一种倾覆型水平向隔震触发器
阅读说明：本技术 一种倾覆型水平向隔震触发器 (Overturning type horizontal shock-insulation trigger ) 是由 纪金豹 张伟祺 胡宗祥 杨森 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：一种倾覆型水平向隔震触发器,属于减振控制领域,包括支腿、质量块、万向球、锁舌、弹簧、限位筒、复位支腿、复位开关等,触发器布置在隔震装置的两板之间。解锁的条件为通过质量块通过感知地面加速度产生水平向运动,质量块在运动过程中会对支腿施加力矩作用,超过支腿的抗倾覆力矩时,支腿倾覆倒下,锁舌在自身重力及弹簧压力作用下从锁孔中抽出,触发器解锁,隔震装置启动。地震结束后,通过按压复位开关,使复位支腿由四周向中心聚拢,推动质量块回归正常使用状态下的位置,同时质量块可带动支腿与锁舌回归初始状态。本发明在地震加速度峰值大于触发限值时触发器自动解锁,减小设备的地震响应；地震作用结束后可手动复位,满足多次使用需求。(The utility model provides an overturning type level is to shock insulation trigger, belongs to the damping control field, including landing leg, quality piece, universal ball, spring bolt, spring, a spacing section of thick bamboo, landing leg that resets, reset switch etc. the trigger is arranged between two boards of shock insulation device. The condition of unblock is through perception ground acceleration production level to the motion through the quality piece, and the quality piece can exert moment effect to the landing leg in the motion process, and when exceeding the antidumping moment of landing leg, the landing leg topples down, and the spring bolt is taken out from the lockhole under self gravity and spring pressure effect, and the trigger unblock, shock isolation device start. After the earthquake is finished, the reset switch is pressed, so that the reset supporting legs are gathered from the periphery to the center, the mass block is pushed to return to the position in the normal use state, and meanwhile, the mass block can drive the supporting legs and the lock tongues to return to the initial state. When the earthquake acceleration peak value is larger than the trigger limit value, the trigger is automatically unlocked, so that the earthquake response of the equipment is reduced; after the earthquake action is finished, the earthquake alarm can be manually reset, and the requirement of multiple use is met.)
技术领域
：本发明涉及一种倾覆型水平向隔震器触发器，是用于隔震装置的加速度触发解锁功能，属于工程结构减振控制领域。
背景技术
