动配平系统及具备动配平系统的离心机的制作方法

本实用新型属于离心机平衡技术领域，具体涉及动配平系统及具备动配平系统的离心机。

背景技术：

为提供高g值离心场，离心机转臂绕主轴需进行高速转动，为保证整个设备的运行稳定，离心机旋转部分应尽量平衡，即离心机在运转过程中不平衡力应尽量小。不平衡力使得离心机运转过程中产生动载荷进而引起设备振动，导致系统运转平稳性和精度降低、运动噪声增大、运动部件加速磨损、转子无法正常运转、寿命缩短等。而不平衡力一旦超出系统设计阈值，则造成离心机倾覆或移动，造成重大事故。动平衡系统用于实现离心机自动、精确配平，减小离心机工作过程中产生的不平衡力，是离心机转臂高速旋转时稳定、可靠、安全运行的关键部件，对离心机的设备安全至关重要。

目前，离心机动平衡的原理主要分为三类：电机驱动丝杆螺母传动副带动配重块移动、液压驱动配重块移动以及通过向水箱里注水的方式进行配平。

1)电机驱动丝杆螺母传动副带动配重块移动:长沙理工大学150g·t土工离心机动平衡系统采用电机驱动丝杆螺母副的方式与测力系统配合使用对离心机进行在线配平，该离心机动平衡系统移动配重块为200kg，行程约为350mm，调节精度为1mm，能调节的最大不平衡力约为30kN。

2)通过向水箱里注水的方式进行配平:长江水科院曾在其CKY-200型土工离心机上做过用向水箱注水的方式进行动态配平的试验，其工作前提是离心机负载端偏重，即离心机本身不平衡且负载端的离心力大，通过水泵、电磁阀向配重端的水箱内注水来实现配平。

3)液压驱动配重块移动:同济大学150g·t土工离心机动平衡系统采取液压缸推动配重块移动的方式进行配平，其动平衡系统配重块设置在转臂一侧距旋转中心1735mm的拉力带上，配重块重300kg，在距主轴中心1.8m～2.19m之间移动，最大能配78kN的不平衡力。

在以上1)中，电机驱动杆螺母副的动平衡系统，丝杆螺母副要求安装精度高、装配复杂、对工作环境要求较高；另外在离心场下需要保证丝杆的刚度，且电机在高离心场下无法可靠工作，导致丝杆螺母副形式的动平衡系统配平范围较小、只能在较低的离心场下可靠工作。

在以上2)中，水驱动式的动态平衡配平可重复性有限，只能进行有限次数的平衡，待水箱满后需清空水箱才能继续进行配平，若进行多次配平，操作过于复杂，导致试验效率较低。

在以上3)中，目前液压驱动式的动平衡系统，其配重块、执行部件、液压缸均布置在转臂的一侧，对转臂的影响较大；配重块移动距离较短，导致配平效率较低；另外液压系统的液压缸处于高离心场下，其失效风险较大。

为了解决以上问题我方研发出了一种动配平系统及具备动配平系统的离心机。

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动配平系统及具备动配平系统的离心机。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

动配平系统，包括：

相同的第一配重块和第二配重块，第一配重块和第二配重块分别置于旋转装置的转动轴心线的两侧，且第一配重块和第二配重块以旋转装置的转动轴心线对称分布，第一配重块和第二配重块刚性连接；

通过力的作用将第一配重块和第二配重块往相同的方向同步推动的液压缸组件，推动方向与旋转装置的转动中心线垂直，液压缸组件的用力作用输出端与第一配重块和第二配重块连接。

在配平时，移动了两个质量块，能配平不平衡力是移动单个质量块的两倍，拓展了平衡力的配平范围，同时对同样大小的不平衡力进行配平时，配重块移动的距离减半，大大减小了运动时间，提高了配平效率。

