基于主动质量平衡和回转仪平衡的三向隔震装置技术领域
本发明涉及减隔震设备领域，具体涉及一种基于主动质量平衡和回转仪平衡的三
向隔震装置。
背景技术
在搬运或者运输物品或者设备时，外界对物品或者设备必然会产生振动，这会影
响振动敏感型的物品或者设备(例如待修复文物，高精度设备)的安全性，甚至产生破坏，此
外地震作用也会对振动敏感型的物品或者设备的安全性产生威胁。对振动敏感型的物品或
者设备其主要威胁包括倾斜和扭转振动，因此需要提供一种能够同时抗扭转和抗倾斜的隔
震装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种基于主动质量平衡
和回转仪平衡的三向隔震装置，能够控制支承面的倾斜和扭转振动，保持平衡。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种基于主动质量平衡和回转仪平衡的三向隔震装置，包括底箱、球铰接件、竖向
弹簧阻尼导杆、水平弹簧阻尼导杆、顶箱、水平正交回转仪和正交主动质量平衡系统，所述
底箱的上方设有伸入其内腔的顶箱，所述顶箱的上端设有顶板，下端设有底板，所述顶箱侧
板与底箱侧板之间均匀设有若干水平弹簧阻尼导杆，所述顶箱底板与底箱底板之间均匀设
有若干竖向弹簧阻尼导杆，所述竖向弹簧阻尼导杆、水平弹簧阻尼导杆的两端均套设有球
铰接件，所述顶箱中设有水平正交回转仪，所述水平正交回转仪由y方向回转仪和x方向回
转仪两个回转仪正交布置而成；
所述正交主动质量平衡系统设于顶箱的下端，由导轨底板、导轨立板、杆状导轨、
内置电动马达的小车和水平传感器构成，所述导轨底板的两端对称设有两个导轨立板，两
个所述导轨立板内侧通过导轨连接，所述小车穿设在导轨上，其车轮能够沿导轨底板内端
面运动，所述水平传感器设于导轨底板的侧部，能够测量导轨底板的倾斜夹角，并判断出倾
斜后较高的方向，当倾斜角度大于设定值，启动所述小车内部的电动马达，电动马达带动小
车的车轮转动，所述小车向倾斜后导轨底板较高方向做爬坡运动，利用重力作用降低顶板
的倾斜程度。
进一步地，所述水平正交回转仪的中心与顶板平面中心重合或接近。
进一步地，所述竖向弹簧阻尼导杆、水平弹簧阻尼导杆的端部为与球铰接件配合
的球形部。
进一步地，所述底箱、顶箱均呈长方体状结构，所述顶箱的顶板端面大于底箱的敞
口端面，底板端面小于底箱的敞口端面。
进一步地，所述顶箱的顶板和底板之间设有竖向加强板，底板下方设有便于固定
正交主动质量平衡系统的横向加强板。
进一步地，所述顶箱位于每个侧板上设有两个水平弹簧阻尼导杆，位于底板上设
有四个竖向弹簧阻尼导杆。
进一步地，所述小车的车轮具有刹车系统，无启动指令时处于刹车状态，防止在导
轨的微小倾斜状态下发生移动。
进一步地，所述小车的车轮与导轨底板内端面连接方式为防止打滑的齿轮连接。
本发明的一个优选方案为，所述水平弹簧阻尼导杆沿水平方向布置，所述竖向弹
簧阻尼导杆沿竖直方向布置。
本发明的另一个优选方案为，所述水平弹簧阻尼导杆沿水平方向布置，所述竖向
弹簧阻尼导杆倾斜布置，且底端相对于顶端向外凸出，即为底箱的四个球铰接件相邻两个
之间的布置距离大于顶箱的四个球铰接件相邻两个之间的布置距离，这样可以增加水平稳
定性。
本发明的有益效果是：
通过减小体系自振频率和增加体系阻尼比减小了振动、地震反应的同时，先利用
水平正交回转仪的轴向稳定性构成稳定的平面，再通过正交主动质量平衡系统实现在多种
激励和偏心荷载作用下，即使是支承设备的支座发生倾斜，顶板也依然能够保持顶面的水
平。通过这种方式，实现水平三方向隔震的同时有效控制台面的倾斜及扭转振动，顶板在多
种偏心作用下依然能够保持水平，大幅扩大其使用范围，尤其适用于无连接放置在台面上
的物品，大大减小其由于台面倾斜、振动引起的滑移和倾覆风险。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领
域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
图1为本发明三向隔震装置的立体结构示意图；
图2为本发明三向隔震装置的主视结构示意图；
图3为本发明中底箱与竖向、水平弹簧阻尼导杆连接的立体结构示意图；
图4为图3结构的俯视结构示意图；
图5为本发明中顶箱与竖向、水平弹簧阻尼导杆连接的立体结构示意图；
图6为图5结构的主视结构示意图；
图7为图5结构省略顶板后的立体结构示意图；
图8为本发明中顶箱和正交主动质量平衡系统安装后的仰视结构示意图；
图9为图8结构沿A-A面的剖视结构示意图；
图10为本发明中竖向、水平弹簧阻尼导杆的立体结构示意图；
图11为本发明中水平正交回转仪的立体结构示意图；
图12为本发明中水平正交回转仪的俯视结构示意图；
图13为本发明中正交主动质量平衡系统的立体结构示意图；
图14为本发明中正交主动质量平衡系统的俯视结构示意图；
图15为本发明中正交主动质量平衡系统的主视结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-底箱，2-球铰接件，3-竖向弹簧阻尼导杆，4-水平弹簧阻尼导杆，5-顶箱，6-水平
