专利名称：磁力悬空三维文物隔震装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隔震装置，特别涉及一种用于保护可移动文物免受地震损害的磁力悬空三维文物隔震装置。
技术背景故宫博物院拥有可移动文物200余万件，占全国文物的1/6，这些可移动文物是世界文化遗产的重要组成部分，具有极其重要的文化、历史及文物价值，保护意义重大。对这些文物的保护，不仅有防火、防盗要求，还应有防震要求。一方面，北京属8度地震设防区，历史上地震发生多次，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为3 4度时，就有可能产生严重破坏。由于地震的不可预见性及巨大的破坏性，使得对这些文物采取及时有效的防震措施迫在眉睫。另一方面，近年来世界地震发生频繁，如2008年我国汶川8. 0级特大地震、2010年我国玉树7. I级地震、2011年日本东海9. 0级特大地震等，造成了可移动文物巨大损失，这无疑使得先进的、可行的文物隔震装置的开发及应用尤为紧迫。从馆藏浮放文物隔震装置的研发现状来看，国内方面在此方面严重不足，而国外方面如日本、美国、意大利等国家已普遍推广使用不同类型文物隔震装置以实现基于先进技术的文物防震保护。滚轮式、滚轴式、滚珠式、滑块式、摩擦摆式等不同类型隔震装置得以研发，空气弹簧、恒力弹簧、磁石、形状记忆合金等不同类型隔震材料得以应用，使得文物隔震装置的开发前景广阔。然而从文物隔震装置的隔震效果来看，实现构造简单、小容积、低传导比(文物的响应加速度峰值与输入地震波加速度峰值之比)及避免文物竖向摇摆，并保证隔震装置的可靠性、耐久性仍是一个重要的课题。现有的文物隔震装置大都以水平向隔震为主，而对于城市直下型地震而言，竖向地震分量往往占举足轻重的地位。从水平恢复力部件角度讲，传统的弹簧需要竖向双层设置方可实现水平任意向隔震；而基于重力恢复力的曲面滚轮或滚珠装置则很容易发生由于水平地震力过大而造成部件飞出的问题；从竖向恢复力部件角度讲，传统的弹簧由于静挠度过大而容易产生竖向弯曲问题，且部件构造复杂，占据竖向空间较大。基于此，本三维隔震装置的研发将解决上述问题。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种磁力悬空三维文物隔震装置，使其能够兼具水平向隔震与垂向隔震的功能。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种磁力悬空三维文物隔震装置，包括由上至下依次平行设置的顶板、中间板与底板，其中在该顶板下表面设有至少三个内套筒，在中间板的上表面设有相应数量的外套筒，内套筒对应插设在外套筒中，使顶板能够相对中间板竖直移动；在每一对内套筒与外套筒内分别设置有在垂向上相互排斥的磁石，顶板以及顶板上文物凭借磁石之间的斥力而悬浮;[0010]在所述底板上设有至少三个相对于底板倾斜的倾斜面，所述至少三个倾斜面的形状与大小均相同并同向设置，各倾斜面上枢设有一个回转轴，各所述回转轴铰接一根回转臂，各回转臂朝向各相应倾斜面的最低位置延伸，且各所述回转臂的延伸端连接有一个连接块，各所述连接块均与所述中间板固定连接，各所述连接块向下连接一个万向脚，各万向脚下端与各相应倾斜面的最低位置接触。与现有技术相比较，本实用新型具有的有益效果是I. 一般情况下，顶板及其上文物由于磁石之间的排斥力而处于悬浮状态，且由于外套筒对内套筒的侧向约束作用，顶板及文物始终保持水平状态。2.各万向脚下端均位于倾斜面的最低处，水平地震作用下，滚轮在倾斜面内同时绕各自的回转轴转动，而中间板及以上部分始终保持水平，可产生水平隔震效果。水平恢复力主要由中间板及上部重量自重提供。3.竖向地震作用下，由于磁石之间的排斥力变化，使得顶板及文物产生竖向运动，但顶板及文物始终处于悬浮状态，因而可产生竖向隔震效果。与此同时，由于外套筒对内套筒的侧向约束作用，因而文物在竖向运动过程中保持水平状态，且由于复位弹簧对顶板的拉接作用，可避免内套筒因竖向位移过大而滑出外套筒。竖向恢复力主要由弹簧和磁石提供。
图I是本实用新型的第一实施例的分解结构示意图；图2是本实用新型的第一实施例的组合结构示意图；图3是本实用新型的第一实施例的正视图；图4是本实用新型的第一实施例的侧视图；图5是本实用新型的第一实施例的俯视图；图6是本实用新型的第一实施例去除顶板与中间板之后的俯视图；图7是本实用新型的第一实施例的侧视剖视图；图8是图7的局部放大示意图；图9是本实用新型的第二实施例的侧视剖视图；图10是本实用新型的第三实施例的侧视剖视图；图11是本实用新型的第四实施例的侧视剖视图；图12是本实用新型的第五实施例的侧视剖视图；图13是本实用新型的第六实施例的侧视剖视图。
