一種超大型離心機離散化組合式臂架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超大型離心機離散化組合式臂架，包括兩個拉力帶和連接于兩個拉力帶之間的多個相互平行且間隔排列的連接板，拉力帶的中段安裝有轉臂支承板，拉力帶由多個拉力帶模塊通過連接件連接而成，不同的拉力帶模塊的徑向截面面積相同或不同，拉力帶上以轉臂支承板為中部到兩個端頭的徑向截面面積分別呈階梯狀逐漸減小的結構。本發(fā)明通過將拉力帶設計為模塊化結構，并將不同拉力帶模塊的徑向截面面積進行差異化設計，實現(xiàn)了分散加工和運輸，現(xiàn)場組裝方便，提高了制造、運輸和應用的可行性，減少了荷載浪費、減少了材料、降低了研制成本，在滿足超大型離心機臂架應用要求的前提下降低了整個臂架的總重量。
【專利說明】一種超大型離心機離散化組合式臂架

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離心機臂架，尤其涉及一種超大型離心機離散化組合式臂架。

【背景技術】
[0002]離心機是一種利用旋轉離心力來模擬特定超重力場加速度環(huán)境的重要科學試驗裝置，廣泛應用于航空、航天、航海、兵器、交通、水利、醫(yī)療、能源及地球物理等領域的基礎研究和產(chǎn)品研制，為國防建設、科學研究和國民經(jīng)濟建設等相關領域發(fā)展提供了重要的研究手段。
[0003]離心機的主要載荷是轉動系統(tǒng)中吊籃、試件以及配重質量在高達數(shù)百g離心場下產(chǎn)生的離心力。幾千噸離心力完全是由轉臂系統(tǒng)承擔的，而且其結構形式的選擇直接關系到離心機風阻和慣性功率的大小。因此，轉臂系統(tǒng)的設計是離心機尤其是大型離心機中最關鍵的部分。
[0004]隨著相關科學研究的不斷發(fā)展和深入，為滿足不斷增加的試件尺寸和試驗精度要求，離心機試驗裝置的有效半徑不斷增加，半徑達到及超過12米的超大型離心機研制需求不斷提出。隨之而來的是離心機的轉臂結構尺寸超過了 20米，重量達到了數(shù)百噸，對離心機轉臂系統(tǒng)的結構設計，以及相關的制造、運輸和現(xiàn)場安裝帶來了挑戰(zhàn)。
[0005]通常，轉臂系統(tǒng)中的核心結構——臂架結構支撐在傳動系統(tǒng)的主軸上，驅動系統(tǒng)產(chǎn)生的扭矩通過主軸帶動整個轉臂系統(tǒng)旋轉，臂架的兩端聯(lián)接著吊籃和配重系統(tǒng)。臂架結構主要承受離心力、吊籃和試件質量在離心場下產(chǎn)生的拉力、轉臂水平面的驅動力矩以及自重產(chǎn)生的彎矩。其中沿轉臂長度方向的離心力是主要載荷，通?？梢赃_到幾千噸。
[0006]臂架為懸臂梁結構，其主要形式包括焊接箱體結構、焊接或螺栓聯(lián)接的框架式結構、整體梁式結構和復合梁式結構等。不論是哪種結構形式，其共性是:臂架結構中都有整體結構件承受巨大的離心拉力，也就是所謂的拉力帶結構。拉力帶的截面可以根據(jù)具體情況設計成不同形式，較為典型的是圓形、圓環(huán)形和矩形截面。離心機臂架系統(tǒng)通常包括兩條以上的拉力帶結構，拉力帶通過橫梁、定位環(huán)等結構，采用焊接或螺接的方式聯(lián)接成為一個整體承力結構，滿足傳遞力矩和抵抗彎矩的要求。其中拉力帶為承受離心和重力的主要結構，在離心加速度高的設備中通常采用整體鍛件或軋制板材作為拉力帶主要結構件，對這些材料的力學性能和加工質量特性要求嚴格。
