專利名稱：精密儀器減震平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種精密儀器用的減震平臺(tái)，用于防止發(fā)生不大于國(guó)家規(guī)定的設(shè)防烈度的地震時(shí)對(duì)精密儀器造成破壞。
儀器儀表被喻為工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的“眼睛”，精密儀器在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的質(zhì)量檢測(cè)和分析鑒定方面更起了關(guān)鍵的作用。它們的精密度高，在使用和保管中對(duì)環(huán)境要求也很嚴(yán)格。但是由于結(jié)構(gòu)精細(xì)，對(duì)意外沖擊的耐受性就很差，因此為了保證精密儀器的正常使用性能，必須有防止意外沖擊的附屬設(shè)備及裝置。在各種意外的沖擊中，地震沖擊力的破壞最大，也是目前尚不能用人力充分防止和避免的。我國(guó)是世界上多地震的國(guó)家之一，一旦發(fā)生較高震級(jí)的地震就會(huì)使在震區(qū)內(nèi)的精密儀器遭受到不同程度的破壞，給國(guó)家造成不可低估的損失；即使是輕微的損壞，也能降低精密儀器的靈敏度或縮短其使用壽命。在目前，還沒(méi)有關(guān)于制造和生產(chǎn)精密儀器的廠家曾考慮到儀器的防地震措施的報(bào)導(dǎo)。因此，為精密儀器設(shè)計(jì)一個(gè)抗震、減震的設(shè)備是現(xiàn)實(shí)需要的。當(dāng)前在已發(fā)表的技術(shù)書籍、資料及專利文獻(xiàn)中都可以找到被稱之為“減振器”或“減震裝置”的設(shè)備。這些設(shè)備大都是為了減少各種機(jī)電、動(dòng)力設(shè)備由于其本身的振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境造成的影響而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的。從結(jié)構(gòu)上看，它們多是單個(gè)的支承形式，例如在《振動(dòng)計(jì)算與隔振設(shè)計(jì)》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1976年)和《機(jī)械工程手冊(cè)》(機(jī)械工業(yè)出版社，1982年)及《隔振設(shè)計(jì)手冊(cè)》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986年)等書中所介紹的JG型、Z型、JD1型、JX型減振器等。這樣的減振器自振頻率多在4至15HZ之間，有的甚至更高，而且它們的剛度大，靈敏度低，減振系數(shù)大，不適用于精密儀器的抗震和減震。地震是一種自然災(zāi)害，它釋放出來(lái)的能量和對(duì)地面造成的振動(dòng)是任何機(jī)電和動(dòng)力設(shè)備都不能比擬的。從目前世界上已記錄到的地震波來(lái)看，其頻率范圍大多在4HZ至12HZ之間，少數(shù)還有更高的。由此可見(jiàn)地震的頻率范圍與上述減振器的頻率范圍基本重合。如果把精密儀器裝上這種減震器，暫不論其結(jié)構(gòu)是否合適，一旦發(fā)生地震，減振器的頻率如與地震的頻率相重合時(shí)，就會(huì)發(fā)生可怕的共振而使精密儀器遭受到更大、更嚴(yán)重的破壞。地震釋放出來(lái)能量是以波動(dòng)的形式向各個(gè)方向傳播出去。地震波是一種隨機(jī)波，其中的縱波是上下顫動(dòng)，有周期短、振幅小、和傳播距離近的特點(diǎn)。而橫波則是水平傳遞，有周期長(zhǎng)、振幅大、和傳播距離遠(yuǎn)(可影響到160公里以外)的特點(diǎn)。當(dāng)橫波到達(dá)時(shí)，地面上的物體將產(chǎn)生水平振動(dòng)。由于橫波傳遞了大部分的地震能量，所以在橫波到達(dá)時(shí)，地面的振動(dòng)也最猛烈，破壞作用也最大。因此在抗震設(shè)計(jì)中，一般只考慮橫波即水平振動(dòng)的影響。由于地震的這些特點(diǎn)，前面說(shuō)到的那種用于機(jī)電、動(dòng)力設(shè)備減振的減振器，無(wú)論從結(jié)構(gòu)特性、頻率特性、和抗地震的要求等方面都不能作為精密儀器的抗震、減震使用。
