本發(fā)明涉及一種隔振裝置，尤其涉及一種在豎向方向具有良好的隔振減振效果的隔振裝置。

背景技術(shù)：

地鐵等軌道交通在帶給人們便捷的同時(shí)，也因高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音而影響了沿線居民的生活，尤其以地鐵運(yùn)行時(shí)豎向方向產(chǎn)生的高頻振動(dòng)對(duì)建筑物的不利影響最為顯著。隔振裝置因其具有水平變形、豎向抗拉能力和自動(dòng)復(fù)位特點(diǎn)，而廣泛運(yùn)用于橋梁、墩臺(tái)、建筑物等地方。

現(xiàn)有的隔振裝置主要包括板式橡膠裝置、空氣彈簧裝置、油阻尼-鋼彈簧組合裝置。如專利文獻(xiàn)1(專利號(hào)為zl200620163864.6，公告號(hào)為cn200992679y的中國(guó)實(shí)用新型專利《橡膠隔振支架》)公開的橡膠隔振裝置，該裝置包括上板、下板及位于上板與下板之間的隔振墊，該隔振墊主要由橡膠構(gòu)成，在橡膠內(nèi)設(shè)有至少兩層加強(qiáng)板，相鄰兩層加強(qiáng)板之間為橡膠層，通過橡膠的彈性和阻尼特性對(duì)地鐵運(yùn)行中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行削弱，從而達(dá)到減振效果。

專利文獻(xiàn)2(專利號(hào)為zl201210094206.6，公開號(hào)為cn102628486a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《變剛度變阻尼空氣隔振裝置》)公開的一種空氣彈簧，該空氣彈簧主要包括固定底缸、扣于固定底缸上并與其密封接觸的內(nèi)部充有氣體的活動(dòng)氣缸、連接活動(dòng)氣缸和固定底缸的節(jié)流管以及位于節(jié)流管內(nèi)部的節(jié)流閥片，當(dāng)有振動(dòng)從底部傳入時(shí)，振動(dòng)經(jīng)固定底缸使其產(chǎn)生上下振動(dòng)，固定底缸向上振動(dòng)時(shí)，活動(dòng)氣缸內(nèi)的氣體被壓縮，氣壓增大，從而氣體經(jīng)節(jié)流管流向固定底缸，在經(jīng)過節(jié)流閥片時(shí)，產(chǎn)生一定阻尼，從而消耗振動(dòng)的能量。

又如專利文獻(xiàn)3(專利號(hào)為200920073177.9，公告號(hào)為cn201420308y的中國(guó)實(shí)用新型專利《鋼球-彈簧隔振裝置結(jié)構(gòu)》)公開的隔振裝置，該裝置包括下基座、均勻?qū)ΨQ設(shè)置于下基座上的鋼球以及位于鋼球上的上蓋板，上蓋板和下基座間設(shè)有至少一組垂直阻尼彈簧，產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，下基座與上蓋板通過鋼球產(chǎn)生位移，通過彈簧的恢復(fù)作用力，上蓋板與下基座恢復(fù)至原位，以抵消振動(dòng)。

上述三種隔振支架均能實(shí)現(xiàn)一定程度的減振隔振作用，但專利文獻(xiàn)1中板式橡膠裝置雖具有足夠大的抗壓承載力和水平向隔振功能，卻難以滿足豎向減振隔振的要求；專利文獻(xiàn)2中的空氣彈簧雖能實(shí)現(xiàn)豎向隔振功能，但抗壓承載力和阻尼系數(shù)不足，無法適用較重的機(jī)械設(shè)備和建筑；專利文獻(xiàn)3中的組合裝置雖具有豎向減震隔震功能，但鋼彈簧的極限抗壓承載力很難提高，且耐介質(zhì)性和耐腐蝕性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種抗壓承載力大，長(zhǎng)久耐用的具豎向減振隔振功能的隔振裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種隔振裝置，包括第一彈性腔，位于所述第一彈性腔內(nèi)的至少兩種顆粒狀物質(zhì)，其特征在于：每種顆粒狀物質(zhì)的體積、質(zhì)地、硬度各異。