[0007]由于傳統(tǒng)離心機的拉力帶承力結構為整體式，隨著離心機有效半徑和容量的增力口，超大型離心機的臂架結構尺寸達到20米以上，整體質量可超過200t，由高強度合金鋼鍛造而成的拉力帶，不僅要求采用大噸位的鍛壓設備、而且對材料質量的高要求導致大型鍛件的合格率較低；臂架系統(tǒng)由于超長、超重帶來了加工工藝難度增加、整體運輸困難和現(xiàn)場安裝難度大等問題，研制成本倍增。另外，傳統(tǒng)拉力帶在其長度方向不同部位的徑向截面面積(或寬度)相同，但拉力帶在其長度方向不同部位的實際受力大小是不同的，為了滿足最大受力處的承受需求，拉力帶的其它受力較小的部位的徑向面積(或寬度)也較大，導致了材料浪費和成本增加，同時也為運輸和安裝增加了更多的成本。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種模塊化、變截面的超大型離心機離散化組合式臂架。
[0009]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的:
[0010]一種超大型離心機離散化組合式臂架，包括兩個拉力帶和連接于兩個所述拉力帶之間的多個相互平行且間隔排列的連接板，所述拉力帶的中段安裝有轉臂支承板，所述拉力帶由多個拉力帶模塊通過連接件連接而成，不同的所述拉力帶模塊的徑向截面面積相同或不同，所述拉力帶上以所述轉臂支承板為中部到兩個端頭的徑向截面面積分別呈階梯狀逐漸減小的結構。
[0011]上述結構中，拉力帶由多個拉力帶模塊構成，所以無論整個拉力帶有多大體積和多長長度，都可以分散加工和運輸，再現(xiàn)場組裝；根據(jù)拉力帶模塊與轉臂支撐板之間的不同距離確定拉力帶模塊的徑向截面面積，能根據(jù)該模塊所受的實際離心拉力確定其大小，從而使每個拉力帶模塊所受到的離心拉力盡量接近其承受荷載。
[0012]具體地，所有的所述拉力帶模塊中，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度；或者，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的水平寬度大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的水平寬度；或者，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度和水平寬度分別大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度和水平寬度。這些結構均能實現(xiàn)改變拉力帶模塊的徑向截面面積的目的。當拉力帶模塊為下述結構即包括兩塊單板時，拉力帶模塊的水平寬度指單板在水平方向的厚度。
[0013]所述拉力帶模塊包括兩塊豎直排列且相互平行的單板，所述連接件同時與所述連接板的端頭和相鄰的兩個所述拉力帶模塊的單板的端頭連接。采用兩個單板組合的結構，既便于拉力帶模塊、連接板和連接件之間的連接，又具有連接穩(wěn)固，便于加工和拆卸的優(yōu)點。
[0014]作為優(yōu)選，所述連接件包括大致呈“十”字形的四個端頭，所述連接件的其中三個端頭、所述連接板的兩個端頭和所述拉力帶模塊的單板的兩個端頭均設有小錐角連接孔，所述小錐角連接孔內安裝有高強度小錐角合金襯套，所述高強度小錐角合金襯套內安裝有連接錐銷，所述連接錐銷通過鎖緊螺母鎖緊；所述連接件上設有所述小錐角連接孔的三個端頭中，其中一個端頭穿過相鄰的兩個所述拉力帶模塊之間的一側空隙后通過所述連接錐銷與所述連接板連接，另外兩個端頭分別置于相鄰的兩個所述拉力帶模塊的兩個單板的端頭之間并分別通過所述連接錐銷連接，所述連接件上沒有設置所述小錐角連接孔的一個端頭置于相鄰的兩個所述拉力帶模塊之間的另一側空隙內。連接錐銷采用極小錐角，它既可以保證準確定位又可以消除間隙，同時極小錐角(處于摩擦角內)產(chǎn)生較小的軸向力。由于小錐角連接孔即銷孔處存在較大的承受載荷，會產(chǎn)生較大的接觸應力，所以在小錐角連接孔內安裝有錐角相同的高強度小錐角合金襯套，高強度小錐角合金襯套通過連接錐銷與鎖緊螺母進行預緊。