本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)在發(fā)生地震時(shí)精密儀器可能造成損壞的實(shí)際問(wèn)題，提供一種可與現(xiàn)有的試驗(yàn)臺(tái)和精密儀器配套使用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝及拆卸方便的減震平臺(tái)，其自振頻率要低于一般地震頻率，不會(huì)與地震產(chǎn)生共振，而且其減振系數(shù)要小，能有效地減少地震力對(duì)精密儀器的沖擊。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)及工作情況。
圖1為精密儀器減震平臺(tái)的結(jié)構(gòu)總圖，圖2為只拿去外罩(19)后的俯視圖，圖3為減震平臺(tái)縱面剖視簡(jiǎn)圖，圖4為在不同負(fù)荷下實(shí)測(cè)的頻率與減震系數(shù)β值的關(guān)系曲線圖。
精密儀器減震平臺(tái)主要由上蓋(8)、下座(18)、彈簧(7)、鋼球(9)、外罩(19)、限位桿(11)、鎖緊機(jī)構(gòu)(13、14、15)幾部分組成。
上蓋(8)通過(guò)4個(gè)鋼球(9)支承在下座(18)上。在上蓋(8)側(cè)板的內(nèi)側(cè)和下座(18)側(cè)板的外側(cè)的四周間裝有8個(gè)彈簧(7)。在發(fā)生地震時(shí)，下座(18)雖然也會(huì)受到橫波的沖擊發(fā)生水平方向的振動(dòng)，但由于彈簧(7)的緩沖、衰減和上蓋(8)、外罩(19)及精密儀器(23)的慣性作用使上蓋(8)及其上面的外罩(19)及精密儀器(23)的振動(dòng)大為減小，從而使精密儀器(23)受到保護(hù)。與上蓋(8)相連的限位桿(11)的作用是防止上蓋(8)在發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)的超位振動(dòng)，也防止了上蓋(8)、外罩(19)和精密儀器(23)的傾倒或跳起。鎖緊機(jī)構(gòu)(13、14、15)裝在下座(18)上，可使上蓋(8)與下座(18)鎖緊或放松。在精密儀器的安裝或檢修時(shí)，可將上蓋(8)與下座(18)鎖住。
4個(gè)鋼球(9)支承了上蓋(8)、外罩(19)和精密儀器(23)的全部重量。為了使鋼球(9)與上蓋(8)和下座(18)之間因相互移動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦力達(dá)到最小，在上蓋(8)上裝有4個(gè)圓形的上滾道(10)，它們的工作平面也處在同一水平面內(nèi)。在下座(18)上與上滾道(10)相對(duì)應(yīng)地也裝有4個(gè)圓形的下滾道(4)，它們的工作平面也處于同一水平面內(nèi)。鋼球(9)放在上滾道(10)和下滾道(4)的中間而和上滾道(10)及下滾道(4)成為點(diǎn)接觸。為了進(jìn)一步減少摩擦，滾道(10，4)與鋼球(9)的表面都經(jīng)過(guò)精加工，在安裝減震平臺(tái)時(shí)，在滾道(10，4)和鋼球(9)的表面上還涂以少量的潤(rùn)滑脂。
在上蓋(8)與下座(18)的側(cè)板之間起著緩沖和衰減作用的彈簧(7)的壓力可以由螺紋導(dǎo)柱(6)予以調(diào)整。調(diào)整后螺紋導(dǎo)柱(6)的位置可用螺母(5)鎖緊。
附
圖1、2、3中的減震平臺(tái)為長(zhǎng)方形，但可以根據(jù)精密儀器的底面形狀將上蓋(8)與下座(18)設(shè)計(jì)成方形、圓形或其他所要求的形狀。鋼球(9)、彈簧(7)、上滾道(10)及下滾道(4)的數(shù)目也可以根據(jù)減震平臺(tái)的面積和承載精密儀器的重量而增加。
限位桿(11)用螺母(2)和彈簧墊圈(3)固定在上蓋(8)的側(cè)板上，限位桿(11)穿過(guò)下座(18)側(cè)板上的限位槽孔(24)。上蓋(8)雖然可以在水平方向內(nèi)作橫、縱、旋轉(zhuǎn)三自由度的運(yùn)動(dòng)，但由于限位桿(11)和限位槽孔(24)的限制而不能超過(guò)限位。鎖緊機(jī)構(gòu)由齒銷(13)、齒輪(14)和傳動(dòng)桿(15)三個(gè)部件構(gòu)成。兩個(gè)齒銷(13)安裝在下座(18)的兩個(gè)圓孔中，傳動(dòng)桿(15)裝在下座(18)的側(cè)板上，兩個(gè)齒輪(14)裝在傳動(dòng)桿(15)上并與齒銷(13)上的齒相咬合。用專用的扳手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)桿(15)，齒輪(14)即把齒銷(13)的上端推入上蓋(8)的定位孔中，上蓋(8)即被鎖緊。逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)桿(15)時(shí)，齒銷(13)退出定位孔返回原位，上蓋(8)就處于自由狀態(tài)。限位桿(11)與鎖緊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)桿(15)呈空間垂直位置，相互均不影響各自的運(yùn)動(dòng)。