進(jìn)一步的，所述多種顆粒狀物質(zhì)為均勻級(jí)配砂顆粒、鉛珠與彈性顆粒的組合，所述均勻級(jí)配砂顆粒粒徑＜2mm，所述鉛珠粒徑為2mm，所述彈性顆粒的粒徑為2～4mm，三者按一定比例配合。均勻級(jí)配砂顆粒的粒徑最小，鉛珠的粒徑居中，彈性顆粒的粒徑最大，粒徑大小關(guān)系可使得三種物質(zhì)拌合后處于密實(shí)狀態(tài)，而適當(dāng)?shù)呐浜媳壤鼙ＷC隔振裝置的隔振效果和抗壓效果。

進(jìn)一步的，所述第一彈性腔體內(nèi)還包括內(nèi)部充滿氣體的第二彈性腔，所述第二彈性腔外接一導(dǎo)管用于充放氣以調(diào)節(jié)第二彈性腔內(nèi)的氣壓，所述導(dǎo)管經(jīng)第一彈性腔的上端上的通孔伸出。該結(jié)構(gòu)方便使用者通過充氣或放氣來調(diào)整第二彈性腔的壓強(qiáng)，進(jìn)而使裝置的豎向剛度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

進(jìn)一步的，所述第一彈性腔的上端與下端各向外延伸，分別對(duì)應(yīng)形成第一頸部、第二頸部，所述第一頸部末端設(shè)有與其通過固定組件連接的第一封板，所述第二頸部末端設(shè)有與其通過固定組件連接的第二封板。封板的設(shè)置能增加外界與隔振裝置的接觸面積，以此提高隔振裝置放置的穩(wěn)定性，從而提高裝置的隔振效果。

進(jìn)一步的，所述固定組件包括螺栓、法蘭，所述第一封板、第二封板上對(duì)應(yīng)設(shè)有圓周方向排布的裝配孔，所述螺栓穿過所述裝配孔后，末端經(jīng)過所述法蘭上的穿孔抵接所述第一彈性腔的外壁，所述螺栓的螺帽上邊沿與所述第一封板、第二封板齊平，所述法蘭的尾部沿頸部形成方向與所述頸部的外壁抵接，從而實(shí)現(xiàn)裝置整體的穩(wěn)固性。

進(jìn)一步的，所述第二彈性腔與導(dǎo)管的交界處采用碳纖維增強(qiáng)橡膠補(bǔ)貼，所述導(dǎo)管與第一彈性腔的上端的交界處為密封橡膠圈。

進(jìn)一步的，所述第一彈性腔由里層、中間層和外層構(gòu)成，所述里層為增強(qiáng)橡膠層，中間層為碳纖維布層，外層為橡膠層，所述彈性顆粒為硅膠顆粒或橡膠顆粒，所述第二彈性腔分為里層和外層，該里層為丁基橡膠層，外層為碳纖維增強(qiáng)橡膠層。增強(qiáng)橡膠耐磨性和密封性好，有助于維持裝置在自重荷載作用下的外形不變，便于振搗、運(yùn)輸和施工安裝；碳纖維布抗拉強(qiáng)度高，能為內(nèi)部填充顆粒提供足夠大的側(cè)向約束，進(jìn)而使裝置具有足夠的抗壓承載力；橡膠耐介質(zhì)、耐老化性能佳，能保證裝置的耐久性；在裝置內(nèi)部填充顆粒物質(zhì)，能將裝置承受的豎向壓力通過均勻級(jí)配砂的傳力骨架轉(zhuǎn)化為第一彈性腔的側(cè)向拉力，進(jìn)而為內(nèi)部填充物提供側(cè)向約束；丁基橡膠的氣密性好，碳纖維增強(qiáng)橡膠抗拉強(qiáng)度大且耐磨，用其作為儲(chǔ)存氣體的介質(zhì)，能很好的密封氣體，確保隔振裝置內(nèi)部的氣密性，提高減振效果。