具体地，液压缸组件包括第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸，第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸均固定在旋转装置上，第一双作用液压缸的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸的活塞杆的第一端同轴连接，第一双作用液压缸的活塞杆的第二端与第一配重块连接，第三双作用液压缸的活塞杆的第二端与第二配重块连接，第二双作用液压缸的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸的活塞杆的第一端同轴连接，第二双作用液压缸的活塞杆的第二端与第一配重块连接，第四双作用液压缸的活塞杆的第二端与第二配重块连接，第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸以旋转装置的转动轴心线对称分布。

进一步地，动配平系统还包括连接件，连接件包括与上连接件和下连接件，第一双作用液压缸的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸的活塞杆的第一端均为直径大于中端的圆柱体凸台结构，上连接件和下连接件内均设置有半圆柱状的凹槽，上连接件和下连接件组合后全包覆套在第一双作用液压缸的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸的活塞杆的第一端连接处，上连接件和下连接件通过螺钉连接；第二双作用液压缸的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸的活塞杆的第一端均为直径大于中端的圆柱体凸台结构，上连接件和下连接件组合后全包覆套在第二双作用液压缸的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸的活塞杆的第一端连接处。

把活塞杆无间隙固连，连接刚度较大，且连接件由上连接件和下连接件的组合承担配重块的惯性离心力，而不是螺钉来承担配重块的惯性离心力，使连接更加可靠。

进一步地，动配平系统还包括第一比例阀、第二比例阀、第三比例阀、第四比例阀、第一液压锁、第二液压锁、第三液压锁、第四液压锁、第一泵，第一比例阀、第二比例阀、第三比例阀、第四比例阀分别依次对应的控制第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸，第一泵用于第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸的供油，实现第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸的往复运动，第一液压锁、第二液压锁、第三液压锁、第四液压锁依次对应的用于锁定第一双作用液压缸、第二双作用液压缸、第三双作用液压缸、第四双作用液压缸的位置。

采取液压驱动、液压锁可使动配平系统快速响应，可靠锁死在预定位置，使平衡系统有效可靠；四个液压缸两两一组，通过比例阀控制一组内的两个液压缸同步动作，以保证配重块能够沿导轨顺畅移动；不同组的同一轴线上的液压缸活塞杆固连为一体，保证两组液压缸的同步动作，用四个液压缸协同同步驱动配重块，更容易实现较高的控制精度。

更进一步地，动配平系统还包括第二泵，第一双作用液压缸的活塞、第二双作用液压缸的活塞、第三双作用液压缸的活塞和第四双作用液压缸的活塞均设置有静压支撑结构，第二泵用于第一双作用液压缸的活塞的静压支撑结构、第二双作用液压缸的活塞的静压支撑结构、第三双作用液压缸的活塞的静压支撑结构和第四双作用液压缸的活塞的静压支撑结构供油。

更进一步地，动配平系统还包括安装在旋转装置上的四根导轨滑块，第一配重块和第二配重块的两侧均设置有与导轨滑块相匹配的凹槽，第一配重块两侧的凹槽套在两根导轨滑块上并沿两根导轨滑块滑动，第二配重块两侧的凹槽套在两根导轨滑块上并沿两根导轨滑块滑动，与第一配重块配合的两根导轨滑块相互平行，四根导轨滑块两两一组分别以旋转装置的转动轴心线对称分布。

具备动配平系统的离心机，包括：

转臂，转臂内设置有凹槽；

固定在转臂上的多个定位环；

以上所述的动配平系统，动平衡系统对称布置在离心机的转轴两侧，动配平系统安装在转臂内设置的凹槽内，液压缸组件固定安装在多个定位环上。

动平衡系统对称布置在离心机的转轴两侧使动平衡系统在离心场下受力相对对称、均衡，应力集中较小，对转臂添加的外力较小；该布局对转臂影响较小，节约了转臂上表面空间，方便其他设备在转臂上的安装；对称布置使动平衡系统本身在离心场下的惯性离心力在转臂两侧相对平衡，当系统需要移动进行配平时，只需打破平衡，配重块在离心场的作用下可自行移动，使得动平衡系统所使用到的驱动力较小，有效地解决了用小驱动力驱动配重块在离心场下的运动问题，同时减小液压系统的规模，使液压系统更简洁，进而提高了系统的可靠性。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的动配平系统及具备动配平系统的离心机：