外罩(19)把上蓋(8)、下座(18)等連同其他部件全部罩起來(lái)，在外罩(19)和上蓋(8)之間裝有橡膠墊(12)，它對(duì)垂直方向的振動(dòng)也有一定的減振和緩沖作用。此外，一般的精密儀器底座上都裝有橡膠支腳，也起到同樣的作用。在外罩(19)上開(kāi)有兩條縱向的長(zhǎng)槽(25)，與上蓋(8)面上的兩個(gè)T型槽(26)相對(duì)應(yīng)。儀器固定板(22)裝在外罩(19)上面，上蓋(8)的T型槽(26)中的螺栓(16)穿過(guò)橡膠墊(12)、外罩(19)上的長(zhǎng)槽(25)和儀器固定板(22)上的孔后，擰上螺母(17)即可以把儀器固定板(22)固定。儀器固定板(22)的位置可以沿上蓋(8)上的T型槽(26)移動(dòng)調(diào)整。在儀器固定板(22)上也開(kāi)有T型槽(27)，儀器(23)用螺栓及螺母固定在儀器固定板(22)上，并可以進(jìn)行調(diào)整。這樣可以使安裝在減震平臺(tái)上的儀器的位置在360°的平面范圍內(nèi)任意調(diào)整。減震平臺(tái)用卡板(1)和鞍鐵(21)固定在試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面(20)上?？ò?1)上也開(kāi)有T型槽，減震平臺(tái)可以沿T型槽移動(dòng)并用螺栓固定?？ò?1)和鞍鐵(21)也可以沿試驗(yàn)臺(tái)的側(cè)面移動(dòng)，因此，減震平臺(tái)可以在試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面上的360°平面范圍內(nèi)任意移動(dòng)和調(diào)整。試驗(yàn)臺(tái)的支腳用膨脹式地腳螺栓固定在地基上。這樣可以保證試驗(yàn)臺(tái)、減震平臺(tái)及精密儀器在地震時(shí)都不會(huì)移動(dòng)及傾倒。
本實(shí)用新型減震平臺(tái)的減震效果經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試如下測(cè)試方法參照《機(jī)械工程手冊(cè)》(機(jī)械工業(yè)出版社，1982年)第21篇，第10章“振動(dòng)測(cè)試技術(shù)”所敘述的進(jìn)行。具體的測(cè)試設(shè)備及測(cè)試條件為振 源－用5噸水平機(jī)械振動(dòng)臺(tái)作振源，最大振幅±25mm，頻率范圍1.25－25HZ。
拾振器－丹麥B＆K公司4366型高精度加速度傳感器作拾振器，兩個(gè)拾振器分別吸附在減震平臺(tái)和振動(dòng)臺(tái)上。
放大器、記錄器－丹麥B＆K公司2635型精密電荷放大器，用磁帶機(jī)記錄。
數(shù)據(jù)分析－用日本小野公司CF－910型分析儀及美國(guó)IBM公司PC／XT型微機(jī)分析數(shù)據(jù)。
測(cè)試結(jié)果－計(jì)算減震平臺(tái)水平方向的減震效果，以減震系數(shù)β表示，β的定義為響應(yīng)值與輸入值之比，即β＝ (a2)/(a1) ＝ (V2×Sk2)/(V1×Sk1)式中a1－輸入加速度值(g)a2－響應(yīng)加速度值(g)V1－測(cè)得的輸入電壓值V2－測(cè)得的響應(yīng)電壓值Sk1－儀器系統(tǒng)靈敏度系數(shù)(mm／V)，振動(dòng)臺(tái)面Sk2－儀器系統(tǒng)靈敏度系數(shù)(mm／V)，減震平臺(tái)面在不同負(fù)荷下實(shí)測(cè)的頻率與減震系數(shù)β值的關(guān)系曲線見(jiàn)附圖4。圖中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線是在減震平臺(tái)上分別加上160公斤、240公斤和320公斤三種質(zhì)量試塊所得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)平滑處理后的曲線。這三條曲線明顯地表明本實(shí)用新型減震平臺(tái)的減震效果是很好的。當(dāng)外界的激振頻率在1－1.5HZ時(shí)，減震平臺(tái)就開(kāi)始起減振作用，開(kāi)始時(shí)曲線的斜率很大，說(shuō)明減震平臺(tái)對(duì)外界振動(dòng)衰減速度很快，隨著激振頻率的增加，減震系數(shù)β值逐漸接近于恒定。曲線也表明不同荷重下的減震系數(shù)β值也不同。當(dāng)激振頻率為12HZ時(shí)，在160公斤負(fù)荷下的β值為0.036，減震效率為96％；在320公斤負(fù)荷下的β值為0.018，減震效率高達(dá)98％，說(shuō)明負(fù)荷越重則減震的效果越好。
