土工离心机动态平衡调节系统的制作方法

本实用新型属于土工离心机动态平衡技术领域，具体涉及土工离心机动态平衡调节系统。

背景技术：

土工离心机试验模型重量一般非常大，且远离转轴中心。在高离心场下，少许的不平衡质量所造成的影响都会被成N倍的放大。而土工模型形状复杂、质地松软不均匀，在试验过程中质心改变不可避免。特别是做溃坝试验时，模型大范围垮塌所造成的质心变化将会非常大。

而动不平衡载荷是影响离心机振动的主要因素，轻者降低离心机运转平稳性，加速运动部件磨损，缩短机器使用寿命；重者使轴承损坏或转速难以达到设计指标；更甚者，当不平衡载荷超过支撑结构的设计阀值时，将可能引起主轴疲劳断裂，甚至整个主机结构的倾覆危险。因此，除试验前的静态配平外，动平衡调节系统设计的好坏是决定土工离心机设计品质的关键技术之一。

目前，土工离心机的动平衡调节方式主要有以下几类：

第一类是在离心机转臂上安装配重块，通过电机或者液压系统驱动配重块运动来平衡不平衡载荷作用。(土工离心机在线动态平衡调节机构，专利号：201210112913.3)

第二类是在转臂两端安装水箱，通过高压气源来推动水箱中的水来调整转臂两端的动不平衡。(孙述祖.土工离心机设计综述(三),水利水运科学研究,1991,9(3))

第三类是用水箱来取代配重吊篮内的配重块。在离心机运转过程中试验端产生不平衡力时，向水箱内注水来进行平衡调节。(土工离心机新型平衡自调节系统，专利号：201320405085.2)

上述第一类平衡调节机构的缺点是：配重块尺寸较大，安装空间受限；配平能力有限；系统组成复杂；系统可靠性差，不适用在高离心场下使用。

导致上述缺点的原因是：离心机转臂内部空间有限，配重块移动距离和配重块尺寸均存在较大限制，从而导致配平能力受限；电机驱动需要大功率电机、丝杆以及保证同步性的机构等，液压驱动则需要电机、蓄能器以及相应配套组件等，两种驱动方式组成均较为复杂；在高离心场下，电机的可靠性、丝杆的刚度都不能得到很好保证，液压驱动机构的管路、管接头密封性能很难得到保证。

上述第二类平衡调节机构的缺点是：配平能力有限，系统结构复杂，不适用于高离心场。

导致上述缺点的原因是：水箱内部水的移动质量和距离受限，导致系统配平能力不足；配平系统需配备气瓶或者空压机、高压调节气阀等结构，系统组成复杂；高离心场下管路、阀门气密性不易保证，且控制元件处于高离心场下，系统可靠性不高。

上述第三类平衡调节机构的缺点是：水箱空间有限，动态配平能力低，只能进行单向配平。

导致上述缺点的原因是：用水箱放在配重吊篮内取代配重块，其首先需要保证静配平能力，其次才能进行动态配平。而水箱尺寸有限，且水密度小，用作静态配平时已占据水箱大量空间，导致系统动态配平能力大打折扣。此外，由于只在配重端配备水箱，因此只能进行单向配平。

为了解决以上问题我方研发出了一种土工离心机动态平衡调节系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种土工离心机动态平衡调节系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

土工离心机动态平衡调节系统，安装在土工离心机上并用于其动平衡调节，动态平衡调节系统包括：

安装在土工离心机转臂支承上的用于储水的高位水箱；

安装在土工离心机转臂支承两侧转臂上的偶数个端头水箱，位于转臂支承两侧的端头水箱相对于土工离心机的回转中心对称安装，高位水箱的安装位置高于端头水箱的安装位置；

安装在土工离心机上的用于连通高位水箱与端头水箱的多根管路，一根管路的一端与高位水箱连通，另一端与一个端头水箱连通；每根管路上均设置有用于送水开闭控制的伺服阀和用于水流量统计的流量计。

高位水箱的安装位置高于端头水箱的安装位置，可保持高位水箱与端头水箱间存在一定高度差，便于向端头水箱放水。

具体地，每个端头水箱均包括两个半圆柱水箱，两个半圆柱水箱上下拼接，并将转臂夹持在两个半圆柱水箱之间，两个半圆柱水箱的两端分别固定在土工离心机的两个定位环上，定位环固定安装在拉力带上；每个半圆柱水箱均通过一根管路与高位水箱连通，每根管路上均设置有伺服阀和流量计。