：用于设备的隔震装置，若其刚度较大，隔震效果不能很好的达到预期目标，若其刚度较小，在非地震荷载(电力设施风荷载、文物展柜的人为推撞等)作用下，设备可能产生损坏。因此，用于设备的隔震装置需要在正常使用状态下具有较大刚度，以避免正常使用条件下环境激励触发隔震系统的有害振动；当被隔震结构承受小于触发加速度的地震作用时，隔震装置处于锁定状态，以约束被隔震结构的运动；当地震作用达到触发加速度时，触发器解锁，隔震装置发挥作用；当地震结束后通过对锁定触发器进行简单复位设置就能恢复隔震装置的锁定状态。
申请号CN201611104437.5的专利，公开了一种用于展柜及文物防震保护
技术领域
的隔震装置的惯性力式锁定及解锁方法。该专利认识到了惯性力触发的必要性，然而其提供的技术方案具有较明显的缺陷，实际上难以有效触发解锁。申请号CN201611202163.3的专利，公开了一种构造非常复杂的用于文物隔震装置的锁定、解锁、复位的方案，主要是用浮动质量块感知地面加速度，通过细绳、滑轮组、天平刀口式触发杠杆等一系列零件实现解锁、复位功能，此方案构造复杂，故障率较高。
申请号CN201810027052.6的专利，公开了一种用于展柜及文物防震保护
技术领域
的隔震装置的可调节锁定装置及解锁的改进方法。其原理为利用惯性块的倾覆触发实现解锁，对解锁方式进行了改进，然而技术可靠性仍值得怀疑。申请号CN201810997820.0的专利，通过在两个交错锁定耗能钢板之间设置交错锁定连接耗能钢板来实现隔震锁定功能，但其本身的触发解锁功能难以实现。
申请号CN201910161238.5的专利，提出一种永磁质量块的锁定方案，其有效性尚有待检验。
基于已有技术，我们提出用质量块感知地震加速度的方式解锁，隔震触发器具有以下特点：(1)被隔震结构受力时不会触发锁定器，确保正常使用条件下隔震装置处于锁定状态；(2)触发器通过质量块感知地面加速度，具有触发限值，地面输入加速度小于触发限值时，触发器处于锁定状态，隔震层刚度较大；地面输入加速度大于触发限值时，触发器处于解锁状态，隔震层刚度较小；(3)纯机械构造，不需要供电，不使用电子元器件；(4)具有复位功能，释放隔震装置后可以通过简单设置快速恢复锁定状态；(5)体积小巧，可安装于隔震装置内部或周边。
发明内容
：本发明涉及一种倾覆型水平向隔震触发器，主要解决隔震装置在锁定与解锁状态下水平刚度切换的技术问题，以实现隔震层在非地震状态与遭受小于触发加速度的地震作用时具有较大刚度，遭受大于触发加速度的地震作用时具有较小刚度，达到减小设备的有害震动与地震响应的目标。
为实现上述目的，本发明的设计方案如下：
在地震发生时，触发器通过质量块2感知地面加速度，迫使质量块2产生水平向运动，质量块2在运动过程中会对支腿1施加力矩作用，当此倾覆力矩超过支腿1的抗倾覆力矩时，支腿1倾覆，锁舌4在自身重力及弹簧压力作用下从锁孔7中抽出，触发器解锁，隔震装置工作，减小结构地震响应。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，支腿(1)的倾覆力矩和抗倾覆力矩的产生条件在于：质量块(2)在水平运动过程中会对支腿(1)施加力矩作用，此力矩为支腿的倾覆力矩；支腿(1)上方的质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)的重力、弹簧(5)向下的弹力均会压住支腿(1)，使支腿(1)保持未倾覆状态，这些力对支腿(1)的抗倾覆作用为抗倾覆力矩。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其复位过程在于：触发器处于解锁状态，此时支腿(1)已倾覆，在地震作用结束后，可通过按压复位开关(9)，使8条复位支腿(8)由四周向中心聚拢，推动质量块(2)回归正常使用状态下的位置，同时质量块(2)可带动支腿(1)由倾覆变成直立，推动万向球(3)、锁舌(4)向上运动，锁舌(4)重新插入锁孔，同时弹簧(5)受压产生压力，使得支腿(1)获得抗倾覆力矩，实现复位功能。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其解锁方法可按以下步骤确定：
步骤一，利用振动台试验或数值模拟方法选取并优化隔震装置的触发加速度a，即隔震触发器发生自动解锁时建筑物的楼面地震响应加速度a；
步骤二，算出支腿在地震作用下发生以底边为支点的晃动时，支腿的抗倾覆力矩M1；M1由支腿的重力和压在支腿上的总重力产生，包括：单个支腿质量m1、质量块质量m2、滚珠总质量m3、锁舌质量m4，则其中M1为单个支腿的抗倾覆力矩，μ为支腿(1)上下半球与球窝接触面摩擦系数，g为重力加速度，k为弹簧(5)弹性系数，l0为弹簧(6)原长，l1为触发器锁定时弹簧(6)的长度，h2为质量块高度。
