CN209049566U - 一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构：管道和电缆均一体固化成型在管线敷设结构中，减少了土工离心机转臂外表面的突出物，使得离心机整体具备良好的气动外形，有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗；且管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，通过管线敷设结构与转臂的套装压紧力，替代管道、电缆直接与转臂的压紧力，压紧力更大，连接更加稳定，且不会对管道和电缆造成损伤；管线敷设结构安装拆卸简单，不用在土工离心机转臂上预留大量安装螺孔，因而不会造成转臂上局部区域出现应力集中，可有效保证转臂的使用安全。

Description

一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构

技术领域

本实用新型属于离心机技术领域，具体涉及一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构。

背景技术

土工离心机是一种应用于岩土工程等领域的实验装置，可利用高速旋转形成的稳定的离心加速度场来模拟超重力场。依据模型的相似比原理，研究人员可以在土工离心机上对现实世界的百米高坝、巨型滑坡体等进行实验研究，评估其安全性，掌握滑坡发生的机理等。此外，土工离心机还广泛应用于深地深海工程、地下环境污染物评估、城市建筑结构的抗震性评估、高能爆炸研究等领域，为重大工程防灾减灾、能源开发、环境保护等重大战略性领域提供强力支撑。

高速、高容量土工离心机(以gt表示，其中g为重力加速度，t为质量单位吨)对于研究地质学演变、环境污染物迁移等具有重要的作用，其典型结构及组成如图1所示，图中示出了管道1、管夹2、转轴3、支承4、转臂5、吊篮6。

为了满足实验的需求，需要土工离心机具备向吊篮中的模型提供水、电、压缩空气的能力。现有的土工离心机在向吊篮供水、供气时采用的是金属管道，供电则是采用电缆。管道和电缆从转轴上的预留孔伸出，需一直沿转臂延伸至吊篮处。土工离心机在运行过程中，会对安装在其上的物体产生较大的离心力(高达其自重的100倍以上，与土工离心机的g值有关)。因此，为了防止管道和电缆在离心力作用下发生断裂，需要采取保护措施，现有的做法是：管道采用管夹进行固定，电缆利用压线夹固定。管夹和压线夹均通过螺钉连接在转臂上。

采用以上对电缆和管道的固定方法具备以下缺点：

1.增大离心机风阻

土工离心机在达到实验需要的转速后，其驱动单元产生的动力大部分用于克服运行中的风阻，其消耗的能源也主要转变为离心机转臂与空气摩擦产生的热量。在相对封闭的机室内，该部分热量若不能及时排除，将导致机室内温升加剧，影响实验结果的准确性，甚至危及离心机的安全运行。因此，良好的气动外形有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗。

现有土工离心机的转臂均为加工件，其外表的光洁度可以得到有效的控制。然而，现有管道和电缆的布置方式使得其凸出转臂上表面，破坏了转臂良好的气动外形，增加了离心机运行的风阻。

2.防护能力弱

要保证管道和电缆在土工离心机上固定牢固，需要使得管夹与管道、电缆与压线夹间的摩擦力分别大于其各自在离心场下受的离心力。而当管夹和压线夹材料确定的情况下，其与管道和电缆间的摩擦力大小只取决于压紧力。由于管夹与管道、压线夹与电缆间接触面积较小，需严格控制螺钉的预紧力。因此，安装时时常发生电缆内部电芯被压线夹压断的情况。

其次，由于电缆外部包裹有橡胶皮等弹性物质，造成压线夹之间的电缆会在离心力和风阻的作用下发生来回晃动，使得电缆在使用一段时间后会发生内部电芯的断裂(对于电芯较细的信号电缆尤其严重)。

此外，当离心机加速度达到1000g后，传统的管线安装结构将无法提供足够的摩擦力以平衡管线承受的离心力，否则将导致施加的压紧力太大而造成电缆断裂、管道破裂。

3.影响转臂的结构强度

要在转臂上安装固定管道和电缆的管夹和压线夹，就需要在转臂上预留螺钉孔。随着土工离心机转速的提高，为了保证管道和电缆的安全，就需要在增加单位长度内管夹和压线夹的数量。

然而，对于高速土工离心机而言，在1000g离心加速度下，转臂受力情况急剧恶化，其内部最大应力已经接近材料的许用应力。在转臂上加工安装管线的螺钉孔将导致开孔位置的应力值大幅升高并超出材料的许用应力，使得转臂在高离心场下极易在螺孔处发生结构破坏，严重影响高速土工离心机的安全运行。

