減震球型支座的製作方法

2023-04-22 23:28:41

本發明涉及涉及一種球型支座。

背景技術：

橋梁支座有多種類型，例如球型支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座等，橋梁支座的作用主要有兩點，其一是將橋梁載荷（動載和靜載）有效傳遞到橋墩，其二則是用以克服梁體因受制動力、環境溫度、混凝土收縮或徐變以及載荷作用等引起的位移產生的梁體偏壓。例如在橋體橫向，如果因環境溫度發生變化，導致梁體邊長，而墩柱之間的間距不變，若梁體與墩柱之間是剛性的連接，則剛性連接的部分有可能會被剪斷或者梁體對連接部分產生很大的剪切力。橋梁支座則使梁體儘可能正壓在墩柱上。

因橋梁與墩柱之間的連接結構不僅需要面對水平方向的位移，還會因豎向壓縮變形或者不同部分變形幅度不一致而產生轉角變形，由此產生了既滿足適應移動變形又適應轉動變形的滾動球型支座。

橋梁支座需要承載巨大的載荷，因此，提供適應變形的橋梁支座中的移動接合面（適應直線位移或角位移）是否處於良好的工作狀態非常重要，即移動接合面的摩擦係數應比較小。由於橋梁支座應用於重載場合，受此影響，橋梁支座普遍採用面接觸的摩擦面配合，球型支座也不例外。為了保證橋梁支座實現正常的工作狀態，目前常採用的措施是保證摩擦面的表面清潔，例如移動型支座中的滑板支座的四氟板表面和與之摩擦的不鏽鋼表面清潔。並在摩擦接合面施以潤滑劑，例如5201-2矽脂潤滑油。然而，即便如此，摩擦接合面的摩擦係數仍然非常大，對變形的響應能力比較差。

球型支座是在盆式橡膠支座的基礎上發展起來的一種新型橋梁支座。隨著橋梁技術的發展，大量的彎橋和寬橋的出現，均有比較高的抗震的需求，現有球型支座中聚四氟乙烯板的摩擦磨損較嚴重，壽命比較短，現在的支座形式已不能滿足性能的要求，急需一種能抗震的、承載能力大的、摩擦係數小的球型支座。

典型地，如中國專利文獻CN101476284B公開了一種轉體球型支座，該支座提供了三個摩擦減磨板，並提供一個由球形支撐體與球面凹腔形成的球面摩擦面，所有的摩擦面均是滑動摩擦，摩擦係數相對較大。

而中國專利文獻CN105064205A公開了一種球型支座，其說明書第48段指出，通過在上支座與下支座之間設置活動座以實現球形支座的轉動和滑動的功能分離，可避免支座局部功能功能疊合造成卡死應力集中，一定程度上能夠克服摩擦環境為滑動摩擦時滑動環境惡劣的問題，但並不能從根本上解決摩擦面為滑動摩擦的條件。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在於提供一種減震球型支座，通過合理的選擇摩擦形式為滾動摩擦，改善重載條件下的摩擦環境。

