CN108828191A - 一种土工离心机模块化拉力梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工离心机模块化拉力梁，包括第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块与旋转中心连接，两个所述第二模块的内端分别与所述第一模块的两端连接，两个所述第三模块的内端分别与两个所述第二模块的外端连接；本发明一种土工离心机模块化拉力梁采用模块化组装的结构形式，解决采用一体式拉力梁造成的材料属性不均匀、加工困难和离心场下承力不合理的问题，并根据不同工作位置的承受离心力的大小选择不同材料性能的模块，可以充分发挥每一个模块的作用，根据需要选择不同模块的材料。由于单个模块的尺寸较小，一方面可以保证原材料调质的均匀性，另一方面可选用的加工设备较多，相对一根整的拉力梁而言省时省力。

Description

一种土工离心机模块化拉力梁

技术领域

本发明涉及模拟实验领域，尤其涉及一种土工离心机模块化拉力梁。

背景技术

土工离心机是进行离心模拟试验的重要设备，广泛应用于岩土力学研究、土工结构稳定性测试和地质环境工程模拟等领域，为岩土工程、水利工程和地质环境工程的建设提供一个基础试验平台。

根据结构形式的不同，土工离心机主要可以分为两大类：臂式土工离心机和鼓式土工离心机。鼓式土工离心机主要用于模拟连续、均质的试验模型，而臂式土工离心机可开展的试验范围更广、模拟的试验模型更大，因此臂式土工离心机成为国内外大型土工离心机所采用的主流机型。

转臂是臂式土工离心机的关键部件，通过旋转提供试验模型所需的加速度过载环境。转臂通常由两根拉力梁、转臂支承、若干定位环和标准件组成。

拉力梁作为转臂的重要组成部分，主要用于承担试验模型及辅助零部件在加速度过载环境下所产生的离心力和弯矩。当前，拉力梁通常采用一根整的原材料加工而成。根据土工离心机规模的不同，拉力梁的长度一般由1m至20m不等，横截面一般为圆形或矩形。针对超长臂大g值的土工离心机而言，若拉力梁采用一根整的原材料，其长度和横截面尺寸都会大大增加，这将给原材料的材料参数调制，加工成型等带来很大的挑战。

对超长臂大g值土工离心机而言，采用一根整的原材料做拉力梁存在以下缺点：

拉力梁横截面尺寸太大，对原材料进行调质等处理时，可能出现材料性能不均匀的现象；

拉力梁长度尺寸太大，加工困难；

拉力梁承受较大离心力区域和承受较小离心力区域的材料属性一致，没有充分发挥材料的作用。

导致出现上述问题的原因为：

对拉力梁原材料的调质通常是由外向内进行的，当拉力梁的截面尺寸太大时，可能出现调质不均匀的现象，即靠外部材料的力学性能明显高于靠内部材料的力学性能；

拉力梁长度尺寸太大时，可利用的加工设备有限，且加工费时费力；

远离旋转中心的区域，拉力梁承受的离心载荷较大，要求拉力梁的力学性能较好；靠近旋转中心的区域，拉力梁承受的离心载荷较小，要求拉力梁的力学性能一般即可满足要求。当采用一根整的原材料做拉力梁时，其材料性能在靠近旋转中心的区域可能存在很大余量，而在远离旋转中心的区域可能还有所欠缺。

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土工离心机模块化拉力梁。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种土工离心机模块化拉力梁，包括第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块与旋转中心连接，两个所述第二模块的内端分别与所述第一模块的两端连接，两个所述第三模块的内端分别与两个所述第二模块的外端连接；

所述第一模块/所述第二模块包括直杆和法兰盘，两个所述法兰盘分别固定设置在所述直杆的两端，所述第一模块和所述第二模块通过所述法兰盘连接；

所述第三模块包括短杆和叉耳，所述短杆的内端设置有法兰盘，所述叉耳与所述短杆的外端固定连接，所述第三模块和所述第二模块通过所述法兰盘连接。

具体地，相邻的两个所述法兰盘通过止口定位，通过螺栓固定连接。

具体地，所述第一模块两端的法兰盘上设置有外止口；

所述第二模块两端的两个法兰盘上分别设置有相互适配的外止口和内止口；

两个所述第三模块的法兰盘上分别设置有内止口。

进一步，所述第二模块的数量为多个，且通过所述法兰盘依次串联连接。

具体地，所述第一模块、所述第二模块和所述第三模块的材料性能依次增大。

本发明的有益效果在于：

本发明一种土工离心机模块化拉力梁采用模块化组装的结构形式，解决采用一体式拉力梁造成的材料属性不均匀、加工困难和离心场下承力不合理的问题，并根据不同工作位置的承受离心力的大小选择不同材料性能的模块，可以充分发挥每一个模块的作用，根据需要选择不同模块的材料。由于单个模块的尺寸较小，一方面可以保证原材料调质的均匀性，另一方面可选用的加工设备较多，相对一根整的拉力梁而言省时省力。