为了解决以上问题我方研发出了一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，用于从离心机的转轴向离心机的吊篮内供水、供气、供电，管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，管线敷设结构中一体固化成型有管道、电缆，在管道的两端分别连接有管接头，在电缆的两端分别连接有电缆插头；管线敷设结构通过两个管接头分别与转轴上的供水、供气接口和吊篮上的供水、供气接口连接，管线敷设结构通过两个电缆插头分别与转轴上的供电接口和吊篮上的供电接口连接；管线敷设结构以转轴的轴心线对称设置。

管道和电缆均一体固化成型在管线敷设结构中，减少了土工离心机转臂外表面的突出物，使得离心机整体具备良好的气动外形，有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗；且管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，通过管线敷设结构与转臂的套装压紧力，替代管道、电缆直接与转臂的压紧力，压紧力更大，连接更加稳定，且不会对管道和电缆造成损伤。

具体地，管线敷设结构包括：

上支架；上支架包括外壳，管道、电缆一体成型在外壳内部，上支架外壳的下表面与转臂上部贴合；

下支架；下支架包括外壳，下支架外壳的上表面与转臂下部贴合，上支架外壳和下支架外壳的中部均设置有用于转轴穿过的孔洞；上支架外壳的两侧边分别与下支架外壳的两侧边通过多个连接螺钉连接。

由上支架和下支架组合成的环状的管线敷设结构套装在转臂上，其与转臂上、下平面均贴合良好，且上支架和下支架之间通过多个连接螺钉拉紧贴紧在转臂上，通过上支架和下支架与转臂之间的较大的接触面积来增加管线敷设结构与转臂之间的摩擦力；管线敷设结构安装拆卸简单，不用在土工离心机转臂上预留大量安装螺孔，因而不会造成转臂上局部区域出现应力集中，可有效保证转臂的使用安全。

进一步地，上支架和下支架的表面均光滑连续。

上支架和下支架的外形面光滑连续，气动阻力较小，从而降低了土工离心机的风阻。

优选地，在上支架外壳与转臂之间、下支架外壳与转臂之间均设置有支撑件，支撑件的一端突出上支架外壳、下支架外壳的内表面。

设置支撑件，能有效提高外壳的抗压能力，防止因机室内气压作用导致的大变形；其一端突出外壳表面，可实现支架与离心机转臂的精确定位。

进一步地，在上支架外壳与转臂之间设置有两个支撑件，两个支撑件以转轴的轴心线对称设置；在下支架外壳与转臂之间设置有两个支撑件，两个支撑件以转轴的轴心线对称设置。

以转轴的轴心线对称设置的支撑件，可以使得离心机保持转动平衡。

更进一步地，支撑件为轻质、高强度材料制成。

采用轻质、高强度材料，可以有效的减轻管线敷设结构的质量，提高管线敷设结构的结构强度。

更优选地，支撑件为泡沫铝制成。

具体地，管接头为六组，其中两组安装在上支架外壳中端上部，其中两组安装在上支架外壳的第一端，其中两组安装在上支架外壳的第二端，位于上支架外壳中端的管接头分别与两组位于上支架外壳两端的管接头通过管道连通；电缆插头为四组，其中两组以转轴的轴心线对称设置在孔洞内上支架外壳的侧壁，其中两组设置在上支架外壳两端，孔洞内上支架外壳的侧壁设置的一组电缆插头与上支架外壳一端的电缆插头通过电缆导通。

管接头和电缆插头的位置设置，能够使得从离心机的转轴向离心机的吊篮内供水、供气、供电更加便捷，且位置布置使用到的电缆和管道均较少，对管线敷设结构的整体结构强度影响较小。

优选地，外壳采用碳纤维材料制成。

以碳纤维为主体材料的支架强度高、耐候性好，能够适应离心机机室内的环境及承受1000g的离心加速度，通过碳纤维将管道、电缆包覆和固定，可为管道和电缆提供有效的保护，以保证其在不同离心加速度下的安全使用，防止管道和电缆在离心力的作用下发生断裂；碳纤维可塑性好，对于任意形状、尺寸和数量的管道及电缆，碳纤维均能在其表面形成有效的粘接覆盖，为其提供有效的支撑和保护，以碳纤维为主体材料的支架重量轻，不会增加转臂的过多的额外重量。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构：

1.管道和电缆均一体固化成型在管线敷设结构中，减少了土工离心机转臂外表面的突出物，使得离心机整体具备良好的气动外形，有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗；且管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，通过管线敷设结构与转臂的套装压紧力，替代管道、电缆直接与转臂的压紧力，压紧力更大，连接更加稳定，且不会对管道和电缆造成损伤；