本發明採用以下技術方案：

一種減震球型支座，包括下支座板和通過摩擦結構裝設在下支座板上的上支座板，所述摩擦結構包括：

中間基板，上表面為平面，下表面設有球窩，其中上表面用於支撐所述上支座板；

球冠襯板，該球冠襯板的球冠部分與所述球窩配合成第二摩擦結構，該球冠襯板底面朝向下支座板的支撐面，且該底面設有縱橫陣列的上滾道；

下滾道，縱橫陣列在下支座板與所述平面對位的平面上；

滾珠，陣列布設在對位的上下滾道間，形成第三摩擦結構。

上述減震球型支座，可選地，所述上滾道分布在一個圓形區域內。

可選地，以所述圓形區域的圓心為中心，橫向或縱向上的滾道長度比位於該滾道上的最外圍滾珠所在位置對應的半徑大10mm。

可選地，滾珠在滾道上的分布是均勻的，且滾珠間距為13.5mm或17.5mm。

可選地，滾珠的直徑為8mm或12mm，所對應的滾道深度為2mm或3mm。

可選地，所述球冠襯板與球窩間設有球面聚四氟乙烯滑板。

可選地，上支座板與中間基板間形成第一摩擦結構。

可選地，所述第一摩擦結構結構配置為：

在中間基板的上表面設有凹槽，一下摩擦板部分地嵌入所述凹槽，部分地露出所述凹槽；

在上支座板的下表面固定有與所述下摩擦板構成摩擦配合的上摩擦板。

可選地，於所述摩擦結構的外圍設有密封圈。

可選地，所述密封圈從上支座板的下表面外圍周緣向下延伸；

下支座板的邊緣設有向上的翻邊，密封圈位於翻邊的內側。

依據本發明，球冠襯板不同於常規的球型支座的配置，常規條件下，球冠襯板的球冠部分向下設置，換言之，常規條件下，球窩設置在下支座板上，該種結構承載力比較小，隨著橋梁跨度、寬度的增加，對球型支座荷載能力提出了更高的要求，通過翻轉球冠支座可以有效的提高荷載能力。此外，摩擦結構配有多個，其中第三摩擦結構為滾動摩擦結構，改善了摩擦結構的摩擦條件，使整個摩擦結構具有更小的摩擦係數。

附圖說明

圖1為依據本發明的一種減震球型支座的主視半剖結構示意圖。

圖2為下支座板上的上滾道結構示意圖。

圖3為球冠襯板上的滾道結構示意圖。

圖中：1.上錨固螺栓，2.中間基板，3.下摩擦板，4.上支座板，6.密封圈，7.球面聚四氟乙烯滑板，8.下支座板，9.下錨固螺栓，10.滾珠，11.球冠襯板，12.縱滾道槽，13.分道凸起，14.橫滾道槽。

具體實施方式

球冠是指球面被一個平面所截後剩下的曲面，截得的圓面為底，垂直於圓面的直徑被截得的部分是高。球冠原本是指前述的底與相應的曲面圍成的結構，如圖1中所示的球冠襯板11本質上屬於球缺，但其名稱並不影響其結構的理解。

並且公知地，機械領域中的很多結構並非嚴格的幾何意義上的結構，但通常使用幾何意義上的概念來描述機械領域中的結構。圖1中所示的球冠襯板11，周緣切除一個環形部分，避免整體結構過大，且邊緣強度也不大，去除不影響整體的結構強度。

關於球冠襯板11的軸線，為本領域和純理學領域的人員所理解，對於球冠而言，球冠的底面過中心的法線即為球冠的軸線。

圖1中，不同於常規的球型支座，在本發明中，球冠襯板11為上下結構，其底面在下，球冠面在上，因此，圖中所表示的理想的上下結構中，其軸線為上下方向。

同時應當理解，涉及到滾轉等因素的影響，實際在支撐梁時，球冠襯板11的軸線並不一定處於嚴格上下方向。但如果球冠襯板11的支撐部分能夠移動，則能夠一定程度上消除偏斜因素。

此外，關於減免震，體現在例如地震發生時，各個摩擦結構的摩擦消耗能量。尤其是第一摩擦結構和第二摩擦結構，屬於面接觸的摩擦，能夠有效的消耗震動產生的能量，起到減或者免震的作用。

由於本發明的主要改進點在球冠襯板11與球窩的對合面，以及滾珠10的分布形式上，因此，對於球型支座常規的結構不多做描述，例如上支座板5上所設置的上錨固螺栓1，下支座板8上設置的下錨固螺栓9，均屬於常規的設計。

對於球型支座的常規結構是，在下支座板8上設有一個凸臺，凸臺上加工出一個球窩。相對應的，設置一球冠襯板11，該球冠襯板11的球冠與球窩配合，形成球型支座。該種結構受球窩依附結構的限制，相對較小，並且，球冠在球窩上面時，合力方向是沿上述軸線向下的，但一旦發生偏斜，會產生非常大的附加應力，因此無法應用到大噸位的橋梁上。

於本發明中，其第一方面採用要素變換的方式，球冠不會發生偏斜，其支承面複合滾珠10產生的平移，從而梁體所產生的附加應力隨著移動而消除，使球型支座形成正頂推，從而能夠滿足大噸位的橋梁上的應用。

如圖1-3所示的一種減震球型支座，具體如圖1所示，圖中包含三個摩擦結構，可以從整體上布置成水平方向正交的兩個方向，以及基於所述軸線轉動，整體的摩擦係數比較低，改善球型支座的摩擦環境，具有對較小的梁體變形較好的響應能力。

具體是該減震球型支座，包括下支座板8和通過摩擦結構裝設在下支座板8上的上支座板5，其中，所述摩擦結構是一個複合的摩擦結構，其包括：

中間基板2，可以採用鋼製的基板結構，是比常規的球型支座多出的部件。該中間基板2的上表面為平面，下表面設有球窩，其中，上表面用於支撐所述上支座板5。

所述摩擦結構還包括球冠襯板11，該球冠襯板11的球冠部分與所述球窩配合成第二摩擦結構，該第二摩擦結構相當於原有球型支座的倒置。從而，相對地，該球冠襯板11底面朝向下支座板8的支撐面，且該底面設有縱橫陣列的上滾道；

