專利名稱：帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種文物隔震裝置，更具體地說，涉及一種帶限位保護系統(tǒng)三維文物
隔震裝置。
背景技術(shù)：
故宮博物院擁有可移動文物200余萬件，占全國文物的1/6，這些可移動文物是世界文化遺產(chǎn)的重要組成部分，具有極其重要的文化、歷史及文物價值，保護意義重大。對這些文物的保護，不僅有防火、防盜要求，還應(yīng)有防震要求。一方面，北京屬8度地震設(shè)防區(qū)， 歷史上地震發(fā)生多次，如自1420年建立至今，北京城遭受地震至少222次，含8度以上地震 5次。而大量文物震害表明浮放文物在地震烈度為3 4度時，就有可能產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。 由于地震的不可預(yù)見性及巨大的破壞性，使得對這些文物采取及時有效的防震措施迫在眉睫。另一方面，近年來世界地震發(fā)生頻繁，如2008年我國汶川8.0級特大地震、2010年我國玉樹7. 1級地震、2011年日本東海9. 0級特大地震等，造成了可移動文物巨大損失，這無疑使得先進的、可行的文物隔震裝置的開發(fā)及應(yīng)用尤為緊迫。從館藏浮放文物隔震裝置的研發(fā)現(xiàn)狀來看，國內(nèi)方面在此方面嚴(yán)重不足，而國外方面如日本、美國、意大利等國家已普遍推廣使用不同類型文物隔震裝置以實現(xiàn)基于先進技術(shù)的文物防震保護。滾輪式、滾軸式、滾珠式、滑塊式、摩擦擺式等不同類型隔震裝置得以研發(fā)，空氣彈簧、恒力彈簧、磁石、形狀記憶合金等不同類型隔震材料得以應(yīng)用，使得文物隔震裝置的開發(fā)前景廣闊。然而從文物隔震裝置的隔震效果來看，實現(xiàn)構(gòu)造簡單、小容積、低傳導(dǎo)比(文物的響應(yīng)加速度峰值與輸入地震波加速度峰值之比)及避免文物豎向搖擺，并保證隔震裝置的可靠性、耐久性仍是一個重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有的文物隔震裝置大都以水平向隔震為主，而對于城市直下型地震而言，豎向地震分量往往占舉足輕重的地位。從水平恢復(fù)力部件角度講，傳統(tǒng)的彈簧需要豎向雙層設(shè)置方可實現(xiàn)水平任意向隔震；而基于重力恢復(fù)力的曲面滾輪或滾珠裝置則很容易發(fā)生由于水平地震力過大而造成部件飛出的問題；從豎向恢復(fù)力部件角度講，傳統(tǒng)的彈簧由于靜撓度過大而容易產(chǎn)生豎向彎曲問題，且部件構(gòu)造復(fù)雜，占據(jù)豎向空間較大。基于此，本發(fā)明試圖通過帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置的研發(fā)來解決上述問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提出了一種帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，包括平行設(shè)置的底板和頂板、豎向設(shè)置在所述底板和所述頂板之間的相面對的第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)、以及與所述頂板下方連接的能夠沿豎直方向伸縮的彈性構(gòu)件，其特征在于所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影連線形成矩形；所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)包括至少兩根豎向連桿，所述連桿的上端部通過第一銷軸與所述頂板的伸出部分鉸接，所述連桿的下端部通過第二銷軸與一連接板的一端鉸接，所述第一銷軸和所述第二銷軸的軸
3向平行并且與所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影線垂直，所述連接板的另一端通過水平向樞軸與所述底板樞接，所述水平向樞軸的軸向與所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影線平行。優(yōu)選地，所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)還包括水平連桿，所述水平連桿通過第三銷軸與所述豎向連桿鉸接。優(yōu)選地，所述豎向連桿為通過所述第三銷軸鉸接在一起的兩段式連桿。優(yōu)選地，所述彈性構(gòu)件為螺旋彈簧、橡膠彈簧或氣彈簧。優(yōu)選地，所述彈性構(gòu)件下端連接有能夠在所述底板上滑動的滑動部件。優(yōu)選地，所述滑動部件為萬向滾輪、滑塊或滾珠。