阅读说明：本技术 一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮 (Large-capacity centrifuge hanging basket capable of running in high overload environment ) 是由 冉光斌 张志强 宋琼 黎启胜 陈磊 赵世鹏 洪建忠 许元恒 栗庆 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及土工离心机结构领域,具体公开了一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮,包括吊臂,所述吊臂由多层吊臂组件叠合构成；所述吊臂组件为U形板件,其底部为圆弧部,两侧为侧板,侧板与底部的圆弧部相切；所述吊臂的两侧的上端均设置有用于与离心机转臂连接的销轴孔,所述销轴孔内设置有轴承组件；所述吊臂底部的圆弧部上设置有平台。本发明的优点是将吊臂设计成整体,且采用多层的结构,可较好继承高碳合金钢板的力学特性,满足使用要求,结构简单；同样,采用碳纤维制造吊臂也能达到使用的要求,且其重量更轻。(The invention relates to the field of geotechnical centrifuge structures, and particularly discloses a high-capacity centrifuge hanging basket capable of operating in a high overload environment, which comprises a hanging arm, wherein the hanging arm is formed by overlapping a plurality of layers of hanging arm components; the suspension arm assembly is a U-shaped plate, the bottom of the suspension arm assembly is an arc part, the two sides of the suspension arm assembly are side plates, and the side plates are tangent to the arc part at the bottom; the upper ends of the two sides of the suspension arm are respectively provided with a pin shaft hole used for being connected with the rotating arm of the centrifugal machine, and a bearing assembly is arranged in the pin shaft hole; and a platform is arranged on the arc part at the bottom of the suspension arm. The suspension arm has the advantages that the suspension arm is designed into a whole, and a multi-layer structure is adopted, so that the mechanical property of the high-carbon alloy steel plate can be well inherited, the use requirement is met, and the structure is simple; likewise, the suspension arm made of carbon fiber can meet the use requirement and has lighter weight.)

一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮

技术领域

本发明涉及土工离心机结构领域，特别是一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮。

背景技术

吊篮是土工离心机的关键部件，是离心机转臂和土工模型的纽带。它位于离心机最大加速度场中，旋转时承受模型和模型箱以及自身质量产生的巨大离心力，其自身刚强度和重量直接影响离心机的规模和运行工况。

目前，世界上已建成规模最大土工离心机是美国陆军工程兵团1998年建成了1200gt（g为重力加速度，t为质量单位，吨）土工离心机，其最大离心加速度350g亦是世界之最。为解决千米级深地和深海工程、地质构造演变、地下空间利用等国家亟待解决的重大问题，迫切需要建设容量更大、离心加速度更高的大规模高转速土工离心机。要建设这种离心机，其吊篮设计是关键。

在国内，孙述祖【孙述祖.土工离心机设计综述[R].南京：南京水利科学研究院土工研究所.1990，土9002.】提出了吊篮设计方法和吊篮设计要求；冉光斌等人对一般规模土工离心机吊篮进行了设计研究【冉光斌，罗昭宇，刘小刚，等. 土工离心机吊篮的设计及优化方法. 机械设计[J]，2009,26（11）：68-70】，对巨型多功能土工离心机吊篮也进行了设计【冉光斌，洪建忠，刘小刚. 巨型多功能土工离心机吊篮的设计. 机械设计[J]，2011,28（10）：33-36.】，并授权大规模土工吊篮发明专利【冉光斌，陈磊，罗昭宇，等. 巨型土工离心机吊篮：中国，201310284629.9[P].】；但这些土工离心机吊篮很难承载更大负载在更大过载环境运行。

现有技术的缺点是：

现有大容量吊篮一般由两个吊臂通过销轴悬挂一个吊篮平台组成，吊篮平台用于安装试验模型箱等试件，吊篮平台及试件产生的离心力通过销轴传递给两个吊臂。这种吊篮结构很难实现大负载高转速运行要求。

吊篮平台上平面的挠度是吊篮设计必须严格控制的指标，因它关系到土工试验的精度。现有吊篮结构在高过载环境运行，其平台挠度很难控制。另外，现有吊篮结构若要实现大负载和高转速要求，又要满足刚、强度要求，很难选用到合适的加工材料。

导致原因：

1）大负载高转速土工离心机吊篮运行工况严酷：负载容量超过1500gt，最高离心加速度超过500g、尺寸规模大；

2）吊篮设计要求苛刻：在保证一定安全裕度前提下，要求吊篮整体有较高刚度，吊篮上平面有较小挠度，而结构整体质量要尽可能小；

3）现有吊篮平台两端通过吊臂悬挂，中间承载试件在高过载环境运行。为控制其挠度，须对平台结构进行充分优化，并选用刚度较好的钢材加工，虽如此，平台的质量亦很大。在高过载环境，在负载和自身质量产生的离心力作用下，其变形很难控制。而且平台尺寸越大或平台质量越大，挠度越难控制。

4）为实现大负载和高转速要求，吊篮各结构件需要较大的厚度，而合金材料厚度越大，其力学性能越差。

现有设计方案已不能完成设计要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中离心机吊篮不适用于大负载的环境的缺点，提供一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮，其结构简单，能满足高强度的使用要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮，包括吊臂，所述吊臂由多层吊臂组件叠合构成；所述吊臂组件为U形板件，其底部为圆弧部，两侧为侧板，侧板与底部的圆弧部相切；

