【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，適用于館藏與外設文物三維隔震保護。
技術介紹
1、文物展柜及展館地面在地震作用下響應將關系到文物的受損程度。通常情況下，博物館文物展柜由鋼鐵制作，浮放于地表面，其具有長寬比較大，高寬比較大、自重較大、自振頻率高等特點。而博物館所在地面通常由石材硬巖制作而成，其模態固有頻率高，對地震的傳導劇烈。因此，文物展柜及展館地面隔震將十分有必要。
2、“浮放文物隔震保護與振動臺試驗”(工程科學與技術，2023，55(5):31-40)一文中介紹了一種二維模塊化文物隔震裝支座裝置，該裝置由面板、中間板、封板及底板三層構成。一方面，由導軌滑塊機構作為隔震臺的減震單元；另一方面，由彈簧與摩擦阻尼器實現減震功能。該型隔震裝置的具有良好的隔震效果，但仍會隨著臺面輸入加速度的增大而降低。盡管如此，對于抗傾覆能力較差的文物，更需采取傳統抗震措施予以輔助。但是在實際使用過程中，該型文物隔振裝置應當充分考慮減震率目標、隔震位移需求，支座變形能力限制與自復位能力等，多目標之間需要取舍，難以同時滿足，同時該隔震裝置為二維隔震裝置僅對水平方向上的地震波有用，對于豎向地震波不能起到隔震作用。
3、“一種珍貴文物隔震裝置“(固體火箭技術，2020，43(6)837-838)和中國專利(申請號201910477381.5)中借鑒了固體火箭發動機珠承噴管的結構設計，采用滾珠+滑盤+回位彈簧+阻尼器的結構設計解決方案，該型隔震裝置可以實現二維方向上的隔震，其承載能力大，摩擦力小，隔震效率高，環境
4、中國專利(申請號201110395325.4)中設計了一種低成本直線導軌式輕型隔震裝置，該型隔震裝置體積小，隔震效率高，能夠為輕型文物提供有效隔震，采用彈簧導向桿設計可以防止失穩，采用萬向軸軸承承載，可以提高隔震效率，同時采用市面上易采購的標準滑塊導軌組件，可以大幅度降低生產成本，可以為展柜提供功能集成與定制服務。該方案在傳統二維隔震技術方案的基礎上，實現了低成本，但仍不能實現三維方向上的隔震。中國專利cn209494870u名稱為一種滾動軸承文物展柜三維隔振裝置，由隔震板、緩沖裝置、滾輪、封板、豎向隔震裝置等組成，由于利用滾動軸承裝置實現隔震，其造價高，維護成本高，壽命短，難以更換，以上專利在文物隔震領域的使用局限性較大。
5、綜上所述，現有鮮有能夠同時滿足三維隔震、易于拆換、低成本、高可靠性、可集成定制的文物隔振裝置。
技術實現思路
1、本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，是一種上下兩層三維文物隔震裝置，該裝置上層由準零剛度主副彈簧組構成實現豎向隔震，下層由導軌滑塊機構配合彈簧構成，實現水平隔震。
2、本專利技術的技術解決方案是：
3、一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，包括上板豎直隔震機構組件、下板水平隔震機構組件、上下板鎖緊螺栓、磁珠座、防塵罩、重型地角墊；
4、上板豎直隔震機構組件通過主副彈簧結構實現準零剛度豎向隔震，下板水平隔震機構組件通過導軌滑塊機構配合彈簧實現水平隔震；上板豎直隔震機構組件和下板水平隔震機構組件之間通過上下板鎖緊螺栓鎖緊固定；磁珠座安裝在上板豎直隔震機構組件、下板水平隔震機構組件的邊緣處，磁珠座通過內置磁鐵將防塵罩吸附，用于防塵；重型地角墊安裝在下板水平隔震機構組件下方四角處。
5、進一步的，所述上板豎直隔震機構組件包括上板、中板、主彈簧、第二上支耳、第二下支耳、彈簧導向套筒機構、副彈簧、連接銷以及合頁裝置；
6、其中，上板下側中心部位設置有套管，中板上側中心部位設置有套筒，上板與中板通過套管與套筒套接連接，當文物放置于隔震臺之上，上板與中板之間受到文物重力影響相對距離變小，套管與套筒之間出現豎直方向相對滑動，套筒位于套管外側，實現彈簧在豎直方向的導向作用；主彈簧安裝在中板上且位于套管內；
7、四個副彈簧均勻分布在主彈簧四周且副彈簧朝向主彈簧；副彈簧套在用于方向牽引的彈簧導向套筒機構上，彈簧導向套筒機構由套筒與套管組成，控制彈簧沿著導向方向伸縮，防止系統失穩；彈簧導向套筒機構的一端連接第二上支耳下端的連接銷，實現彈簧導向套筒機構可繞第二上支耳下端的連接銷豎直轉動，第二上支耳上端連接上板；第二下支耳的下端固定在中板上，彈簧導向套筒機構的另一端連接第二下支耳上端的連接銷，使得彈簧導向套筒機構可繞第二下支耳上端的連接銷豎直轉動，第二下支耳上端連接中板；上板和中板的四角通過合頁裝置連接，實現豎直方向的活動的角度與高度的調整，四個合頁裝置呈中心對稱分布。
8、進一步的，上板豎直隔震機構組件的準零剛度豎向隔震效果是通過1個主彈簧和4個副彈簧配合實現。
9、進一步的，套管與套筒套接連接后，作為主彈簧的豎直導向機構。
10、進一步的，四個副彈簧的水平方向彈簧剛度分量實現相互平衡，其豎直方向的彈簧剛度分量同主彈簧剛度方向相反，使得豎直方向的彈簧剛度分量同主彈簧剛度之間實現相互平衡。
11、進一步的，所述合頁裝置包括第一上支耳(連接上合頁與上板)、第一下支耳(連接下合頁與中板)、上合頁、下合頁以及合頁連接螺栓；
12、第一上支耳固定在上板上，通過銷軸連接上合頁的一端，第一下支耳固定在中板上，通過銷軸連接下合頁的一端，上合頁的另一端與下合頁的另一端通過合頁連接螺栓連接。
13、進一步的，
14、主彈簧與副彈簧之間的彈簧剛度通過匹配實現了準零剛度設計，其力平衡與主副彈簧空間準零剛度平衡按照下列公式(1)和(2)求得：
15、m×9.8＝km(lm0-lm)????????????????(1)