1、在配平时，移动了两个质量块，能配平不平衡力是移动单个质量块的两倍，拓展了平衡力的配平范围，同时对同样大小的不平衡力进行配平时，配重块移动的距离减半，大大减小了运动时间，提高了配平效率。

2、把活塞杆无间隙固连，连接刚度较大，且连接件由上连接件和下连接件的组合承担配重块的惯性离心力，而不是螺钉来承担配重块的惯性离心力，使连接更加可靠。

3、采取液压驱动、液压锁可使动配平系统快速响应，可靠锁死在预定位置，使平衡系统有效可靠；四个液压缸两两一组，通过比例阀控制一组内的两个液压缸同步动作，以保证配重块能够沿导轨顺畅移动；不同组的同一轴线上的液压缸活塞杆固连为一体，保证两组液压缸的同步动作，用四个液压缸协同同步驱动配重块，更容易实现较高的控制精度。

4、动平衡系统对称布置在离心机的转轴两侧使动平衡系统在离心场下受力相对对称、均衡，应力集中较小，对转臂添加的外力较小；该布局对转臂影响较小，节约了转臂上表面空间，方便其他设备在转臂上的安装；对称布置使动平衡系统本身在离心场下的惯性离心力在转臂两侧相对平衡，当系统需要移动进行配平时，只需打破平衡，配重块在离心场的作用下可自行移动，使得动平衡系统所使用到的驱动力较小，有效地解决了用小驱动力驱动配重块在离心场下的运动问题，同时减小液压系统的规模，使液压系统更简洁，进而提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型中具备动配平系统的离心机的结构示意图；

图2为本实用新型中部分动配平系统的结构示意图；

图3为本实用新型中动配平系统的液压原理图；

图4为本实用新型中连接件的结构示意图；

图5为本实用新型中连接件的连接剖面结构示意图。

图中：1、动配平系统；11、第一双作用液压缸；12、第二双作用液压缸；13、第三双作用液压缸；14、第四双作用液压缸；15、第一配重块；16、第二配重块；17、连接件；171、上连接件；172、下连接件；18、导轨滑块；19、第一液压锁；20、第二液压锁；21、第三液压锁；22、第四液压锁；23、第一比例阀；24、第二比例阀；25、第三比例阀；26、第四比例阀；27、第一泵；28、第二泵；2、定位环；3、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2所示，动配平系统1，包括：

相同的第一配重块15和第二配重块16，第一配重块15和第二配重块16分别置于旋转装置的转动轴心线的两侧，且第一配重块15和第二配重块16以旋转装置的转动轴心线对称分布，第一配重块15和第二配重块16刚性连接；

通过力的作用将第一配重块15和第二配重块16往相同的方向同步推动的液压缸组件，推动方向与旋转装置的转动中心线垂直，液压缸组件的用力作用输出端与第一配重块15和第二配重块16连接。

在配平时，移动了两个质量块，能配平不平衡力是移动单个质量块的两倍，拓展了平衡力的配平范围，同时对同样大小的不平衡力进行配平时，配重块移动的距离减半，大大减小了运动时间，提高了配平效率。

具体地，液压缸组件包括第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14，第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14均固定在旋转装置上，第一双作用液压缸11的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸13的活塞杆的第一端同轴连接，第一双作用液压缸11的活塞杆的第二端与第一配重块15连接，第三双作用液压缸13的活塞杆的第二端与第二配重块16连接，第二双作用液压缸12的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸14的活塞杆的第一端同轴连接，第二双作用液压缸12的活塞杆的第二端与第一配重块15连接，第四双作用液压缸14的活塞杆的第二端与第二配重块16连接，第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14以旋转装置的转动轴心线对称分布。

