CN202301734U - 垂向基础隔振装置及具有其的基础隔振系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种垂向基础隔振装置及具有其的基础隔振系统。本实用新型的垂向基础隔振装置包括：上支板(3)、下座板(4)、以及位于上支板(3)和下座板(4)之间的弹簧减振组件(1)和粘性流体阻尼器(2)；垂向基础隔振装置还包括横向刚度补偿装置(5)，横向刚度补偿装置(5)设置在粘性流体阻尼器(2)上。本实用新型的垂向基础隔振装置及基础隔振系统结构简单，能实现整个减隔振系统的固有频率的调节和阻尼比的控制，保证易产生周期或非周期振动的工业设备的平稳运行及控制工业设备的激振力向周围设备和环境的扩散和传导，即有利于工业设备的精密、安全运行，又有利于工业设备附近工作人员的身心健康。

Description

垂向基础隔振装置及具有其的基础隔振系统

技术领域

本实用新型涉及结构工程减隔振领域，更具体地，涉及一种垂向基础隔振装置及具有其的基础隔振系统。

背景技术

随着社会经济、技术的不断发展，以及全社会对环境和人身健康越来越多的关注，鉴于工业设备在各种工况下会对周围环境造成振动和噪声污染，对其采用必要的隔振措施也提出了更高的要求。

工业设备和建筑中的振动问题是普通存在的。振动不仅影响仪器测量和设备加工的精度，也会影响人们的正常工作或生活，严重时振动会在结构中产生较大的动应力而影响结构的安全，振动的传播对周围环境也会产生不良影响。随着我国制造业的发展，具有较大振动扰力及振动的重大技术装备越来越多，如大型通用设备鼓风机、空气压缩机、大型水泵、热交换机组、离心机、粉碎机、压力机和锻锤机等；对振动要求非常严格的精密仪器设备也越来越多，如大型精密机床、大型三坐标测量机。为了满足生产工艺的需要，仅依靠采取设备自身结构上的设计，有时难以满足振动控制的要求，即使能够满足，技术经济比较也是不合理的。

在许多情况下采取基础隔振是最经济有效的措施之一。在实际的工程应用中，减隔振对象如大型实验机基于实际的应用，可能发生重要部件的更换，或实际工装应用中附加质量的大幅增加使自身的质量或激振力参数发生较大的变化，为了保障基础隔振装置的减隔振效率，在类似的情况下，就要求对基础隔振装置的刚度和阻尼做出相应的参数调整。

新型内容

本实用新型目的在于提供一种刚度和阻尼容易进行调整的垂向基础隔振装置及具有其的基础隔振系统。

本实用新型提供了一种垂向基础隔振装置，包括：上支板、下座板、以及位于所述上支板和所述下座板之间的弹簧减振组件和粘性流体阻尼器；所述垂向基础隔振装置还包括横向刚度补偿装置，所述横向刚度补偿装置设置在所述粘性流体阻尼器上。

优选地，所述粘性流体阻尼器包括：固定设置在所述下座板上的油缸外筒和油缸内筒，所述油缸内筒设置于所述油缸外筒内，且所述油缸外筒与所述油缸内筒之间具有环形空间，所述环形空间内填充有阻尼剂；以及固定设置在所述上支板上的片型阻尼筒，所述片型阻尼筒从上方插入所述环形空间内，并浸入所述阻尼剂中。

优选地，所述横向刚度补偿装置包括位于所述片型阻尼筒外周的弹性件。

优选地，所述弹性件为环状片型波纹弹性件。

优选地，所述横向刚度补偿装置设置于所述油缸外筒上方，所述横向刚度补偿装置还包括：位于所述环状片型波纹弹性件内侧的第一环件，所述第一环件的内侧与所述片型阻尼筒的外表面配合；位于所述环状片型波纹弹性件外侧的第二环件，所述第二环件固定于所述油缸外筒上。

优选地，所述第一环件与所述片型阻尼筒之间设置有密封件。

优选地，所述粘性流体阻尼器还包括盖装件，所述盖装件与所述片型阻尼筒的外壁之间具有间隙地设置于所述片型阻尼筒外周且盖装在所述横向刚度补偿装置上方，所述盖装件、所述第二环件和所述油缸外筒可拆卸地固定连接。

