CN1703561A - 隔离平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于支承各种设备和/或结构体的平台，该平台有助于将这种结构体与平台外部的振动(“噪声”)隔离开。一般地，平台包括具有锥形凹腔的上板和下板，上板支承着上述结构体，被支承的结构体支承在下板接触表面/区域上。在上板和下板之间，多个刚性的球形支承设置在锥形凹腔中，从而使上板和下板可彼此相对运动。另外，平台可设有保持机构，用于固定待支承的结构体，并将板保持在一起和提供额外的阻尼效果。

Description

隔离平台

技术领域

本发明涉及用于支承各种结构体的隔离平台，更具体地说，本发明涉及一种平台，其可将所支承的结构体与环境振动通常是平台的外部振动隔离开。

背景技术

与桥梁、建筑物、机器和其它结构体一起使用可承受地震的隔离支承通常构造用于支持支承负载，也就是被支承的结构体的重量。对此，需要构造一种特殊的地震隔离支承，以便在每个横向移动位置来支承规定的最大竖直重力载荷。

可按照支承复原由地震活动度或其它外部作用力所产生的位移的能力来表示地震隔离支承的保持性能。对此，可采用橡胶支承体、片弹簧、螺旋弹簧或类似装置来促使支承在外部作用力产生横向位移之后恢复到其原始标定位置。在上下文中，支承通过将大部分作用能量存储在其弹簧、橡胶体或类似装置中来“保存”横向矢力，并在外部作用力停止时释放该作用能量以推动或促使支承恢复到其标定的设计位置。

已知的隔离支承包括由钢板增强的层叠橡胶支承体。更具体地说，将薄钢板设置在相对较厚的橡胶板之间，从而形成一种钢/橡胶交替层叠的支承体。采用设置在每个叠置橡胶板之间的薄钢板有助于避免橡胶在所施加的竖直负载应力的作用下在其周边向外膨胀。这种结构允许支承体承受的竖直力远大于相同体积的橡胶在不使用钢板时所能承受的竖直力。

通常在设备中使用与减振器(也就是缓冲器)组合在一起的钢制螺旋弹簧以在竖直方向支承设备的重量。螺旋弹簧通常在待支承结构体(例如设备)可承受竖直向上的力的应用场合优于钢/橡胶叠层板，该竖直向上的力可促使钢/橡胶叠层板发生分离。

橡胶支承通常由高阻尼橡胶构成，或者另外添加了用于消耗外加能量的铅或钢制品。但目前已知的金属制品在抑制乃至防止有效的竖直隔离方面存在着不足，特别是在金属制品与上支承板和相对布置的下支承板都相连而橡胶支承体夹在上下支承板之间的组件中尤为如此。

目前已知的地震隔离支承的另一个不足之处在于难于将高阻尼橡胶支承的粘滞和滞后阻尼特性分离开，因此，需要地震隔离支承有效地分离支承的粘滞和滞后性能。

通常与设备一起使用的钢制弹簧支座不能提供能量消耗，其效果是这种钢制弹簧支座通常产生宽泛的支承运动。这种宽泛的支承运动可利用减振器或缓冲器来进行补偿。但是，在使用时，减振器可将与地震作用于设备的加速度相当或乃至更大的加速度传递给设备。

对于非常大的竖直负荷，通常使用滑动式地震隔离器。但是，难于控制或保持与这种隔离器有关的摩擦系数，而且，这种隔离器通常不能提供竖直方向的隔离，很难适用于需要具有隆起能力的场合。

隔离支承的一个例子是通过利用设置在刚性板之间的滚动支承来降低噪声。例如，这种装置包括一个具有下板和上板的支承，下板具有锥形腔体，上板具有类似的腔体，刚性球形支承体设置在上述的腔体之间。下板大概支承在待支承的结构体通常所要支承的地面或基础表面上，而结构体支承在上板的顶表面上。因此，在发生外部振动时，下板通过球形支承体在上板和下板内/之间进行滚动而相对于上板运动。由此将支承的结构体与外部振动隔离开。

但是，这种装置自身仍然存在缺陷。例如，它们根据其自身的尺寸具有有限的运动范围。也就是，上板和下板之间的移动量受支承体尺寸的限制。另外，支承结构自身也不稳定。例如，在将大的结构体设置在相对较小的支承上时，结构体就可能发生倾翻和/或坠落。显然，对于非常大和重的结构体，这种事故将是灾难性的。