本實(shí)用新型減震平臺(tái)的自振頻率為1.5HZ，不在一般地震頻率范圍內(nèi)。在平常沒(méi)有地震發(fā)生時(shí)，安裝在減震平臺(tái)上的精密儀器可以方便地進(jìn)行日常的操作，沒(méi)有絲毫不便。一旦發(fā)生地震，只要放置精密儀器的房屋不倒塌時(shí)(地震烈度不大于國(guó)家規(guī)定的設(shè)防烈度時(shí)，按規(guī)定建筑的房屋應(yīng)不倒塌)，本實(shí)用新型的減震平臺(tái)就能充分有效地發(fā)揮其減震效能，使精密儀器受到保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種防止精密儀器在地震中受到?jīng)_擊損壞的減震平臺(tái)，其特征在于(1)由外罩(19)、上蓋(8)及下座(18)構(gòu)成減震平臺(tái)的主體，外罩(19)及上蓋(8)通過(guò)鋼球(9)支承在下座(18)上，由于外力的作用上蓋(8)及外罩(19)可在水平方向內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)；(2)在上蓋(8)側(cè)板的內(nèi)側(cè)和下座(18)側(cè)板的外側(cè)之間裝有起緩沖和衰減作用的彈簧(7)；(3)用彈簧墊圈(3)及螺母(2)與上蓋(8)側(cè)板固定在一起并防止上蓋(8)超位振動(dòng)的限位桿(11)穿過(guò)下座(18)側(cè)板上的限位槽孔(24)；(4)鎖緊機(jī)構(gòu)固定在下座(18)上，由傳動(dòng)桿(15)帶動(dòng)齒輪(14)作用于齒銷(13)，使齒銷(13)上端的銷子伸入或退出上蓋(8)的定位孔，從而使上蓋(8)及外罩(19)相對(duì)下座(18)成鎖緊或自由狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的減震平臺(tái)，其特征在于在上蓋(8)向下的一面裝有和鋼球(9)數(shù)目相當(dāng)?shù)膱A形上滾道(10)，在下座(18)向上的一面也裝有和鋼球(9)數(shù)目相當(dāng)?shù)膱A形下滾道(4)，上滾道(10)和下滾道(4)各分別處于一個(gè)水平面上，鋼球(9)位于上滾道(10)和下滾道(4)之間并和上滾道(10)、下滾道(4)成點(diǎn)接觸，鋼球(9)及上滾道(10)、下滾道(4)的表面均經(jīng)過(guò)精加工，在安裝減震平臺(tái)時(shí)，在上滾道(10)、下滾道(4)及鋼球(9)的表面均涂以潤(rùn)滑脂以減少摩擦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的減震平臺(tái)，其特征在于彈簧(7)的剛度和彈力用螺紋導(dǎo)柱(6)加以調(diào)節(jié)，用螺母(5)鎖緊調(diào)節(jié)后螺紋導(dǎo)柱(6)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的減震平臺(tái)，其特征在于外罩(19)上開(kāi)有兩條縱向長(zhǎng)槽(25)，上蓋(8)的面上有兩條T形槽(26)，儀器固定板(22)裝在外罩(19)上，上蓋(8)T形槽(26)中的螺栓(16)穿過(guò)橡膠墊(12)、外罩(19)上的長(zhǎng)槽(25)和儀器固定板(22)上的孔后，用螺母(17)把儀器固定板(22)固定，瞧鞴潭ò澹 2)上也開(kāi)有T形槽(27)，儀器用螺栓及螺母固定在儀器固定板(22)上，儀器可在360°的平面范圍內(nèi)在減震平臺(tái)上隨意調(diào)整位置。
專利摘要防止精密儀器在地震時(shí)受沖擊損壞的減震平臺(tái)，由外罩、上蓋及下座等幾個(gè)主要部件構(gòu)成。在上蓋及下座的側(cè)板之間裝有彈簧。上蓋、外罩及精密儀器的重量由位于上蓋和下座間的鋼球支承。在發(fā)生地震時(shí)，由于彈簧及鋼球的緩沖、衰減和上蓋、外罩及精密儀器的慣性作用，使地震的水平振動(dòng)大為減弱，從而使精密儀器得到有效的保護(hù)。此減震平臺(tái)可與一般的試驗(yàn)臺(tái)配套使用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆裝方便，減振系數(shù)小，對(duì)地震的衰減速度快。
文檔編號(hào)F16F9/50GK2052086SQ8920876
公開(kāi)日1990年1月31日 申請(qǐng)日期1989年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月27日
發(fā)明者杜中瑞, 王秋芬 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工總公司石油化工科學(xué)研究院