优选地，所述盖装件覆盖在所述环状片型波纹弹性件的上方，并至少部分地覆盖所述第一环件和所述第二环件。

优选地，所述片型阻尼筒的顶部具有排气孔。

优选地，所述弹簧减振组件包括上弹簧支座、弹簧和下弹簧支座，所述上弹簧支座与所述下弹簧支座在竖直方向相对地设置，所述弹簧位于所述上弹簧支座与所述下弹簧支座之间。

优选地，所述上弹簧支座可拆卸地安装于所述上支板的底部，所述下弹簧支座可拆卸地安装于所述下座板的顶部。

优选地，所述上弹簧支座和所述下弹簧支座为内部具有台阶的筒形结构，其筒底开有螺栓孔，所述弹簧的两端分别置于所述上弹簧支座和所述下弹簧支座的所述台阶上。

优选地，所述弹簧减振组件的数量为多个，围绕在所述粘性流体阻尼器的周围均匀布置。

进一步地，本实用新型还涉及一种基础隔振系统，包括布置在减隔振对象下方的多个垂向基础隔振装置，所述垂向基础隔振装置为前述的垂向基础隔振装置。

本实用新型的垂向基础隔振装置及基础隔振系统结构简单，其弹簧减振组件的易拆卸可以实现刚度可调，增加或减少粘性流体阻尼器的阻尼剂能实现阻尼系数调节，以此实现整个减隔振系统的固有频率的调节和阻尼比的控制，提高垂向基础隔振装置及基础隔振系统的控制精度和减隔振效果，从而能保证易产生周期或非周期振动的工业设备的平稳运行及控制工业设备的激振力向周围设备和环境的扩散和传导，即有利于工业设备的精密、安全运行，又有利于工业设备附近工作人员的身心健康。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的垂向基础隔振装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型的下弹簧基座的结构示意图；

图3是根据本实用新型的横向刚度补偿装置的结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个基础隔振系统的结构示意图；

图5是根据图4的俯视结构示意图；

图6是根据本实用新型的另一个基础隔振系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实施方式的垂向基础隔振装置100，包括弹簧减振组件1、粘性流体阻尼器2、横向刚度补偿装置5，位于弹簧减振组件1和粘性流体阻尼器2上方的上支板3，以及位于弹簧减振组件1和粘性流体阻尼器2下方的下座板4。

其中，弹簧减振组件1优选为四个。

该垂向基础隔振装置100是一种自带刚度补偿的减振隔振控制装置。其技术思路是，将它与减隔振对象安装成为整体的减隔振体系，其设计的固有频率会发生改变从而可以调节到远离减隔振对象的激振力的工作频率，这能够通过控制弹簧的刚度来实现。其性能特点是：一、当减隔振对象受外界或自身工况引起激振力时，远离激振力频率的特性不会引起系统的共振，从而不会发生振动荷载和设备振动幅值的放大；二、配置粘性流体阻尼器2和弹簧减振组件1可以将二次振动的能量耗散，保护设备安全；三、垂向基础隔振装置100作为减隔振基础将设备与地基隔离，设备运行产生的激振力传至环境的值会大大减小，其载荷传递率可通过系统阻尼比和激振与系统自振频率的比来综合控制；四、横向刚度补偿装置的设置，允许粘性流体阻尼器2的片型阻尼筒在水平向有一定位移空间，保护结构可靠性和满足减振要求。

其中，粘性流体阻尼器2包括油缸外筒21、油缸内筒22、片型阻尼筒23及阻尼剂；油缸内筒22设置于油缸外筒21内，且油缸外筒21与油缸内筒22之间具有环形空间24，环形空间24内填充阻尼剂，片型阻尼筒23从上方插入环形空间24内，并浸入阻尼剂一定深度。

