专利名称：方位验震复合倒立摆机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种验震机构，属于机械制造领域，尤其是一种方位验震复合倒立摆机构。
我国东汉时期的“张衡地动仪”现已失传约1800余年，其外观设计已经复原成功，但其内部测震机构至今尚无定论。据史书记载，张衡地动仪的实测地震精度记录为854公里，且方位精确。今人多有用机械结构试图再现史书记载的测震精度，但这些装置的测震精度均大大低于史书的记载，以致于有人认为机械结构的测震装置不可能如此精确地测出地震的方位。
本实用新型的目的是提供一种方位验震准确、灵敏的机械结构测震装置。
以下结合附图对本实用新型作一说明。
图1为本实用新型的结构示意图图2为图1所示的结构全剖示意图图3为图1的A-A剖视图图4为具有另一种形状的重坨的本实用新型结构示意图图5为不设十字套环的本实用新型结构示意图图6为本实用新型都柱平衡垂直预警状态的结构示意简图图7为本实用新型的都柱为倾倒状态的结构示意简图如图1、2、3所示，本测震装置包括有倒立摆都柱、往复式悬挂吊框牙机装置和四柱支架，所述四柱支架包括有接地支承架2、四柱10、四柱支架法兰20以及都柱中心复位拉绳装置，接地支承架2支设于地面上，四柱10固于接地支承架2上，四柱支架法兰20固定于四柱10顶端，所述倒立摆都柱包括有都柱顶19、都柱管21、都柱脚24以及带倾扶轨道环的都柱基座25，它们按从上到下的顺序紧固连接成一体，所述倒立摆都柱支承于接地支承架2中心的顶尖座上，如图5所示，也可以在接地支承架2中心部位设一接地十字环横挂架27，其顶尖座上悬挂一十字套环29，所述倒立摆都柱支承于十字套环29上设有的顶尖座上，如图1所示，以增加其灵敏性。所述往复式悬挂吊框牙机装置包括有起正摆型惯性定位体作用的重坨31、往复挂链牙机组吊框装置5和三级杠杆放大牙机组，往复挂链牙机组吊框装置包括外框26-1、内框26和挂链，所述外框26-1通过挂链22悬挂于四柱支架法兰20上，所述外框26-1上设有挂链23，内框悬挂于外框挂链23上，所述内框上设挂链，其上吊挂有所述重坨31，往复挂链牙机组吊框装置中的往复挂链(如图1、5所示)中的一段22的一端固定在四柱支架法兰20上，另一端穿过外框26-1的中心孔固于外框26-1的下端，在外框26-1的上端固定另外的挂链23的一端，挂链的另一端连接内框26，内框26的上端固定挂链23’的一端，挂链(23’)的另一端与重坨31连接。这样的连接挂链为往复挂链，它的作用在于可以最大程度地延长其折合摆长，以增加本测震装置对地震波的响应周期。重坨的形状可以如图1所示，也可以为如图4所示的样子。所述三级杠杆放大牙机组设于吊框装置5上，所述三级杠杆放大牙机组包括一、二、三级杠杆放大牙机6、7、8，一、二级杠杆放大牙机6、7铰接于所述外框26-1上，也可以铰接与所述内框26上，这样可更增加其折合摆长，三级杠杆放大牙机8与一级杠杆放大牙机6铰接，并顶于二级杠杆放大牙机7上，形成联动的机械杠杆放大机构，三级杠杆放大牙机8的端头设有滚轮，所述滚轮支承在所述倒立摆都柱上的都柱基座25的锥面形倾扶轨道环上。接地牙机3铰接在接地支承架2上，其一端设有配重1，另一端与牙机6、7相抵触，接地板4固接于接地支承架2上，接地板4上设一孔，接地牙机3穿设于孔中，孔的一侧边抵在接地牙机上地将接地板4固定在接地支承架2上，接地板4使接地牙机的运动受到限制，接地牙机3只能向远离牙机6、7的方向运动，而反向的运动被接地板4的孔边限制，在接地板4上还固有接地板锁定拉手28，当接地板位置确定后转动拉手28可以使接地板与接地支承架固为一体。在都柱管21的上部管内可固设一都柱重心配重块12。所述都柱中心复位拉绳装置包括有都柱中心定位锤14和都柱复位拉绳以及拉环16，所述都柱中心定位锤14设于都柱顶19中心空腔内，都柱复位拉绳的一端固定于定位锤14上，其另一端固有所述拉环16。可以在四柱支架法兰上固设一四柱支架上梁，在其上设一孔，使拉环16穿过该孔，在该孔上可固设一四柱支架中心定位法兰15，所述定位锤14的上端可以设于该法兰孔中，在扶正都柱时有利于对位。在本装置的外面可设一外壳，其包括基座30、大盖18和小盖17，大盖扣合在基座上，小盖扣合在大盖上。当都柱倾倒后要将其扶正时，打开小盖，即可拉到拉环，通过都柱中心复位拉绳装置将都柱扶正。
