專利名稱：磁力懸空三維文物隔震裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種隔震裝置，特別涉及一種用于保護可移動文物免受地震損害的磁力懸空三維文物隔震裝置。
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，還應有防震要求。一方面，北京屬8度地震設防區(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)生嚴重破壞。 由于地震的不可預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、低傳導比(文物的響應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。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。從水平恢復力部件角度講，傳統(tǒng)的彈簧需要豎向雙層設置方可實現(xiàn)水平任意向隔震；而基于重力恢復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)造復雜，占據(jù)豎向空間較大。基于此，本三維隔震裝置的研發(fā)將解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種磁力懸空三維文物隔震裝置， 使其能夠兼具水平向隔震與垂向隔震的功能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種磁力懸空三維文物隔震裝置，包括由上至下依次平行設置的頂板、中間板與底板，其中在該頂板下表面設有至少三個內(nèi)套筒，在中間板的上表面設有相應數(shù)量的外套筒，內(nèi)套筒對應插設在外套筒中，使頂板能夠相對中間板豎直移動；在每一對內(nèi)套筒與外套筒內(nèi)分別設置有在垂向上相互排斥的磁石，頂板以及頂板上文物憑借磁石之間的斥力而懸浮；在所述底板上設有至少三個相對于底板傾斜的傾斜面，所述至少三個傾斜面的形狀與大小均相同并同向設置，各傾斜面上樞設有一個回轉(zhuǎn)軸，各所述回轉(zhuǎn)軸鉸接一根回轉(zhuǎn)臂，各回轉(zhuǎn)臂朝向各相應傾斜面的最低位置延伸，且各所述回轉(zhuǎn)臂的延伸端連接有一個連接塊，各所述連接塊均與所述中間板固定連接，各所述連接塊向下連接一個萬向腳，各萬向腳下端與各相應傾斜面的最低位置接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果是1. 一般情況下，頂板及其上文物由于磁石之間的排斥力而處于懸浮狀態(tài)，且由于外套筒對內(nèi)套筒的側(cè)向約束作用，頂板及文物始終保持水平狀態(tài)。2.各萬向腳下端均位于傾斜面的最低處，水平地震作用下，滾輪在傾斜面內(nèi)同時繞各自的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，而中間板及以上部分始終保持水平，可產(chǎn)生水平隔震效果。水平恢復力主要由中間板及上部重量自重提供。3.豎向地震作用下，由于磁石之間的排斥力變化，使得頂板及文物產(chǎn)生豎向運動， 但頂板及文物始終處于懸浮狀態(tài)，因而可產(chǎn)生豎向隔震效果。與此同時，由于外套筒對內(nèi)套筒的側(cè)向約束作用，因而文物在豎向運動過程中保持水平狀態(tài)，且由于復位彈簧對頂板的拉接作用，可避免內(nèi)套筒因豎向位移過大而滑出外套筒。豎向恢復力主要由彈簧和磁石提 {共。


圖1是本發(fā)明的第--實施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的第--實施例的組合結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的第--實施例的正視圖4是本發(fā)明的第--實施例的側(cè)視圖5是本發(fā)明的第--實施例的俯視圖6是本發(fā)明的第--實施例去除頂板與中間板之后的俯視圖
圖7是本發(fā)明的第--實施例的側(cè)視剖視圖8是圖7的局部放大示意圖9是本發(fā)明的第二實施例的側(cè)視剖視圖10是本發(fā)明的第_Ξ實施例的側(cè)視剖視圖11是本發(fā)明的第四實施例的側(cè)視剖視圖12是本發(fā)明的第五實施例的側(cè)視剖視圖13是本發(fā)明的第六實施例的側(cè)視剖視圖。
