CN103341418B - 巨型土工离心机吊篮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨型土工离心机吊篮，包括吊耳、吊臂和平台，吊耳包括两个且相互对称，吊臂包括两个且相互对称，吊耳的上端设有一个用于与离心机转臂连接的上销轴孔，吊耳的下端设有一组以上用于与吊臂连接的下销轴孔，吊臂的上端设有与吊耳的下销轴孔配套的上销轴孔，吊臂的下端设有多个用于连接平台的下销轴孔，吊臂的上销轴孔与下销轴孔的轴心线相互垂直；吊耳的下销轴孔与吊臂的上销轴孔之间通过上销轴及关节轴承连接，吊臂的下销轴孔与平台之间通过下销轴连接。本发明采用吊耳和吊臂连接转臂和平台，吊耳的上销轴孔能实现与转臂之间的滑动轴承或铜套连接，提高了吊篮承重容量；吊耳与吊臂的连接结构具有承重容量大、扩展性强的优点。

Description

巨型土工离心机吊篮

技术领域

本发明涉及一种土工离心机吊篮，尤其涉及一种容量超过1000gt的巨型土工离心机吊篮。

背景技术

吊篮是土工离心机的关键部件，是离心机转臂和土工模型的纽带。它位于离心机最大加速度场中，旋转时承受模型和模型箱以及自身质量产生的巨大离心力，其自身刚强度和重量直接影响离心机的规模和运行工况。

近年来，随着大型土木工程的不断涌现，特别是大型水坝、深港口建设，迫切需要巨型多功能土工离心机进行离心模型试验，以指导工程设计和建设。而目前国内研制成功的最大容量土工离心机是2011年中国工程物理研究院总体工程研究所为成都理工大学研制的500gt（g为重力加速度，t为质量单位，吨）土工离心机。要实现巨型土工离心机零的突破，必须解决高g值、大容量吊篮结构设计。

虽然世界已有几台巨型土工离心机建成，如1988年美国加州大学戴维斯分校建成了1080gt土工离心机，1998年美国陆军工程兵团建成了1200gt土工离心机，但这些巨型机的吊篮的设计方法却未公开报道。

在国内，孙述祖（孙述祖.土工离心机设计综述[R].南京：南京水利科学研究院土工研究所.1990，土9002.）提出了吊篮设计方法和吊篮设计要求；冉光斌等人对一般规模土工离心机吊篮进行了设计研究（冉光斌，罗昭宇，刘小刚，等.土工离心机吊篮的设计及优化方法.机械设计[J]，2009，26（11）：68-70），对巨型多功能土工离心机吊篮也进行了设计（冉光斌，洪建忠，刘小刚.巨型多功能土工离心机吊篮的设计.机械设计[J]，2011，28（10）：33-36.），但巨型多功能土工离心机超大规模吊篮的设计研究在国内还无相关文献报道。

现有技术主要针对小型和中型土工离心机吊篮的设计，虽对大型和巨型土工离心机吊篮也有所研究，但这些都不适于超大规模吊篮的设计。原因为：1、土工吊篮本身设计难度很大。在设计过程中，不仅要考虑其自身刚强度，还要尽量降低质量和改善外形气动特性，以降低离心机的整体规模和功耗；巨型多功能土工离心机超大规模吊篮运行工况严酷：容量大，g值高、载荷复杂，规模大；设计要求苛刻：在保证一定安全裕度前提下，要求吊篮整体有较高刚度，吊篮上平面有较小挠度，而结构整体质量要尽可能小。2、现有吊篮一般都需通过关节轴承来实现对离心机的切向振动和垂臂振动（离心机振动方向定义见文献：贺云波，简林柯，林廷圻，等.复合离心机振动台系统的研究现状[J].中国机械工程，1999，10(5)：576-579.）冲击的隔离。