与不稳定的情况类似，任何特定支承结构体可承受的负载量受到其尺寸的限制。同样，还与支承的不稳定性有关，如果被支承结构体的重量不均匀分布，任何一个上板或下板中的一部分会比另外的一个发生更大的弯曲或偏斜，且整个支承结构将发生分离。

另外，通常在安装这种大的结构体例如服务器、电子显微镜或其它灵敏设备时，不易于将它们所要安装到的建筑物和地区构造用于容纳支承，例如上述的那种支承。

因此，迫切需要一种可承受更大负荷、更稳定(也就是不易分离)且更易于集成到结构体所要安装的地区内的隔离结构。

发明内容

本发明提供一种用于支承各种设备和/或结构体的平台，该平台有助于将这种结构体与平台外部的振动(“噪声”)隔离开。一般地，根据本发明的各个实施例，平台包括具有锥形凹腔的上板和下板，上板支承着上述结构体，被支承的结构体支承在下板接触表面/区域上。在上板和下板之间，多个刚性的球形支承设置在锥形凹腔中，从而使上板和下板可彼此相对运动。

因此，当横向力(例如振动力)作用于平台时，上板相对于下板横向运动，位于它们之间的球围绕其相应的凹腔滚动，且球被提升到一个较高的高度位置。在此情况下，作用于结构体的重力产生一个横向分力促使整个平台回到其原始位置。因此，根据本发明，可获得基本恒定的恢复和阻尼力。

根据本发明的另一个特点，平台的稳定性通过其“覆盖区域”(其宽度对其高度)的尺寸和/或各种保持机构而得到增强。例如，第一敞开凹腔结构顶点之间的距离与有效载荷的高度、宽度和/或深度的比值最好小于1.25。另外，最好，有效载荷的一半重量位于有效载荷的上半部分。

例如，可在上板和下板之间固定相应的条带，以允许在板之间进行横向运动，并可防止板发生不希望出现的分离现象。另外，根据本发明的各个实施例，保持机构(例如保持条带)可产生额外的阻尼效果。根据本发明的另一个特点，可在板的周围设置各种机构，例如橡胶、泡沫或其它密封料(衬垫)，以便产生稳定和阻尼的效果并防止污染。

同样，在一个优选实施例中，本发明的用于支承有效载荷的隔离平台包括具有四个板的第一敞开凹腔结构，所述板具有面向下的支承表面，其中，第一敞开凹腔结构具有多个与板相连的刚性部件，从而形成一个四边形结构。第一敞开凹腔结构在每个板之间具有开口，且每个支承表面包括具有中间顶点和锥形表面的凹腔，该锥形表面从顶点连续地延伸到凹腔的周边，其中，凹腔顶点之间的距离至少等于有效载荷覆盖区域的对跖点的距离。还设有基本与所述第一敞开凹腔结构相同的第二敞开凹腔结构，其中，所述第一和第二敞开凹腔结构布置成使第一和第二敞开凹腔结构的支承表面在其之间形成四个腔体，每个腔体包含有至少一个刚性球，其中，第一和第二敞开凹腔结构可运动地与条带固定在一起，条带同时限制第一敞开凹腔结构相对于第二敞开凹腔结构在竖直平面内的位移，并减小第一敞开凹腔结构相对于第二敞开凹腔结构在水平平面内的位移。

另外，根据本发明的各个实施例，在第一敞开凹腔结构相对于第二敞开凹腔结构在竖直平面内没有运动到其相对于第二敞开凹腔结构的最大可能水平位移的预定倍数的情况下，第一敞开凹腔结构在水平平面内运动。类似地，第一敞开凹腔结构可构造成，在第一敞开凹腔结构在水平平面内相对于第二敞开凹腔结构运动不超过预定的距离的情况下，第二敞开凹腔结构以达到预定力的速率运动时，第一敞开凹腔结构可在水平平面内运动。

附图说明

本发明的其它特点可结合附图由说明书对非限制性实施例所进行的描述以及权利要求书中清楚地得出，其中，类似的标号表示类似的部件。

图1是本发明隔离平台的典型实施例的横截面图；

图2是图1所示实施例的下板的顶部视图；

图3是本发明另一个实施例的承载板的透视图；

图4是本发明另一个实施例的承载板的顶部视图；

图5是本发明典型实施例的条带结构的透视图；

图6是本发明典型实施例的“球笼”结构的透视图；

图7是本发明典型实施例的设备阻尼器的侧视图；

图8是具有伸缩阻尼器组件的本发明典型实施例的侧视图；

图9是具有“外伸支架”阻尼器组件的本发明典型实施例的侧视图。

具体实施方式

根据本发明的各个典型实施例，通过设置隔离平台10来滤除由平台10支承的装置的振动并减小其噪声。首先，本领域技术人员应当了解，下面描述的仅仅是典型的实施方式，但这并不是为了以任何的方式来限制本发明的范围、用途或结构。其次，下面的描述仅仅是为了便于说明实现本发明的各种具体实施方式。例如，在不脱离本发明所附权利要求书所限定的范围的情况下，这里所描述的典型实施例中的部件的结构和布置还可有各种的变化。

