一种离心机动平衡调节系统的制作方法

本发明涉及离心机领域，具体为一种离心机动平衡调节系统。

背景技术：

离心机是土工试验和环境模拟试验的重要设备。它通过高速旋转的转子系统产生n倍重力加速度的超重力场，补偿模型因缩尺造成的自重应力损失，在模型尺度产生n倍的缩尺效应、n²倍的缩时效应、n³倍的强化能量效应。

近年来，随着离心试验需求不断提升，迫切需要建设规模更大、转速更高的离心机。而大规模高转速离心机转子系统的平衡性将影响离心机运转的稳定性、安全性和使用寿命。为此，离心机的转子系统一般都设置有平衡调节系统。冉光斌等人通过丝杠推动配重块沿离心机顺臂方向移动的方式设计了一种动平衡调节系统【冉光斌，冯英伟，刘小刚，等.土工振动离心机动平衡调节系统设计.机械设计与研究[j]，2012,28(5)：123-126.】；李心耀等人亦通过丝杠驱动配重块沿离心机顺臂方向移动来实现动平衡调节【李心耀，杨永生，洪建忠.载人离心机平衡调节系统设计.机械设计[j]，2012,29(6)：71-73.】，刘显军等人通过向配重吊篮中的水箱注水方式进行动平衡调节【刘显军，王军，李思忠，等.一种新型平衡自调节系统在土工离心机上的应用.长江科学院院报[j]，2014,31(1)：77-80.】；张志强等人开发了一种向对称转臂两端的水箱注水方式进行平衡调节的动平衡系统【张志强，陈磊，张建全，等.土工离心机动态平衡调节系统：中国，201810843902.x[p].】。

还有一些文献或专利亦涉及到离心机动平衡调节，但综合来看，现有的技术无外乎两种途径：一种通过沿离心机顺臂方向移动配重块来实现动平衡调节，另一种是向转臂的一端或两端的容器中注入液体的方式进行动平衡调节。这两种方式所涉的动平衡调节系统结构较复杂，并须占用离心机转臂较大安装空间，这势必增大离心机转臂的负载和设计难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种离心机动平衡调节系统，通过控制地面油站，经过旋转接头将油输运至转臂，然后向转臂其中一端的两根拉力带减重中心孔中注入适量的油，以达到动平衡调节目的。该发明不仅可实现大不平衡力动态调整，还不占用转臂空间。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种离心机动平衡调节系统，包括两套吊篮、两根拉力带、一套转臂支承、定位装置，两根拉力带通过转臂支承和定位装置联接成一个整体从而形成臂架，吊篮、臂架以及臂架上安装的零部件构成转臂；所述两套吊篮、两根拉力带形状尺寸一致并且对称布置，所述两套吊篮悬挂在拉力带的两端，其特征在于，离心机动平衡调节系统还包括传动系统，传动系统内的主轴与转臂支承固联从而使传动系统主轴带动转臂旋转；拉力带中心设置有中心孔并且中心孔直径相等，中部设置有通气孔；传动系统主轴上设置有中心通孔可敷设油路，两条对称的油路a和油路b，两者均从油站出发，从传动系统主轴中心通孔穿出，达到臂架，并分别沿臂架长度方向分头向两端铺设，当达到臂架端部时，通过三通管接头，将管路一分为二，然后分别铺设至两根拉力带中心孔位置，并固定在拉力带中心孔端部。

进一步的，所述定位装置为定位环，两根拉力带通过转臂支承和定位环联接成一个整体从而形成臂架，两套吊篮悬挂在拉力带的两端，其特征在于：离心机动平衡调节系统还包括传动系统，传动系统内的主轴上端与转臂支承固联，从而可使其带动转臂旋转；传动系统主轴下端与驱动电机的主轴连接，驱动电机主轴的下端联接旋转接头，传动系统主轴和驱动电机主轴均设计有中心通孔从而能够用来敷设管路；所述旋转接头的进油管路与油站联接，旋转接头的输出管路则能够通过所述中心通孔达到臂架；两根拉力带可以整体沿长度方向相对于转臂支承滑动，在拉力带与转臂支承间设置有力传感器，力传感器的一端固定在拉力带上，另一端固定在转臂支承上；拉力带中心设置有中心孔，中部设置有通气孔；系统敷设油路a和油路b，两条油路均从油站出发，经过旋转接头从传动系统主轴中心通孔穿出达到臂架，并分别沿臂架长度方向分头向两端铺设，当达到臂架端部时，通过三通管接头，将管路一分为二，然后分别铺设至两根拉力带中心孔位置，并通过管接头固定在拉力带中心孔端部；两根拉力带尺寸完全一致，且对称布置，两根拉力带的中心孔直径相等；油路的三通管接头安装位置离旋转中心的距离为l1，向拉力带中心孔注油后，其油柱底部离旋转中心的距离为l2，l1须不小于l2。

进一步的，所述定位环设置了六套。

进一步的，所述两套吊篮通过销轴悬挂在拉力带两端。

进一步的，所述传动系统固定在土建基础上。

进一步的，所述传动系统主轴上端通过胀套与转臂支承固联。

进一步的，所述传动系统主轴下端通过联轴器与驱动电机的主轴连接。

本发明的有益效果是：

1、从离心机运转开始，通过力传感器监测转臂的不平衡力，当不平衡力超过限定值时，将控制油站向产生大不平衡力的反方向的拉力带中心孔注油，随着注油量增大，将逐渐减小转臂的不平衡力。当不平衡力小于安全值时，停止注油。在离心机整个运行过程中，只要不平衡力监测值超过限定值，就可以随时进行平衡调节。当试验结束后，离心机将减速并准备停机，当离心机转速很小时，开动油站，将注入到拉力带中心孔内的油抽回，然后再停机，系统可以对离心机进行自动动平衡调节；

