[发明专利]一种高速土工离心机结构

说明书

本发明公开了一种高速土工离心机结构：通过对称兜装整锻转臂结构、水平滑动式对称吊篮结构、采用三支点布局及液体动静压滑动轴承和滚动轴承组合的传动支承结构，确保了高速离心机的容量能达到1500gt，最高离心加速度能达到1500g。且通过对称兜装整锻转臂结构能确保离心机的结构能承受1500g离心场下载荷及其自身结构产生的巨大离心力；通过水平滑动式对称吊篮结构，确保了离心机运转时产生的不平衡力较小，满足平稳运行条件；通过采用三支点布局及液体动静压滑动轴承和滚动轴承组合的传动支承结构，为离心机的高速运行提供了足够的支撑力，有效的控制振动，避免了与基建可能发生的共振，确保离心机加速度能达到1500g。

技术领域

本发明属于离心机技术领域，具体涉及一种高速土工离心机结构。

背景技术

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，全世界已建成土工离心机200余台。通过利用土工离心机高速旋转产生的超重力场，可以有效解决土工模型的缩尺模拟问题，可利用模型真实再现土木工程的原型特性，为研究实际土木工程问题提供了有效的手段。

目前，世界上建成的容量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。国内建成的容量最大的土工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，其最大离心加速度为250g。

随着科学技术的发展，人类对污染物地下长历时迁移、油气成藏、地质构造演变、新材料高通量制备等重大问题开展研究，急需容量达到1500gt(以gt表示，其中g为重力加速度，t为质量单位:吨)、离心加速度达到1500g的高速土工离心机。

现有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。由此可见，现有土工离心机不具备地质演变、环境污染物迁移等重大科研项目进行试验模拟的能力。

导致原因：

土工离心机的研制涉及材料学、结构静力学、动力学、流体力学等多个学科。随着离心机容量和离心加速度的提高，其研制难度也越来越大。在高速离心场下，土工离心机自身结构及其搭载的模型产生的巨大的离心力对结构设计、转动平稳性等带来了巨大的挑战。总之，在现有技术条件下，要研制高速土工离心机还需要解决以下关键技术问题：

1.转臂结构

为了满足实验需求，土工离心机转臂需要在搭载实验模型后进行高速旋转，这使得离心机转臂不但要承受模型旋转产生的离心力，还要承受自身结构产生的离心力。现有土工离心机均采用摆动式吊篮及组装式臂架，该结构在离心机转速较低时能满足设计要求及使用要求。当土工离心机加速度达到1500g时，转臂结构内部的应力大幅升高，在现有材料性能及加工技术能力下，采用传统转臂结构以难实现离心机所需力学特性要求，需要对转臂结构进行改进。

2.传动支承结构

现有土工离心机大多均采用滚动轴承对离心机转动系统进行悬臂支承(即支承系统位于转臂的下端)，该结构便于离心机安装，可设置机载的仪器舱以便于测试设备安装。但是，该结构支撑刚度较弱、固有频率较低。当离心机转速过高时，其临界转速较低，易导致离心机转子系统发生剧烈振动，进而导致离心机转速达不到设计要求，甚至发生倾覆。此外，滚动轴承的承载能力、转速、寿命等也能以满足要求。

3.随着离心机转速的提高及转臂直径的增大，将导致土工离心机旋转时转臂端部线速度达到超音速，诱发音爆，对离心机运行的平稳性造成影响。

为了解决以上问题我方研发出了一种高速土工离心机结构。

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高速土工离心机结构。