CN109569900A - 一种土工离心机自平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工离心机自平衡装置，实验舱置于土工离心机的试验吊篮内，配重块置于土工离心机的配重吊篮内，自平衡装置包括两套利用挤压压力对其内部存储的液体进行相互输送的输送设备；一套输送设备置于实验舱与试验吊篮之间，另一套输送设备置于配重块与配重吊篮之间。在离心机旋转过程中，当实验舱模型出现质心变化时，试验端与配重端的两个输送设备受力不一致，输送设备内部的液体会自动从受力大的一端向受力小的一端移动，直到两端重新达到平衡；该平衡的达成无需外在动力，仅依靠不平衡力即可完成，且由于结构简单，平衡的精度会非常高，反应时间短；且由于整个系统不含电子元器件，对离心场的适应性高，可在高离心场下使用。

Description

一种土工离心机自平衡装置

技术领域

本发明属于离心机配平领域，具体涉及一种土工离心机自平衡装置。

背景技术

土工试验模型形状一般较为复杂，质地松软。在土工离心机上进行试验时，很难做到精确配平，且在离心场下模型质心不可避免会发生变化。而试验模型一般处于离心机最远端，在试验过程中少许的不平衡质量会被成N倍的放大。该不平衡力作为一个周期性的振动力对离心机结构持续作用，轻者降低离心机运转的平稳性，重者直接损坏离心机轴承甚至引起主机倾覆。特别是随着土工离心机加速度值的提高，对试验中的动态调平技术愈加严苛。

目前，土工离心机主要的动平衡调节装置设计有以下几类：

第一类是驱动式配平设计，通过液压装置、电机或者气源等驱动配重块运动来实现平衡调节。(土工离心机在线动态平衡调节机构，专利号：201210112913.3；孙述祖.土工离心机设计综述(三),水利水运科学研究,1991,9(3).)

第二类是注水式配平设计，通过从外部向离心机配重水箱中进行注水来调整系统平衡。(土工离心机新型平衡自调节系统，专利号：201320405085.2)

上述两类配平装置有着共同的缺点：系统结构复杂、需要额外驱动装置、不能做到精确配平、不能进行实时快速调节、需要配套额外监测系统。

上述两类配平装置的工作原理都是：监测系统检测到离心机转子产生了不平衡力，监测系统反馈信号给监控室主机，操作人员手动或者离心机程序自动根据反馈信号开启动力装置驱动配重块或者注水进行平衡调节。而实际上监测系统的传感器由于量程大，其测量精度一般较低，因此直接导致配平效果较差。同时在高离心场下驱动装置适应性较差，其自身驱动精度较低，进一步降低配平精度。此外，由于需要多套系统共同参与平衡调节，导致整个装置组成较为复杂，系统可靠性降低。多套系统联合使用，存在较长的时间滞后现象，不能快速进行实时的配平。因此上述两类配平装置设计一般在低加速度场下平衡粗调节时运用。

为了解决以上问题我方研发出了一种土工离心机自平衡装置。

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自平衡装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种土工离心机自平衡装置，实验舱置于土工离心机的试验吊篮内，配重块置于土工离心机的配重吊篮内，自平衡装置包括两套利用挤压压力对其内部存储的液体进行相互输送的输送设备；一套输送设备置于实验舱与试验吊篮之间，另一套输送设备置于配重块与配重吊篮之间。

在离心机旋转过程中，当实验舱模型出现质心变化时，由于离心场作用，实验舱整体对输送设备的作用力会相应发生变化，导致试验端与配重端的两个输送设备受力不一致，输送设备内部的液体会自动从受力大的一端向受力小的一端移动，直到两端重新达到平衡；该平衡的达成无需外在动力，仅依靠不平衡力即可完成，且由于结构简单，平衡的精度会非常高，反应时间短；且由于整个系统不含电子元器件，对离心场的适应性高，可在高离心场下使用。

优选地，输送设备为柔性材料制成的储液设备，液体存储在储液设备内部，储液设备上设置有开口，两套储液设备之间通过开口连通。

在以上输送设备的进一步选取上，选择采用柔性材料制成的储液设备，避免使用运动机械可能产生的组成复杂，以及不稳定性，仅仅靠挤压柔性材料制成的储液设备即可实现使离心机转动系统的两端重新达到平衡。