進(jìn)一步的，所述第一彈性腔由多個(gè)子彈性腔并列排布構(gòu)成，每個(gè)子彈性腔內(nèi)包含第二彈性腔，所述多個(gè)子彈性腔的上端、下端分別一體成型。

進(jìn)一步的，每個(gè)子彈性腔內(nèi)的第二彈性腔為多個(gè)，多個(gè)所述第二彈性腔由所述導(dǎo)管串聯(lián)連接。

進(jìn)一步的，所述第一彈性腔由多個(gè)子彈性腔串聯(lián)一體成型，多個(gè)第二彈性腔由所述導(dǎo)管串聯(lián)連接，每個(gè)子彈性腔內(nèi)至少對(duì)應(yīng)一個(gè)所述的第二彈性腔。

進(jìn)一步的，相鄰子彈性腔一體成型時(shí)，于連接處形成凹槽，所述凹槽內(nèi)套設(shè)與其適配的環(huán)體，所述第一彈性腔、第二彈性腔為球形或橢球形。通過該結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步降低裝置的豎向剛度，增加阻尼系數(shù)，提高減振隔振效果。

一種設(shè)計(jì)如上述所述的隔振裝置的方法，其特征在于：

設(shè)定阻尼設(shè)計(jì)值和剛度設(shè)計(jì)值；

根據(jù)所述阻尼設(shè)計(jì)值確定所述隔振裝置內(nèi)所需的鉛珠和砂粒體積；

測(cè)試鉛珠和砂粒二者共同占比為100％時(shí)的豎向剛度值；

依據(jù)所述豎向剛度值和剛度設(shè)計(jì)值的差值，確定所需橡膠顆粒的體積；

依據(jù)上述所有顆粒拌合后的總體積，確定所述隔振裝置的第一彈性腔的體積和尺寸。據(jù)此，可通過調(diào)整彈性顆粒、鉛珠和均勻級(jí)配砂顆粒的體積拌合比例，設(shè)計(jì)隔振裝置的豎向剛度和阻尼。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過將砂粒、鉛珠與彈性顆粒按照一定比例配合在彈性腔體內(nèi)構(gòu)成隔振裝置，充分利用彈性材料處于顆粒狀態(tài)時(shí)，顆粒之間能形成類似彈簧串聯(lián)的效果，減小裝置的豎向剛度，利用鉛珠能提供豎向減振所需的阻尼，均勻級(jí)配砂顆粒處于干燥狀態(tài)，填充彈性顆粒與鉛珠之間的縫隙時(shí)，能作為彈性顆粒和鉛珠之間的傳力骨架，并通過豎向摩擦運(yùn)動(dòng)為裝置提供耗能阻尼，從而使得隔振裝置具有良好的隔振效果和抗壓承載能力；且在第一腔體內(nèi)放置充滿氣體的第二腔體時(shí)，第二腔體內(nèi)的氣體也能通過改變外部顆粒間的傳力骨架，為裝置提供豎向彈性和恢復(fù)力，使得裝置既具有抗壓承載力，又具有豎向彈性力，減振隔振效果更加。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的隔振裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的隔振裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的隔振裝置連接導(dǎo)管充放氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的隔振裝置連接導(dǎo)管充放氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一設(shè)計(jì)隔振裝置的流程圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一得到的豎向加載力-位移曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

如圖1-2所示，為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該隔振裝置包括第一封板5、第二封板9，第一封板5與第二封板9之間設(shè)置有外包裝囊體8，外包裝囊體8內(nèi)部填充顆粒物質(zhì)11。其中，上、下封板5和9為帶有螺栓孔的不銹鋼，通過鎖緊螺栓6和鋁合金法蘭7固定在外包裝囊體8的上下端，并通過角部預(yù)埋螺栓與上、下部建筑結(jié)構(gòu)相連。