如图4和图5所示，进一步地，动配平系统1还包括连接件17，连接件17包括与上连接件171和下连接件172，第一双作用液压缸11的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸13的活塞杆的第一端均为直径大于中端的圆柱体凸台结构，上连接件171和下连接件172内均设置有半圆柱状的凹槽，上连接件171和下连接件172组合后全包覆套在第一双作用液压缸11的活塞杆的第一端与第三双作用液压缸13的活塞杆的第一端连接处，上连接件171和下连接件172通过螺钉连接；第二双作用液压缸12的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸14的活塞杆的第一端均为直径大于中端的圆柱体凸台结构，上连接件171和下连接件172组合后全包覆套在第二双作用液压缸12的活塞杆的第一端与第四双作用液压缸14的活塞杆的第一端连接处。

把活塞杆无间隙固连，连接刚度较大，且连接件17由上连接件171和下连接件172的组合承担配重块的惯性离心力，而不是螺钉来承担配重块的惯性离心力，使连接更加可靠。

如图3所示，进一步地，动配平系统1还包括第一比例阀23、第二比例阀24、第三比例阀25、第四比例阀26、第一液压锁19、第二液压锁20、第三液压锁21、第四液压锁22、第一泵27，第一比例阀23、第二比例阀24、第三比例阀25、第四比例阀26分别依次对应的控制第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14，第一泵27用于第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14的供油，实现第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14的往复运动，第一液压锁19、第二液压锁20、第三液压锁21、第四液压锁22依次对应的用于锁定第一双作用液压缸11、第二双作用液压缸12、第三双作用液压缸13、第四双作用液压缸14的位置。

采取液压驱动、液压锁可使动配平系统1快速响应，可靠锁死在预定位置，使平衡系统有效可靠；四个液压缸两两一组，通过比例阀控制一组内的两个液压缸同步动作，以保证配重块能够沿导轨顺畅移动；不同组的同一轴线上的液压缸活塞杆固连为一体，保证两组液压缸的同步动作，用四个液压缸协同同步驱动配重块，更容易实现较高的控制精度。

更进一步地，动配平系统1还包括第二泵28，第一双作用液压缸11的活塞、第二双作用液压缸12的活塞、第三双作用液压缸13的活塞和第四双作用液压缸14的活塞均设置有静压支撑结构，第二泵28用于第一双作用液压缸11的活塞的静压支撑结构、第二双作用液压缸12的活塞的静压支撑结构、第三双作用液压缸13的活塞的静压支撑结构和第四双作用液压缸14的活塞的静压支撑结构供油。

更进一步地，动配平系统1还包括安装在旋转装置上的四根导轨滑块18，第一配重块15和第二配重块16的两侧均设置有与导轨滑块18相匹配的凹槽，第一配重块15两侧的凹槽套在两根导轨滑块18上并沿两根导轨滑块18滑动，第二配重块16两侧的凹槽套在两根导轨滑块18上并沿两根导轨滑块18滑动，与第一配重块15配合的两根导轨滑块18相互平行，四根导轨滑块18两两一组分别以旋转装置的转动轴心线对称分布。

如图1所示，具备动配平系统1的离心机，包括：

转臂3，转臂3内设置有凹槽；

固定在转臂3上的多个定位环2；

以上所述的动配平系统1，动平衡系统对称布置在离心机的转轴两侧，动配平系统1安装在转臂3内设置的凹槽内，液压缸组件固定安装在多个定位环2上。

动平衡系统对称布置在离心机的转轴两侧使动平衡系统在离心场下受力相对对称、均衡，应力集中较小，对转臂3添加的外力较小；该布局对转臂3影响较小，节约了转臂3上表面空间，方便其他设备在转臂3上的安装；对称布置使动平衡系统本身在离心场下的惯性离心力在转臂3两侧相对平衡，当系统需要移动进行配平时，只需打破平衡，配重块在离心场的作用下可自行移动，使得动平衡系统所使用到的驱动力较小，有效地解决了用小驱动力驱动配重块在离心场下的运动问题，同时减小液压系统的规模，使液压系统更简洁，进而提高了系统的可靠性。

