盆式橡胶支座及其制造方法.pdf

本发明公开了一种盆式橡胶支座，以及其制造方法，采用分块设计单元结构金属工件的方法，可做到每个单元都能分别使用不同的钢材，使该单元部件的力学性能大为提高。本方法采用全断面的摩擦焊接方法，由于每个工件的毛坯体积小，毛坯容易制造，节约了大量金属材料，而且制造的精度容易提高，节省了大量的制造机加工工作量。本方法针对盆式橡胶支座的使用特性和制造的难点，以扩大选取金属材料范围和利用摩擦焊接技术为核心，将优化选取钢材、优化焊接方法、优化加工过程、降低材料消耗、减少机加工工作量相结合在一起，来生产盆式橡胶支座，可提高盆式橡胶支座的承载能力与适用环境能力，并且可降低制造盆式橡胶支座的成本。

1.  一种盆式橡胶支座，其特征在于，包括上支座钢板、不锈钢滑板、中间衬钢板、盆塞、聚四氟乙烯滑板、密封圈、下支座钢板、盆环、承压板，上支座钢板的底面中央焊接有不锈钢滑板，不锈钢滑板两侧各有一条焊接在上支座钢板底面上的导轨；所述中间衬钢板的上表面开有滑板槽，滑板槽内镶嵌有聚四氟乙烯滑板，聚四氟乙烯滑板外且位于中间衬钢板上表面上设有密封圈槽，密封圈槽内镶嵌有密封圈；所述不锈钢滑板放置于中间衬钢板上的聚四氟乙烯滑板上，中间衬钢板上端位于所述两条导轨之间，中间衬钢板下表面与盆塞上表面焊接为一体，盆塞下端置于承压板上，承压板上端周缘开有圆槽，圆槽内镶嵌有禁锢圈；所述下支座钢板上表面焊有盆环，盆环内放置有承压板及盆塞。

2.  根据权利要求1所述的盆式橡胶支座，其特征在于，所述密封圈是橡胶密封圈，承压板是橡胶承压板，禁锢圈是黄铜禁锢圈。

3.  根据权利要求2所述的盆式橡胶支座，其特征在于，所述导轨和上支座钢板是采用同钢种或分别采用不同钢种的热轧钢板制造出来的独立工件，三工件以选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，经摩擦焊接连接为一体。

4.  根据权利要求3所述的盆式橡胶支座，其特征在于，所述中间衬钢板形状为大方台，盆塞形状为小圆柱台，盆塞、中间衬钢板由下至上迭加在一起，中间衬钢板是采用热轧钢板制造的独立工件，盆塞是采用锻造圆钢制造的独立工件，两工件选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，两工件采用相同或不同的钢种，经摩擦焊接连接为一体。

5.  根据权利要求4所述的盆式橡胶支座，其特征在于，所述下支座钢板是采用热轧钢板制造的独立工件，选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料；所述盆环是采用锻钢圆环制造的独立工件，采用与下支座钢板相同或不同的钢种，盆环和下支座钢板经摩擦焊接连接为一体。

6.  权利要求5所述的盆式橡胶支座的制造方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：按权利要求5所述，先准备好橡胶密封圈、橡胶承压板、黄铜禁锢圈，并对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件下料；
步骤二：对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件毛料需要焊接的断面进行机加工；
步骤三：机加工合格后，将机加工合格的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件需要焊接的断面的油污去除；
步骤四：将完成上述步骤的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件用摩擦焊机分别焊合；
步骤五：对焊接完毕后的工件热处理或缓冷；
步骤六：热处理或缓冷完毕后，车铣去除掉焊接时断面挤出的余量金属；
步骤七：对工件探伤；
步骤八：车铣精加工导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环部位；
步骤九：对工件进行涂装前表面处理；
步骤十：涂装工件表面；
步骤十一：组装，即可制作好盆式橡胶支座。