[0015]為了確保連接件與連接板之間連接穩(wěn)固，所述連接件上與所述連接板連接的端頭還通過緊固螺栓與所述連接板緊固連接。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明通過將拉力帶設計為模塊化結構，實現(xiàn)了分散加工和運輸，現(xiàn)場組裝方便，在滿足超大型離心機臂架的應用要求的前提下，提高了制造、運輸和應用的可行性，降低了研制成本；通過將不同拉力帶模塊的徑向截面面積進行差異化設計，使每一個拉力帶模塊所受到的離心拉力盡量接近其承受荷載，這樣可以實現(xiàn)整個拉力帶的最大化利用，減少荷載浪費、減少材料、節(jié)約成本，并降低整個臂架的總重量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是包含本發(fā)明所述組合式臂架的超大型離心機的立體圖；
[0019]圖2是本發(fā)明所述超大型離心機離散化組合式臂架的主視圖；
[0020]圖3是本發(fā)明所述超大型離心機離散化組合式臂架的局剖俯視圖；
[0021]圖4是圖3中“A”部的放大圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0023]如圖1所示，本發(fā)明所述超大型離心機離散化組合式臂架包括兩個拉力帶3和連接于兩個拉力帶3之間的多個相互平行且間隔排列的連接板2，拉力帶3的中段安裝有轉臂支承板4，轉臂支承板4用于連接臂架和主軸(圖中未標記)；為了便于對離心機整體的理解，圖1中還示出了用于支撐臂架的鐘罩6，以及分別位于臂架兩端的吊籃I和用于實現(xiàn)平衡的配重塊5。主軸通過轉臂支承板4帶動臂架轉動，臂架帶動吊籃I和配重塊5轉動，吊籃I內裝有實驗試件，實驗試件在旋轉過程中被采集各種離心實驗數(shù)據(jù)，達到實驗的目的。
[0024]如圖2、圖3和圖4所示，拉力帶3由多個拉力帶模塊7通過連接件9連接而成，不同的拉力帶模塊7的徑向截面面積不同(也可以部分相同)，拉力帶3上以轉臂支承板4為中部到兩個端頭的徑向截面面積分別呈階梯狀逐漸減小的結構。在本例中，每一個拉力帶模塊7自身的徑向截面面積和豎直寬度是一致的，除了與轉臂支承板4對應的拉力帶模塊7在拉力帶3的軸向方向的長度要長一些外，其它的拉力帶模塊7的長度均相同；所有的拉力帶模塊7中，靠近轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度大于遠離轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度；或者，靠近轉臂支承板4的拉力帶模塊7的水平寬度大于遠離轉臂支承板4的拉力帶模塊7的水平寬度；或者，靠近轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度和水平寬度分別大于遠離轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度和水平寬度；這里的拉力帶模塊7的水平寬度是指單板71在水平方向的厚度。
[0025]如圖3和圖4所示，拉力帶模塊7包括兩塊豎直排列且相互平行的單板71，不同的拉力帶模塊7的單板71的厚度可以相同或不同，連接件9包括大致呈“十”字形的四個端頭(圖中未標記)，連接件9的其中三個端頭、連接板2的兩個端頭和拉力帶模塊7的單板71的兩個端頭均設有小錐角連接孔(圖中未標記)，所述小錐角連接孔內安裝有高強度小錐角合金襯套11，高強度小錐角合金襯套11內安裝有小錐角的連接錐銷8，連接錐銷8通過鎖緊螺母(圖中未標記)鎖緊；連接件9上設有所述小錐角連接孔的三個端頭中，其中一個端頭(即圖4中上部的端頭)穿過相鄰的兩個拉力帶模塊7之間的一側空隙后通過連接錐銷8與連接板2連接，另外兩個端頭(即圖4中左部和右部的端頭)分別置于相鄰的兩個拉力帶模塊7的兩個單板71的端頭之間并分別通過連接錐銷8連接，連接件9上沒有設置所述小錐角連接孔的一個端頭(即圖4中下部的端頭)置于相鄰的兩個拉力帶模塊7之間的另一側空隙內；連接件9上與連接板2連接的端頭(即圖4中上部的端頭)還通過緊固螺栓10與連接板2緊固連接。