优选地，储液设备形成为伸缩式结构，在离心机处于工作状态中时，伸缩式结构的伸缩方向为试验吊篮与配重吊篮的重心连线方向。

在以上储液设备的进一步选取上，采用变形方向可控的伸缩式结构的储液设备，避免可能出现因储液设备的不可控变形导致的无法使离心机转动系统的两端达到平衡的情况产生。

优选地，储液设备为两端封堵的弹性波纹软管。

在以上储液设备的进一步选取上，弹性波纹软管还具备形变长度较长，不易被胀破等优点。

优选地，弹性波纹软管的两端均带有法兰，弹性波纹软管的两端法兰分别与上底板和下底板连接封堵，第一套储液设备的上底板与实验舱接触，第一套储液设备的下底板与试验吊篮接触，第二套储液设备的上底板与配重块接触，第二套储液设备的下底板与配重吊篮接触，两套弹性波纹软管之间通过一横跨离心机转动系统的连通管连通。

上底板和下底板的设置，间接稳定了弹性波纹软管分别与实验舱、试验吊篮、配重块、配重吊篮的接触，进一步稳定了两套弹性波纹软管内液体的转移路径。

进一步地，在弹性波纹软管内还设置有弹簧，弹簧的两端分别连接上底板和下底板。

弹簧用于承受实验舱、配重块的离心力，避免实验舱、配重块对弹性波纹软管过度的压紧。

进一步地，弹性波纹软管的法兰与上底板、下底板之间均设置有O型密封圈。

优选地，输送设备为注射结构，注射结构包括用于存储液体的桶体和用于推动筒体内液体进行输送的活塞，活塞从桶体的开口端塞入桶体内，并用于对桶体内液体的挤压推动，桶体上设置有开口，两套注射结构之间通过两个桶体上的开口连通。

优选地，在离心机处于工作状态中时，两套输送装置的重心连线和试验吊篮与配重吊篮的重心连线共线。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种土工离心机自平衡装置：

在离心机旋转过程中，当实验舱模型出现质心变化时，由于离心场作用，实验舱整体对输送设备的作用力会相应发生变化，导致试验端与配重端的两个输送设备受力不一致，输送设备内部的液体会自动从受力大的一端向受力小的一端移动，直到两端重新达到平衡；该平衡的达成无需外在动力，仅依靠不平衡力即可完成，且由于结构简单，平衡的精度会非常高，反应时间短；且由于整个系统不含电子元器件，对离心场的适应性高，可在高离心场下使用。

附图说明

图1是本发明在土工离心机上的安装结构示意图；

图2是本发明中中侧蒙皮的结构示意图。

图中：1-试验吊篮；2-输送设备；21-上底板；22-弹性波纹软管；23-下底板；3-实验舱；4-连通管；5-转臂；6-配重块；7-配重吊篮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1所示：

一种土工离心机自平衡装置，实验舱3置于土工离心机的试验吊篮1内，配重块6置于土工离心机的配重吊篮7内，自平衡装置包括两套利用挤压压力对其内部存储的液体进行相互输送的输送设备2；一套输送设备2置于实验舱3与试验吊篮1之间，另一套输送设备2置于配重块6与配重吊篮7之间。

在离心机旋转过程中，当实验舱3模型出现质心变化时，由于离心场作用，实验舱3整体对输送设备2的作用力会相应发生变化，导致试验端与配重端的两个输送设备2受力不一致，输送设备2内部的液体会在实验舱3与试验吊篮1的挤压作用，或配重块6与配重吊篮7的挤压作用下自动从受力大的一端向受力小的一端移动，直到两端重新达到平衡；该平衡的达成无需外在动力，仅依靠不平衡力即可完成，且由于结构简单，平衡的精度会非常高，反应时间短；且由于整个系统不含电子元器件，对离心场的适应性高，可在高离心场下使用。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：输送设备2为柔性材料制成的储液设备，液体存储在储液设备内部，储液设备上设置有开口，两套储液设备之间通过开口连通。

在以上输送设备2的进一步选取上，选择采用柔性材料制成的储液设备，避免使用运动机械可能产生的组成复杂，以及不稳定性，仅仅靠挤压柔性材料制成的储液设备即可实现储液设备内部的液体在实验舱3与试验吊篮1的挤压作用，或配重块6与配重吊篮7的挤压作用下自动从受力大的一端向受力小的一端移动，使离心机转动系统的两端重新达到平衡。

由于实验舱3与输送设备2接触，输送设备2具有较大柔性，可以很大程度上削减实验舱3在试验过程中所产生的瞬时冲击和振动力，进而保护主机安全。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：储液设备形成为伸缩式结构，在离心机处于工作状态中时，伸缩式结构的伸缩方向为试验吊篮1与配重吊篮7的重心连线方向。

在以上储液设备的进一步选取上，采用变形方向可控的伸缩式结构的储液设备，避免可能出现因储液设备的不可控变形导致的无法使离心机转动系统的两端达到平衡的情况产生。伸缩式结构泛指采用收到挤压时候会产生伸缩形态变化的结构。