在本验震装置上另还可以设有都柱倾倒方位报警装置，其包括有一八道盘11和八道牙机9，所述八道盘11固于所述四柱支架法兰20上，其上设有八道径向槽，所述八道牙机9分别设于所述的八道槽中，所述牙机9的支点固于本测震装置的外壳18-1上，当倒立摆都柱倾倒时，进入八道盘11中的一径向槽中，打击设于该槽中的牙机9的一端，该道牙机9的固定支点另一侧的一端即动作，可引发一发声或其它报警装置报警。
本实用新型为一种监测地震方位的复合倒立摆装置，其原理为利用正摆型惯性体重坨31的自身惯性，通过其悬挂于挂链中部的吊框装置内外框之间上下往复的挂链连接结构可以在有限的空间，尽量增加其正摆型挂链的长度，以最大程度地延长对地震波的响应周期；支承于倒立摆都柱与挂链之间的四组三级杠杆放大牙机组6、7、8分别控制置于中央位置的倒立摆都柱按各方位支承牙机组6、7、8的张闭动作与具有自身惯性的倒立摆都柱19、21、24配合控制，能够接收地震发生时的地震初动P波(冲击波具有方向性，为最先到达的一种地震波)并将地动位移量放大传导至倒立摆都柱倾扶轨道环25，控制都柱倾倒至震源P波来源方向而报警指示震源方位。
本实用新型的重要部件为一长周期、不稳定倒立摆都柱，其中一个实施方案是倒立摆都柱垂直立于“活动支点”短周期小正摆型的十字套环27、29上，形成一极不稳定的中心倒摆系统。其周边的扶正系统为圆周90度相邻四方位(也称四极)四套扶正牙机组6、7、8，其执行端三级杠杆放大牙机8上端的滚轮支承在位于带倾扶轨道环的都柱基座25上的轨道环(此轨道环为都柱同心支点万向倾扶型轨道环，以保证都柱在各方位倾倒时与支承滚轮均无轨迹干涉现象，始终保持均匀的，摩擦阻力最小的滚动摩擦接触)下面。各牙机组6、7、8要经一级杠杆放大牙机6后部接地牙机配重块配重成执行端三级杠杆放大牙机8略重(以松开刚能自动下落为止)的“天平”系统。各“天平”或牙机组经一级杠杆放大牙机6中部转轴孔(也可以采用刃口)为支点连接于往复式挂链吊框5上，经接地牙机3后部增重砝码将执行端(三级杠杆放大牙机滚轮)的向上支承力调整至最佳力值，然后紧固接地板锁定拉手28锁定接地牙机3。另采用周边四极(即东、南、西、北四极)往复式悬挂惯性定位体重坨31，由于重坨31重力关系，四根挂链均具有很强的张力，足以供位于挂链中部的往复挂链牙机组6、7、8利用其张力作为向上支承控制都柱的支承力的相对定位的“相对支点”，将都柱支承于平衡垂直为止进入预警状态，如图1、6所示。
如图2、7所示，当地震发生时，震波的方向由图7右下方的箭头a表示，地动位移通过接地板4使该侧的接地牙机3前移脱离与牙机6、7的接触，牙机6、7失去平衡，牙机7与牙机8接触的一端向上转动，如图7中箭头b所示，牙机6的与牙机8铰接的一端向下转动，如图7中箭头c所示，并带动牙机8经杠杆放大牙机组6、7、8三级联动放大位移量，使执行端滚轮迅速脱离位于带倾扶轨道环的都柱基座25上的倾扶轨道环(如图7中箭头d)，支承力突降为0，与此同时，另一侧的接地牙机在接地板运动的带动下向与牙机6、7压紧的方向移动，牙机6、7、8分别有如图7中箭头e、f、g所示方向的运动趋势，使牙机8上的滚轮压紧位于带倾扶轨道环的都柱基座25上的倾扶轨道环，该方支承力是增加，即呈向上掀翻都柱的趋势，由此就造成都柱相对支承两方的支承压力差。同时，此时都柱由于自体惯性重心滞后已呈微倾势态。当都柱重心脱离垂线中心为止而微倾时，其底部带倾扶轨道环的都柱基座25顶尖即产生向后分力施加于灵敏度非常高的正摆型十字套环29上，使其反向移位促使都柱迅速倾倒至震源P波来源方位报警，如图7中箭头h所示。
