专利名称：土工离心机在线动态平衡调节机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线动态平衡调节机构，尤其涉及一种土工离心机在线动态平衡调节机构。
背景技术：
土工离心模型试验技术是研究许多难以处理的土工问题的有力工具，可直接物理近似或用于原型系统后续分析的计算机程序的验证、校准，土工建模对于发展和理解大型土工系统的基本力学行为是非常有用的。离心模型试验也可用作常规设计和分析技术的有效补充工具，在科研和工程实践中的应用日益广泛。近些年来，中国土工离心模型试验科学技术取得了很大的进步，对大型土工离心机的需求日益增多，在高校及科研院所不断立项建设大型土工离心机就是很好的证明，例如同济大学、浙江大学、成都理工大学、武汉长江水科院等先后都建立起了大型土工离心机。土工离心机的在线动态平衡问题一直是土工离心机设计必须考虑和需要解决的问题。否则，由于较大的偏载将引起设备振动，轻则缩短设备使用寿命，重则引起机毁人亡、建筑物倒塌。所以，设计研究切实可行的在线动态平衡调节机构具有十分重要的工程应用价值。在土工离心机上，中国国内使用的在线动平衡调节机构有两种一种是液压调节平衡机构，执行元件为液压缸，液压缸的活塞杆与动态平衡配重块相连接，通过活塞杆的往复直线运动推移动态平衡配重块，改变其在离心机转臂上的位置，从而使结构质量再分布，实现离心机转臂系统的质心与转动中心重合；另一种是气压调节机构，其基本结构是在转臂的两端设置水箱，水箱里设置气囊，两个水箱储存一定量水并用管路连通；通过调节气囊气压来调节两水箱的水量，进而实现转臂左右平衡调节。上述两种在线动平衡调节机构中，液压调节平衡机构的缺陷在于调节精度相对较低，可靠性不稳定；气压调节机构的缺陷在于结构复杂，调节量有限且额外增加的外载荷大，可靠性也不稳定。另外，以上两种调节结构都必须通过旋转接头从地面向旋转机臂上输送流体(高压气体或高压液压油)，然而，土工离心模型试验往往需要连续运行12小时或则24小时，甚至连续工作时间更长，旋转接头要满足长时间工作且保持很好动静高压密封是十分困难的。旋转接头的使用寿命和土工试验的实际需求是不相匹配的，系统的稳定工作性能难以满足主机运转要求。其它的土工离心机在线动态平衡调节机构目前未见国内报道，包括专利文献和其它非专利文献。
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调节精度高、性能稳定的土工离心机在线动态平衡调节机构。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案本发明包括不平衡力监测装置、动态平衡调节装置和动态平衡配重块，所述不平衡力监测装置的信号输出端与所述动态平衡调节装置的控制信号输入端连接，所述动态平衡调节装置的动力输出端与所述动态平衡配重块连接；所述动态平衡调节装置包括平衡控制器、电机、螺旋升降机和法兰，所述平衡控制器的控制信号输入端与所述不平衡力监测装置的信号输出端连接，所述电机的控制信号输入端与所述平衡控制器的控制信号输出端连接，所述电机的转轴与所述螺旋升降机的输入轴通过联轴器连接，所述法兰通过其中心孔安装在所述螺旋升降机的螺杆上，所述法兰与所述螺杆之间通过螺纹连接，所述法兰的外侧与所述动态平衡配重块连接。当土工离心机处于不平衡状态达到一定程度，比如不平衡力达到2_3t时，不平衡力监测装置会输出对应的感应信号给平衡控制器，在平衡控制器的控制下，电机开始旋转，电机旋转的方向和工作时间的长短，根据检测到的不平衡力的方向和大小确定，电机的旋转动力通过其转轴、联轴器后传递给螺旋升降机，螺旋升降机的输入轴开始旋转，通过螺旋升降机内部的变向传力后，螺旋升降机的螺杆开始旋转，由于螺杆与法兰之间通过螺纹连接，所以螺杆的旋转动力会带动法兰在螺杆上移动，其移动方向为螺杆的轴向方向，法兰带动动态平衡配重块移动，从而实现对土工离心机进行动态平衡调节的目的。调节到平衡状态后，在平衡控制器的控制下，不平衡力监测装置的检测信号不会输出到电机，从而使电机和螺旋升降机停止运行，动态平衡配重块停止运移动，锁定平衡状态，整个调节机构处于静止状态，直到土工离心机再次处于不平衡状态并达到一定程度，比如不平衡力达到2-3t时，整个调节机构又一次重复上述过程。