优选地，片型阻尼筒23上端与上支板3固定连接，油缸外筒21、油缸内筒22分别与下座板4固定地连接。例如，可以如图1所示的，片型阻尼筒23上端与上支板3底部通过焊连固接，油缸内筒22下部与下座板4上部的凹槽同样通过焊接联接。

其中，油缸外筒21的内径与片型阻尼筒23的外径，油缸内筒22的外径与片型阻尼筒23的内径之间的间隙由设计确定，其间隙大小和阻尼剂的浸没片型阻尼筒23的深度都直接影响粘性流体阻尼器2的阻尼系数，可以实施量化计算。

优选地，片型阻尼筒23的顶部可以开排气孔231，避免粘性流体阻尼器2运动时产生阻尼器内部气压变化而产生不可控的气压阻滞力。

根据片型阻尼器2的工作原理，片型阻尼筒23在阻尼剂油缸的相对运动产生的阻尼力主要由阻尼剂的粘滞力产生。阻尼力的主要作用面位于片型阻尼筒23的内外两侧面，阻尼力与片型阻尼筒23在油缸内垂向运动过程中和阻尼剂发生接触的有效粘附工作面积成正比，因此，通过调整阻尼剂液面高度，就可以改变片型阻尼筒23的实际工作面积，从而达到改变阻尼器阻尼系数的目的。另外，从后面的叙述中可以了解到，本实施方式的除尘封装结构简单，可以随时将具有防尘功能的横向刚度补偿装置5拆卸，通过增加或减少阻尼剂来改变阻尼器的阻尼系数，进而优化整个减隔振系统的阻尼比。

在本实施方式中，横向刚度补偿装置5设置于所述油缸外筒21上方。如图3所示，横向刚度补偿装置5包括位于片型阻尼筒23外周的弹性件，弹性件优选为环状片型波纹弹性件51，尤其是高弹性的环状片型波纹弹性件51、位于片型阻尼筒23与环状片型波纹弹性件51之间的第一金属环件52、位于第一环件与片型阻尼筒23之间的作为密封件的O型圈53以及位于环状片型波纹弹性件外周的第二环件54。O形圈53、第一环件52和第二环件54结合组成粘性流体阻尼器2的密封装置。

上述结构的横向刚度补偿装置5，在粘性流体阻尼器2封装时，横向刚度补偿装置5的第一环件52内侧开槽，槽内配有O形圈53与片型阻尼筒23接触密封。环状片型波纹弹性件51优选地采用形状记忆合金或高弹性复合材料制成，当片型阻尼筒23在水平横向发生位移时，环状片型波纹弹性件51一侧受压、另一侧受拉，从而提供双倍的回复力，为片型阻尼筒23提供较大的水平横向刚度，因为垂向基础隔振装置100受水平横向的位移和侧向力均比垂向小一到两个数量级，其补偿刚度的大小完全可以满足回复刚度的要求。

优选地，本实施方式的粘性流体阻尼器2还包括盖装件25，盖装件25与片型阻尼筒23的外壁之间具有间隙地设置于片型阻尼筒23外周且盖装在横向刚度补偿装置5上方，上述间隙的设置是为了给片型阻尼筒23的水平横向位移提供一定的空间。在本实施方式中，盖装件25、第二环件54和油缸外筒21通过螺栓相对固定地连接，也可以采用例如卡接等其它方式实现盖装件及横向刚度补偿装置5可拆卸地连接。

优选地，第一环件52、第二环件54或盖装件25由金属制成。

弹簧减振组件1包括上弹簧支座11、弹簧12和下弹簧支座13，上弹簧支座11与下弹簧支座13在竖直方向相对地设置，弹簧12位于上弹簧支座11与下弹簧支座13之间。

优选地，上弹簧支座11、弹簧12和下弹簧支座13由金属制成，更优选地，弹簧12为钢制。

优选地，上弹簧支座11通过螺栓可拆卸地安装于上支板3的底部，下弹簧支座13通过螺栓可拆卸地安装于下座板4的顶部。

本实施方式中，上弹簧支座11与下弹簧支座13可以采用相同的结构。现以图2所示的下弹簧支座13的具体结构进行说明。下弹簧支座13为内部具有台阶的筒形结构，其筒底开螺栓孔，用于与下座板4进行连接。弹簧12的两端分别置于上弹簧支座11和下弹簧支座13内部的台阶上，自由嵌套于上弹簧支座11和下弹簧支座13之间，整个垂向基础隔振装置在设备底部处于承压状态后，会自由实现紧固。由于弹簧减振组件1简单的由螺栓进行连接，因此易于拆卸和更换。