7.  根据权利要求6所述的盆式橡胶支座的制造方法，其特征在于，所述两导轨与上支座钢板之间的焊接方法是线性摩擦的焊接方法。

8.  根据权利要求7所述的盆式橡胶支座的制造方法，其特征在于，所述中间衬钢板与盆塞之间的焊接方法是惯性摩擦的焊接方法。

9.  根据权利要求8所述的盆式橡胶支座的制造方法，其特征在于，所述下支座钢板与盆环之间的焊接方法是惯性摩擦的焊接方法。

盆式橡胶支座及其制造方法
技术领域
本发明属于建筑结构部件领域，尤其涉及一种高性能、制造成本低的盆式橡胶支座，以及其制造方法。
背景技术
桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠地传递给桥梁下部结构。
桥梁支座有多种形式，盆式橡胶支座是其中的一种。市场上现有的盆式橡胶支座种类很多，但其产品设计所应用的原理都是一样的，就是将一块橡胶板置于盆式橡胶支座的钢盆之中，利用橡胶材料的阻尼特性缓释相对集中的反力，通过橡胶板上下的支座部件可靠地完成力的传递。
盆式橡胶支座用金属材料和有机材料制成，主要重量和制造成本集中在金属材料部分上。制造盆式橡胶支座金属零件部分目前只有两种通行方法，第一种方法是用铸造的方法铸出盆式橡胶支座各组件的铸钢毛坯件，再通过机加工最终完成各金属组件的制造；第二种方法是用热轧制钢板为组件毛坯料，采用熔化工艺焊接出锚栓孔位置的钢板，再通过机加工最终完成各金属组件的制造。由于受制造成本和设备的制约，目前尚未有其它的，能够既提高盆式橡胶支座的质量，又可以使制造成本低廉的方法。
当今，道路被重载车辆和高速车辆使用已是必然结果。除此之外，又有很多高等级的道路路段还要建设在寒冷地区。随着对道路设施使用性能条件的要求提高，若继续采用传统的盆式橡胶支座显然存在问题。采用上述第一种方法制造盆式橡胶支座存在如下缺点：其一，由于铸钢材料抗低温的性能较差，传统的橡胶盆式支座不适合在寒冷地区使用；其二，由于铸钢件内容易产生夹杂物和铸钢体晶粒粗大等固有缺点，对盆式橡胶支座难以进行产品质量控制；其三，由于铸钢材料的物理性能要比被锻造或轧制过的同类钢材的物理性能差很多，使用铸钢材料制造盆式橡胶支座难以保证产品的设计强度要求，因此橡胶支座在实际使用过程中损坏概率高，从而带来事故风险；其四，采用铸钢毛坯来制造盆式橡胶支座，在机加工的过程中材料损耗高达约30％，材料浪费多，工作量太大。而采取上述第二种方法制造盆式橡胶支座也存在如下缺点：其一，在机加工的过程中材料损耗比采用铸钢毛坯还多，材料浪费更多，工作量更大，而且支座的设计尺寸越大，加工过程中的材料损耗比率就会越高；其二，制造相同尺寸的盆式橡胶支座，第二种方法比第一种方法的制造成本要高很多，为了获得低制造成本，往往只能采用减少橡胶承压板承载面积，从而降低盆式橡胶支座的总体重量，以节省材料费用支出的办法来换取低制造成本的办法，如此做法从本质上讲还是降低了盆式橡胶支座的承载能力；其三，第二种制造方法必须要使用大能量输出电能的熔化焊接工艺，来焊接锚栓孔位置的钢板，而该工艺焊接时熔池内外的温度大大超过黑金属相变温度，其温度作用的结果往往是致使焊口周边的钢材晶粒重新粗大或工件母体变形，为消除此项不利也要增加制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能、制造成本低的盆式橡胶支座。
本发明的另一目的在于提供上述盆式橡胶支座的制造方法，该方法能够拓宽盆式橡胶支座的设计使用范围，以适合于各种规格的盆式橡胶支座的制造，本方法采用锻造或轧制过的钢材为原料来制造盆式橡胶支座，制造时可以灵活地选择使用物理性能最佳的钢材品种，以获得高性能低成本的盆式橡胶支座。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种盆式橡胶支座，包括上支座钢板、不锈钢滑板、中间衬钢板、盆塞、聚四氟乙烯滑板、密封圈、下支座钢板、盆环、承压板，上支座钢板的底面中央焊接有不锈钢滑板，不锈钢滑板两侧各有一条焊接在上支座钢板底面上的导轨；所述中间衬钢板的上表面开有滑板槽，滑板槽内镶嵌有聚四氟乙烯滑板，聚四氟乙烯滑板外且位于中间衬钢板上表面上设有密封圈槽，密封圈槽内镶嵌有密封圈；所述不锈钢滑板放置于中间衬钢板上的聚四氟乙烯滑板上，中间衬钢板上端位于所述两条导轨之间，中间衬钢板下表面与盆塞上表面焊接为一体，盆塞下端置于承压板上，承压板上端周缘开有圆槽，圆槽内镶嵌有禁锢圈；所述下支座钢板上表面焊有盆环，盆环内放置有承压板及盆塞。