優(yōu)選地，所述彈性構(gòu)件包括內(nèi)套筒、外套筒以及設(shè)置在所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的螺旋彈簧，其中所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間形成氣密密封。優(yōu)選地，所述頂板和所述底板的形狀為矩形、圓形或橢圓形。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果是1.本裝置無需設(shè)置雙層水平隔震軌道或單獨設(shè)置豎向隔震部件。2.萬向滾輪、滑塊或滾珠的設(shè)置，可滿足三維地震作用下裝置的轉(zhuǎn)動方向需求。3.彈簧滾輪的設(shè)置不僅可增大裝置的周期，而且可限制裝置在地震作用下的轉(zhuǎn)動。4.由于頂板始終保持水平且內(nèi)外套筒的相互作用，因此豎向彈簧不存在縱向彎曲的問題。5.內(nèi)外套筒之間設(shè)置密封圈，可增大裝置的恢復(fù)力并提供部分阻力，有利于裝置隔震效果的發(fā)揮。6.本裝置構(gòu)造簡單、造價低、效果好、加工及維修方便。


圖1是本發(fā)明帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置第一實施例的透視圖；圖2是圖1中的A部放大視圖；圖3是圖1中的B部放大視圖；圖4是本發(fā)明豎向可伸縮彈性機構(gòu)的放大視圖；圖5是本發(fā)明豎向可伸縮彈性機構(gòu)的剖視圖；圖6是圖1的文物隔震裝置的變形實施例的透視圖；圖7是將展柜和文物放置在圖6所示實施例的隔震裝置上，并且該隔震裝置在遭受地震波影響時發(fā)生變形的透視圖；圖8是本發(fā)明第二實施例的透視圖；圖9是本發(fā)明第三實施例的透視圖；圖10是圖9所示實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。
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如圖1所示，本發(fā)明的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置包括底板1、頂板4、豎向設(shè)置在底板1和頂板4之間的相面對的第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)、以及與頂板4下方連接的能夠沿豎直方向伸縮的彈性構(gòu)件，其中第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)在底板1上的投影連線形成矩形。第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全相同，下面僅以第一連桿系統(tǒng)為例來描述其詳細結(jié)構(gòu)。如圖1-3所示，第一連桿系統(tǒng)包括兩根分別設(shè)置在頂板4兩端的豎向連桿 7，該連桿7的上端部通過第一銷軸6與頂板4的伸出部分5鉸接，其下端部通過第二銷軸 61與水平方向的第一連接板8鉸接。所述第一連桿系統(tǒng)還包括設(shè)置在底板1上的水平向樞軸10和第二連接板9，其中第二連接板9的一端與第一連接板8正交焊接，另一端與底板 1通過水平向樞軸10鉸接，這樣，第二連接板9僅能繞水平向樞軸10沿前后方向轉(zhuǎn)動。上述水平向樞軸10的軸向與第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)在底板1上的投影線平行，第一銷軸6和第二銷軸61的軸向平行并且與第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)在底板1上的投影線垂直。在可替換的實施例中，上述豎向連桿7的根數(shù)可以是三根、四根，或者更多，但它們均通過第一銷軸6和第二銷軸61相互平行地設(shè)置在底板1和頂板4之間。另外，第一連接板8和第二連接板9可以做成整體，而且其斷面形狀不限于圖2所示的矩形，它可以采用例如圓弧形等本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的任何形狀，只要其兩個端部的延長線相互垂直即可，這樣可確保水平向樞軸10的軸向與第一銷軸6和第二銷軸61 的軸向垂直。如圖4所示，是本發(fā)明的能夠沿豎直方向伸縮的彈性構(gòu)件的放大示意圖，其包括套筒3、萬向軸2和裝配于萬向軸2的滾輪，其中萬向軸2的下部通過滾輪與底板1接觸。 圖5是該彈性構(gòu)件的剖視圖，其包括內(nèi)套筒12、彈簧14以及外套筒15，其中內(nèi)套筒12和外套筒15之間通過橡膠密封圈13密封，內(nèi)套筒12的上端通過導(dǎo)桿11與頂板4連接，外套筒 15的下端與萬向軸2固定，彈簧14設(shè)于內(nèi)套筒12和外套筒15之間。