本实施方式的垂向基础隔振装置100进行组装时，先将片型阻尼筒23上端与上支板3底部通过焊连固接，油缸外筒21、油缸内筒22下部与下座板4上部凹槽同样通过焊接连接，油缸外筒21、油缸内筒22之间构成的环形空间24内填充有阻尼剂，片型阻尼筒23嵌套进入这个环形空间24后，其下端浸没至阻尼剂中一定深度，将横向刚度补偿装置5和盖装件25紧固于油缸外筒21上之后，粘性流体阻尼器2组装完毕；进而安装四个钢弹簧减振组件1到上支板3和下座板4上，按螺栓孔的打孔位置安装，螺栓紧固连接后即可完成整个垂向基础隔振装置的装配。

一般来说，单个的垂向基础隔振装置的刚度和阻尼是有限的。很多工程应用的实际情况，例如对于工业设备如大型汽轮、压力机，由于其自身重量巨大，根据实际需要可以进行多点安装，安装效果的控制指标有二：位置和数量。安装位置可以根据结构动力学软件分析确定，安装数量由减隔振对象的总刚度进行几何平均来计算，即总刚度除以单个垂向基础隔振装置的刚度。单个基础隔振装置的阻尼比与整个系统的设计目标阻尼比保持一致。

在基础隔振系统中，垂向基础隔振装置100最终的装配效果要求粘性流体阻尼器2必须沿隔振基础的刚度中心对称设置，该效果可通过装配前的设计和工艺来保证。

图4和图5是本实用新型的垂向基础隔振装置安装于旋转机组底部形成基础隔振系统的实施例的示意图。如图4所示的基础隔振系统，其中包括多个本实施方式的自带刚度补偿的垂向基础隔振装置100，垂向基础隔振装置100的上支板3上开有安装螺孔，通过螺栓可与作为减隔振对象的旋转机组6的底座61进行连接；垂向基础隔振装置100的下部可利用螺栓进行连接，或利用其他连接方式与地基或其他的设施基础相连。各点的安装位置以实现以下要求为前提：一、保持垂向基础隔振装置100的垂向安装要求；二、安装后的基础隔振系统的总刚度的中心须与旋转机械6的重心保持在同一轴线上；三、整个基础隔振系统的刚度中心对称设置，其位置应靠近垂向刚度最大处。

对于如图4和5所示的大型旋转机组，尤其当其工作时发生过大的激振力和振动位移时，基础减隔振装置100便会工作，通过耗能减振对振动进行控制，使旋转机组6的垂向线位移处于一个合理的、平稳的水平，另外，也能大幅度隔离激振力向周遭设备和环境的传递，达到保护设备与减小振动和减轻噪声污染的目的。

图6是本实用新型的垂向基础隔振装置安装于压力机底部形成基础隔振系统的实施例的示意图。如图6所示，垂向基础隔振装置100的安装位置可以是压力机7的机身之下，或置于与机身相连的金属构件之下，然后固接于楼板、地基或钢结构的基础构架上。为防止压力机7工作时产生偏转，垂向基础隔振装置100的反力、重心、激振力的作用中心三者应尽可能在同一铅垂线上。为保证基础隔振系统的稳定，垂向基础隔振装置100的高度应与减隔振体系重心的高度尽可能接近。当垂向基础隔振装置100布置在较低位置时，应尽量拉开各垂向基础隔振装置100之间的水平距离。可以通过设计计算确定垂向基础隔振装置100的基本型号、安装位置和数量。满足以上安装要求，可控制压力机工作台的振幅，保护设备的安全平稳运行，减小对环境的振动公害。