外包裝囊體8分為三層：里層為耐磨性和密封性好的增強(qiáng)橡膠；中間層為抗拉強(qiáng)度高的碳纖維布；外層為耐介質(zhì)和耐老化性能佳的橡膠。增強(qiáng)橡膠層有助于維持裝置在自重荷載作用下的外形不變，便于振搗、運(yùn)輸和施工安裝；高抗拉強(qiáng)度的碳纖維布層可提供足夠大的側(cè)向約束，進(jìn)而使裝置具有足夠的抗壓承載力，可廣泛應(yīng)用于大、中型建筑結(jié)構(gòu)；耐介質(zhì)和耐老化橡膠層則用于保證裝置的耐久性。

內(nèi)部填充物11由三種不同材料和粒徑的顆粒物質(zhì)拌合而成，分別為粒徑為小于2mm的均勻級(jí)配砂顆粒、粒徑為2mm的鉛珠，以及粒徑為2～4mm的彈性顆粒，如硅膠或橡膠顆粒。均勻級(jí)配砂顆粒的粒徑最小，鉛珠的粒徑居中，彈性顆粒的粒徑最大，粒徑大小關(guān)系可使得三種物質(zhì)拌合后處于密實(shí)狀態(tài)。外包裝囊體8內(nèi)部填充顆粒物質(zhì)后，裝置的豎向壓力通過均勻級(jí)配砂的傳力骨架轉(zhuǎn)化為外包裝囊體的側(cè)向拉力，進(jìn)而為內(nèi)部填充物提供側(cè)向約束。

彈性顆粒為裝置提供隔振所需的豎向剛度和彈性恢復(fù)力。優(yōu)選的，彈性顆粒可以為硅膠、橡膠或其他彈性材料。當(dāng)彈性材料處于顆粒狀態(tài)時(shí)，顆粒之間可形成類似彈簧串聯(lián)的效果，豎向剛度相對(duì)于塊狀時(shí)可達(dá)到更小。鉛珠主要為裝置提供豎向減振所需的阻尼，具有自復(fù)位功能。均勻級(jí)配砂顆粒要求處于干燥狀態(tài)，主要用于填充彈性顆粒與鉛珠之間的縫隙，一方面作為彈性顆粒和鉛珠之間的傳力骨架，另一方面也通過豎向摩擦運(yùn)動(dòng)為裝置提供耗能阻尼。

為了設(shè)計(jì)出合理的隔振裝置，可以通過調(diào)整彈性顆粒、鉛珠和均勻級(jí)配砂顆粒的體積拌合比例，設(shè)計(jì)隔振裝置的豎向剛度和阻尼。其設(shè)計(jì)方法為：首先設(shè)定阻尼設(shè)計(jì)值和剛度設(shè)計(jì)值；然后由阻尼設(shè)計(jì)值確定裝置所需的鉛和砂粒體積；再測(cè)試鉛和砂顆粒二者共同占比為100％時(shí)的豎向剛度值；由上述豎向剛度值和剛度設(shè)計(jì)值的差別，進(jìn)一步確定所需橡膠顆粒的體積；由上述所有顆粒拌合后的總體積，確定外包裝囊體所需的體積和設(shè)計(jì)尺寸。設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

具體的，實(shí)驗(yàn)時(shí)按圖1設(shè)計(jì)了外包裝囊體最大直徑為150mm，且總高度為90mm的上述隔振裝置。在表1所示的四個(gè)工況下，應(yīng)用液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)作豎向加載，測(cè)試其豎向剛度和阻尼(阻尼的衡量指標(biāo)為能量損耗因子)。

表1測(cè)試工況

為單獨(dú)反映阻尼耗能特性，上述試驗(yàn)工況中的砂顆粒和鉛珠的體積拌合比例相同，實(shí)際工程中可根據(jù)傳力需要調(diào)整兩者的拌合比例。隨著橡膠顆粒的比例由100％逐漸降低至0％，砂顆粒和鉛珠所占比例也逐漸按比例增大。試驗(yàn)得到的力-位移曲線如圖6所示，能量損耗因子和豎向剛度測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2各工況時(shí)的豎向剛度和能量損耗因子測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，工況一(橡膠顆粒占100％)時(shí)，豎向剛度最小，能量損耗因子也最小。隨著橡膠顆粒所占比重逐步減小至75％，50％，25％和0％(工況二至工況五)，豎向剛度也隨之大幅增加，說明裝置的豎向隔振性能(低剛度特性)主要由橡膠顆粒提供。此外，隨著鉛顆粒和砂顆粒合占比重由0％逐漸增加至100％(工況一至工況五)，裝置的能量損耗因子也由5.8％逐步增加至12.1％，阻尼耗能效果大幅增加。故而，為了得到具有良好隔振效果和抗壓能力的裝置，需根據(jù)需求合理配比砂粒、鉛珠和橡膠顆粒的比例。