16、
17、其中，
18、m是隔振裝置上文物的質量；
19、lm0是主彈簧的原長度；
20、lm是主彈簧的裝配長度；
21、km是主彈簧的剛度；
22、ks是單根副彈簧的剛度；
23、ls0是副彈簧的原長度；
24、ls是副彈簧的裝配長度；
25、δx是主彈簧的壓縮長度。
26、進一步的，所述下板水平隔震組件包括下板、井字形導軌滑塊裝置、導向桿固定支座、導向桿、拉壓簧、彈簧限位支座、限位擋片機構；
27、井字形導軌滑塊裝置包括四個十字滑塊、兩個上導軌和兩個下導軌，上導軌同中板用螺栓固連，下導軌同下板用螺栓固連，上下導軌之間通過十字滑塊連接，十字滑塊之間用螺栓同限位擋片機構固連；
28、上下兩層導向桿分別通過導向桿連接支座固定在中板與下板上；導向桿上套有拉壓簧，拉壓簧的一端與導向桿連接支座相連，另一端與井字形導軌本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：包括上板豎直隔震機構組件(1)、下板水平隔震機構組件(2)、上下板鎖緊螺栓(3)、磁珠座(4)、防塵罩(5)、重型地角墊(6)；
2.根據權利要求1所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：所述上板豎直隔震機構組件(1)包括上板(7)、中板(8)、主彈簧(9)、第二上支耳(15)、第二下支耳(16)、彈簧導向套筒機構(17)、副彈簧(18)、連接銷(19)以及合頁裝置；
3.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：上板豎直隔震機構組件(1)的準零剛度豎向隔震效果是通過1個主彈簧和4個副彈簧配合實現。
4.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：套管與套筒套接連接后，作為主彈簧(9)的豎直導向機構。
5.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：四個副彈簧的水平方向彈簧剛度分量實現相互平衡，其豎直方向的彈簧剛度分量同主彈簧剛度方向相反，使得豎直方向的彈簧剛度分量
6.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：所述合頁裝置包括第一上支耳(10)(連接上合頁與上板)、第一下支耳(11)(連接下合頁與中板)、上合頁(12)、下合頁(13)以及合頁連接螺栓(14)；
7.根據權利要求2-6中任一項所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：
8.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：所述下板水平隔震組件(2)包括下板(20)、井字形導軌滑塊裝置(21)、導向桿固定支座(22)、導向桿(23)、拉壓簧(24)、彈簧限位支座(25)、限位擋片機構(26)；
9.根據權利要求8所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：上下兩層導向桿(23)也呈井字形布置，上層的兩個拉壓簧(24)提供的拉力方向相反，下層的兩個拉壓簧(24)提供的拉力方向相反，實現水平方向的隔震。
10.根據權利要求8所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：還包括緩沖橡膠墊(27)，分別安裝在中板(8)與下板(20)上，當所述十字滑塊沿著導軌方向平動時，限位擋片機構(26)同緩沖橡膠墊(27)相撞，避免其脫開導軌，確保安全。
...【技術特征摘要】
1.一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：包括上板豎直隔震機構組件(1)、下板水平隔震機構組件(2)、上下板鎖緊螺栓(3)、磁珠座(4)、防塵罩(5)、重型地角墊(6)；
2.根據權利要求1所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：所述上板豎直隔震機構組件(1)包括上板(7)、中板(8)、主彈簧(9)、第二上支耳(15)、第二下支耳(16)、彈簧導向套筒機構(17)、副彈簧(18)、連接銷(19)以及合頁裝置；
3.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：上板豎直隔震機構組件(1)的準零剛度豎向隔震效果是通過1個主彈簧和4個副彈簧配合實現。
4.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：套管與套筒套接連接后，作為主彈簧(9)的豎直導向機構。
5.根據權利要求2所述的一種三維低成本非線性準零剛度文物隔震裝置，其特征在于：四個副彈簧的水平方向彈簧剛度分量實現相互平衡，其豎直方向的彈簧剛度分量同主彈簧剛度方向相反，使得豎直方向的彈簧剛度分量同主彈簧剛度之間實現相互平衡。
6.根據權利要求2所述的一種三維...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周南，焦若彤，尤軍峰，
申請(專利權)人：西安航天動力技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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