2、平衡调节能力基本不受限。拉力带的尺寸规模与离心机规模相对应，小规模离心机虽拉力带尺寸较小，但它对动平衡调节能力要求也较小，而大规模离心机虽对不平衡力调节能力要求较高，其拉力带尺寸规模亦很大。同时，尺寸规模较大的拉力带，为提高拉力带的刚度和降低质量，一般拉力带的中心孔都比较大，这可容纳更多的油，从而提高其动平衡调节能力；

3、结构简单，占用转臂空间较小。本系统合理利用了拉力带已有的中心孔，从而减少了常规动平衡调节系统所需的质量块移动空间或液体容纳箱体的安装空间。

附图说明

图1为本发明不平衡力调节系统总图；

图2为臂架结构图；

图3为拉力带剖视图；

图4为拉力带实体图；

图5为臂架油路布局图；

图6为离心机主轴剖视图；

图7为离心机主轴实体图；

图8为转臂支承示意图；

图9为定位环示意图。

图中，1-吊篮；2-拉力带；3-油路a；4-主轴中心通孔；5-转臂支承；6-油路b；7-定位环；8-拉力带通气孔；9-传动系统；10-传动系统主轴；11-旋转接头；12-油站；13-三通管接头；14-管接头；15-拉力带中心孔。

具体实施方式

下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，离心机转动系统由2套吊篮1、2根拉力带2、1套转臂支承5、6套定位环7和销轴等组成，其中2根拉力带2通过转臂支承5和6套定位环7联接成一个整体，形成臂架。吊篮1、臂架以及臂架上安装的零部件构成转臂。而2套吊篮1通过销轴悬挂在拉力带2两端。传动系统9固定在土建基础上，其内传动系统主轴10上端通过胀套与转臂支承5固联，从而可使传动系统主轴带动转臂旋转，在吊篮1内产生高过载试验环境。传动系统主轴10下端通过联轴器与驱动电机的主轴联接，驱动电机主轴的下端联接旋转接头11。传动系统主轴10设计有中心通孔4，驱动电机主轴也设计有中心通孔，这两者的中心通孔可以敷设管路，这样旋转接头11的输出管路可通过驱动电机主轴中心孔和传动系统主轴中心孔4达到臂架。旋转接头11的进油管路与地面的油站12联接，这样，通过油站12可以控制与之联通的油路的进油和回油。

2根拉力带2可以整体沿长度方向相对于转臂支承5滑动，在拉力带2与转臂支承5间设置有力传感器，力传感器的一端固定在拉力带2上，另一端固定在转臂支承5上，离心机在运转过程中若产生不平衡力，将导致拉力带2相对转臂支承5产生顺臂滑动的趋势，而挤压力传感器，从而可获得不平衡力数值。

试验时，试验模型安装在转臂其中一端的吊篮1内，并在另一端吊篮1内通过配备适当质量的配重以控制转臂运转过程中产生的不平衡力。但因试验模型和配重块的质心难准确测定，而且在运转过程中，试验模型易发生垮塌，而改变质心位置，从而导致不平衡力改变，这将造成不平衡力增大，影响离心机稳定运行。为此，须设计动平衡调节系统。

在本平衡调节系统中，设置了油路a3和油路b6，两者均从油站12出发，经过旋转接头11，从传动系统主轴中心通孔4穿出，达到臂架，并分别沿臂架长度方向分头向两端铺设。当达到臂架端部时，通过三通管接头13，将管路一分为二，然后分别铺设至两根拉力带中心孔15位置，并通过管接头14固定在拉力带中心孔15端部，如图2所示。

拉力带2如图3和图4所示，其中心设置有中心孔15，中部设置有通气孔8。当通过油路向拉力带中心孔15注油时，通气孔8可以将中心孔15内的气体排出，当通过油路将拉力带中心孔15内油抽出时，通气孔可以向拉力带中心孔15进气。

两根拉力带2尺寸完全一致，且对称布置。当需向臂架某端的拉力带2内注油进行平衡调节时，须保证向两根拉力带2内注入的油量一致，否则将产生新的不平衡力。因两根拉力带2的中心孔15直径相等，只要两根拉力带的液面高度相同即可表明二者进油量一致。在离心机运行过程中，忽略重力加速度，油柱高度顺着拉力带2中心孔15长度方向，其底部可近似认为在管接头14出油口(油管内径很小，储油量小，对不平衡力影响很小，可忽略不计)，则向拉力带中心孔15注油后，其油柱底部离旋转中心的距离可表示为l2。为保证臂架某端的单根油路向两根拉力带2中心孔15注油高度一致，根据连通器原理，油路的三通管接头13安装位置离旋转中心的距离l1须不小于l2，如图5所示。

本平衡调节系统工作原理为：从离心机运转开始，通过力传感器监测转动系统的不平衡力，当不平衡力超过限定值时，将控制油站12向产生大不平衡力的反方向的拉力带2中心孔注油，随着注油量增大，将逐渐减小转动系统的不平衡力。当不平衡力小于安全值时，停止注油。在离心机整个运行过程中，只要不平衡力监测值超过限定值，就可以随时进行平衡调节。当试验结束后，离心机将减速并准备停机，当离心机转速很小时，开动油站12，将注入到拉力带中心孔15内的油抽回，然后再停机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。