专利名称：带限位保护系统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文物隔震装置，更具体地说，涉及一种带限位保护系统三维文物隔震装置。
背景技术：
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. O级特大地震、2010年我国玉树7. I级地震、2011年日本东海9. O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。
实用新型内容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，本实用新型试图通过带限位保护系统三维文物隔震装置的研发来解决上述问题。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提出了一种带限位保护系统三维文物隔震装置，包括平行设置的底板和顶板、竖向设置在所述底板和所述顶板之间的相面对的第一连杆系统和第二连杆系统、以及与所述顶板下方连接的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件，其特征在于所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影连线形成矩形；所述第一连杆系统和所述第二连杆系统包括至少两根竖向连杆，所述连杆的上端部通过第一销轴与所述顶板的伸出部分铰接，所述连杆的下端部通过第二销轴与一连接板的一端铰接，所述第一销轴和所述第二销轴的轴向平行并且与所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影线垂直，所述连接板的另一端通过水平向枢轴与所述底板枢接，所述水平向枢轴的轴向与所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影线平行。优选地，所述第一连杆系统和所述第二连杆系统还包括水平连杆，所述水平连杆通过第三销轴与所述竖向连杆铰接。优选地，所述竖向连杆为通过所述第三销轴铰接在一起的两段式连杆。优选地，所述弹性构件为螺旋弹簧、橡胶弹簧或气弹簧。优选地，所述弹性构件下端连接有能够在所述底板上滑动的滑动部件。 优选地，所述滑动部件为万向滚轮、滑块或滚珠。优选地，所述弹性构件包括内套筒、外套筒以及设置在所述内套筒和所述外套筒 之间的螺旋弹簧，其中所述内套筒和所述外套筒之间形成气密密封。优选地，所述顶板和所述底板的形状为矩形、圆形或椭圆形。与现有技术相比较，本实用新型具有的有益效果是I.本装置无需设置双层水平隔震轨道或单独设置竖向隔震部件。2.万向滚轮、滑块或滚珠的设置，可满足三维地震作用下装置的转动方向需求。3.弹簧滚轮的设置不仅可增大装置的周期，而且可限制装置在地震作用下的转动。4.由于顶板始终保持水平且内外套筒的相互作用，因此竖向弹簧不存在纵向弯曲的问题。5.内外套筒之间设置密封圈，可增大装置的恢复力并提供部分阻力，有利于装置隔震效果的发挥。6.本装置构造简单、造价低、效果好、加工及维修方便。
图I是本实用新型带限位保护系统三维文物隔震装置第一实施例的透视图；图2是图I中的A部放大视图；图3是图I中的B部放大视图；图4是本实用新型竖向可伸缩弹性机构的放大视图；图5是本实用新型竖向可伸缩弹性机构的剖视图；图6是图I的文物隔震装置的变形实施例的透视图；图7是将展柜和文物放置在图6所示实施例的隔震装置上，并且该隔震装置在遭受地震波影响时发生变形的透视图；图8是本实用新型第二实施例的透视图；图9是本实用新型第三实施例的透视图；图10是图9所示实施例的侧视图。
具体实施方式
以下参照附图对本实用新型的带限位保护系统三维文物隔震装置的优选实施方式进行详细说明。[0032]如图I所示，本实用新型的带限位保护系统三维文物隔震装置包括底板I、顶板4、竖向设置在 底板I和顶板4之间的相面对的第一连杆系统和第二连杆系统、以及与顶板4下方连接的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件，其中第一连杆系统和第二连杆系统在底板I上的投影连线形成矩形。第一连杆系统和第二连杆系统的结构完全相同，下面仅以第一连杆系统为例来描述其详细结构。如图1-3所示，第一连杆系统包括两根分别设置在顶板4两端的竖向连杆7，该连杆7的上端部通过第一销轴6与顶板4的伸出部分5铰接，其下端部通过第二销轴61与水平方向的第一连接板8铰接。