端头水箱安装于两个定位环之间，通过定位环承受端头水箱及内部水所产生的离心力作用。

优选地，端头水箱远离土工离心机的回转中心安装；伺服阀和流量计靠近土工离心机的回转中心安装。

避免伺服阀和流量计产生过大的离心力作用影响其工作性能，保证其可靠性。

具体地，转臂支承上设置有水箱安装座，高位水箱安装在水箱安装座上。

每个半圆柱水箱均通过一根管路与高位水箱的底端连通。

优选地，半圆柱水箱内部为隔层加筋结构。

因在高g值下半圆柱水箱需承受极大离心力作用，因此，端头水箱设计成隔层加筋结构，保证水箱整体具有足够的强度要求。

优选地，土工离心机的转臂为双圆柱形拉力带结构，端头水箱为四个，转臂支承的每侧转臂上设置两个端头水箱，同一个端头水箱的两个半圆柱水箱上下拼接，并将转臂的一圆柱形拉力带夹持在两个半圆柱水箱之间。

优选地，土工离心机的回转中心在高位水箱的轴心线上。

可避免高位水箱处于高离心场下承受较大离心力作用。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的土工离心机动态平衡调节系统：

1、通过向端头水箱中注水进行配平，远端端头水箱处离心场大，所需配平水量小，因此在安装空间受限时，可大大提高配平能力。且随离心场g值提高，配平能力随之提高。

2.动态平衡调节系统有效利用离心力及水的自重作用进行注水，无需增设驱动装置，大大简化了系统组成。

3.动态平衡调节系统在高离心场区域内不存在电机等受离心场影响工作性能稳定性的元件，系统可靠性更高，受离心场限制小，使用范围更广。

附图说明

图1为本实用新型的安装结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型中端部水箱的结构示意图。

图中：1、转臂支承；2、水箱安装座；3、动态平衡调节系统；31、高位水箱；32、伺服阀；33、流量计；34、管路；35、端头水箱；4、定位环；5、拉力带；6、配重吊篮；7、试验吊篮；8、转臂。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-图2所示，土工离心机动态平衡调节系统3，安装在土工离心机上并用于其动平衡调节，动态平衡调节系统3包括：安装在土工离心机转臂支承1上的用于储水的高位水箱31；安装在土工离心机转臂支承1两侧转臂8上的偶数个端头水箱35，位于转臂支承1两侧的端头水箱35相对于土工离心机的回转中心对称安装，高位水箱31的安装位置高于端头水箱35的安装位置；安装在土工离心机上的用于连通高位水箱31与端头水箱35的多根管路34，一根管路34的一端与高位水箱31连通，另一端与一个端头水箱35连通；每根管路34上均设置有用于送水开闭控制的伺服阀32和用于水流量统计的流量计33。

高位水箱31的安装位置高于端头水箱35的安装位置，可保持高位水箱31与端头水箱35间存在一定高度差，便于向端头水箱35放水。

每个端头水箱35均包括两个半圆柱水箱，两个半圆柱水箱上下拼接，并将转臂8夹持在两个半圆柱水箱之间，两个半圆柱水箱的两端分别固定在土工离心机的两个定位环4上，定位环4固定安装在拉力带5上；每个半圆柱水箱均通过一根管路34与高位水箱31连通，每根管路34上均设置有伺服阀32和流量计33。

端头水箱35安装于两个定位环4之间，通过定位环4承受端头水箱35及内部水所产生的离心力作用。

端头水箱35远离土工离心机的回转中心安装；伺服阀32和流量计33靠近土工离心机的回转中心安装。

避免伺服阀32和流量计33产生过大的离心力作用影响其工作性能，保证其可靠性。

转臂支承1上设置有水箱安装座2，高位水箱31安装在水箱安装座2上。

每个半圆柱水箱均通过一根管路34与高位水箱31的底端连通。

如图3所示，半圆柱水箱内部为隔层加筋结构。

因在高g值下半圆柱水箱需承受极大离心力作用，因此，端头水箱35设计成隔层加筋结构，保证水箱整体具有足够的强度要求。

土工离心机的转臂8为双圆柱形拉力带结构，端头水箱35为四个，转臂支承1的每侧转臂8上设置两个端头水箱35，同一个端头水箱35的两个半圆柱水箱上下拼接，并将转臂8的一圆柱形拉力带夹持在两个半圆柱水箱之间。

土工离心机的回转中心在高位水箱31的轴心线上。

可避免高位水箱31处于高离心场下承受较大离心力作用。

本实用新型中多个伺服阀32、多个流量计33均相对于土工离心机的回转中心对称安装。

本实用新型中土工离心机还包括由转臂支承1、定位环4和拉力带5组成的转臂8；配重吊篮6、试验吊篮7，这些均属于土工离心机的基础组成结构，在这里不做敷述。

本实用新型在使用时候会配合安装在转臂支承1处的传感器，以及上位机，当试验端模型质心发生变化产生不平衡力时，系统通过转臂支承1处的传感器测得不平衡力大小并上传至上位机。上位机通过当前离心机工作g值以及不平衡力大小解算出平衡所需水量，并发出指令控制对应地伺服阀32动作，水在离心力作用下从高位水箱31自动流入端头水箱35，并通过流量计33监测水量，保证注水量精度。在实时监测下，动态平衡调节系统3发生动作实现平衡调节功能。

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。