本發(fā)明的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置的隔震機理為本發(fā)明的裝置在使用時，將內(nèi)置有文物的展柜置于本發(fā)明裝置的頂板4之上，當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ刈笥曳较蜃饔脮r，豎向連桿7繞第一銷軸6和第二銷軸61轉(zhuǎn)動，這時頂板4的高度降低，展柜及文物的重量通過導(dǎo)桿11對彈簧14施加豎直向下的力，因此彈簧14將收縮。另外，容納彈簧14的內(nèi)套筒12 和外套筒15之間的空間容積也縮小。由于上述彈性機構(gòu)與頂板4的下方固定連接，在頂板 4的高度降低的同時，滾輪也將左右滑動。套筒內(nèi)的彈簧14受到壓縮變形而產(chǎn)生恢復(fù)力，并且套筒內(nèi)的空氣由于橡膠密封圈13的密閉，因而在彈簧恢復(fù)力和套筒內(nèi)空氣阻力作用下， 頂板4的向下位移以及滾輪的運動受到限制，并使得本發(fā)明的裝置能夠逐步恢復(fù)到初始位置。在該過程中，頂板4始終保持水平，因此可確保其上的文物不會傾倒。當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ厍昂蠓较蜃饔脮r，第二連接板9將繞水平向樞軸10轉(zhuǎn)動，同樣的，頂板 4的高度降低并且滾輪前后滑動，從而通過導(dǎo)桿11對彈簧套筒3施加向下的力。但由于套筒內(nèi)的彈簧14受到壓縮變形而產(chǎn)生恢復(fù)力，并且套筒內(nèi)的空氣由于橡膠密封圈13的作用而密閉，因而在彈簧恢復(fù)力和套筒內(nèi)空氣阻力作用下，頂板4的向下位移以及滾輪的運動受到限制，使得本發(fā)明的裝置能夠逐步恢復(fù)到初始位置。當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ仄渌较蜃饔脮r，上述轉(zhuǎn)動情況均有可能發(fā)生。滾輪在萬向軸2的帶動下可沿任意方向移動，并且通過彈簧14的恢復(fù)力以及內(nèi)套筒12和外套筒15之間的空氣阻力保持裝置恢復(fù)到初始位置。在裝置運動過程中，頂板4及上部展柜始終保持水平。作為本發(fā)明上述裝置的變形實施方式，可以參見圖6。在該視圖中，所述連桿系統(tǒng)除包括兩個豎向連桿7之外，還包括水平連桿71，該水平連桿71通過第三銷軸62與豎向連桿7鉸接。可替換地，豎向連桿7是通過第三銷軸62鉸接在一起的兩段式連桿，而且該兩段式連桿和水平連桿71均通過第三銷軸62鉸接在一起。這樣，在發(fā)生地震時，所述裝置的擺動幅度可以更小，也即滾輪運動的范圍縮小(如圖7所示)，可以使裝置表面的展柜及其內(nèi)部的文物運動幅度小，并快速恢復(fù)到初始位置，因此具有更好的效果。如圖8所示，是本發(fā)明裝置的第二實施例。在該實施例中，除用滑塊21代替實施例一中的滾輪外，其他部件及其連結(jié)方式均相同。滑塊21具有與萬向滾輪相同的功能，在地震發(fā)生時，其能支撐其上部的彈性構(gòu)件在水平面的任意方向上滑動。如圖9所示，是本發(fā)明裝置第三實施例的透視圖。在該實施例中，除用懸掛彈簧31 代替實施例一中的彈簧套筒3外，其他部件及其連結(jié)方式均相同。懸掛彈簧31的一端固定連接在頂板4的中部，另一端處于懸掛狀態(tài)。優(yōu)選地，該懸掛彈簧的初始長度與頂板4和底板1之間的距離相等，也即，懸掛彈簧31與底板1接觸(如圖10所示)但并不承重。在地震作用下，隨著頂板4的高度降低，懸掛彈簧31受到壓縮并提供豎向支撐和恢復(fù)力，且其豎向剛度能在一定程度上隔離地震波峰值，而頂板4始終保持水平狀態(tài)，并最終使裝置逐步恢復(fù)到初始狀態(tài)。作為懸掛彈簧的例子，可以采用螺旋彈簧、橡膠彈簧或者氣彈簧，但也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其它等同手段。該實施例的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。需要說明的是，盡管在上述實施例中，頂板4和底板1的形狀為矩形，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，其也可以為圓形、橢圓形或其它滿足放置文物需求的任意形狀。在非矩形的情況下，只要第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)在底板上的投影連線形成矩形就能實現(xiàn)本裝置的功能。本裝置相對于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點在于本裝置在采用彈簧套筒彈性構(gòu)件的情況下，其主要隔震部件為彈簧。