具体的不平衡力起调值由主机的离心机主轴设计强度决定。电机的电源通过电滑环传递电能，这个技术已经非常成熟，保证了本发明运行的可靠性。进一步，所述螺杆的端头通过轴承安装在所述土工离心机的定位环的中心孔内。轴承能够承受离心过载的拉力，确保本发明的安全运行。作为优选，所述动态平衡配重块套装在所述土工离心机的拉力轴上并能在所述拉力轴的轴向方向移动；所述动态平衡配重块与所述拉力轴之间设置有导轨软带。动态平衡配重块的两端分别套装于两根相互平行的拉力轴上，拉力轴不仅是动态平衡配重块平稳运行的导向机构，同时也是动态平衡配重块在高过载离心场下所受切向力的承载机构，使整个系统在运行时更加平稳。具体地，所述平衡控制器可以为中央处理器，这样能完全实现自动控制。所述平衡控制器也可以包括显示器和手动开关，所述显示器的信号输入端与所述不平衡力监测装置的信号输出端连接，所述手动开关与所述电机的控制信号输入端连接；进一步，所述平衡控制器还包括报警器，所述报警器的信号输入端与所述不平衡力监测装置的信号输出端连接。这种结构可实现管理人员根据视频或音频信号了解不平衡状态，再手动控制电机的运行，达到土工离心机在线动态平衡调节的目的。作为优选，所述电机为减速电机。减速电机的工作更加稳定可靠。本发明的有益效果在于本发明采用电机作为动力源，便于利用成熟的电滑环技术持续提供能源，能够适应长时间在线动态平衡调节；采用螺旋升降机来作为执行元件，不仅满足了离心场下的动态调节功能，而且满足了平衡状态下的断电自锁功能，不但调节精度高，而且工作稳定可靠，并节约了电能；通过在螺杆的端头设置轴承，能够承受离心过载的拉力，确保本发明的、安全运行；以拉力轴为导向和切向承载机构，通过在动态平衡配重块与拉力轴之间设置有导轨软带，在满足了使用要求的同时，简化了结构，降低了成本；系统各元件都能方便地拆卸，易于检修维护或更换。
图I是本发明所述土工离心机在线动态平衡调节机构应用中的立体结构示意图；图2是本发明所述土工离心机在线动态平衡调节机构在螺杆轴向方向的剖视结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步具体描述如图I和图2所示，本发明包括安装于土工离心机的拉力轴5上的不平衡力监测装置(在传统的液压调节机构中均有应用，所以图中未示出)、动态平衡调节装置和动态平衡配重块6，所述动态平衡调节装置包括平衡控制器(图中未示出)、减速电机3、螺旋升降机I和法兰7，平衡控制器的控制信号输入端与不平衡力监测装置的信号输出端连接，减速电机3的控制信号输入端与平衡控制器的控制信号输出端连接，减速电机3的转轴与螺旋升降机I的输入轴通过联轴器2连接，法兰7通过其中心孔安装在螺旋升降机I的螺杆8上，法兰7与螺杆8之间通过螺纹连接，法兰7的外侧与动态平衡配重块6连接，动态平衡配重块6套装在土工离心机的拉力轴5上并能在拉力轴5的轴向方向移动，动态平衡配重块6与拉力轴5之间设置有导轨软带(图中未示出)。减速电机3和螺旋升降机I均固定安装在土工离心机的本体4上。根据实际应用要求，平衡控制器可以为中央处理器(图中未示出)，这样能完全实现自动控制；平衡控制器也可以包括显示器、报警器和手动开关(图中未示出)，显示器和报警器的信号输入端与不平衡力监测装置的信号输出端连接，手动开关与减速电机3的控制信号输入端连接，这种结构可实现管理人员根据来自于显示器的视频信息或来自于报警器的音频信号了解不平衡状态，再手动控制减速电机3的运行，达到土工离心机在线动态平衡调节的目的。如图2所示，螺杆8的端头通过轴承10安装在土工离心机的定位环9的中心孔内。轴承10能够承受离心过载的拉力，确保本发明的安全运行。结合图I和图2，本发明的工作原理如下当土工离心机处于不平衡状态并达到一定程度，比如不平衡力达到2-3t (不平衡力较小时土工离心机能够承受，不需调节，否则调节频率太高)时，不平衡力监测装置会输出对应的感应信号给平衡控制器，在平衡控制器的控制下，减速电机3开始旋转，减速电机3旋转的方向和工作时间的长短，根据检测到的不平衡力的方向和大小确定，减速电机3的旋转动力通过其转轴、联轴器2后传递给螺旋升降机1，螺旋升降机I的输入轴开始旋转，通过螺旋升降机I内部的变向传力后，螺旋升降机I的螺杆8开始旋转，由于螺杆8与法兰7之间通过螺纹连接，所以螺杆8的旋转动力会带动法兰7在螺杆8上移动，其移动方向为螺杆8的轴向方向，法兰7带动动态平衡配 重块6移动，从而实现对土工离心机进行在线动态平衡调节的目的。