一般地，平台10包括固定在基础上的下板20，该基础用于支承结构体。第二相对布置的(上)板30设置在下板20的上方，并可选择将其固定在待支承的结构体上。根据各个实施例，每个板20、30包括多个相应的凹形锥表面(凹形表面)15，在凹形表面15之间形成多个锥形腔体40。一般地，应当理解，本发明的凹形表面15也可采用其它任何适当的径向或线性表面的组合。另外，平台10还包括设置在板20和30之间并位于锥形腔体40中的球支承50，通常是球形的钢球支承。

更具体地说，上板30支承着结构体，并具有多个面向下的锥形刚性支承表面。下板20固定在用于支承待支承的结构体的基础(例如，机械的或重力的以及平台10自身的重量)上，并具有多个与面向下的锥形刚性支承表面对置布置的面向上的锥形刚性支承表面。因此，向下和向上的支承表面在所述的上和下板之间形成多个支承腔体，多个刚性球设置在所述的向下和向上的支承表面之间并位于支承腔体内。

在该典型实施例中，更具体地说，向下和向上的支承表面包括曲率与刚性球曲率相同的中间顶点，因此，恢复力基本上是恒定的。另外，表面具有曲率与球曲率相同的凹形周边，并通过连续的斜面将中间顶点和凹形周边连接在一起。因此，球以及向下和向上支承表面的曲率设计成当球以及上板和下板相互横向移动时，上板和下板的竖直方向的位移近似为零。

因此，通常，当外部振动例如地震或其它环境振动产生横向力作用于平台10时，板20、30就彼此相对移动，且球50最好从每个板20、30的顶点25a、b向腔体40的边缘移动。当板20、30从其标定位置相对横向移动时，由平台10支承的结构体的重量产生向下的力作用于上板30，该支承力通过球50传递到下板20。由于凹形表面15存在倾角，因此，由结构体产生的竖直方向重力的分力表现为横向(例如水平方向)恢复力促使板20、30返回到其标定位置。

下面参看图1和2所示的典型实施例，平台10适当地包括上板30和下板20，每个板包括四个以顶点25为特征的凹形表面15。相应的球50设置在由凹形表面15形成的内腔区域中。在其标定位置，球50适当地定心于相应的凹腔15内，从而使每个球50位于其相应的顶点内。根据本发明的另一个特点，这里所描述的各个凹腔15可适当地由任何高强度钢或具有高屈服强度的其它材料制成。另外，各个表面可涂覆有Teflon或其它保护层以延长平台10的寿命，减小表面15和球50之间以及类似的摩擦。

多腔体实施例例如上述实施例的一个优点是，平台10的能力随着凹腔15数目的增大而增大。例如，双凹腔结构的能力为单凹腔结构的两倍，而四凹腔实施例(如图1和2所示)的能力是相同材料和尺寸的单凹腔结构的四倍。因此，尽管这里描述的是四凹腔结构，但根据本发明，平台10可具有任意数目和尺寸的凹腔，在任意特定的应用场合，凹腔构造成可适应于所需要的待支承负载的支承能力。

如图1所示，在板20、30周边的周围适当的设有衬垫60。衬垫60适当的包括在板20、30发生相对移动时可产生弹性变形的任何材料，例如橡胶或类似的材料。根据本发明的优选实施例，衬垫60粘附(例如胶粘)在板20、30其中之一或其两者上，且最好是粘附在板20、30的外周边上。因此，这种衬垫60最好可防止水汽、尘土和碎屑进入到板20和30之间的区域内。另外，根据本发明的各种特点，衬垫60可具有额外的阻尼效果。

根据本发明的另一个典型实施例，平台10构造成允许其尺寸可调和/或重量更轻。如图3所示，根据本发明的另一个实施例，将多个基本上平的平板部分70通过一系列的连接件80固定在一起而形成低成本的板20、30。板部分70适当地设有如上所述的凹腔15，以便于当两个板相互叠置在一起时使支承50可如上所述的那样接触和操纵平台10。