具體實施例方式如圖1 圖8所示，分別是本發(fā)明第一實施例的分解圖、組合圖、正視圖、側(cè)視圖、 俯視圖、去除部分結(jié)構(gòu)的俯視圖、側(cè)視剖視圖及其放大示意圖，本發(fā)明提供了一種磁力懸空三維文物隔震裝置，包括由上至下依次平行設置的頂板10、中間板30與底板50，其中頂板10與中間板30之間以至少三副套筒結(jié)構(gòu)予以連接，使頂板10與中間板30能夠在垂向上相對移動。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖7、圖8所示，在該頂板10下表面設有四個內(nèi)套筒11，在中間板30的上表面設有四個外套筒31，該四個內(nèi)套筒11插設在該四個外套筒31中，使頂板10能夠相對于中間板30豎直移動；而且，在每一對內(nèi)套筒11與外套筒31內(nèi)分別設置有相互排斥的磁石12、32，通過磁石12、32的斥力作用，使頂板10以及頂板10上的文物能夠“懸浮”起來。該頂板10與中間板30之間還可以連接有至少一個能夠在垂向上伸縮變形的復位彈簧13(本實施例中為螺旋彈簧，也可以用橡膠彈簧或者空氣彈簧來替換)，使頂板10與中間板30之間的距離保持在預定范圍內(nèi)，既避免頂板10下沉過多從而與中間板30接觸，又防止頂板10上浮過多導致套筒結(jié)構(gòu)發(fā)生脫離事故。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖6、圖7、圖8所示，在該底板50上設有至少三個相對于底板50朝同一方向傾斜相同角度的傾斜平面51，各傾斜平面51上垂直于該傾斜平面51的方向樞設有一個回轉(zhuǎn)軸52，回轉(zhuǎn)軸52沿平行于該傾斜平面51的方向各延伸有一根回轉(zhuǎn)臂 53，回轉(zhuǎn)臂53 —端與該回轉(zhuǎn)軸52可轉(zhuǎn)動連接，另一端(即延伸端)連接有一個連接塊54， 各連接塊M均與該中間板30的底面固定連接，各連接塊M下方朝下連接一個與各相應傾斜平面51接觸的萬向腳55。在本實施例中，該萬向腳55包括一根萬向軸551，該萬向軸 551的上端以能夠繞其軸線旋轉(zhuǎn)的方式與該連接塊M樞接，下端通過滾輪552與該傾斜平面51接觸。初始情況下，各回轉(zhuǎn)臂53均朝向相應傾斜平面51的最低位置延伸，各滾輪552 均與相應傾斜平面51的最低位置接觸。本發(fā)明可以放在展柜底部使用，此時展柜和文物整體放置在本發(fā)明的隔震裝置上；也可以放在展柜內(nèi)部使用，此時單獨將文物置于本發(fā)明的隔震裝置上。本發(fā)明使用的時候，若發(fā)生水平方向地震，滾輪552將繞回轉(zhuǎn)軸52轉(zhuǎn)動，可產(chǎn)生水平隔震效果；同時，滾輪 552在傾斜平面51上向上運動，由于中間板30、頂板10以及其上文物的重量，滾輪552在地震作用下可自動回到初始位置。并且，通過調(diào)整不同的斜面高度和半徑，可實現(xiàn)不同的水平隔震周期需要；另外，滾輪552通過回轉(zhuǎn)臂53繞回轉(zhuǎn)軸52轉(zhuǎn)動，不會發(fā)生行程過大問題； 本裝置也無需設置提供水平恢復力的彈簧。使用的時候，若發(fā)生豎向地震，頂板10以及頂板10上放置的文物將沿豎向運動， 由于磁石12、32之間的排斥力以及復位彈簧13的彈力，可以使頂板10始終相對于中間板 30處于“懸浮”狀態(tài)，從而達到豎向隔震效果；隨后，頂板10以及文物由于重力以及復位彈簧13的彈力作用可自動回到平衡位置；外套筒31對內(nèi)套筒11的側(cè)向約束作用使得頂板10 以及文物在豎向運動過程中始終保持水平狀態(tài)。同時，頂板10與中間板30之間設置復位彈簧13，可提高裝置在豎向有效行程內(nèi)發(fā)揮隔震作用，而且還可避免頂板10由于豎向行程過大導致內(nèi)套筒11從外套筒31滑出的問題。本發(fā)明的阻尼主要通過內(nèi)套筒11和外套筒31之間的摩擦力、回轉(zhuǎn)臂53與回轉(zhuǎn)軸 52之間的摩擦力及滾輪552與斜面51之間的摩擦力實現(xiàn)，可省略外部附加阻尼裝置，使其構(gòu)造簡單，隔震效果好，加工、維修都很方便。以上所述僅是本發(fā)明的一個較佳實施例，在該實施例的基礎上，還可以作出很多變形，例如如圖9所示，是本發(fā)明的第二實施例的側(cè)視剖視圖，其與第一實施例的區(qū)別在于 用滑塊553來代替滾輪552在傾斜平面51上滑動；當然，該滾輪552還可以被滾珠所替代。