2.由上支架和下支架组合成的环状的管线敷设结构套装在转臂上，其与转臂上、下平面均贴合良好，且上支架和下支架之间通过多个连接螺钉拉紧贴紧在转臂上，通过上支架和下支架与转臂之间的较大的接触面积来增加管线敷设结构与转臂之间的摩擦力；管线敷设结构安装拆卸简单，不用在土工离心机转臂上预留大量安装螺孔，因而不会造成转臂上局部区域出现应力集中，可有效保证转臂的使用安全。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本实用新型的安装结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型中上支架和下支架的连接结构示意图；

图5为本实用新型中上支架的结构示意图；

图6为本实用新型中上支架的内部结构示意图；

图7为本实用新型中下支架的内部结构示意图。

图中：1、管道；2、管夹；3、转轴；4、支承；5、转臂；6、吊篮；7、电缆；8、上支架；9、下支架；10、连接螺钉；11、管接头；12、外壳；13、电缆插头；14、支撑件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例1，如图2和图3所示，

一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，用于从离心机的转轴3向离心机的吊篮6内供水、供气、供电，管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂5上，管线敷设结构中一体固化成型有管道1、电缆7，在管道1的两端分别连接有管接头11，在电缆7的两端分别连接有电缆插头13；管线敷设结构通过两个管接头11分别与转轴3上的供水、供气接口和吊篮6上的供水、供气接口连接，管线敷设结构通过两个电缆插头13分别与转轴3上的供电接口和吊篮6上的供电接口连接；管线敷设结构以转轴3的轴心线对称设置。

管道1和电缆7均一体固化成型在管线敷设结构中，减少了土工离心机转臂5外表面的突出物，使得离心机整体具备良好的气动外形，有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗；且管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂5上，通过管线敷设结构与转臂5的套装压紧力，替代管道1、电缆7直接与转臂5的压紧力，压紧力更大，连接更加稳定，且不会对管道1和电缆7造成损伤。

实施例2，如图3和图4所示，

本实施例与实施例1的区别在于：

管线敷设结构包括：

上支架8；上支架8包括外壳12，管道1、电缆7一体成型在外壳12内部，上支架8外壳12的下表面与转臂5上部贴合；

下支架9；下支架9包括外壳12，下支架9外壳12的上表面与转臂5下部贴合，上支架8外壳12和下支架9外壳12的中部均设置有用于转轴3穿过的孔洞；上支架8和下支架9两侧边缘预留螺钉安装孔，上支架8外壳12的两侧边分别与下支架9外壳12的两侧边通过多个连接螺钉10连接，连接螺钉10是穿过安装孔设置。

由上支架8和下支架9组合成的环状的管线敷设结构套装在转臂5上，其与转臂5上、下平面均贴合良好，且上支架8和下支架9之间通过多个连接螺钉10拉紧贴紧在转臂5上，通过上支架8和下支架9与转臂5之间的较大的接触面积来增加管线敷设结构与转臂5之间的摩擦力；管线敷设结构安装拆卸简单，不用在土工离心机转臂5上预留大量安装螺孔，因而不会造成转臂5上局部区域出现应力集中，可有效保证转臂5的使用安全。

下支架9中的外壳12和支撑件14的作用、制作方式及工作原理均与上支架8中的相同，但其结构尺寸、形状等可与上支架8不同，只需保证与上支架8连接牢固，与土工离心机转臂5下平面贴合良好即可。

实施例3，如图3所示，

本实施例与实施例2的区别在于：

上支架8和下支架9的表面均光滑连续。

外壳12均通过在特制的模具中成型固化，所以上支架8和下支架9的外形面光滑连续，气动阻力较小，从而降低了土工离心机的风阻。

实施例4，如图6和图7所示，

本实施例与实施例2或实施例3的区别在于：

在上支架8外壳12与转臂5之间、下支架9外壳12与转臂5之间均设置有支撑件14，支撑件14的一端突出上支架8外壳12、下支架9外壳12的内表面。

设置支撑件14，能有效提高外壳12的抗压能力，防止因机室内气压作用导致的大变形；且实现上支架8与离心机转臂5的精确定位；其一端突出外壳12表面，可实现支架与离心机转臂5的精确定位。

实施例5，如图6和图7所示，

本实施例与实施例4的区别在于：

在上支架8外壳12与转臂5之间设置有两个支撑件14，两个支撑件14以转轴3的轴心线对称设置；在下支架9外壳12与转臂5之间设置有两个支撑件14，两个支撑件14以转轴3的轴心线对称设置。