实施例4，如图1和图2所示：

本实施例与实施例3的区别在于：储液设备为两端封堵的弹性波纹软管22。

在以上储液设备的进一步选取上，弹性波纹软管22还具备形变长度较长，不易被胀破等优点。

实施例5，如图1和图2所示：

本实施例与实施例4的区别在于：弹性波纹软管22的两端均带有法兰，弹性波纹软管22的两端法兰分别与上底板21和下底板23连接封堵，第一套储液设备的上底板21与实验舱3接触，第一套储液设备的下底板23与试验吊篮1接触，第二套储液设备的上底板21与配重块6接触，第二套储液设备的下底板23与配重吊篮7接触，两套弹性波纹软管22之间通过一横跨离心机转动系统的连通管4连通。离心机优选采用双拉力轴的离心机，连通管4从双拉力轴之间经过，再穿过离心机的转臂5，最后再从另一侧双拉力轴之间经过布设。

上底板21和下底板23的设置，间接稳定了弹性波纹软管22分别与实验舱3、试验吊篮1、配重块6、配重吊篮7的接触，进一步稳定了两套弹性波纹软管22内液体的转移路径。

实施例6，图中未示出：

本实施例与实施例5的区别在于：在弹性波纹软管22内还设置有弹簧，弹簧的两端分别连接上底板21和下底板23。

弹簧用于承受实验舱3、配重块6的离心力，避免实验舱3、配重块6对弹性波纹软管22过度的压紧。弹簧选用强力弹簧，弹簧刚度的选取取决于实验舱3受力和可允许的整体位移。

实施例7，图中未示出：

本实施例与实施例5的区别在于：弹性波纹软管22的法兰与上底板21、下底板23之间均设置有O型密封圈。O型密封圈用于将弹性波纹软管22的法兰与上底板21、下底板23密封更佳。

实施例8，图中未示出：

本实施例与实施例1的区别在于：输送设备2为注射结构，注射结构包括用于存储液体的桶体和用于推动筒体内液体进行输送的活塞，活塞从桶体的开口端塞入桶体内，并用于对桶体内液体的挤压推动，桶体上设置有开口，两套注射结构之间通过两个桶体上的开口连通。

区别于采用柔性材料制成的储液设备，输送设备2采用注射结构，能让储液设备更加不易被挤压力破坏，且不同方向作用于储液设备的挤压力不易使得储液设备发生发生位移。

实施例9，如图1所示：

本实施例与实施例1-8任一项的区别在于：在离心机处于工作状态中时，两套输送装置的重心连线和试验吊篮1与配重吊篮7的重心连线共线。

输送设备2中的液体可优选为水。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (9)

1.一种土工离心机自平衡装置，实验舱置于土工离心机的试验吊篮内，配重块置于土工离心机的配重吊篮内，其特征在于，自平衡装置包括两套利用挤压压力对其内部存储的液体进行相互输送的输送设备；一套输送设备置于实验舱与试验吊篮之间，另一套输送设备置于配重块与配重吊篮之间。

2.根据权利要求1所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：输送设备为柔性材料制成的储液设备，液体存储在储液设备内部，储液设备上设置有开口，两套储液设备之间通过开口连通。

3.根据权利要求2所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：储液设备形成为伸缩式结构，在离心机处于工作状态中时，伸缩式结构的伸缩方向为试验吊篮与配重吊篮的重心连线方向。

4.根据权利要求3所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：储液设备为两端封堵的弹性波纹软管。

5.根据权利要求4所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：弹性波纹软管的两端均带有法兰，弹性波纹软管的两端法兰分别与上底板和下底板连接封堵，第一套储液设备的上底板与实验舱接触，第一套储液设备的下底板与试验吊篮接触，第二套储液设备的上底板与配重块接触，第二套储液设备的下底板与配重吊篮接触，两套弹性波纹软管之间通过一横跨离心机转动系统的连通管连通。

6.根据权利要求5所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：在弹性波纹软管内还设置有弹簧，弹簧的两端分别连接上底板和下底板。

7.根据权利要求5所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：弹性波纹软管的法兰与上底板、下底板之间均设置有O型密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：输送设备为注射结构，注射结构包括用于存储液体的桶体和用于推动筒体内液体进行输送的活塞，活塞从桶体的开口端塞入桶体内，并用于对桶体内液体的挤压推动，桶体上设置有开口，两套注射结构之间通过两个桶体上的开口连通。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种土工离心机自平衡装置，其特征在于：在离心机处于工作状态中时，两套输送装置的重心连线和试验吊篮与配重吊篮的重心连线共线。