為滿足豎向隔震需求，彈簧剛度較小，然而由于內(nèi)套筒12與外套筒15之間的密閉空氣提供附加恢復(fù)力(豎向支撐力)，地震作用下彈簧的變形不會很大。本裝置的阻尼力主要由密封橡膠圈13與套筒15之間的摩擦力、內(nèi)套筒12與外套筒15之間的空氣阻力、第二連接板9與水平向樞軸10之間的摩擦力，以及連桿7與銷軸6 之間的摩擦力提供。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，如將主動輥不作改變，將從動輥設(shè)置成空心通氣膠輥，也將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，包括平行設(shè)置的底板和頂板、豎向設(shè)置在所述底板和所述頂板之間的相面對的第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)、以及與所述頂板下方連接的能夠沿豎直方向伸縮的彈性構(gòu)件，其特征在于所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影連線形成矩形；所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)包括至少兩根豎向連桿，所述連桿的上端部通過第一銷軸與所述頂板的伸出部分鉸接，所述連桿的下端部通過第二銷軸與一連接板的一端鉸接，所述第一銷軸和所述第二銷軸的軸向平行并且與所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影線垂直，所述連接板的另一端通過水平向樞軸與所述底板樞接，所述水平向樞軸的軸向與所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)在所述底板上的投影線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述第一連桿系統(tǒng)和所述第二連桿系統(tǒng)還包括水平連桿，所述水平連桿通過一第三銷軸與所述豎向連桿鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述豎向連桿為通過所述第三銷軸鉸接在一起的兩段式連桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述彈性構(gòu)件為螺旋彈簧、橡膠彈簧或氣彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述彈性構(gòu)件的下端連接有能夠在所述底板上滑動的滑動部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述滑動部件為萬向滾輪、滑塊或滾珠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述彈性構(gòu)件包括內(nèi)套筒、外套筒以及設(shè)置在所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間的螺旋彈簧，其中所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間形成氣密密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，其特征在于所述頂板和所述底板的形狀為矩形、圓形或橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶限位保護系統(tǒng)三維文物隔震裝置，包括平行設(shè)置的底板和頂板、豎向設(shè)置在底板和頂板之間的相面對的第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)、以及與頂板下方連接的能夠沿豎直方向伸縮的彈性構(gòu)件，其中第一連桿系統(tǒng)和第二連桿系統(tǒng)在底板上的投影連線形成矩形；第一和第二連桿系統(tǒng)包括至少兩根豎向連桿，連桿的上端部通過第一銷軸與頂板的伸出部分鉸接，連桿的下端部通過第二銷軸與一連接板的一端鉸接，第一銷軸和第二銷軸的軸向平行并且與第一和第二連桿系統(tǒng)在底板上的投影線垂直，連接板的另一端通過水平向樞軸與底板樞接，水平向樞軸的軸向與上述投影線平行。本發(fā)明的裝置在地震發(fā)生時能夠確保頂板始終水平，從而確保文物不會傾倒損壞。
文檔編號F16F15/02GK102401080SQ201110365260
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者周乾, 周錫元, 紀(jì)金豹, 閆維明 申請人:故宮博物院