本实用新型提供的方位验震复合倒立摆机构通过纯机械结构即复合倒立摆机构实现了方位验震准确、灵敏的目的。
权利要求1.一种方位验震复合倒立摆机构，其特征在于包括有倒立摆都柱、往复式悬挂吊框牙机装置和四柱支架，所述四柱支架包括有接地支承架(2)、四柱(10)、四柱支架法兰(20)以及都柱中心复位拉绳装置，接地支承架(2)支设于地面上，四柱(10)固于接地支承架(2)上，四柱支架法兰(20)固定于四柱(10)顶端；所述倒立摆都柱包括有都柱顶(19)、都柱管(21)、都柱脚(24)以及带倾扶轨道环的都柱基座(25)，它们按从上到下的顺序紧固连接成一体，所述倒立摆都柱支承于接地支承架(2)中心的顶尖座上；所述往复式悬挂吊框牙机装置包括有起正摆型惯性定位体作用的重坨(31)、往复挂链牙机组吊框装置(5)和三级杠杆放大牙机组，往复挂链牙机组吊框装置包括外框(26-1)、内框(26)和挂链，所述外框(26-1)通过挂链(22)悬挂于四柱支架法兰(20)上，所述外框(26)上设有挂链(23)，内框悬挂于外框挂链(23)上，所述挂链的下端上吊挂有所述重坨(31)；所述三级杠杆放大牙机组设于内框(26)上，所述三级杠杆放大牙机组包括一、二、三级杠杆放大牙机(6)、(7)、(8)，一、二级杠杆放大牙机(6)、(7)铰接于所述吊框装置(5)上，三级杠杆放大牙机(8)与一级杠杆放大牙机(6)铰接，并顶于二级杠杆放大牙机(7)上，形成联动的机械杠杆放大机构，三级杠杆放大牙机(8)的端头设有滚轮，所述滚轮支承在所述倒立摆都柱上的都柱基座(25)的锥面形倾扶轨道环上；还有一接地牙机(3)铰接在所述接地支承架(2)上，其一端设有配重(1)，另一端与牙机(6)、(7)相抵触，一接地板(4)固接于接地支承架(2)上，接地板(4)上设一孔，接地牙机(3)穿设于孔中，接地板(4)孔的一侧边抵在接地牙机上地固定在接地支承架(2)上。
2.根据权利要求1所述的方位验震复合倒立摆机构，其特征在于在所述接地支承架(2)中心部位设一接地十字环横挂架(27)，其顶尖座上悬挂一十字套环(29)，所述倒立摆都柱支承于十字套环(29)上设有的顶尖座上。
3.根据权利要求1所述的方位验震复合倒立摆机构，其特征在于在都柱管(21)的上部管内固设一都柱重心配重块(12)。
4.根据权利要求1所述的方位验震复合倒立摆机构，其特征在于所述往复挂链牙机组吊框装置中的往复挂链中的一段(22)的一端固定在四柱支架法兰(20)上，另一端穿过外框(26-1)的中心孔固于外框(26-1)的下端，在外框(26-1)的上端固定另外的挂链(23)的一端，挂链(23)的另一端连接内框(26)，内框(26)的上端固定挂链(23’)的一端，挂链(23’)的另一端与重坨(31)连接。
5.根据权利要求1所述的方位验震复合倒立摆机构，其特征在于所述一、二级杠杆放大牙机(6)、(7)铰接于所述吊框装置(5)中的外框(26-1)上。
专利摘要一种方位验震复合倒立摆机构,其利用正摆型惯性体重坨的自身惯性,通过其悬挂于挂链中部、支承于倒立摆都柱与挂链之间的四组三级杠杆放大牙机组分别控制置于中央位置的倒立摆都柱按各方位支承牙机组的张闭动作与具有自身惯性的倒立摆都柱配合控制以及往复挂链结构,能够接收地震发生时的地震初动P波并将地动位移量放大传导至倒立摆都柱倾扶轨道环,控制都柱倾倒至震源P波来源方向而报警指示震源方位。其测震方位准确、灵敏。
文档编号G01V1/16GK2404132SQ9924845
公开日2000年11月1日 申请日期1999年10月14日 优先权日1999年10月14日
发明者张媛, 王立新, 戴春, 张炜 申请人:张玉峰