步骤三，算出支腿在地震作用下发生晃动时，支腿的倾覆力矩M2；M2由质量块的水平晃动产生，设质量块高度为h2，则质量块产生的力矩为其中M2为单个支腿的倾覆力矩，a为触发器发生自动解锁时建筑物的楼面地震响应加速度。
步骤四，当满足M2>M1时，支腿发生倾覆，锁舌从锁芯中抽出，实现触发器的解锁功能。如果不满足M2>M1，则通过下述措施修正设计参数。
第一种，通过调整弹簧的压力，改变M1的大小。
第二种，通过调整支腿与质量块、外壳之间球窝之间的摩擦系数，改变M1的大小。
第三种，通过调整质量块(2)的质量和形状，改变M2的大小。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，支腿(1)与上方质量块(2)、下方外壳(10)的连接形式在于：支腿(1)两端均为半球形，质量块(2)下表面、外壳(10)下板上表面有半径小于支腿(1)半径的球窝，支腿(1)的两端半球在球窝中滑动时来实现倾覆，并且支腿(1)在运动过程中两端半球均不会脱离球窝。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其质量块(2)在发生水平运动时，由于质量块(2)与万向球(3)之间为滚动接触，摩擦力为滚动摩擦力。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，在倾覆力矩超过抗倾覆力矩后，质量块(2)带动支腿(1)发生倾覆，此时由于支腿(1)的重心位置发生改变，在上部质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)的重力和弹簧(5)压力作用下会进一步扩大支腿(1)倾覆位移，因此，在质量块(2)水平运动、上部零件重力和弹簧压力的综合作用下，支腿(1)在倾覆力矩超过抗倾覆力矩后必发生倾覆。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，万向球(3)与锁舌(4)竖向相连，锁舌(4)通过弹簧(5)与外壳(10)竖向相连，在万向球(3)、锁舌(4)的外部有限位筒(6)，限位筒(6)可限制万向球(3)、锁舌(4)只发生竖向运动，防止万向球(3)、锁舌(4)发生水平运动。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其部件包括支腿(1)、质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)、弹簧(5)、限位筒(6)、锁孔(7)、复位支腿(8)、复位开关(9)、外壳(10)、隔震装置上板(11)、隔震装置下板(12)。其连接方式为：支腿(1)的两端均为半球形，质量块(2)底面、外壳(10)下板上表面有半径小于支腿(1)半球的球窝，支腿(1)的上下半球可在球窝中滑动，并且支腿(1)在运动过程中两端半球均不会脱离球窝；质量块(2)与万向球(3)之间为滚动连接，万向球(3)上表面与锁舌(4)下表面螺栓连接，锁舌(4)通过弹簧(5)与外壳(10)连接，限位筒(6)可限制万向球(3)、锁舌(4)只在竖直方向运动；外壳(10)上板在中心和四周开洞，中心洞的半径大于锁舌半径，四周洞的半径大于复位支腿(8)半径；复位支腿(8)中部有球铰，可转动；复位支腿(8)两端均为半球形，复位开关(9)下表面、外壳(10)下板上表面球窝，复位支腿(8)的上下半球可在球窝中滚动，复位支腿(8)在运动过程中两端半球不会脱离球窝。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其特征在于：在不受力的情况下，弹簧(5)处于受压状态，支腿(1)上方的质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)的重力、弹簧(5)向下的弹力均会压住支腿(1)，使支腿(1)保持直立状态，此时触发器处于锁定状态。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其特征在于：触发器在受到小于触发加速度的地震作用时，由于抗倾覆力矩大于倾覆力矩，支腿(1)不产生运动，质量块(2)也无水平运动，触发器仍处于锁定状态。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其特征在于：外壳(10)底板与隔震装置下板(12)通过螺栓连接，锁孔(7)与隔震装置上板(11)通过螺栓连接，两个弹簧(5)将外壳(10)与锁舌(4)连接，质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)的重力和弹簧(5)的压力压住支腿(1)并限制其运动。