所述密封圈是橡胶密封圈，承压板是橡胶承压板，禁锢圈是黄铜禁锢圈。
所述导轨和上支座钢板是采用同钢种或分别采用不同钢种的热轧钢板制造出来的独立工件，三工件选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为上支座板单元。
所述中间衬钢板形状为大方台，盆塞形状为小圆柱台，盆塞、中间衬钢板由下至上迭加在一起，中间衬钢板是采用热轧钢板制造的独立工件，盆塞是采用锻造圆钢制造的独立工件，两工件选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，两工件采用相同或不同的钢种，经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为中间衬板单元。
所述下支座钢板是采用热轧钢板制造的独立工件，选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料；所述盆环是采用锻钢圆环制造的独立工件，采用与下支座钢板相同或不同的钢种，盆环和下支座钢板经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为下支座板单元。
本发明的盆式橡胶支座的制造方法如下：
步骤一：按前述先准备好橡胶密封圈、橡胶承压板、黄铜禁锢圈，并对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件下料；
步骤二：对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件毛料需要焊接的断面进行机加工；
步骤三：机加工合格后，将机加工合格的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件需要焊接的断面的油污去除；
步骤四：将完成上述步骤的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件用摩擦焊机分别焊合；
步骤五：对焊接完毕后的工件热处理或缓冷；
步骤六：热处理或缓冷完毕后，车铣去除掉焊接时断面挤出的余量金属；
步骤七：对工件探伤；
步骤八：车铣精加工导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环部位；
步骤九：对工件进行涂装前表面处理；
步骤十：涂装工件表面；
步骤十一：组装，即可制作好盆式橡胶支座。
所述两导轨与上支座钢板之间的焊接方法是线性摩擦的焊接方法。
所述中间衬钢板与盆塞之间的焊接方法是惯性摩擦的焊接方法。
所述下支座钢板与盆环之间的焊接方法是惯性摩擦的焊接方法。
本方法针对盆式橡胶支座的使用特性和制造的难点，以扩大选取金属材料范围和利用摩擦焊接技术为核心，将优化选取钢材、优化焊接方法、优化加工过程、降低材料消耗、减少机加工工作量相结合在一起，来生产盆式橡胶支座，可提高盆式橡胶支座的承载能力与适用环境能力，并且可降低制造盆式橡胶支座的成本。