根据图3和4所示的典型实施例，连接件80以足以承受平台10的振动以及平台10上的重量的任何适当方式固定到部分70上。类似地，部分70和连接件80的材料应当足以承受相同的振动和重量。在该典型实施例中，部分70由不锈钢制成，连接件80由A36低碳钢制成，但也可由具有前述性能的任何材料来代替。

最好，部分70和连接件80通过螺母和螺栓型紧固件固定在一起，但也可采用包括焊接、钎焊或类似方法在内的其它方式来进行固定。通过螺栓来固定部分70和连接件80的优点包括可拆卸板20、30，并可根据平台10所要安装的地点来调整板20、30的尺寸的能力。

可供选择的是，根据图3所示的典型实施例，各个部分70之间形成的间隙区域90可填充有填充材料，例如塑料、织物、金属或类似的材料(未示出)，或者让其敞开着。另外，通过让区域90敞开着，尤其是导线、电缆、观测板和类似的装置就可接近被支承的结构体。

根据本发明上述实施例的各个特点，在安装时，上板30最好适当地固定到待支承的结构体上。类似地，下板20适当地固定在支承它的基础上。与上板30相同，可利用任意数目的装置来固定下板20，同样地，平台10和/或结构体的重量可固定下板20。例如，根据本发明的各个实施例，下板20布置在机加工车间地板的低凹处，从而可避免板发生横向运动。以此方式，可省去必要的紧固装置例如螺栓。

如图5-9所示，根据本发明的各个实施例，可设置用于将板20、30保持在一起的各种机构。保持机构100可适当地防止平台10分离成各个部件和/或产生额外的阻尼效果。

例如，如图5所示，在移动平台10(为清楚起见未示出)的过程中，条带(在此情况下是尼仑条带)201和202以束缚组件200的形式在接触点203处相交在一起。条带201的两端(图中示出了一个连接端)固定在所述平台的上部，并产生水平方向206和竖直方向207的力。类似地，条带202的两端(图中示出了一个连接端)固定在所述平台的下部，并产生水平方向208和竖直方向209的力。这些力可适当地平衡地震的隆起力和平台10的倾翻力。束缚组件200设置在平台10的支承50之间的关键位置上，支承50最好设置在所述平台最远的角落处。因此，组件200最好束缚在所述平台距离角落大约中间的侧面之间。组件200便于所述条带沿x和y方向进行大范围的移动，并在接触力的作用下不发生垂落，上述接触力将它们在点203处推压在一起。

接触力与条带201、202的摩擦系数的乘积形成横向阻尼力，以削弱所述平台的振动。所述接触力始终平行于力207、209，而所述阻尼力垂直于力206、208。

根据本发明的另一个实施例，如图6所示，球支承301在横向(相对于其它的球)由套302保持住(为清楚起见，其它的球未示出)。连接杆303、304适当地与套302相连。杆303沿方向305延伸，在y平面内方向305平行于平台10的方向，从而便于使平台10进行“北/南”横向支承移动。杆304沿方向306延伸，在x平面内方向306平行于平台10的方向，从而便于使平台10进行“东/西”方向的支承移动。而且，在所述平台的这种横向移动过程中，笼300可转动，因此，方向y可与方向305不一致，且方向x可与方向306不一致。但是，方向305、306之间的夹角以及x和y之间的夹角保持相等，例如是90°。因此，笼300可保证由笼300围住的任何球的静止位置307相对于相同笼内的其它任何球保持相同，但不是相对于地基和作用于所述平台的有效载荷保持相同。而且，由于载荷来自于垂直于球301的z方向，因此，笼300可保证当作用于由笼300围住的任何球上的一个或多个载荷消失(例如，由于隆起力)时，在所述平台的由地震引起的振动过程中，未加载的球将会整齐地滚动。

根据本发明的又一个实施例，如图7所示，地板401支承着活地板402，活地板402又支承着平台403。如上所述，设备404支承在平台403上并通过缆绳405适当地束缚在上支承406例如天花板上。因此，在地板发生震动时，设备404可移动到位置407，缆绳405(束缚装置)绷紧，以避免设备404发生倾翻。