所述第一连杆系统还包括设置在底板I上的水平向枢轴10和第二连接板9，其中第二连接板9的一端与第一连接板8正交焊接，另一端与底板I通过水平向枢轴10铰接，这样，第二连接板9仅能绕水平向枢轴10沿前后方向转动。上述水平向枢轴10的轴向与第一连杆系统和第二连杆系统在底板I上的投影线平行，第一销轴6和第二销轴61的轴向平行并且与第一连杆系统和第二连杆系统在底板I上的投影线垂直。在可替换的实施例中，上述竖向连杆7的根数可以是三根、四根，或者更多，但它们均通过第一销轴6和第二销轴61相互平行地设置在底板I和顶板4之间。另外，第一连接板8和第二连接板9可以做成整体，而且其断面形状不限于图2所示的矩形，它可以采用例如圆弧形等本领域技术人员能够想到的任何形状，只要其两个端部的延长线相互垂直即可，这样可确保水平向枢轴10的轴向与第一销轴6和第二销轴61的轴向垂直。如图4所示，是本实用新型的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件的放大示意图，其包括套筒3、万向轴2和装配于万向轴2的滚轮，其中万向轴2的下部通过滚轮与底板I接触。图5是该弹性构件的剖视图，其包括内套筒12、弹簧14以及外套筒15，其中内套筒12和外套筒15之间通过橡胶密封圈13密封，内套筒12的上端通过导杆11与顶板4连接，夕卜套筒15的下端与万向轴2固定，弹簧14设于内套筒12和外套筒15之间。本实用新型的带限位保护系统三维文物隔震装置的隔震机理为本实用新型的装置在使用时，将内置有文物的展柜置于本实用新型装置的顶板4之上，当地震波沿左右方向作用时，竖向连杆7绕第一销轴6和第二销轴61转动，这时顶板4的高度降低，展柜及文物的重量通过导杆11对弹簧14施加竖直向下的力，因此弹簧14将收缩。另外，容纳弹簧14的内套筒12和外套筒15之间的空间容积也缩小。由于上述弹性机构与顶板4的下方固定连接，在顶板4的高度降低的同时，滚轮也将左右滑动。套筒内的弹簧14受到压缩变形而产生恢复力，并且套筒内的空气由于橡胶密封圈13的密闭，因而在弹簧恢复力和套筒内空气阻力作用下，顶板4的向下位移以及滚轮的运动受到限制，并使得本实用新型的装置能够逐步恢复到初始位置。在该过程中，顶板4始终保持水平，因此可确保其上的文物不会倾倒。当地震波沿前后方向作用时，第二连接板9将绕水平向枢轴10转动，同样的，顶板4的高度降低并且滚轮前后滑动，从而通过导杆11对弹簧套筒3施加向下的力。但由于套筒内的弹簧14受到压缩变形而产生恢复力，并且套筒内的空气由于橡胶密封圈13的作用而密闭，因而在弹簧恢复力和套筒内空气阻力作用下，顶板4的向下位移以及滚轮的运动受到限制，使得本实用新型的装置能够逐步恢复到初始位置。[0039]当地震波沿其他方向作用时，上述转动情况均有可能发生。滚轮在万向轴2的带动下可沿任意方向移动，并且通过弹簧14的恢复力以及内套筒12和外套筒15之间的空气阻力保持装置恢复到初始位置。在装置运动过程中，顶板4及上部展柜始终保持水平。作为本实用新型上述装置的变形实施方式，可以参见图6。在该视图中，所述连杆系统除包括两个竖向连杆7之外，还包括水平连杆71，该水平连杆71通过第三销轴62与竖向连杆7铰接。可替换地，竖向连杆7是通过第三销轴62铰接在一起的两段式连杆，而且该两段式连杆和水平连杆71均通过第三销轴62铰接在一起。这样，在发生地震时，所述装置的摆动幅度可以更小，也即滚轮运动的范围缩小(如图7所示)，可以使装置表面的展柜及其内部的文物运动幅度小，并快速恢复到初始位置，因此具有更好的效果。如图8所示，是本实用新型装置的第二实施例。在该实施例中，除用滑块21代替实施例一中的滚轮外，其他部件及其连结方式均相同。滑块21具有与万向滚轮相同的功能，在地震发生时，其能支撑其上部的弹性构件在水平面的任意方向上滑动。如图9所示，是本实用新型装置第三实施例的透视图。在该实施例中，除用悬挂弹簧31代替实施例一中的弹簧套筒3外，其他部件及其连结方式均相同。悬挂弹簧31的一端固定连接在顶板4的中部，另一端处于悬挂状态。优选地，该悬挂弹簧的初始长度与顶板4和底板I之间的距离相等，也即，悬挂弹簧31与底板I接触(如图10所示)但并不承重。在地震作用下，随着顶板4的高度降低，悬挂弹簧31受到压缩并提供竖向支撑和恢复力，且其竖向刚度能在一定程度上隔离地震波峰值，而顶板4始终保持水平状态，并最终使装置逐步恢复到初始状态。作为悬挂弹簧的例子，可以采用螺旋弹簧、橡胶弹簧或者气弹簧，但也可以采用本领域技术人员可以想到的其它等同手段。