一种恒力弹簧型竖向隔震器

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1.本发明涉及一种恒力弹簧型竖向隔震器，属于工程结构减振控制领域。


背景技术：

2.用于文物展陈、电力设施的隔震器，国内外的研究主要集中于水平隔震器；竖向隔震器既要起隔震作用，又要平衡上部结构自重，设计与加工难度较大，目前国内外的竖向隔震器方案尚不成熟。
3.申请号cn201910797714.2的专利，公开了一种变刚度三维隔震方法和装置。该专利的竖向隔震系统部分是将5个弹簧组合发挥隔震作用，本质上为线性竖向隔震，而且装置设计较复杂，加工难度大。
4.申请号cn202010516172.x的专利，公开了一种可用于文物及展示柜的三向隔震装置，主要是利用拱形橡胶件实现竖向隔震功能，缺点为拱形橡胶件的弧度难以确定，不能准确的调整隔震器的频率。
5.申请号cn201910467583.1的专利，公开了一种用于空气弹簧-摩擦摆多维隔震装置。主要是利用空气弹簧实现竖向隔震功能，但空气弹簧长期处于充气状态，存在漏气的可能性，会影响装置的性能。
6.基于已有技术，我们提出在竖向隔震器中加入恒力弹簧，组成恒力弹簧型竖向隔震器，具有以下特点：(1)利用恒力弹簧平衡上部结构重力，根据被隔震结构的重力选择合适的恒力弹簧，恒力弹簧的拉力应与上部结构的重力相近，选定合理的竖向隔震频率，利用刚度调节弹簧调整隔震器自振频率；(2)刚度调节弹簧发挥隔震作用，恒力弹簧发挥平衡上部结构重力作用，既能减小结构竖向地震反应，又能解决竖向隔震中上部结构重力难以平衡的问题。


技术实现要素：

7.本发明涉及一种恒力弹簧型竖向隔震器，主要解决目前竖向隔震器效果普遍不理想的技术问题。
8.为实现上述目的，本发明的设计方案如下：
9.组成部件包括恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11。其连接方式为：恒力弹簧1固定于外部导轨9侧面，恒力弹簧1与中间肋板3相连，中间肋板3与内部导轨2相连，内部导轨2可以竖向伸缩，在伸缩的过程中带动导向杆4运动，同时导向杆4的运动带动滑块6沿滑块导轨7水平运动，滑块导轨7左右两端固定于固定块8，两端滑块6用刚度调节弹簧5连接，隔震器顶板10和隔震器底板11用外部导轨9相连，外部导轨9可以竖向伸缩运动。隔震器顶板10上放置被隔震物体。
10.恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、外部导轨9以隔震器顶板10、隔震器底板11的形心为中心，在四周中心对称均匀布置，数量不限。
11.导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8组合后，在隔震器底板11上表面平行布置，根据隔震器需要的竖向频率，确定需要布置的数量和刚度调节弹簧5的刚度。
12.恒力弹簧1提供的总竖向力与上部结构重力相等。
13.内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11的形状可为正方体、圆柱体、长方体。
14.制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢、铝合金。
15.外部导轨9起支撑作用，使内部导轨2、隔震器顶板10只发生竖直方向运动，无侧向运动。
附图说明：
16.图1一种恒力弹簧型竖向隔震器平面图
17.图中：恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、刚度调节弹簧(5)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11)。
具体实施方式：
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
19.图1为一种恒力弹簧型竖向隔震器平面图，由恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11组成。恒力弹簧1固定于外部导轨9侧面，恒力弹簧1与中间肋板3相连，中间肋板3与内部导轨2相连，内部导轨2可以竖向伸缩，在伸缩的过程中带动导向杆4运动，同时导向杆4的运动带动滑块6沿滑块导轨7水平运动，滑块导轨7左右两端固定于固定块8，两端滑块6用刚度调节弹簧5连接，隔震器顶板10和隔震器底板11用外部导轨9相连，外部导轨9可以竖向伸缩运动。隔震器顶板10上放置被隔震物体。
20.恒力弹簧1提供的竖向力方向为竖直向上，与上部结构质量相等，上部结构质量应考虑内部导轨2、中间肋板3、隔震器顶板10、被隔震物体的总质量；调整刚度调节弹簧5刚度使隔震器有合理的竖向隔震频率，避开地震波卓越周期，发挥隔震作用。
21.所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器，其恒力弹簧1和刚度调节弹簧5的参数可按以下方式确定：
22.步骤一，确定上部结构的质量，根据上部结构质量确定恒力弹簧1的型号和参数；
23.步骤二，根据现有文献资料、试验数据等选定合理的竖向隔振频率ω；
24.步骤三，设内部导轨2质量为m1，中间肋板3质量为m2，隔震器顶板10质量为m3，被隔震物体质量为m4；
25.步骤三，根据单自由度体系自振频率的计算公式计算出刚度调节弹簧5刚度k2＝ω2(m1 m2 m3 m4)。
26.恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、外部导轨9以隔震器顶板10、隔震器底板11的形心为中心，在四周中心对称均匀布置，数量不限。
27.导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8组合后，在隔震器底板11上
表面平行布置，根据隔震器需要的竖向频率，确定需要布置的数量和刚度调节弹簧5的刚度。
28.恒力弹簧1提供的总竖向力与上部结构重力相等或相近。
29.内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11的形状可为正方体、圆柱体、长方体。
30.制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢、铝合金。
31.外部导轨9起支撑作用，使内部导轨2、隔震器顶板10只发生竖直方向运动，无侧向运动。


技术特征：
1.一种恒力弹簧型竖向隔震器，其特征在于：包括恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、刚度调节弹簧(5)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11)；恒力弹簧(1)固定于外部导轨(9)侧面，恒力弹簧(1)与中间肋板(3)相连，中间肋板(3)与内部导轨(2)相连，内部导轨(2)可以竖向伸缩，在伸缩的过程中带动导向杆(4)运动，同时导向杆(4)的运动带动滑块(6)沿滑块导轨(7)水平运动，滑块导轨(7)左右两端固定于固定块(8)，两端滑块(6)用刚度调节弹簧(5)连接，隔震器顶板(10)和隔震器底板(11)用外部导轨(9)相连，外部导轨(9)可以竖向伸缩运动；隔震器顶板(10)上放置被隔震物体；恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、导向杆(4)、滑块(6)、固定块(8)和外部导轨(9)均至少有两个，且恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、滑块(6)、固定块(8)、外部导轨(9)轴对称布置。2.根据权利要求1所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器，其特征在于：内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11)的形状为正方体、圆柱体或长方体。3.根据权利要求1所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器，其特征在于：制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢或铝合金。

技术总结
一种恒力弹簧型竖向隔震器，属于工程结构减振控制领域。包括恒力弹簧、内部导轨、中间肋板、导向杆、刚度调节弹簧、滑块、滑块导轨、固定块、外部导轨、隔震器顶板、隔震器底板。原理为，利用恒力弹簧平衡上部结构重力，根据被隔震结构的重力选择合适的恒力弹簧，恒力弹簧的拉力应与上部结构的重力相近，选定合理的竖向隔震频率，利用刚度调节弹簧调整隔震器自振频率，整体结构在竖向地震作用下，刚度调节弹簧发挥隔震作用，恒力弹簧发挥平衡上部结构重力作用，既能减小结构竖向地震反应，又能解决竖向隔震中上部结构重力难以平衡的问题。隔震中上部结构重力难以平衡的问题。隔震中上部结构重力难以平衡的问题。


技术研发人员：纪金豹 张伟祺 王诗雨
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/8/5