正交回转仪，7-顶板，8-正交主动质量平衡系统，9-y方向回转仪，10-x方向回转仪，11-导轨
底板，12-导轨顶板，13-导轨，14-小车，15-水平传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-15所示，本实施例为一种基于主动质量平衡和回转仪平衡的三向隔震
装置，包括底箱1、球铰接件2、竖向弹簧阻尼导杆3、水平弹簧阻尼导杆4、顶箱5、水平正交回
转仪6和正交主动质量平衡系统8，底箱1的上方设有伸入其内腔的顶箱5，顶箱5的上端设有
顶板7，下端设有底板，顶箱5侧板与底箱侧板之间均匀设有若干水平弹簧阻尼导杆3，顶箱5
底板与底箱1底板之间均匀设有若干竖向弹簧阻尼导杆4，竖向弹簧阻尼导杆3、水平弹簧阻
尼导杆4的两端均套设有球铰接件2，顶箱5中设有水平正交回转仪6，水平正交回转仪6由y
方向回转仪9和x方向回转仪10两个回转仪正交布置而成，水平正交回转仪6的中心与顶板7
平面中心重合或接近。
竖向弹簧阻尼导杆3、水平弹簧阻尼导杆4的端部为与球铰接件2配合的球形部。底
箱1、顶箱5均呈长方体状结构，顶箱5的顶板7端面大于底箱1的敞口端面，底板端面小于底
箱1的敞口端面。顶箱5的顶板7和底板之间设有竖向加强板，底板下方设有便于固定正交主
动质量平衡系统8的横向加强板。顶箱5位于每个侧板上设有两个水平弹簧阻尼导杆4，位于
底板上设有四个竖向弹簧阻尼导杆3。水平弹簧阻尼导杆4沿水平方向布置，竖向弹簧阻尼
导杆3沿竖直方向布置。
由于球铰接件2的存在，竖向弹簧阻尼导杆3和水平弹簧阻尼导杆4端部不仅可以
沿着导杆的轴向运动，还可以沿着导杆的切向发生运动，因此当水平运动时候，水平弹簧阻
尼导杆4承担平衡力，竖向弹簧阻尼导杆3发生变形的同时不影响水平运动。而当竖向发生
运动时候，竖向弹簧阻尼导杆3承担平衡力，水平弹簧阻尼导杆4发生变形的同时不影响竖
向运动。回转仪能够沿着轴线方向一直保持平衡状态，将x方向回转仪9和y方向回转仪8正
交布置，因此当二者与上顶箱5相连接时，可以控制顶箱5的倾斜和扭转振动。正交回转仪6
的重心与顶板7平面中心重合或者接近，减小初始偏心。
正交主动质量平衡系统8设于顶箱5的下端，由导轨底板11、导轨立板12、杆状导轨
13、内置电动马达的小车14和水平传感器15构成，导轨底板11的两端对称设有两个导轨立
板12，两个导轨立板12内侧通过导轨13连接，小车14穿设在导轨13上，其车轮能够沿导轨底
板11内端面运动，水平传感器15设于导轨底板11的侧部，能够测量导轨底板11的倾斜夹角，
并判断出倾斜后较高的方向，当倾斜角度大于设定值，启动小车14内部的电动马达，电动马
达14带动小车14的车轮转动，小车14向倾斜后导轨底板11较高方向做爬坡运动，利用重力
作用降低顶板7的倾斜程度。小车14的车轮具有刹车系统，无启动指令时处于刹车状态，防
止在导轨13的微小倾斜状态下发生移动。小车14的车轮与导轨底板11内端面连接方式为防
止打滑的齿轮连接。
在正常工作时，当本设备上部的荷载偏心，必然会引起弹簧系统受力的不均匀，从
而导致上部顶板7的倾斜，两个正交方向的水平传感器15测量到水平的夹角，启动小车14，
进行质量配平。此外，当外界振动较大或偶然冲击作用下，使得底箱1发生倾斜或顶箱5发生
较大倾角时，水平正交回转仪6会保证顶箱5的稳定性，弹簧阻尼系统与回转仪重新平衡，但
并非一定是水平状态。这时就需要使用正交主动质量平衡系统8来进行质量重新分配以控
制顶面水平，将顶箱5的顶板7调整为水平。也就是说无论初始或者现在的状态如何，包括底
箱1倾斜的情况，本装置的顶板8也会一直保持水平状态。正交主动质量平衡系统8可以实时
监测顶箱5的状态，实时调整，因此本身也具有倾斜的控制作用。
实施例二
本实施例与实施例一的结构及工作原理基本相同，其不同之处在于，竖向弹簧阻
尼导杆3倾斜布置，且底端相对于顶端向外凸出，即为底箱1的四个球铰接件2相邻两个之间
的布置距离大于顶箱5的四个球铰接件2相邻两个之间的布置距离，这样可以增加水平稳定
性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指
结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施
例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合
适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽
叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，
可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明
的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅
受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。