该实施例的优点是结构简单，容易实现。需要说明的是，尽管在上述实施例中，顶板4和底板I的形状为矩形，但本领域技术人员能够理解，其也可以为圆形、椭圆形或其它满足放置文物需求的任意形状。在非矩形的情况下，只要第一连杆系统和第二连杆系统在底板上的投影连线形成矩形就能实现本装置的功能。本装置相对于现有技术的主要优点在于本装置在采用弹簧套筒弹性构件的情况下，其主要隔震部件为弹簧。为满足竖向隔震需求，弹簧刚度较小，然而由于内套筒12与外套筒15之间的密闭空气提供附加恢复力(竖向支撑力)，地震作用下弹簧的变形不会很大。本装置的阻尼力主要由密封橡胶圈13与套筒15之间的摩擦力、内套筒12与外套筒15之间的空气阻力、第二连接板9与水平向枢轴10之间的摩擦力，以及连杆7与销轴6之间的摩擦力提供。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，如将主动辊不作改变，将从动辊设置成空心通气胶辊，也将落入本实用新型的保护范围之内。权利要求1.一种带限位保护系统三维文物隔震装置，包括平行设置的底板和顶板、竖向设置在所述底板和所述顶板之间的相面对的第一连杆系统和第二连杆系统、以及与所述顶板下方连接的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件，其特征在于 所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影连线形成矩形； 所述第一连杆系统和所述第二连杆系统包括至少两根竖向连杆，所述连杆的上端部通过第一销轴与所述顶板的伸出部分铰接，所述连杆的下端部通过第二销轴与一连接板的一端铰接，所述第一销轴和所述第二销轴的轴向平行并且与所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影线垂直，所述连接板的另一端通过水平向枢轴与所述底板枢接，所述水平向枢轴的轴向与所述第一连杆系统和所述第二连杆系统在所述底板上的投影线平行。
2.根据权利要求I所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述第一连杆系统和所述第二连杆系统还包括水平连杆，所述水平连杆通过一第三销轴与所述竖向连杆铰接。
3.根据权利要求2所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述竖向连杆为通过所述第三销轴铰接在一起的两段式连杆。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述弹性构件为螺旋弹簧、橡胶弹簧或气弹簧。
5.根据权利要求I所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述弹性构件的下端连接有能够在所述底板上滑动的滑动部件。
6.根据权利要求5所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述滑动部件为万向滚轮、滑块或滚珠。
7.根据权利要求5所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述弹性构件包括内套筒、外套筒以及设置在所述内套筒和所述外套筒之间的螺旋弹簧，其中所述内套筒和所述外套筒之间形成气密密封。
8.根据权利要求I所述的带限位保护系统三维文物隔震装置，其特征在于所述顶板和所述底板的形状为矩形、圆形或椭圆形。
专利摘要本实用新型涉及一种带限位保护系统三维文物隔震装置，包括平行设置的底板和顶板、竖向设置在底板和顶板之间的相面对的第一连杆系统和第二连杆系统、以及与顶板下方连接的能够沿竖直方向伸缩的弹性构件，其中第一连杆系统和第二连杆系统在底板上的投影连线形成矩形；第一和第二连杆系统包括至少两根竖向连杆，连杆的上端部通过第一销轴与顶板的伸出部分铰接，连杆的下端部通过第二销轴与一连接板的一端铰接，第一销轴和第二销轴的轴向平行并且与第一和第二连杆系统在底板上的投影线垂直，连接板的另一端通过水平向枢轴与底板枢接，水平向枢轴的轴向与上述投影线平行。本实用新型的装置在地震发生时能够确保顶板始终水平，从而确保文物不会倾倒损坏。
文档编号F16F15/02GK202360667SQ201120456888
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