下滾道，縱橫陣列在下支座板8與所述平面對位的平面上；

滾珠10，陣列布設在對位的上下滾道間，形成第三摩擦結構。

一方面通過構造陣列的滾道及為滾道所約束的滾珠10，變滑動摩擦為滾動摩擦，另一方面，基於陣列的滾道，集合較多的滾珠10，具備比較高的荷載能力，從而滿足橋梁支座對重載荷的要求。

相對應的，目前所使用的摩擦結構普遍是滑動摩擦結構，結構簡單，成本低，承載能力強，但摩擦係數較大，在梁體發生較小的變形時，支撐梁體的橋梁支座即便是具備滑移結構，也會因為梁變形所產生的力小於橋梁支座滑移所需要的最大靜摩擦力，導致墩柱受到比較大的剪切力矩。

圖2是下支座板8的俯視結構示意圖，而圖3是球冠襯板11的仰視結構示意圖，圖中可見，所述上滾道分布在一個圓形區域內，那麼相對地，下滾道結構也分布在一個圓形區域內。

滾道被約束在一個圓形區域內，更有利於提供轉動所需要的滾動摩擦，同時，上支座板5和下支座板8的俯視結構均是圓形，整體的尺寸規格小，承載能力強。

在圓形區域內，如圖2和3所示，並非進行縱向和橫向全範圍內的陣列，而是在一定的範圍內陣列，用於減少滾珠10脫出的概率。

具體地，圓形既屬於中心對稱結構，也屬於軸對稱結構，不過對於縱橫陣列，則屬於軸對稱結構，當縱橫陣列在圓形區域內為軸對稱結構時，縱橫陣列的中心與圓形區域的中心重合。

進而，在圓形區域內，在縱橫的一個方向的排列區間長度小於另一個方向上的最大長度，排列區間是例如圖2中的位於最上面的橫向滾道與位於最下面的橫向滾道所約束的區間。當該區間的長度小於縱向的最長滾道的長度時就會出現如圖2和3中所示的結構，部分滾道的兩端不再是分道凸起13所約束，而直接構造為例如圖中所示的橫滾道槽14和縱滾道槽12。

以所述圓形區域的圓心為中心，橫向或縱向上的滾道長度比位於該滾道上的最外圍滾珠10所在位置對應的半徑大10mm。基於此，在相對較小的範圍內可以裝設較多的滾珠10，並能夠有效的約束滾珠10，形成穩定可靠的支撐結構。

在滾珠10在滾道上的分布是均勻的，且滾珠間距為13.5mm或17.5mm。滾珠10的間距也與滾珠10的球徑有關，整體上處於正相關，預留滾珠間的間距一方面減少滾珠10間可能的幹涉，另一方面也有利於潤滑劑的填入。

滾珠10的直徑為8mm或12mm，所對應的滾道深度為2mm或3mm，適配所述滾珠10的直徑，能夠在提供有效支撐的條件下，使下支座板8的上表面與球冠襯板11的下表面間留有合適的間隙，利於潤滑。

關於滾珠10的材質，最好採用經過調質處理的鋼球。

進一步地，為了減小摩擦係數，所述球冠襯板11與球窩間設有球面聚四氟乙烯滑板7。

進而，上支座板5與中間基板2間形成第一摩擦結構，整體上形成三個摩擦結構，有利於提供多向的減摩，應對複雜的梁體變形。

優選地，所述第一摩擦結構結構配置為：

在中間基板2的上表面設有凹槽，一下摩擦板3部分地嵌入所述凹槽，部分地露出所述凹槽，以固定摩擦板3。

同時，在上支座板5的下表面固定有與所述下摩擦板3構成摩擦配合的上摩擦板4。

通過摩擦板的使用，可以有效的降低第一摩擦結構的摩擦係數，對於摩擦板，例如可以採用聚四氟乙烯摩擦板，使第一摩擦結構的摩擦係數降低到0.1。

摩擦係數的維持，有賴於摩擦界面的清潔，應當儘可能地減少灰塵的進入，因此，於所述摩擦結構的外圍設有密封圈6。

在一些實施例中，所述密封圈6從上支座板5的下表面外圍周緣向下延伸；

下支座板8的邊緣設有向上的翻邊，密封圈6位於翻邊的內側，翻邊與密封圈6一定程度上也構成迷宮密封，結構簡單，且能夠起到良好的密封作用。