附图说明

图1是本发明所述的一种土工离心机模块化拉力梁的结构示意图；

图2是本发明所述第一模块的结构示意图；

图3是本发明所述第二模块的结构示意图；

图4是本发明所述第三模块的结构示意图。

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2、图3和图4所示，本发明一种土工离心机模块化拉力梁，包括第一模块1、第二模块2和第三模块3，第一模块1与旋转中心连接，两个第二模块2的内端分别与第一模块1的两端连接，两个第三模块3的内端分别与两个第二模块2的外端连接，第一模块1、第二模块2和第三模块3的材料性能依次增大。

第一模块1/第二模块2包括直杆和法兰盘4，两个法兰盘4分别固定设置在直杆的两端，第一模块1和第二模块2通过法兰盘4连接，第三模块3包括短杆7和叉耳8，短杆7的内端设置有法兰盘4，叉耳8与短杆7的外端固定连接，第三模块3和第二模块2通过法兰盘4连接。

相邻的两个法兰盘4通过止口定位，通过螺栓固定连接，第一模块1两端的法兰盘4上设置有外止口5；第二模块2两端的两个法兰盘4上分别设置有相互适配的外止口5和内止口6；两个第三模块3的法兰盘4上分别设置有内止口6。第二模块2的数量为多个，且通过法兰盘4依次串联连接。

本发明一种土工离心机模块化拉力梁的工作原理如下：

模块化拉力梁联接时，采用由中间至两端的方式，相邻的模块采用止口定位，螺栓固联。

第一模块1位于旋转中心附近，在大g值离心场中，其承受的离心力较小，采用材料性能一般的合金钢即可满足要求。

第二模块2是拉力梁中的可增减模块，增加第二模块2的数量，拉力梁的长度增长；减少第二模块2的数量，拉力梁的长度缩短。第二模块2的一端为内止口6，用于与前一模块的外止口5相配合，形成止口定位；另一端为外止口5，用于配合联接下一模块。在大g值离心场中，第二模块2相对第一模块1而言，距离旋转中心较远，其承受的离心力较大，需采用材料性能较好的合金钢，同时为了保证其能与第三模块3连接，第一模块1一侧的第二模块2的数量为奇数。

第三模块3是拉力梁中用于联接土工离心机吊篮的模块，其一端为内止口6，用于与第二模块2的外止口5相配合，形成止口定位；另一端为叉耳8，用于联接土工离心机吊篮，如图4所示。在大g值离心场中，第三模块3距离旋转中心最远，承受的离心力最大，需采用材料性能好于第二模块2的合金钢。

用模块化设计的拉力梁，可以充分发挥每一个模块的作用，根据需要选择不同模块的材料。由于单个模块的尺寸较小，一方面可以保证原材料调质的均匀性，另一方面可选用的加工设备较多，相对一根整的拉力梁而言省时省力。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种土工离心机模块化拉力梁，其特征在于：包括第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块与旋转中心连接，两个所述第二模块的内端分别与所述第一模块的两端连接，两个所述第三模块的内端分别与两个所述第二模块的外端连接；

所述第一模块/所述第二模块包括直杆和法兰盘，两个所述法兰盘分别固定设置在所述直杆的两端，所述第一模块和所述第二模块通过所述法兰盘连接；

所述第三模块包括短杆和叉耳，所述短杆的内端设置有法兰盘，所述叉耳与所述短杆的外端固定连接，所述第三模块和所述第二模块通过所述法兰盘连接。

2.根据权利要求1所述的一种土工离心机模块化拉力梁，其特征在于：相邻的两个所述法兰盘通过止口定位，通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种土工离心机模块化拉力梁，其特征在于：所述第一模块两端的法兰盘上设置有外止口；

所述第二模块两端的两个法兰盘上分别设置有相互适配的外止口和内止口；

两个所述第三模块的法兰盘上分别设置有内止口。

4.根据权利要求1所述的一种土工离心机模块化拉力梁，其特征在于：所述第二模块的数量为多个，且通过所述法兰盘依次串联连接。

5.根据权利要求1所述的一种土工离心机模块化拉力梁，其特征在于：所述第一模块、所述第二模块和所述第三模块的材料性能依次增大。