所述的一种倾覆型水平向隔震触发器，其特征在于：触发器在受到大于触发加速度的地震作用时，触发器内部质量块(2)感知地面加速度产生水平运动，这种水平运动会对支腿(1)施加倾覆力矩作用；竖直方向，质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)重力和弹簧(5)的压力会使支腿(1)产生抗倾覆力矩，当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，支腿(1)发生倾覆倒下，锁舌(4)从锁孔(7)中抽出，触发器解锁。
附图说明
：图1一种倾覆型水平向隔震触发器安装到隔震装置上的三维图
图2a一种倾覆型水平向隔震触发器处于锁定状态的平面图
图2b一种倾覆型水平向隔震触发器A-A剖视图
图3一种倾覆型水平向隔震触发器的质量块和万向球的接触面形式平面图
图4一种倾覆型水平向隔震触发器的支腿平面图
图5一种倾覆型水平向隔震触发器的质量块底面平面图
图6一种倾覆型水平向隔震触发器的外壳上板平面图
图7一种倾覆型水平向隔震触发器的外壳下板平面图
图8一种倾覆型水平向隔震触发器的复位开关底面平面图
图9一种倾覆型水平向隔震触发器的复位支腿平面图
图中：支腿(1)、质量块(2)、万向球(3)、锁舌(4)、弹簧(5)、限位筒(6)、锁孔(7)、复位支腿(8)、复位开关(9)、外壳(10)、隔震装置上板(11)、隔震装置下板(12)。
具体实施方式
：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
图1为触发器安装到隔震装置上板(11)和隔震装置下板(12)之间的效果图，可实现对隔震装置水平任意方向的锁定及解锁。
图2为触发器处于锁定状态的平面图，由支腿1、质量块2、万向球3、锁舌4、弹簧5、限位筒6、锁孔7、复位支腿8、复位开关9、外壳10组成，其连接方式为：支腿1的两端均为半球形，质量块2底面、外壳10下板上表面有半径小于支腿1半球的球窝，支腿1的上下半球可在球窝中滑动，并且支腿1在运动过程中两端半球均不会脱离球窝；质量块2与万向球3之间为滚动连接，万向球3上表面与锁舌4下表面螺栓连接，锁舌4通过弹簧5与外壳10连接，限位筒6可限制万向球3、锁舌4只在竖直方向运动；外壳10上板在中心和四周开洞，中心洞的半径大于锁舌半径，四周洞的半径大于复位支腿8半径；复位支腿8中部有球铰，可转动；复位支腿8两端均为半球形，复位开关9下表面、外壳10下板上表面有半径小于复位支腿8半球的球窝，复位支腿8的上下半球可在球窝中滑动，并且复位支腿8在运动过程中两端半球均不会脱离球窝。
图A-A为一种倾覆型水平向隔震触发器A-A剖视图，剖切部位为触发器中部竖直方向，限位筒6限制万向球3、锁舌4的运动方向只能是竖直方向。
图4为质量块和万向球的接触面形式平面图，质量块2与万向球3之间的接触面形式为滚动接触。
外壳10底板与隔震装置下板12通过螺栓连接，锁孔7与隔震装置上板11通过螺栓连接，两个弹簧5将外壳10与锁舌4连接，质量块2、万向球3、锁舌4的重力和弹簧5的压力压住支腿1并限制其运动。
在地震发生时，锁定装置通过质量块2感知地面加速度，迫使质量块2产生水平向运动，质量块2在运动过程中会对支腿1施加力矩作用，当此倾覆力矩超过支腿1的抗倾覆力矩时，支腿1倾覆倒下，锁舌4在自身重力及弹簧压力作用下从锁孔7中抽出，触发器解锁。
在倾覆力矩超过抗倾覆力矩后，质量块2带动支腿1发生倾覆，此时由于支腿1的重心位置发生改变，在上部质量块2、万向球3、锁舌4的重力和弹簧5压力作用下会进一步扩大支腿1倾覆位移，因此，在质量块2水平运动、上部零件重力和弹簧压力的综合作用下，支腿1在倾覆力矩超过抗倾覆力矩后必定倾覆触发解锁。
支腿1与上方质量块2、下方外壳10的连接形式在于：支腿1两端均为半球形，质量块2下表面、外壳10下板上表面有半径小于支腿1半径的球窝，支腿1的两端半球在球窝中滑动时来实现倾覆，并且支腿1在运动过程中两端半球均不会脱离球窝。
在不受力的情况下，弹簧5处于受压状态，支腿1上方的质量块2、万向球3、锁舌4的重力、弹簧5向下的弹力均会压住支腿1，使支腿1保持未倾覆状态，此时触发器处于锁定状态。
触发器在受到小于触发加速度的地震作用时，由于抗倾覆力矩大于倾覆力矩，支腿1不产生运动，质量块2也无水平运动，触发器仍处于锁定状态。
触发器在受到大于触发加速度的地震作用时，触发器内部质量块2感知地面加速度产生水平运动，这种水平运动会对支腿1施加倾覆力矩作用；竖直方向，质量块2、万向球3、锁舌4重力和弹簧5的压力会使支腿1产生抗倾覆力矩，当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，支腿1发生倾覆倒下，锁舌4从锁孔7中抽出，触发器解锁。
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