本发明与现有技术相比，首先由于采用了分块设计单元(上支座板、中间衬板、下支座板)结构金属工件的方法，可做到每个单元都能分别使用二种型号(包括二种以上)的钢材，使该单元部件的力学性能大为提高；第二，由于所有工件设计采用的均为锻造或轧制过的钢材，克服了使用铸钢和熔焊的缺陷，工件的物理性能大为提高；第三，由于加工工艺设计采用全断面的摩擦焊接方法——线型摩擦的焊接方法和惯性摩擦的焊接方法，焊接连接面为无缺陷的锻造黑金属组织，连接面组织强度会高于弱项焊接母材组织；第四，由于每个工件的毛坯体积小，毛坯容易制造，节约了大量金属材料；第五，由于工件的毛坯小，制造的精度容易提高，节省了大量的制造机加工工作量；第六，由于结构设计方法的更新，使金属材料的选取最容易实现；第七，本方法生产产品的过程环保、节能、作业安全，容易搭配流水线；第八，本产品的承载性能高，适用范围宽，制造成本低廉，制造效率高。
附图说明
图1是本盆式橡胶支座的剖示图；
图2是上支座板单元的结构示意图；
图3是图2中上支座板单元另一方向的结构示意图；
图4是下支座板单元的俯视图；
图5是中间衬钢板与橡胶密封圈及聚四氟乙烯滑板部分的俯视图；
图6是上支座板单元及不锈钢滑板部分的剖示图；
图7是中间衬板单元与橡胶密封圈及聚四氟乙烯滑板部分的剖示图；
图8是下支座板单元及黄铜禁锢圈的剖示图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1、图6、图7和图8，本实用新型的盆式橡胶支座，主要包括上支座板单元、中间衬板单元、下支座板单元。上支座板单元包括上支座钢板1，上支座钢板1的底面中央焊接有不锈钢滑板2，不锈钢滑板2两侧各有一条焊接在上支座钢板1底面上的导轨3、4；所述中间衬板单元包括中间衬钢板5和盆塞6，中间衬钢板5的上表面开有滑板槽501，滑板槽501内镶嵌有聚四氟乙烯滑板7，聚四氟乙烯滑板7外且位于中间衬钢板5上表面上设有密封圈槽502，密封圈槽502内镶嵌有橡胶密封圈8；所述不锈钢滑板2放置于中间衬钢板5上的聚四氟乙烯滑板7上，中间衬钢板5上端位于所述两条导轨3、4之间，中间衬钢板5下表面与盆塞6上表面焊接为一体，盆塞6下端置于橡胶承压板9上，橡胶承压板9上端周缘开有圆槽901，圆槽901内镶嵌有黄铜禁锢圈10；所述下支座板单元包括下支座钢板11，下支座钢板11上表面焊有盆环12，盆环12内放置有橡胶承压板9及盆塞6。
导轨3、4和上支座钢板1是采用同钢种或分别采用不同钢种的热轧钢板制造出来的独立工件，三工件选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为上支座板单元；所述中间衬钢板5形状为大方台，盆塞6形状为小圆柱台，盆塞6、中间衬钢板5由下至上迭加在一起，中间衬钢板5是采用热轧钢板制造的独立工件，盆塞6是采用锻造圆钢制造的独立工件，两工件选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，两工件采用相同或不同的钢种，经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为中间衬板单元；所述下支座钢板11是采用热轧钢板制造的独立工件，选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料；所述盆环12是采用锻钢圆环制造的独立工件，采用与下支座钢板相同或不同的钢种，盆环12和下支座钢板11经摩擦焊接连接为一体，连接为一体后称为下支座板单元。
请参阅图2、图3和图6，本发明在结构设计中，改变了现有技术的结构设计方法。现有技术中上支座钢板1与导轨3、4为整体制造结构，本发明为上支座钢板1与导轨2、3是分体制造结构；请参阅图5和图7，本发明在结构设计中，改变了现有技术的结构设计方法，现有技术中中间衬钢板5与盆塞6为整体制造结构，本发明为中间衬钢板5与盆塞6是分体制造结构；请参阅图4和图8，本发明在结构设计中，改变了现有技术的结构设计方法，现有技术中下支座钢板11与盆环12为整体制造结构，本发明为下支座钢板11与盆环12是分体制造结构。