如圖10所示，是本發(fā)明的第三實施例的側(cè)視剖視圖，其與第一實施例的區(qū)別在于復位彈簧13的數(shù)量為多個。另外，套筒結(jié)構(gòu)的數(shù)量、傾斜平面51的數(shù)量，在能夠保證該隔震裝置平穩(wěn)放置的前提下，可以靈活選擇，如三個、四個或者更多個。如圖11所示，是本發(fā)明的第四實施例的側(cè)視剖視圖，其與第一實施例的區(qū)別在于用傾斜曲面61替代傾斜平面51，各傾斜曲面61的形狀與大小均相同，并且同向設置。 初始情況下，各回轉(zhuǎn)臂53均朝向相應傾斜曲面61的最低位置延伸，各滾輪552均與相應傾斜曲面61的最低位置接觸。在地震發(fā)生后，每個滾輪552由于其上部構(gòu)件(頂板、中間板、 文物等)的重量，同樣能夠自動回到該傾斜曲面61的最低點。本實施例中的滾輪552同樣能夠被滾珠或者滑塊553所替代。如圖12所示，是本發(fā)明的第五實施例的側(cè)視剖視圖，其與第一實施例的區(qū)別在于用鏈桿21替代復位彈簧13，如此設置，頂板10以及頂板10上的文物的重量完全由磁石12、32的斥力承擔，鏈桿僅起到防止內(nèi)套筒11與外套筒31相互脫離的作用。如圖13所示，是本發(fā)明的第六實施例的側(cè)視剖視圖，其與第五實施例的區(qū)別在于用繩索22替代鏈桿21，同樣起到防止內(nèi)套筒11與外套筒31相互脫離的作用。當然，第五實施例和第六實施例可以結(jié)合使用，即同時使用繩索22和鏈桿21。上述實施例中，萬向腳55的結(jié)構(gòu)也能夠有所變化，例如所述萬向腳55的萬向軸 551的上端與連接塊M固定連接，下端通過滾珠或者滑塊553與所述傾斜面接觸，同樣能夠繞回轉(zhuǎn)軸52在傾斜面(傾斜平面51或傾斜曲面61)上回轉(zhuǎn)位移。除此之外，頂板10、中間板30以及底板50的形狀可以是方形或圓形，也可以是其它形狀，只要其能夠滿足擱置文物的要求即可。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，但都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁力懸空三維文物隔震裝置，包括由上至下依次平行設置的頂板、中間板與底板，其特征在于在所述頂板下表面設有至少三個內(nèi)套筒，在所述中間板的上表面設有相應數(shù)量的外套筒，內(nèi)套筒對應插設在外套筒中，使所述頂板能夠相對于所述中間板豎直移動；在每一對內(nèi)套筒與外套筒內(nèi)分別設置有在垂向上相互排斥的磁石；在所述底板上設有至少三個相對于底板傾斜的傾斜面，所述傾斜面的形狀與大小均相同并同向設置，各傾斜面上樞設有一個回轉(zhuǎn)軸，各所述回轉(zhuǎn)軸鉸接一根向各相應傾斜面的最低位置延伸的回轉(zhuǎn)臂，且各所述回轉(zhuǎn)臂的延伸端連接有一個連接塊，各所述連接塊均與所述中間板固定連接，各所述連接塊向下連接一個萬向腳，各萬向腳下端與各相應傾斜面的最低位置接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述頂板與所述中間板之間還連接有至少一個能夠在垂向上伸縮變形的復位彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述復位彈簧是螺旋彈簧、橡膠彈簧或者空氣彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述頂板與中間板之間還連接有鏈桿或者繩索。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述傾斜面是傾斜平面或者傾斜曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述萬向腳包括一根萬向軸，所述萬向軸的上端以能夠繞其軸線旋轉(zhuǎn)的方式與所述連接塊樞接，下端通過滾輪、滾珠或者滑塊與所述傾斜面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁力懸空三維文物隔震裝置，其特征在于所述萬向腳包括一根萬向軸，所述萬向軸的上端與所述連接塊固定連接，下端通過滾珠或者滑塊與所述傾斜面接觸。
全文摘要
本發(fā)明是一種磁力懸空三維文物隔震裝置，包括由上至下平行設置的頂板、中間板與底板，所述頂板與中間板通過至少三個套筒結(jié)構(gòu)相連，使頂板能夠相對中間板豎直移動；在每一副套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)設置有在垂向上相互排斥的磁石，使頂板以及頂板上文物懸浮；在所述底板上設有至少三個傾斜面，各傾斜面上樞設有一個回轉(zhuǎn)軸，各所述回轉(zhuǎn)軸鉸接一根回轉(zhuǎn)臂，各所述回轉(zhuǎn)臂的延伸端連接有一個連接塊，各所述連接塊均與所述中間板固定連接，各所述連接塊下端通過萬向腳與各傾斜面的最低位置接觸。發(fā)生水平方向地震時，滾輪將繞回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動并通過自重回轉(zhuǎn)到初始位置，可產(chǎn)生水平隔震效果；同時，頂板懸浮，能夠起到垂向隔震的效果。
文檔編號F16F15/02GK102401081SQ20111036546
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, 紀金豹, 閆維明 申請人:故宮博物院