實(shí)施例二

本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，其余部分均相同，在此不再贅述，僅對(duì)改進(jìn)之處進(jìn)行說明。

如圖3所示，外包裝囊體8內(nèi)還設(shè)置有氣囊4，氣囊4內(nèi)充有氣體。氣囊4可外接一根銅管1，銅管1由第一封板5的中間通孔伸出，氣囊4與銅管1的交界處采用碳纖維增強(qiáng)橡膠3補(bǔ)強(qiáng)，當(dāng)隔振裝置的豎向剛度與施工者想要的值偏離較大時(shí)，可通過銅管1進(jìn)行充氣或放氣，從而使得隔振裝置的豎向剛度達(dá)到要求值，因?yàn)闅饽?僅承受周圍顆粒物質(zhì)施加的壓力，反之，當(dāng)氣囊充氣時(shí)，顆粒間的接觸更加緊密，隔振裝置的高度變高，對(duì)應(yīng)有隔振裝置的豎向剛度大，氣囊放氣時(shí)，周圍顆粒受到氣囊的擠壓變小，使得顆粒間的接觸變得相對(duì)松散，此時(shí)隔振裝置的高度相對(duì)變低，對(duì)應(yīng)著隔振裝置的豎向剛度變小，故而可通過調(diào)整氣囊4承受的壓強(qiáng)，來使得隔振裝置的豎向剛度達(dá)到要求值。銅管1與第一封板5的交界處采用密封橡膠圈密封2，以防漏氣。當(dāng)然，可根據(jù)需要將氣囊4設(shè)計(jì)成球形或者橢球形，從而使得氣囊表面受壓更加均勻，提高減振隔振效果。

內(nèi)部氣囊4的包裝由兩層橡膠組成，里層采用為丁基橡膠，氣密性好；外層為碳纖維增強(qiáng)橡膠，抗拉強(qiáng)度大且耐磨性好。由于氣囊采用的材質(zhì)能使得氣囊的橡膠包裝層避免受拉現(xiàn)象，使得裝置的安全性大幅提升。

該隔振裝置在出現(xiàn)向激振時(shí)，顆粒間的摩擦運(yùn)動(dòng)可為豎向減振提供耗能阻尼，從而使其阻尼系數(shù)遠(yuǎn)大于同體積的空氣彈簧，并由于采用特殊材質(zhì)的橡膠，能耐介質(zhì)和耐摩擦，從而效果也優(yōu)于油阻尼-鋼彈簧組合裝置。

實(shí)施例三

實(shí)施例三為對(duì)實(shí)施例二的改進(jìn)，此處僅對(duì)改進(jìn)處進(jìn)行說明。

該隔振裝置的氣囊由多個(gè)氣囊4通過銅管1串聯(lián)形成，外包裝囊體由多個(gè)外包裝囊體8串聯(lián)一體成型，并在相鄰成型連接處形成凹槽，每個(gè)氣囊4分別對(duì)應(yīng)位于相應(yīng)的外包裝囊體8中，在一體成型的外包裝囊體的凹槽處也可增設(shè)環(huán)狀部件10，由于單獨(dú)的外包裝囊體與氣囊的組合具有豎向彈性，當(dāng)多個(gè)外包裝囊體與氣囊組合串聯(lián)形成一個(gè)隔振裝置時(shí)，根據(jù)彈簧串聯(lián)原理可知該裝置能進(jìn)一步降低系統(tǒng)的豎向剛度、增加阻尼系數(shù)，從而減振隔振效果更佳。

盡管以上詳細(xì)地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該清楚地理解，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。