请参阅图2、图3和图6，本实施例中的上支座钢板1与导轨3、4，上支座钢板1可以选择钢材的物理性能是侧重于耐候与高强度的热轧钢板，而导轨3、4可以选择钢材的物理性能是侧重于耐磨与高强度的热轧钢板，从而保证合理地利用材料和提高支座的承载能力，达到比现有技术更加良好的效果；请参阅图5和图7，本实施例中的中间衬钢板5与盆塞6，中间衬钢板5可以选择钢材的物理性能是侧重于耐候与耐磨的热轧钢板，而盆塞6可以选择钢材的物理性能是侧重于耐候的棒材，从而保证合理地利用材料和提高支座的承载能力，达到比现有技术更加良好的效果；请参阅图4和图8，本实施例中的下支座钢板11与盆环12，下支座钢板11可以选择钢材的物理性能是侧重于耐候与高强度的热轧钢板，而盆环12可以选择钢材的物理性能是侧重于抗拉伸强的锻件，从而保证合理地利用材料和提高支座的承载能力，达到比现有技术更加良好的效果。
上支座钢板1的主要功能是承载和传递梁体结构方面的作用力；不锈钢滑板2被焊接在上支座钢板1的下面，主要功能是保证盆式橡胶支座使用时的摩擦性能；两导轨3、4被全断面摩擦焊接固定在上支座钢板1下面，它所起的作用是限制滑动方向，主要功能是对抗工作中发生的剪切力；中间衬钢板5所起的作用是限制导轨3、4水平滑动运动方向，它的主要功能是传递使用时产生的力；橡胶密封圈8主要功能是保证盆式橡胶支座使用时不被杂物侵入，聚四氟乙烯滑板7主要功能是保证盆式橡胶支座使用时的摩擦性能；盆塞6所起的作用是限制盆塞6上下运动方向，主要功能是传递使用时产生的力；黄铜禁锢圈10主要功能是在盆式橡胶支座工作时可防止橡胶承压板9的上端部分被挤出；橡胶承压板9所起的作用是提供阻尼性能，分散和缓解作用力；盆环12所起的作用是约束橡胶承压板9、黄铜禁锢圈10及盆塞6，它的主要功能是对抗工作中发生的剪切力；下支座钢板11所起的作用是连接固定在其下面的桥梁结构，主要功能是承载和传递梁体结构方面的作用力。
本发明的盆式橡胶支座的制造方法如下：
步骤一：先准备好橡胶密封圈、橡胶承压板、黄铜禁锢圈，并按前述要求对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件下料；
步骤二：对上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件毛料需要焊接的断面进行机加工；
步骤三：机加工合格后，将机加工合格的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件需要焊接的断面的油污去除；
步骤四：将完成上述步骤的上支座钢板、不锈钢滑板、导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环、下支座钢板工件用摩擦焊机分别焊合；
步骤五：对焊接完毕后的工件热处理或缓冷；
步骤六：热处理或缓冷完毕后，车铣去除掉焊接时断面挤出的余量金属；
步骤七：对工件探伤；
步骤八：车铣精加工导轨、中间衬钢板、盆塞、盆环部位；
步骤九：对工件进行涂装前表面处理；
步骤十：涂装工件表面；
步骤十一：组装，即可制作好盆式橡胶支座。
两条导轨3、4焊接固定在上支座钢板1的底面上，焊接固定采用线性摩擦焊接的方法实现；中间衬钢板5的下表面焊接固定有盆塞6，焊接固定采用惯性摩擦焊接的方法实现；下支座钢板11上表面焊接固定有盆环12，焊接固定采用惯性摩擦焊接的方法实现。
本发明采用了比铸钢物理性能更佳的热轧钢板与锻件制造每个单元，选择按国家标准GB、GB/T或按国际标准ISO或其他国家标准ANSI、rOCT、JIS、EN、DIN、BS、NF分类的碳素结构钢或低合金结构钢为制造所需原料，使支座的承载能力提高一倍以上。本发明的盆式橡胶支座容易制造设计，其材料的物理性能大幅度提高，同时材料的消耗也大幅度降低，加工过程简单，适合于在各种自然环境中使用。在支座设计时可以选择物理性能更佳的钢材，在寒冷环境中使用也能保证盆式橡胶支座的性能。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。