具体实施方式
如图I 图8所示，分别是本实用新型第一实施例的分解图、组合图、正视图、侧视图、俯视图、去除部分结构的俯视图、侧视剖视图及其放大示意图，本实用新型提供了一种磁力悬空三维文物隔震装置，包括由上至下依次平行设置的顶板10、中间板30与底板50，其中[0029]顶板10与中间板30之间以至少三副套筒结构予以连接，使顶板10与中间板30能够在垂向上相对移动。如图I、图2、图3、图4、图5、图7、图8所示,在该顶板10下表面设有四个内套筒11，在中间板30的上表面设有四个外套筒31，该四个内套筒11插设在该四个外套筒31中，使顶板10能够相对于中间板30竖直移动；而且，在每一对内套筒11与外套筒31内分别设置有相互排斥的磁石12、32，通过磁石12、32的斥力作用，使顶板10以及顶板10上的文物能够“悬浮”起来。
该顶板10与中间板30之间还可以连接有至少一个能够在垂向 上伸缩变形的复位弹簧13(本实施例中为螺旋弹簧，也可以用橡胶弹簧或者空气弹簧来替换)，使顶板10与中间板30之间的距离保持在预定范围内，既避免顶板10下沉过多从而与中间板30接触，又防止顶板10上浮过多导致套筒结构发生脱离事故。如图I、图2、图3、图4、图6、图7、图8所示，在该底板50上设有至少三个相对于底板50朝同一方向倾斜相同角度的倾斜平面51，各倾斜平面51上垂直于该倾斜平面51的方向枢设有一个回转轴52，回转轴52沿平行于该倾斜平面51的方向各延伸有一根回转臂53，回转臂53 —端与该回转轴52可转动连接，另一端(即延伸端)连接有一个连接块54，各连接块54均与该中间板30的底面固定连接，各连接块54下方朝下连接一个与各相应倾斜平面51接触的万向脚55。在本实施例中，该万向脚55包括一根万向轴551，该万向轴551的上端以能够绕其轴线旋转的方式与该连接块54枢接，下端通过滚轮552与该倾斜平面51接触。初始情况下，各回转臂53均朝向相应倾斜平面51的最低位置延伸，各滚轮552均与相应倾斜平面51的最低位置接触。本实用新型可以放在展柜底部使用，此时展柜和文物整体放置在本实用新型的隔震装置上；也可以放在展柜内部使用，此时单独将文物置于本实用新型的隔震装置上。本实用新型使用的时候，若发生水平方向地震，滚轮552将绕回转轴52转动，可产生水平隔震效果；同时，滚轮552在倾斜平面51上向上运动，由于中间板30、顶板10以及其上文物的重量，滚轮552在地震作用下可自动回到初始位置。并且，通过调整不同的斜面高度和半径，可实现不同的水平隔震周期需要；另外，滚轮552通过回转臂53绕回转轴52转动，不会发生行程过大问题；本装置也无需设置提供水平恢复力的弹簧。使用的时候，若发生竖向地震，顶板10以及顶板10上放置的文物将沿竖向运动，由于磁石12、32之间的排斥力以及复位弹簧13的弹力，可以使顶板10始终相对于中间板30处于“悬浮”状态，从而达到竖向隔震效果；随后，顶板10以及文物由于重力以及复位弹簧13的弹力作用可自动回到平衡位置；外套筒31对内套筒11的侧向约束作用使得顶板10以及文物在竖向运动过程中始终保持水平状态。同时，顶板10与中间板30之间设置复位弹簧13，可提高装置在竖向有效行程内发挥隔震作用，而且还可避免顶板10由于竖向行程过大导致内套筒11从外套筒31滑出的问题。本实用新型的阻尼主要通过内套筒11和外套筒31之间的摩擦力、回转臂53与回转轴52之间的摩擦力及滚轮552与斜面51之间的摩擦力实现，可省略外部附加阻尼装置，使其构造简单，隔震效果好，加工、维修都很方便。以上所述仅是本实用新型的一个较佳实施例，在该实施例的基础上，还可以作出很多变形，例如如图9所示，是本实用新型的第二实施例的侧视剖视图，其与第一实施例的区别在于用滑块553来代替滚轮552在倾斜平面51上滑动；当然，该滚轮552还可以被滚珠所替代。如图10所示，是本实用新型的第三实施例的侧视剖视图，其与第一实施例的区别在于复位弹簧13的数量为多个。另外，套筒结构的数量、倾斜平面51的数量，在能够保证该隔震装置平稳放置的前提下，可以灵活选择，如三个、四个或者更多个。如图11所示，是本实用新型的第四实施例的侧视剖视图，其与第一实施例的区别在于用倾斜曲面61替代倾斜平面51，各倾斜曲面61的形状与大小均相同，并且同向设置。