如果仍采用现有技术设计质量很大的超大规模巨型土工离心机吊篮结构，则联接吊篮和转臂的两套关节轴承需承载整个吊篮和模型的质量，而目前国内外还没有这样大规格的关节轴可选用。另外，吊篮平台尺寸过大，在高离心场下，平台上平面的挠度很难控制，若其挠度过大，将影响土工试验精度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种容量极大的巨型土工离心机吊篮。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明所述巨型土工离心机吊篮包括吊耳、吊臂和平台，所述吊耳包括两个且相互对称，所述吊臂包括两个且相互对称，所述吊耳的上端设有一个用于与离心机转臂连接的上销轴孔，所述吊耳的下端设有一组以上用于与所述吊臂连接的下销轴孔，所述吊臂的上端设有与所述吊耳的下销轴孔配套的上销轴孔，所述吊臂的下端设有多个用于连接所述平台的下销轴孔，所述吊臂的上销轴孔与下销轴孔的轴心线相互垂直；所述吊耳的下销轴孔与所述吊臂的上销轴孔之间通过上销轴连接，所述上销轴与所述吊臂的上销轴孔之间安装有关节轴承，所述吊臂的下销轴孔与所述平台之间通过下销轴连接。

作为优选，设所述平台用于连接所述吊臂的两端方向为左右方向，所述吊耳的每一组下销轴孔之间按前后方向排列并相互连接为整体；所述吊耳的每一组下销轴孔包括两个，所述吊臂的上销轴孔置于所述吊耳的两个对应下销轴孔之间。所述吊臂在前后方向的下端宽度大于其上端宽度；所述吊臂的中部设有减重孔。所述上销轴和所述下销轴均为空心圆柱体。

具体地，所述平台包括多个结构相同的工字梁和一个底板，所述工字梁的两端设有销轴孔且呈中心对称，多个所述工字梁相互平行并等距排列，其两端的销轴孔中心线分别重合，所述底板覆盖于所有所述工字梁的上面并与所述工字梁焊接连接；所述吊臂的下销轴孔与所述工字梁的销轴孔交错排列。

更具体地，所述工字梁为六个，所述吊臂的下销轴孔为四个。

本发明的有益效果在于：

1、采用吊耳和吊臂替代传统单一的吊耳连接转臂和平台，吊耳的上销轴孔能实现与转臂之间的滑动轴承或铜套连接，提高了吊篮承重容量，同时不影响隔振性能和吊篮在竖直面内的转动；

2、吊耳与吊臂之间采用并列排列的多个销轴孔连接，形成梁式结构，可增大吊臂前后方向的刚度，这对降低吊篮平台的挠度至关重要，并具有承重容量大、扩展性强的优点，便于吊篮的应用和升级，可降低每个销轴孔的承载力要求；

3、平台采用多个工字梁并列排列并采用底板焊接连接，质量轻、刚度好、承载能力强，便于扩展，并可有效控制吊篮平台左右方向的挠度。

4、整个吊篮和主要部件均为对称结构，结构简单，易于加工和安装使用；

5、本吊篮不仅容量大，而且承载g值高，尺寸规模大；最大容量可超过1000gt，离心机加速度超过500g，平台尺寸达4m×4m或3m×5m。

附图说明

图1是本发明所述巨型土工离心机吊篮的立体结构图；

图2是本发明所述吊耳的立体结构图；

图3是本发明所述吊臂的立体结构示意图；

图4是本发明所述平台的立体结构图；

图5是本发明所述工字梁的立体结构图；

图6是本发明所述底板的立体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图6所示，本发明所述巨型土工离心机吊篮包括吊耳1、吊臂4和平台，吊耳1包括两个且相互对称，吊臂4包括两个且相互对称，设平台用于连接吊臂4的两端方向为左右方向（即图1和图4中的Y方向），吊耳1的上端设有一个用于与离心机转臂（图中未示）连接的上销轴孔2，吊耳1的下端设有两组用于与吊臂4连接的下销轴孔9，两组下销轴孔9之间按前后方向（即图1和图4中的X方向）排列并相互连接为整体，每一组下销轴孔9为两个下销轴孔9，吊臂4的上端设有与吊耳1的下销轴孔9配套的上销轴孔10，吊臂4的上销轴孔10置于吊耳1的两个对应下销轴孔9之间，吊臂4的下端设有四个用于连接平台的下销轴孔11，吊臂4的上销轴孔10与下销轴孔11的轴心线相互垂直，吊臂4在前后方向（即图1和图4中的X方向）的下端宽度大于其上端宽度，吊臂4的中部设有减重孔5；吊耳1的下销轴孔9与吊臂4的上销轴孔10之间通过上销轴3连接，上销轴3与吊臂4的上销轴孔10之间安装有关节轴承（由于关节轴承为常规部件，在传统吊耳上也会使用，所以图中未示出），吊臂4的下销轴孔11与平台之间通过下销轴6连接，上销轴3和下销轴6均为空心圆柱体。

