【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，适用于馆藏与外设文物三维隔震保护。
技术介绍
1、文物展柜及展馆地面在地震作用下响应将关系到文物的受损程度。通常情况下，博物馆文物展柜由钢铁制作，浮放于地表面，其具有长宽比较大，高宽比较大、自重较大、自振频率高等特点。而博物馆所在地面通常由石材硬岩制作而成，其模态固有频率高，对地震的传导剧烈。因此，文物展柜及展馆地面隔震将十分有必要。
2、“浮放文物隔震保护与振动台试验”(工程科学与技术，2023，55(5):31-40)一文中介绍了一种二维模块化文物隔震装支座装置，该装置由面板、中间板、封板及底板三层构成。一方面，由导轨滑块机构作为隔震台的减震单元；另一方面，由弹簧与摩擦阻尼器实现减震功能。该型隔震装置的具有良好的隔震效果，但仍会随着台面输入加速度的增大而降低。尽管如此，对于抗倾覆能力较差的文物，更需采取传统抗震措施予以辅助。但是在实际使用过程中，该型文物隔振装置应当充分考虑减震率目标、隔震位移需求，支座变形能力限制与自复位能力等，多目标之间需要取舍，难以同时满足，同时该隔震装置为二维隔震装置仅对水平方向上的地震波有用，对于竖向地震波不能起到隔震作用。
3、“一种珍贵文物隔震装置“(固体火箭技术，2020，43(6)837-838)和中国专利(申请号201910477381.5)中借鉴了固体火箭发动机珠承喷管的结构设计，采用滚珠+滑盘+回位弹簧+阻尼器的结构设计解决方案，该型隔震装置可以实现二维方向上的隔震，其承载能力大，摩擦力小，隔震效率高，环境
4、中国专利(申请号201110395325.4)中设计了一种低成本直线导轨式轻型隔震装置，该型隔震装置体积小，隔震效率高，能够为轻型文物提供有效隔震，采用弹簧导向杆设计可以防止失稳，采用万向轴轴承承载，可以提高隔震效率，同时采用市面上易采购的标准滑块导轨组件，可以大幅度降低生产成本，可以为展柜提供功能集成与定制服务。该方案在传统二维隔震技术方案的基础上，实现了低成本，但仍不能实现三维方向上的隔震。中国专利cn209494870u名称为一种滚动轴承文物展柜三维隔振装置，由隔震板、缓冲装置、滚轮、封板、竖向隔震装置等组成，由于利用滚动轴承装置实现隔震，其造价高，维护成本高，寿命短，难以更换，以上专利在文物隔震领域的使用局限性较大。
5、综上所述，现有鲜有能够同时满足三维隔震、易于拆换、低成本、高可靠性、可集成定制的文物隔振装置。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，是一种上下两层三维文物隔震装置，该装置上层由准零刚度主副弹簧组构成实现竖向隔震，下层由导轨滑块机构配合弹簧构成，实现水平隔震。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，包括上板竖直隔震机构组件、下板水平隔震机构组件、上下板锁紧螺栓、磁珠座、防尘罩、重型地角垫；
4、上板竖直隔震机构组件通过主副弹簧结构实现准零刚度竖向隔震，下板水平隔震机构组件通过导轨滑块机构配合弹簧实现水平隔震；上板竖直隔震机构组件和下板水平隔震机构组件之间通过上下板锁紧螺栓锁紧固定；磁珠座安装在上板竖直隔震机构组件、下板水平隔震机构组件的边缘处，磁珠座通过内置磁铁将防尘罩吸附，用于防尘；重型地角垫安装在下板水平隔震机构组件下方四角处。
5、进一步的，所述上板竖直隔震机构组件包括上板、中板、主弹簧、第二上支耳、第二下支耳、弹簧导向套筒机构、副弹簧、连接销以及合页装置；
6、其中，上板下侧中心部位设置有套管，中板上侧中心部位设置有套筒，上板与中板通过套管与套筒套接连接，当文物放置于隔震台之上，上板与中板之间受到文物重力影响相对距离变小，套管与套筒之间出现竖直方向相对滑动，套筒位于套管外侧，实现弹簧在竖直方向的导向作用；主弹簧安装在中板上且位于套管内；
7、四个副弹簧均匀分布在主弹簧四周且副弹簧朝向主弹簧；副弹簧套在用于方向牵引的弹簧导向套筒机构上，弹簧导向套筒机构由套筒与套管组成，控制弹簧沿着导向方向伸缩，防止系统失稳；弹簧导向套筒机构的一端连接第二上支耳下端的连接销，实现弹簧导向套筒机构可绕第二上支耳下端的连接销竖直转动，第二上支耳上端连接上板；第二下支耳的下端固定在中板上，弹簧导向套筒机构的另一端连接第二下支耳上端的连接销，使得弹簧导向套筒机构可绕第二下支耳上端的连接销竖直转动，第二下支耳上端连接中板；上板和中板的四角通过合页装置连接，实现竖直方向的活动的角度与高度的调整，四个合页装置呈中心对称分布。
8、进一步的，上板竖直隔震机构组件的准零刚度竖向隔震效果是通过1个主弹簧和4个副弹簧配合实现。
9、进一步的，套管与套筒套接连接后，作为主弹簧的竖直导向机构。
10、进一步的，四个副弹簧的水平方向弹簧刚度分量实现相互平衡，其竖直方向的弹簧刚度分量同主弹簧刚度方向相反，使得竖直方向的弹簧刚度分量同主弹簧刚度之间实现相互平衡。
11、进一步的，所述合页装置包括第一上支耳(连接上合页与上板)、第一下支耳(连接下合页与中板)、上合页、下合页以及合页连接螺栓；
12、第一上支耳固定在上板上，通过销轴连接上合页的一端，第一下支耳固定在中板上，通过销轴连接下合页的一端，上合页的另一端与下合页的另一端通过合页连接螺栓连接。
13、进一步的，
14、主弹簧与副弹簧之间的弹簧刚度通过匹配实现了准零刚度设计，其力平衡与主副弹簧空间准零刚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是隔振装置上文物的质量；
