一种基于超材料的设备基础基座的施工方法

技术领域

本发明涉及设备减震技术领域，具体说是一种基于超材料的设备基础基座的施工方法。

背景技术

数控机床是高精密加工机床，对设备基础的要求甚高，加工过程中如附近有震动源，震动会传递过来，会影响到数控机床的加工精度。因此传统的数控机床基础，其周围都会有一层防震带，能够隔离横向传播过来的震动。但对于比设备所在基础面还低的震动源，比如数控设备附近，例如十几米范围内的冲压设备在冲压工作时，其震动会从设备底部向上传递上来，影响机床的加工精度。经测量，会影响到加工精度0.01-0.03mm。

传统的数控机床设备基础，其底部是在素土夯实的基础上，先铺一层100-300mm厚的中砂或者碎石进行夯实，形成设备基础垫层，然后再在上面作100mm厚的C15的混凝土，之后才在上面制作设备基础。这种基础底座，无法减轻或避免从底部向上传来的震动，会影响到数控机床的加工精度。

超材料(Metamaterials)是一种人工设计的材料/结构。人工设计的超材料不仅可用于结构承载，且具备功能材料的特殊性能，通过超材料/结构一体化优化设计可实现负刚度、负折射率、负泊松比、负热膨胀等，尤其是负泊松比超材料具有良好的抗震性能、能够吸收机械冲击能量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于超材料的设备基础基座的施工方法。该超材料设备基础基座施工方法通过将具备抗震、吸收机械冲击性能的超材料与砂子、钢筋混凝土整合在一起，形成了一种能够很好的吸收从设备所在基础面下方向上传递的冲击能量的设备基础基座，可以大大减轻振动对数控设备的加工精度损失。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于超材料的设备基础基座的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在底面上挖出矩形的地面槽100，挖出的素土备用；在地面槽100底部的四周上预制底座1和挡土墙2的钢筋之后用水泥浇灌成型，制成底座1和挡土墙2的一体化结构，浇筑的挡土墙2的顶面要与地面齐平，挡土墙2外侧和地面槽100内壁之间用素土填充并夯实；底座槽区域内填充素土并夯实，制成素土层5，素土层5与底座1顶面齐平；

步骤2，将超材料体整齐堆积成方形体3，置于素土层5顶面上，方形体3的四个侧壁分别与挡土墙2内侧壁接触；方形体3内的空隙填充砂子，砂子覆盖方形体3的整个顶面并夯实；

步骤3，在方形体3顶面的砂子顶上浇筑混凝土，制成覆盖整个砂子顶的砼垫层4；

步骤4，在砼垫层4上预制钢筋，之后用水泥浇灌成基础座6，浇筑的基础座6的顶面与地面齐平，基础座6的四个面与其对应挡土墙2的内侧面之间留有间距，形成抗震沟17；基础座6的顶面上放置设备。

在上述方案的基础上，方形体3由超材料体堆积而成；

所述超材料体包括底板7、顶板8和四块垂直侧板9，底板7的顶面中心和顶板8的底面中心分别设有同一轴向的垂直连杆Ⅰ10和竖直连杆Ⅱ11；每块垂直侧板9的内侧面中心均设有水平连杆12，相对的竖直侧板9上的水平连杆12轴向相同；

垂直连杆Ⅰ10的顶端设有四条斜连杆Ⅰ13，各条斜连杆Ⅰ13向外倾斜向下设置；竖直连杆Ⅱ11的底端设有四条斜连杆Ⅱ14，各条斜连杆Ⅱ14向外倾斜向上设置；

各水平连杆12的末端分别设有斜连杆Ⅲ15、斜连杆Ⅳ16；斜连杆Ⅲ15向外倾斜向下设置，斜连杆Ⅲ15的末端与对应的斜连杆Ⅰ13的末端连接；斜连杆Ⅳ16向外倾斜向上设置，斜连杆Ⅳ16的末端与对应的斜连杆Ⅱ14的末端连接。

在上述方案的基础上，

所述方形体3的具体结构为：位于上方的超材料体的底板7置于下方的超材料体的顶板8上，并与其对齐；位于左侧的超材料体的右竖直侧板9与右侧的超材料体的左竖直侧板9对齐并相互接触；位于前侧的超材料体的后竖直侧板9与后侧的超材料体的前竖直侧板9对齐并相互接触。

在上述方案的基础上，所述超材料体的制备方法为：

制作对应超材料体外形的树脂模具；

将SYLGARD-184聚二甲硅氧烷和SYLGARD-184有机硅弹性体固化剂按照7∶1的比例混合；

上述混合物在室温下静置12小时，待混合液体中的气泡完全排出之后，倒入树脂模具中加热成型；

超材料体成型后在室温下冷却静置，待完全固化后去除树脂模具。

在上述方案的基础上，

步骤3中所述砼垫层4的厚度为80-130mm。

本发明所述的一种基于超材料的设备基础基座的施工方法，其有益效果为：

(1)利用硅橡胶超材料体的优异抗震和吸能性能，配合砂子、混凝土构件，形成了一种能够很好的吸收地底向上传递的振动的基础基座，该基础基座上放置数控设备，能够有效降低振动对数控设备的加工精度的影响，能够使得震动对加工精度降低90％以上。

