[发明专利]一种大容量高速土工离心机

说明书

本发明公开了一种大容量高速土工离心机，该机采用双吊篮对称叠臂结构，可避免常规试验所需功能模块在高离心场下承受过高离心力而损坏，利于控制转臂产生较大不平衡力；主轴采用上下支承方式，可增大主机承载不平衡力能力和降低轴承负载；采用高速低真空运行方式，可降低转臂在高离心加速度运行过程中产生的风阻和避免转臂端头超音速带来音爆音障；采用同步电机直接驱动方式，可提高离心机主机承载离心试验过程中产生的冲击振动能力；离心机主机通过固定在土建基础上的预埋件与土建基础联接，增强了主机与土建基础联接的可靠性，提高了主机抗倾覆力能力；整机为容量超过1000gt、离心加速度高于1000g土工离心机，能够模拟岩土工程领域重大科研项目。

技术领域

本发明涉及一种离心机，尤其涉及一种能对岩土工程领域重大科研项目进行模拟试验的大容量高速土工离心机。

背景技术

近年来，随着大型岩土工程的不断涌现，常重力下的缩尺模型已不能再现原型特性，迫切需要超重力技术解决缩尺模拟问题。利用高速旋转的离心机产生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。

自1931年世界上第一台半径为0.25m的土工离心机在美国哥伦比亚大学诞生以来，经数十年的发展，目前全世界土工离心机已有200余台。利用这些土工离心机，在解决实际岩土工程问题过程中，取得了巨大成就。

然而，世界上容量超过500g·t的大型土工离心机却不到10台。其中最大的离心机是法国Actidyn公司1995年为美国陆军工程师兵团水道试验站(WES)建成1144g·t离心机，该离心机半径7m，最大离心加速度350g。我国最大的离心机是中国物理工程研究院总体工程研究所为成都理工大学研制的500g·t土工离心机，以及正为郑州大学研制的600g·t土工离心机。前者最大离心加速度为250g，后者最大离心加速度为200g。

现有的土工离心机可进行常规土工离心模拟试验，并已取得了较好成效，但因其最大容量有限，承载的试验模型较小，同时，其最大离心加速度也较低，亦不能为较小的试验模型提供较大的离心场。现有的土工离心机不具备对300米以上高坝安全性、千米级深地深海工程、百年跨度地下环境污染、平方公里尺度城市抗震、千米尺度飞行器撞击及高能爆炸等重大科研项目进行试验模拟的能力。

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大容量高速土工离心机。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种大容量高速土工离心机，包括土建基础，所述土建基础内设置有同步电机、旋转接头、转臂、竖直安装的主轴和用于支撑所述主轴的传动支承，所述转臂上安装有吊篮，所述土建基础内从上至下依次设置有三层机室，所述土建基础的外顶面设置有上仪器舱支架及安装在所述上仪器舱支架上的上仪器舱，所述主轴的上端与所述上仪器舱通过传动轴连接，所述转臂设置在中层机室，所述同步电机和所述旋转接头均设置在下层机室，所述旋转接头连接在所述同步电机的下转动端；

所述主轴的下端依次穿过上层机室、中层机室并延伸至下层机室，所述主轴的下端通过联轴器与所述同步电机的上转动端连接；

所述传动支承有两个，且分别为上传动支承和下传动支承，所述上传动支承固定安装在上层机室内的顶部，所述下传动支承固定安装在中层机室内的底部，所述主轴贯穿两个所述传动支承；

所述转臂包括主臂和叠装在所述主臂上的辅臂，所述辅臂与所述主臂之间为可拆卸式连接结构，上层机室内设置有用于安装辅臂的辅臂防护舱，所述辅臂防护舱与中层机室内部相通；

所述吊篮包括两个高速吊篮和两个低速吊篮，所述主臂以所述主轴为中心对称设置有两个用于连接高速吊篮的铰接位和两个用于连接低速吊篮的铰接位。

作为本专利选择的一种技术方案，所述主臂设置有辅臂限位孔，所述辅臂安装于所述主臂的辅臂限位孔内并通过紧固螺栓固定。