初始情况下，各回转臂53均朝向相应倾斜曲面61的最低位置延伸，各滚轮552均与相应倾斜曲面61的最低位置接触。在地震发生后，每个滚轮552由于其上部构件(顶板、中间板、文物等)的重量，同样能够自动回到该倾斜曲面61的最低点。本实施例中的滚轮552同样能够被滚珠或者滑块553所替代。如图12所示，是本实用新型的第五实施例的侧视剖视图，其与第一实施例的区别在于用链杆21替代复位弹簧13，如此设置，顶板10以及顶板10上的文物的重量完全由磁石12、32的斥力承担，链杆仅起到防止内套筒11与外套筒31相互脱离的作用。如图13所示，是本实用新型的第六实施例的侧视剖视图，其与第五实施例的区别在于用绳索22替代链杆21，同样起到防止内套筒11与外套筒31相互脱离的作用。当然，第五实施例和第六实施例可以结合使用，即同时使用绳索22和链杆21。上述实施例中，万向脚55的结构也能够有所变化，例如所述万向脚55的万向轴551的上端与连接块54固定连接，下端通过滚珠或者滑块553与所述倾斜面接触，同样能够绕回转轴52在倾斜面(倾斜平面51或倾斜曲面61)上回转位移。除此之外，顶板10、中间板30以及底板50的形状可以是方形或圆形，也可以是其它形状，只要其能够满足搁置文物的要求即可。以上说明对本实用新型而言只是说明性的， 而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种磁力悬空三维文物隔震装置，包括由上至下依次平行设置的顶板、中间板与底板，其特征在于 在所述顶板下表面设有至少三个内套筒，在所述中间板的上表面设有相应数量的外套筒，内套筒对应插设在外套筒中，使所述顶板能够相对于所述中间板竖直移动；在每一对内套筒与外套筒内分别设置有在垂向上相互排斥的磁石； 在所述底板上设有至少三个相对于底板倾斜的倾斜面，所述倾斜面的形状与大小均相同并同向设置，各倾斜面上枢设有一个回转轴，各所述回转轴铰接一根向各相应倾斜面的最低位置延伸的回转臂，且各所述回转臂的延伸端连接有一个连接块，各所述连接块均与所述中间板固定连接，各所述连接块向下连接一个万向脚，各万向脚下端与各相应倾斜面的最低位置接触。
2.根据权利要求I所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述顶板与所述中间板之间还连接有至少一个能够在垂向上伸缩变形的复位弹簧。
3.根据权利要求2所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述复位弹簧是螺旋弹簧、橡胶弹簧或者空气弹簧。
4.根据权利要求I所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述顶板与中间板之间还连接有链杆或者绳索。
5.根据权利要求I所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述倾斜面是倾斜平面或者倾斜曲面。
6.根据权利要求I所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述万向脚包括一根万向轴，所述万向轴的上端以能够绕其轴线旋转的方式与所述连接块枢接，下端通过滚轮、滚珠或者滑块与所述倾斜面接触。
7.根据权利要求I所述磁力悬空三维文物隔震装置，其特征在于所述万向脚包括一根万向轴，所述万向轴的上端与所述连接块固定连接，下端通过滚珠或者滑块与所述倾斜面接触。
专利摘要本实用新型是一种磁力悬空三维文物隔震装置，包括由上至下平行设置的顶板、中间板与底板，所述顶板与中间板通过至少三个套筒结构相连，使顶板能够相对中间板竖直移动；在每一副套筒结构内设置有在垂向上相互排斥的磁石，使顶板以及顶板上文物悬浮；在所述底板上设有至少三个倾斜面，各倾斜面上枢设有一个回转轴，各所述回转轴铰接一根回转臂，各所述回转臂的延伸端连接有一个连接块，各所述连接块均与所述中间板固定连接，各所述连接块下端通过万向脚与各倾斜面的最低位置接触。发生水平方向地震时，滚轮将绕回转轴转动并通过自重回转到初始位置，可产生水平隔震效果；同时，顶板悬浮，能够起到垂向隔震的效果。
文档编号F16F6/00GK202360666SQ20112045688
公开日2012年8月1日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者周乾, 周锡元, 纪金豹, 闫维明 申请人:故宫博物院