(2)上述设备基础基座的施工方法充分考虑了生产车间实际条件，施工方法操作科学合理，便于执行，并且施工周期较短。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明提供的超材料设备基础基座的结构示意图；

图2为本发明提供的超材料体的结构示意图；

图3为本发明提供的超材料体去掉前侧的竖直侧板的结构示意图；

图4为本发明提供的超材料体堆积形成的方形体的结构示意图。

图中：100、地面槽；1、底座；2、挡土墙；3、方形体，4、砼垫层，5、素土层，6、基础座，7、底板，8、顶板，9、竖直侧板，10、竖直连杆Ⅰ，11、竖直连杆Ⅱ，12、水平连杆，13、斜连杆Ⅰ，14、斜连杆Ⅱ，15、斜连杆Ⅲ，16、斜连杆Ⅳ，17、抗震沟。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2、3所示，本发明所述的超材料体包括底板7、顶板8、竖直侧板9、竖直连杆Ⅰ10、竖直连杆Ⅱ11、水平连杆12、斜连杆Ⅰ13、斜连杆Ⅱ14、斜连杆Ⅲ15、斜连杆Ⅳ16；竖直侧板9设有四组，底板7、顶板8、竖直侧板9均为大小相同的正方形板体；四组竖直侧板9分别与底板7、顶板8的四个侧面平行；底板7顶面中心和顶板8的底面中心分别设有同一轴向的竖直连杆Ⅰ10和竖直连杆Ⅱ11；竖直连杆Ⅰ10的顶端设有四组斜连杆Ⅰ13，斜连杆Ⅰ13向外倾斜向下设置；竖直连杆Ⅱ11的下端设有四组斜连杆Ⅱ14，斜连杆Ⅱ14向外倾斜向上设置；竖直侧板9的内侧面中心分别设有一组水平连杆12，相对的竖直侧板9上的水平连杆12轴向相同；各组水平连杆12的末端分别设有斜连杆Ⅲ15、斜连杆Ⅳ16；斜连杆Ⅲ15向外倾斜向下设置，其末端与斜连杆Ⅰ13的末端连接；斜连杆Ⅳ16向外倾斜向上设置，其末端与斜连杆Ⅱ14的末端连接；

竖直连杆Ⅰ10、竖直连杆Ⅱ11、水平连杆12的直径为12-20

每组水平连杆12及其对应的斜连杆Ⅰ13、斜连杆Ⅱ14、斜连杆Ⅲ15、斜连杆Ⅳ16组成的结构中：水平连杆12与斜连杆Ⅲ15的夹角、水平连杆12与斜连杆Ⅳ16的夹角均为60°；斜连杆Ⅲ15与斜连杆Ⅰ13的夹角、斜连杆Ⅳ16和斜连杆Ⅱ14的夹角均为30°；斜连杆Ⅰ13与竖直连杆Ⅰ10的夹角、斜连杆Ⅱ14与竖直连杆Ⅱ11的夹角均为60°；并且，这些连杆的轴线位于同一竖直面内。

上述超材料体的制备方法包括以下步骤：

制作树脂模具，然后将SYLGARD-184聚二甲硅氧烷和SYLGARD-184有机硅弹性体固化剂按照7∶1的比例混合，并在室温下静置12小时，待混合液体中的气泡完全排出之后，再将其倒入事先准备好的树脂模具中并进行烘烤，然后室温冷却静置，待其完全固化后冷却，将树脂模具去除，即得。

如图1、4所示，超材料设备基础基座的施工方法，包括以下步骤：

A、在地面上挖出方形的地面槽，挖出的素土备用；在地面槽100底部四周上预制底座1和挡土墙2的钢筋，之后用水泥浇灌成型制成混凝土组合件，挡土墙2顶面与地面齐平，挡土墙2外侧和地面槽内壁之间用素土填充并夯实；底座1和挡土墙2围成的底座槽区域内填充素土并夯实，制成素土层5，素土层5与底座1顶面齐平；

B、将超材料体整齐堆积成方形体3，置于素土层5顶面上，方形体3的四个侧壁分别与挡土墙2内侧壁接触；方形体3内的空隙上填充砂子，砂子覆盖方形体3的整个顶面并夯实；

超材料体堆积成方形体3的具体结构为：位于上方的超材料体的底板7置于下方的超材料体的顶板8上，并与其对齐；位于左侧的超材料体的右竖直侧板9与右侧的超材料体的左竖直侧板9对齐并相互接触；位于前侧的超材料体的后竖直侧板9与后侧的超材料体的前竖直侧板9对齐并相互接触。暨超材料体层层堆积成方形体3，各超材料体的各个侧板9相互接触对齐；另外，除了最顶层的和最底层的超材料体之外，各超材料体的顶板8与其上方的超材料体的底板7接触并对齐，各超材料体的底板7与其下方的超材料体的顶板8接触并对齐。

C、方形体3顶面的砂子顶上浇筑C15混凝土，制成覆盖整个砂子顶面的砼垫层4；

D、砼垫层4上预制钢筋，之后用水泥浇灌成型，制成基础座6，基础座6顶面与地面齐平，基础座6四个面与其对应挡土墙2的内侧面之间留有200mm间距，形成抗震沟17；基础座6顶面上放置设备。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。