从以上对实施方式的描述中可知，本实用新型的垂向基础隔振装置及基础隔振系统能实现整个减隔振体系的固有频率的调节和阻尼比的控制，提高基础减隔振系统的控制精度和减隔振效果，保证易产生周期或非周期振动的工业设备的平稳运行，成功控制工业设备的激振力向周围设备和环境的扩散和传导，即有利于工业设备的平稳、安全运行，又有利于工业设备附近工作人员的身心健康。而且，因提供易更换和调节参数的垂向基础隔振装置，还能节约成本、提高安装效率，有着明显的社会和经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种垂向基础隔振装置，包括：上支板(3)、下座板(4)、以及位于所述上支板(3)和所述下座板(4)之间的弹簧减振组件(1)和粘性流体阻尼器(2)，其特征在于，

所述垂向基础隔振装置还包括横向刚度补偿装置(5)，所述横向刚度补偿装置(5)设置在所述粘性流体阻尼器(2)上。

2.根据权利要求1所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述粘性流体阻尼器(2)包括：固定设置在所述下座板(4)上的油缸外筒(21)和油缸内筒(22)，所述油缸内筒(22)设置于所述油缸外筒(21)内，且所述油缸外筒(21)与所述油缸内筒(22)之间具有环形空间(24)，所述环形空间(24)内填充有阻尼剂；以及

固定设置在所述上支板(3)上的片型阻尼筒(23)，所述片型阻尼筒(23)从上方插入所述环形空间(24)内，并浸入所述阻尼剂中。

3.根据权利要求2所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述横向刚度补偿装置(5)包括位于所述片型阻尼筒(23)外周的弹性件。

4.根据权利要求3所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述弹性件为环状片型波纹弹性件(51)。

5.根据权利要求4所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述横向刚度补偿装置(5)设置于所述油缸外筒(21)上方，所述横向刚度补偿装置(5)还包括：

位于所述环状片型波纹弹性件(51)内侧的第一环件(52)，所述第一环件(52)的内侧与所述片型阻尼筒(23)的外表面配合；

位于所述环状片型波纹弹性件(51)外侧的第二环件(54)，所述第二环件(54)固定于所述油缸外筒(21)上。

6.根据权利要求5所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述第一环件(52)与所述片型阻尼筒(23)之间设置有密封件(53)。

7.根据权利要求6所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述粘性流体阻尼器(2)还包括盖装件(25)，所述盖装件(25)与所述片型阻尼筒(23)的外壁之间具有间隙地设置于所述片型阻尼筒(23)外周且盖装在所述横向刚度补偿装置(5)上方，所述盖装件(25)、所述第二环件(54)和所述油缸外筒(21)可拆卸地固定连接。

8.根据权利要求7所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述盖装件(25)覆盖在所述环状片型波纹弹性件(51)的上方，并至少部分地覆盖所述第一环件(52)和所述第二环件(54)。

9.根据权利要求8所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述片型阻尼筒(23)的顶部具有排气孔(231)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述弹簧减振组件(1)包括上弹簧支座(11)、弹簧(12)和下弹簧支座(13)，所述上弹簧支座(11)与所述下弹簧支座(13)在竖直方向相对地设置，所述弹簧(12)位于所述上弹簧支座(11)与所述下弹簧支座(13)之间。

11.根据权利要求10所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述上弹簧支座(11)可拆卸地安装于所述上支板(3)的底部，所述下弹簧支座(13)可拆卸地安装于所述下座板(4)的顶部。

12.根据权利要求11所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述上弹簧支座(11)和所述下弹簧支座(13)为内部具有台阶的筒形结构，其筒底开有螺栓孔，所述弹簧(12)的两端分别置于所述上弹簧支座(11)和所述下弹簧支座(13)的所述台阶上。

13.根据权利要求12所述的垂向基础隔振装置，其特征在于，所述弹簧减振组件(1)的数量为多个，围绕在所述粘性流体阻尼器(2)的周围均匀布置。

14.一种基础隔振系统，包括布置在减隔振对象下方的多个垂向基础隔振装置，其特征在于，所述垂向基础隔振装置为权利要求1至13中任一项所述的垂向基础隔振装置。

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