以转轴3的轴心线对称设置的支撑件14，可以使得离心机保持转动平衡。

实施例6，

本实施例与实施例5的区别在于：

支撑件14为轻质、高强度材料制成。

采用轻质、高强度材料，可以有效的减轻管线敷设结构的质量，提高管线敷设结构的结构强度。

实施例7，

本实施例与实施例6的区别在于：支撑件14为泡沫铝制成。

实施例8，如图2、图3、图5和图6所示，

本实施例与实施例2或实施例3的区别在于：

管接头11为六组，其中两组安装在上支架8外壳12中端上部，其中两组安装在上支架8外壳12的第一端，其中两组安装在上支架8外壳12的第二端，位于上支架8外壳12中端的管接头11分别与两组位于上支架8外壳12两端的管接头11通过管道1连通；电缆插头13为四组，其中两组以转轴3的轴心线对称设置在孔洞内上支架8外壳12的侧壁，其中两组设置在上支架8外壳12两端，孔洞内上支架8外壳12的侧壁设置的一组电缆插头13与上支架8外壳12一端的电缆插头13通过电缆7导通。

总体来说一部分管接头11位于转轴3附近，以便于与离心机供水、供气回路相连；另一部分在外壳12端面，以便于向离心机吊篮6内供水、供气。一部分电缆插头13位于转轴3附近，以便于与离心机供电回路相连；另一部分在外壳12端面，以便于向离心机吊篮6内供电。管接头11和电缆插头13均突出外壳12表面。管道1和电缆7可根据实际需求确定预埋的数量和预埋的位置。

管接头11和电缆插头13的位置设置，能够使得从离心机的转轴3向离心机的吊篮6内供水、供气、供电更加便捷，且位置布置使用到的电缆7和管道1均较少，对管线敷设结构的整体结构强度影响较小。

实施例9，

本实施例与实施例2或实施例3的区别在于：

外壳12采用碳纤维材料制成。

以碳纤维为主体材料的支架强度高、耐候性好，能够适应离心机机室内的环境及承受1000g的离心加速度，通过碳纤维将管道1、电缆7包覆和固定，可为管道1和电缆7提供有效的保护，以保证其在不同离心加速度下的安全使用，防止管道1和电缆7在离心力的作用下发生断裂；碳纤维可塑性好，对于任意形状、尺寸和数量的管道1及电缆7，碳纤维均能在其表面形成有效的粘接覆盖，为其提供有效的支撑和保护，以碳纤维为主体材料的支架重量轻，不会增加转臂5的过多的额外重量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (9)

1.一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，用于从离心机的转轴向离心机的吊篮内供水、供气、供电，其特征在于，管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，管线敷设结构中一体固化成型有管道、电缆，在管道的两端分别连接有管接头，在电缆的两端分别连接有电缆插头；管线敷设结构通过两个管接头分别与转轴上的供水、供气接口和吊篮上的供水、供气接口连接，管线敷设结构通过两个电缆插头分别与转轴上的供电接口和吊篮上的供电接口连接；管线敷设结构以转轴的轴心线对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于，管线敷设结构包括：

上支架；上支架包括外壳，管道、电缆一体成型在外壳内部，上支架外壳的下表面与转臂上部贴合；

下支架；下支架包括外壳，下支架外壳的上表面与转臂下部贴合，上支架外壳和下支架外壳的中部均设置有用于转轴穿过的孔洞；上支架外壳的两侧边分别与下支架外壳的两侧边通过多个连接螺钉连接。

3.根据权利要求2所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：上支架和下支架的表面均光滑连续。

4.根据权利要求2或3所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：在上支架外壳与转臂之间、下支架外壳与转臂之间均设置有支撑件，支撑件的一端突出上支架外壳、下支架外壳的内表面。

5.根据权利要求4所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：在上支架外壳与转臂之间设置有两个支撑件，两个支撑件以转轴的轴心线对称设置；在下支架外壳与转臂之间设置有两个支撑件，两个支撑件以转轴的轴心线对称设置。

6.根据权利要求5所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：支撑件为轻质、高强度材料制成。

7.根据权利要求6所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：支撑件为泡沫铝制成。

8.根据权利要求2或3所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：管接头为六组，其中两组安装在上支架外壳中端上部，其中两组安装在上支架外壳的第一端，其中两组安装在上支架外壳的第二端，位于上支架外壳中端的管接头分别与两组位于上支架外壳两端的管接头通过管道连通；电缆插头为四组，其中两组以转轴的轴心线对称设置在孔洞内上支架外壳的侧壁，其中两组设置在上支架外壳两端，孔洞内上支架外壳的侧壁设置的一组电缆插头与上支架外壳一端的电缆插头通过电缆导通。

9.根据权利要求2或3所述的一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构，其特征在于：外壳采用碳纤维材料制成。