调节到平衡状态后，在平衡控制器的控制下，不平衡力监测装置的检测信号不会输出到减速电机3，从而使减速电机3和螺旋升降机I停止运行，动态平衡配重块6停止运移动，锁定平衡状态，整个调 节机构处于静止状态，直到土工离心机再次处于不平衡状态并达到一定程度，比如不平衡力达到2-3t时，整个调节机构又一次重复上述过程。减速电机3的电源通过电滑环(图中未示出)传递电能，这个技术已经非常成熟，保证了本发明运行的可靠性。
权利要求
1.ー种土工离心机在线动态平衡调节机构，包括不平衡カ监测装置、动态平衡调节装置和动态平衡配重块，所述不平衡カ监测装置的信号输出端与所述动态平衡调节装置的控制信号输入端连接，所述动态平衡调节装置的动カ输出端与所述动态平衡配重块连接；其特征在于所述动态平衡调节装置包括平衡控制器、电机、螺旋升降机和法兰，所述平衡控制器的控制信号输入端与所述不平衡カ监测装置的信号输出端连接，所述电机的控制信号输入端与所述平衡控制器的控制信号输出端连接，所述电机的转轴与所述螺旋升降机的输入轴通过联轴器连接，所述法兰通过其中心孔安装在所述螺旋升降机的螺杆上，所述法兰与所述螺杆之间通过螺纹连接，所述法兰的外侧与所述动态平衡配重块连接。
2.根据权利要求I所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述螺杆的端头通过轴承安装在所述土工离心机的定位环的中心孔内。
3.根据权利要求I所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述动态平衡配重块套装在所述土工离心机的拉カ轴上井能在所述拉カ轴的轴向方向移动。
4.根据权利要求3所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述动态平衡配重块与所述拉カ轴之间设置有导轨软帯。
5.根据权利要求I所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述平衡控制器为中央处理器。
6.根据权利要求I所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述平衡控制器包括显示器和手动开关，所述显示器的信号输入端与所述不平衡カ监测装置的信号输出端连接，所述手动开关与所述电机的控制信号输入端连接。
7.根据权利要求6所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于 所述平衡控制器还包括报警器，所述报警器的信号输入端与所述不平衡カ监测装置的信号输出端连接。
8.根据权利要求I或6所述的土工离心机在线动态平衡调节机构，其特征在于所述电机为减速电机。
全文摘要
本发明公开了一种土工离心机在线动态平衡调节机构，包括不平衡力监测装置、动态平衡调节装置和动态平衡配重块；动态平衡调节装置包括平衡控制器、电机、螺旋升降机和法兰，平衡控制器的信号端分别连接于不平衡力监测装置和电机的控制信号输入端之间，电机的转轴与螺旋升降机的输入轴通过联轴器连接，法兰通过其中心孔安装在螺旋升降机的螺杆上，法兰与螺杆之间通过螺纹连接，法兰的外侧与动态平衡配重块连接。本发明采用电机作为动力源，便于利用成熟的电滑环技术持续提供能源；采用螺旋升降机来作为执行元件，不仅满足了离心场下的动态调节功能，而且满足了平衡状态下的断电自锁功能，不但调节精度高，而且工作稳定可靠，并节约了电能。
文档编号B04B13/00GK102652929SQ20121011291
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者吴文凯, 张鸣雷, 杨永生, 罗昭宇, 蒋春梅, 赵宝忠, 黎启胜 申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所