对离心机负载进行动态配平，即需要移动相应的质量抵消系统的不平衡力。根据转臂3结构形式、配重块移动位移及配重块位置，在配平过程中，需要抵抗配重块自身在离心场下的惯性力(离心力)。

配平方案为：在转臂3两侧对称布置两个质量相同的第一配重块15和第二配重块16。初始状态离心机平衡，第一配重块15质心和第二配重块16质心距转轴距离相同，由于两配重块是刚性连接，两配重块的离心力相互抵消，此时第一配重块15和第二配重块16处于平衡状态；当离心机需要配平时，只需极小的驱动力打破两配重块的平衡，两配重块在两侧离心力差值的驱动下自行移动至指定位置即可实现对离心机的配平。之后，向两配重块提供反向力，即可锁定配重块位置，反向力的大小与所需配平的不平衡力相同。

动配平系统1在离心场的移动采用液压驱动：每个配重块用两个双作用液压缸驱动，同一轴线上的驱动不同配重块的双作用液压缸的活塞杆用刚性结构连接在一起，四个双作用液压缸分别用四个比例阀单独控制。其液压原理如图3所示。

双作用液压缸的活塞设计有静压支撑，确保液压缸能够在离心场下有效工作；比例阀中位机能为O型。第一泵27为多个双作用液压缸供油，实现双作用液压缸往复运动，第二泵28为双作用液压缸的活塞静压支撑供油。第一比例阀23和第二比例阀24协同工作，确保第一双作用液压缸11和第二双作用液压缸12的同步运动。第三比例阀25和第四比例阀26协同工作，确保第三双作用液压缸13和第四双作用液压缸14同步运动。每个液压缸配置液压锁，以锁定液压缸位置。第二双作用液压缸12的活塞杆和第三双作用液压缸13的活塞杆通过刚性结构固连，第一双作用液压缸11的活塞杆和第四双作用液压缸14的活塞杆通过刚性结构固连。第一双作用液压缸11和第二双作用液压缸12安装在转轴同一侧，第三双作用液压缸13和第四双作用液压缸14安装在转轴另一侧。当需要两个质量块向左移动时：打开第二泵28和第一泵27，控制第一比例阀23和第二比例阀24、第三比例阀25和第四比例阀26，使第一双作用液压缸11的活塞杆和第二双作用液压缸12的活塞杆及第三双作用液压缸13的活塞杆和第四双作用液压缸14的活塞杆同步向左运动，进而推动两个质量块运动至指定位置。配平完毕后，各比例阀的阀芯处于中间位置，各液压锁把对应的双作用液压缸锁定在指定位置。两个质量块向右移动时各比例阀、双作用液压缸动作与质量块向左移动时类似。

两个配重块在双作用液压缸的驱动下沿导轨滑块18移动，用于实时配平系统的不平衡力；双作用液压缸的活塞杆与配重块之间通过螺纹连接，确保连接刚性以及配重块在离心场下的运动安全；液压缸通过缸体上的法兰固定在定位环2上。

动平衡系统在转臂3上的布局如图1所示。动平衡系统对称布置在转轴两侧，整个系统安装在转臂3内部，液压缸活塞杆与配重块刚性固连，缸体安装在定位环2上，配重块沿安装在转臂3上的导轨移动，导轨除了导向作用外还承担配重块的重力。该布局对转臂3影响较小，节约了转臂3上表面空间，方便其他设备在转臂3上的安装；对称布置使动平衡系统在离心场下受力相对对称均衡，应力集中较小，对转臂3添加的外力较小；另外对称布置使动平衡系统的驱动力较小，减小液压系统的规模，使液压系统更简洁，进而提高了系统的可靠性。

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。