19、lm0是主弹簧的原长度；
20、lm是主弹簧的装配长度；
21、km是主弹簧的刚度；
22、ks是单根副弹簧的刚度；
23、ls0是副弹簧的原长度；
24、ls是副弹簧的装配长度；
25、δx是主弹簧的压缩长度。
26、进一步的，所述下板水平隔震组件包括下板、井字形导轨滑块装置、导向杆固定支座、导向杆、拉压簧、弹簧限位支座、限位挡片机构；
27、井字形导轨滑块装置包括四个十字滑块、两个上导轨和两个下导轨，上导轨同中板用螺栓固连，下导轨同下板用螺栓固连，上下导轨之间通过十字滑块连接，十字滑块之间用螺栓同限位挡片机构固连；
28、上下两层导向杆分别通过导向杆连接支座固定在中板与下板上；导向杆上套有拉压簧，拉压簧的一端与导向杆连接支座相连，另一端与井字形导轨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：包括上板竖直隔震机构组件(1)、下板水平隔震机构组件(2)、上下板锁紧螺栓(3)、磁珠座(4)、防尘罩(5)、重型地角垫(6)；
2.根据权利要求1所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：所述上板竖直隔震机构组件(1)包括上板(7)、中板(8)、主弹簧(9)、第二上支耳(15)、第二下支耳(16)、弹簧导向套筒机构(17)、副弹簧(18)、连接销(19)以及合页装置；
3.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：上板竖直隔震机构组件(1)的准零刚度竖向隔震效果是通过1个主弹簧和4个副弹簧配合实现。
4.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：套管与套筒套接连接后，作为主弹簧(9)的竖直导向机构。
5.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：四个副弹簧的水平方向弹簧刚度分量实现相互平衡，其竖直方向的弹簧刚度分量同主弹簧刚度方向相反，使得竖直方向的弹簧刚度分量
6.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：所述合页装置包括第一上支耳(10)(连接上合页与上板)、第一下支耳(11)(连接下合页与中板)、上合页(12)、下合页(13)以及合页连接螺栓(14)；
7.根据权利要求2-6中任一项所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：
8.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：所述下板水平隔震组件(2)包括下板(20)、井字形导轨滑块装置(21)、导向杆固定支座(22)、导向杆(23)、拉压簧(24)、弹簧限位支座(25)、限位挡片机构(26)；
9.根据权利要求8所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：上下两层导向杆(23)也呈井字形布置，上层的两个拉压簧(24)提供的拉力方向相反，下层的两个拉压簧(24)提供的拉力方向相反，实现水平方向的隔震。
10.根据权利要求8所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：还包括缓冲橡胶垫(27)，分别安装在中板(8)与下板(20)上，当所述十字滑块沿着导轨方向平动时，限位挡片机构(26)同缓冲橡胶垫(27)相撞，避免其脱开导轨，确保安全。
...【技术特征摘要】
1.一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：包括上板竖直隔震机构组件(1)、下板水平隔震机构组件(2)、上下板锁紧螺栓(3)、磁珠座(4)、防尘罩(5)、重型地角垫(6)；
2.根据权利要求1所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：所述上板竖直隔震机构组件(1)包括上板(7)、中板(8)、主弹簧(9)、第二上支耳(15)、第二下支耳(16)、弹簧导向套筒机构(17)、副弹簧(18)、连接销(19)以及合页装置；
3.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：上板竖直隔震机构组件(1)的准零刚度竖向隔震效果是通过1个主弹簧和4个副弹簧配合实现。
4.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：套管与套筒套接连接后，作为主弹簧(9)的竖直导向机构。
5.根据权利要求2所述的一种三维低成本非线性准零刚度文物隔震装置，其特征在于：四个副弹簧的水平方向弹簧刚度分量实现相互平衡，其竖直方向的弹簧刚度分量同主弹簧刚度方向相反，使得竖直方向的弹簧刚度分量同主弹簧刚度之间实现相互平衡。
6.根据权利要求2所述的一种三维...
【专利技术属性】
技术研发人员：周南，焦若彤，尤军峰，
申请(专利权)人：西安航天动力技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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