[0026]如圖1-圖4所示，運行時，主軸帶動轉臂支承板4和臂架旋轉，在旋轉過程中，每個拉力帶模塊7承受的離心拉力都有差異，主要趨勢是越靠近轉臂支承板4的拉力帶模塊7承受的離心拉力就越大，越遠離轉臂支承板4的拉力帶模塊7承受的離心拉力就越小。所以，上述“靠近轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度大于遠離轉臂支承板4的拉力帶模塊7的豎直寬度”的結構最好地適應了這種離心拉力變化的趨勢，在保證離心機安全運行的同時，盡量減小了拉力帶模塊7的徑向截面面積，減少了材料，節(jié)約了成本。
[0027]上述實施例只是本發(fā)明的較佳實施例，并不是對本發(fā)明技術方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現(xiàn)的技術方案，均應視為落入本發(fā)明專利的權利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種超大型離心機離散化組合式臂架，包括兩個拉力帶和連接于兩個所述拉力帶之間的多個相互平行且間隔排列的連接板，所述拉力帶的中段安裝有轉臂支承板，其特征在于:所述拉力帶由多個拉力帶模塊通過連接件連接而成，不同的所述拉力帶模塊的徑向截面面積相同或不同，所述拉力帶上以所述轉臂支承板為中部到兩個端頭的徑向截面面積分別呈階梯狀逐漸減小的結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的超大型離心機離散化組合式臂架，其特征在于:所有的所述拉力帶模塊中，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度；或者，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的水平寬度大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的水平寬度；或者，靠近所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度和水平寬度分別大于遠離所述轉臂支承板的所述拉力帶模塊的豎直寬度和水平寬度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的超大型離心機離散化組合式臂架，其特征在于:所述拉力帶模塊包括兩塊豎直排列且相互平行的單板，所述連接件同時與所述連接板的端頭和相鄰的兩個所述拉力帶模塊的單板的端頭連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的超大型離心機離散化組合式臂架，其特征在于:所述連接件包括大致呈“十”字形的四個端頭，所述連接件的其中三個端頭、所述連接板的兩個端頭和所述拉力帶模塊的單板的兩個端頭均設有小錐角連接孔，所述小錐角連接孔內安裝有高強度小錐角合金襯套，所述高強度小錐角合金襯套內安裝有連接錐銷，所述連接錐銷通過鎖緊螺母鎖緊；所述連接件上設有所述小錐角連接孔的三個端頭中，其中一個端頭穿過相鄰的兩個所述拉力帶模塊之間的一側空隙后通過所述連接錐銷與所述連接板連接，另外兩個端頭分別置于相鄰的兩個所述拉力帶模塊的兩個單板的端頭之間并分別通過所述連接錐銷連接，所述連接件上沒有設置所述小錐角連接孔的一個端頭置于相鄰的兩個所述拉力帶模塊之間的另一側空隙內。
5.根據(jù)權利要求4所述的超大型離心機離散化組合式臂架，其特征在于:所述連接件上與所述連接板連接的端頭還通過緊固螺栓與所述連接板緊固連接。
【文檔編號】B04B15/00GK104226492SQ201410476512
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權日:2014年9月17日
【發(fā)明者】陳剛, 吳文凱, 黃湛, 洪建忠, 陳磊, 羅昭宇 申請人:中國工程物理研究院總體工程研究所