征在于：所述第二轨道(7)还包括第二凹槽(13)，所述第二凹槽(13)位于所述第一凹槽的两端，并与所述第一凹槽连通。

13.根据权利要求12所述的耗能减震支架，其特征在于：所述第二凹槽(13)的方向与所述直线轨道相同。

14.根据权利要求11所述的耗能减震支架，其特征在于：所述直线轨道为第三凹槽。

15.根据权利要求14所述的耗能减震支架，其特征在于：所述第一位移部(2)包括滑块部(14)，所述滑块部(14)与所述第三凹槽相配合。