根据本发明的再一个实施例，如图8所示，下框架501支承在位于上框架502上的隔离支承(为清楚起见未示出)上。框架501、502与支承(为清楚起见未示出)一起构成平台10。可伸缩的阻尼器503、504、505和506在其各自的角部与框架501、502相连。在各种实施例中，阻尼器503、504、505和506可以是气动、液压或摩擦式阻尼器，其通常力小而行程长，并设置在所述平台的球支承之间的关键位置上。在图示的实施例中，阻尼器503和505在x方向进行减振，而阻尼器504、506在y方向进行减振。因此，阻尼器503、504、505和506一起对平台10进行扭转减振。

根据本发明的另一个实施例，如图9所示，设置一个“外伸支架”阻尼器组件600。在该实施例中，设有光滑地板601来支承带有球支承的平台底座602，平台可在光滑地板上滑动。平台项板603支承在球支承上并承接设备的支腿604，设备支腿又支承着设备605。外伸支板606适当地铰接在一个平台顶板603上或铰接在支腿604上并适当地支承在地板601上。根据该实施例的各个特点，为了有助于控制摩擦力来增大阻尼，板608铰接在外伸支板606上。通过弹簧力例如通过片弹簧609向下推压板608。在该实施例中，板608的表面设有覆面，以便在组件振动过程中使外伸支板606和地板601之间的摩擦力得到优化。当然，在各个实施例中，设备的重量单独足以进行摩擦控制，在此情况下，不需要弹簧辅助。因此，外伸支板606有助于稳定设备605。

Claims (9)

1.一种用于待支承的结构体的隔离平台，其包括：

上板，待支承的结构体设置在上板上，所述上板具有多个面向下的锥形刚性支承表面；

固定在基础上的下板，所述基础支承着隔离平台和待支承的结构体，所述下板具有多个面向上的锥形刚性支承表面，并与所述面向下的锥形刚性支承表面相对布置，所述向下和向上的支承表面在所述上板和下板之间形成多个支承凹腔；

设置在所述向下和向上的支承表面之间的多个刚性球；

所述向下和向上的支承表面，其包括与所述球具有相同曲率的中间顶点，以致于恢复力基本上是恒定的，而且，所述向下和向上的支承表面具有曲率与所述球曲率相同的凹形周边，并通过连续的斜面将所述中间顶点和凹形周边连接在一起，其中，所述球与向下和向上支承表面的曲率还构造成当所述球以及上板和下板相互横向移动时，所述上板和下板的竖直方向的位移近似为零；以及

用于将所述下板和所述上板固定在一起的保持机构。

2.根据权利要求1所述的隔离平台，其还包括设置在所述上板和下板之间的可弹性变形的衬垫。

3.根据权利要求1所述的隔离平台，其中，所述上板包括多个上板部分，所述上板部分固定在多个相应的上连接件上，从而形成所述上板并且还形成多个上间隙区域。

4.根据权利要求1所述的隔离平台，其中，所述下板包括多个下板部分，所述下板部分固定在多个相应的下连接件上，从而形成所述下板并且还形成多个下间隙区域。

5.根据权利要求3所述的隔离平台，其中，所述上间隙区域填充有填充材料。

6.根据权利要求4所述的隔离平台，其中，所述下间隙区域填充有填充材料。

7.一种用于支承有效载荷的隔离平台，其包括：

具有四个板的第一敞开凹腔结构，所述板具有面向下的支承表面，其中，所述第一敞开凹腔结构具有多个与所述板相连的刚性部件，从而形成一个四边形结构，所述第一敞开凹腔结构在每个板之间具有开口，每个支承表面包括具有中间顶点和锥形表面的凹腔，该锥形表面从所述中间顶点连续地延伸到所述凹腔的周边，其中，所述凹腔的所述顶点之间的距离至少等于有效载荷覆盖区域的对跖点的距离；

与所述第一敞开凹腔结构基本相同的第二敞开凹腔结构，其中，所述第一和第二敞开凹腔结构布置成使所述第一和第二敞开凹腔结构的所述支承表面在其之间形成四个腔体，每个腔体包含有至少一个刚性球，其中，所述第一和第二敞开凹腔结构可运动地与条带固定在一起，条带同时限制所述第一敞开凹腔结构相对于所述第二敞开凹腔结构在竖直平面内的位移，并减小所述第一敞开凹腔结构相对于所述第二敞开凹腔结构在水平平面内的位移。

8.根据权利要求7所述的隔离平台，其中，所述第一敞开凹腔结构还包括位于所述第一敞开凹腔结构顶表面上的有效载荷固定装置。

9.根据权利要求7所述的隔离平台，其中，所述第一和第二敞开凹腔结构在一个纵向端部处是敞开的，以便于接近缆绳。

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