如图4、图5和图6所示，平台包括多个结构相同的工字梁8和一个底板7，工字梁8的两端设有销轴孔12且呈中心对称，多个工字梁8相互平行并等距排列，其两端的销轴孔12的中心线分别重合，底板7覆盖于所有工字梁8的上面并与工字梁8焊接连接；吊臂4的下销轴孔11与工字梁8的销轴孔12交错排列。

结合图1-图6，吊耳1为全对称结构，其上端通过销轴与转臂联接（此销轴和转臂均未在图中示出），吊耳1上端的上销轴孔2与销轴之间安装滑动轴承以使吊篮可在竖直平面内旋转，若不能选用合适的滑动轴承，也可用铜套代替滑动轴承，这样，在离心机进行垂臂振动时，吊篮可在前后方向（即图1和图4中的X方向）的平面（即图1和图4中的XOZ平面）内摆振，从而对振动冲击予以削弱。吊耳1的下端通过两套上销轴3与吊臂4联接，上销轴3与吊臂4上端的上销轴孔10间安装关节轴承（关节轴承为常规结构，图中未示出），这样每个吊臂4传递给吊耳1的力由两套关节轴承承载，从而可降低关节轴承的承载力要求。同时，因吊臂4采用关节轴承联接在吊耳1上，则吊臂4以下部分可在左右方向（即图1和图4中的Y方向）小幅度摆动，这对离心机的切向振动具有一定的隔振作用。

吊臂4为全对称结构，其下端通过下销轴6与平台联接。在有切向振动冲击时，吊臂4可绕下销轴6相对于平台小角度转动，从而可削弱该向的振动冲击。

吊臂4在前后方向的尺寸较大，而且其结构形式较容易提高该向刚度，从而可有效降低吊篮平台前后方向（即图1和图4中的X方向）的挠度。同时，在吊臂4中间承力较小部位增设了减重孔5，减小了吊臂4的质量。

底板7提供模型箱或振动台安装平面，工字梁8主要承载垂直方向（即图1和图4中的Z方向）的压力和前后方向（即图1和图4中的X方向）的弯矩。整个吊篮结构和受力均保持对称，其对称平面有两个，一个是与前后方向平面（即图1和图4中的XOZ平面）平行的中平面，一个是与左右方向平面（即图1和图4中的YOZ平面）平行的中平面。

Claims (6)

1.一种巨型土工离心机吊篮，包括吊耳和平台，所述吊耳包括两个且相互对称，其特征在于：还包括两个相互对称的吊臂，所述吊耳的上端设有一个用于与离心机转臂连接的上销轴孔，所述吊耳的下端设有一组以上用于与所述吊臂连接的下销轴孔，所述吊臂的上端设有与所述吊耳的下销轴孔配套的上销轴孔，所述吊臂的下端设有多个用于连接所述平台的下销轴孔，所述吊臂的上销轴孔与下销轴孔的轴心线相互垂直；所述吊耳的下销轴孔与所述吊臂的上销轴孔之间通过上销轴连接，所述上销轴与所述吊臂的上销轴孔之间安装有关节轴承，所述吊臂的下销轴孔与所述平台之间通过下销轴连接。

2.根据权利要求1所述的巨型土工离心机吊篮，其特征在于：设所述平台用于连接所述吊臂的两端方向为左右方向，所述吊耳的每一组下销轴孔之间按前后方向排列并相互连接为整体；所述吊耳的每一组下销轴孔包括两个，所述吊臂的上销轴孔置于所述吊耳的两个对应下销轴孔之间。

3.根据权利要求2所述的巨型土工离心机吊篮，其特征在于：所述吊臂在前后方向的下端宽度大于其上端宽度；所述吊臂的中部设有减重孔。

4.根据权利要求1所述的巨型土工离心机吊篮，其特征在于：所述上销轴和所述下销轴均为空心圆柱体。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的巨型土工离心机吊篮，其特征在于：所述平台包括多个结构相同的工字梁和一个底板，所述工字梁的两端设有销轴孔且呈中心对称，多个所述工字梁相互平行并等距排列，其两端的销轴孔中心线分别重合，所述底板覆盖于所有所述工字梁的上面并与所述工字梁焊接连接；所述吊臂的下销轴孔与所述工字梁的销轴孔交错排列。

6.根据权利要求5所述的巨型土工离心机吊篮，其特征在于：所述工字梁为六个，所述吊臂的下销轴孔为四个。