所述吊臂的两侧的上端均设置有用于与离心机转臂连接的销轴孔，所述销轴孔内设置有轴承组件；

所述吊臂底部的圆弧部上设置有平台。

具体的，所述轴承组件包括关节轴承、承力轴套和压紧螺母，所述关节轴承设置在承力轴套内，所承力轴套设置在销轴孔内，所述承力轴套的一端设置有外螺纹，压紧螺母与承力轴套螺纹连接，使承力轴套固定在销轴孔内。

具体的，所述平台的底部为圆弧面，其与吊臂底部的圆弧部贴合，平台的顶部为平面，所述平台的两端面与吊臂底部圆弧部的两端面对齐。

具体的，所述平台的底部设置有多个减重孔，所述减重孔均匀设置。

具体的，所述吊臂组件为由炭纤维复合材料整体加工成型的结构。

具体的，所述吊臂组件为由高强度合金薄钢板整体加工成型的结构。

具体的，所述平台采用轻质高刚度材料制成。

本发明具有以下优点：

1、将传统吊篮结构的两个吊臂合二为一，设计成一个整体，吊臂无论采用多层高强度合金刚叠层结构，还是采用碳纤维复合材料整体结构，在离心机运行过程中，吊臂主要承载拉力，因吊臂圆弧面与侧面相切，拉力可以平滑过渡。另外，吊臂与转臂间采用关节轴承联接，吊臂可在离心力作用下自适应变形，不会产生高应力集中。

2、吊臂若采用多层高强度合金刚叠层结构，可较好继承高碳合金钢板的力学特性，而且加工量很小，若采用碳纤维复合材料整体加工，不仅吊臂质量轻、抗拉刚度好，而且加工工艺亦较简单。

3、吊篮平台主要承载压力，受力工况较好，即使采用铝合金加工，都很容易实现吊篮平台挠度控制要求。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的吊臂的结构示意图；

图3 为本发明的吊臂组件的结构示意图；

图4 为本发明的轴承组件的装配结构示意图；

图5 为本发明的承力轴套的结构示意图；

图6 为本发明的压紧螺母的结构示意图；

图7为本发明的平台的结构示意图A；

图8为本发明的平台的结构示意图B；

图中：1-吊臂，2-吊臂组件，21-侧板，22-圆弧部，3-销轴孔，4-平台，5-承力轴套，6-关节轴承，7-压紧螺母，8-减重孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一、

如图1～8所示，一种可在高过载环境运行的大容量离心机吊篮，包括吊臂1，所述吊臂1由多层吊臂组件2叠合构成；所述吊臂组件2为U形板件，其底部为圆弧部22，两侧为侧板21，侧板21与底部的圆弧部22相切；

所述吊臂1的两侧的上端均设置有用于与离心机转臂连接的销轴孔3，所述销轴孔3内设置有轴承组件；

所述吊臂1底部的圆弧部22上设置有平台4，但在实际设计过程中，吊臂1底部圆弧面有开孔，而平台4底部有对应的突出结构，然后二者通过突出结构和开孔转配成一体，实现平台4与吊臂1的固定安装。

现有技术中，大容量吊篮一般由两个吊臂通过销轴悬挂一个吊篮平台组成，吊篮平台及试件产生的离心力通过销轴传递给两个吊臂，这种吊篮结构很难实现大负载高转速运行要求，吊篮平台上平面的挠度是吊篮设计必须严格控制的指标，因它关系到土工试验的精度。现有吊篮结构在高过载环境运行，其平台挠度很难控制；另外，现有吊篮结构若要实现大负载和高转速要求，又要满足刚、强度要求，很难选用到合适的加工材料；本发明从解决现有结构中在大负载的情况下吊篮的强度和刚度难以满足的方向出发，以现有的结构中，要想在大负载的环境下使用就必须要加大尺寸，但是吊篮的各个构件的厚度越大其力学性能越差，这是材料本身问题，所以，不能通过加大构件的厚度来解决问题，而合金在厚度较小时具有很好的力学性能的，基于此，给出了改进的启示；

传统的吊篮由于构件厚度大且结构复杂，吊篮的两端与吊臂连接的结构，而本实施例采用整体的结构，即吊臂是整体的结构，且吊臂为多个吊臂组件叠合而成的复合结构，吊臂采用炭纤维复合材料整体加工成型或高强度合金薄钢板整体加工成型，在离心机运行过程中，吊臂主要承载拉力，因吊臂圆弧部与侧板相切，拉力可以平滑过渡，另外，吊臂与转臂间采用关节轴承联接，吊臂可在离心力作用下自适应变形，不会产生高应力集中，采用多层的结构可较好继承高碳合金钢板的力学特性，而且加工量很小，结构简单。

进一步的，所述轴承组件包括关节轴承6、承力轴套5和压紧螺母7，所述关节轴承6设置在承力轴套5内，所述承力轴套5设置在销轴孔3内，所述承力轴套5的一端设置有外螺纹，压紧螺母7与承力轴套5螺纹连接，使承力轴套5固定在销轴孔3内，承力轴套与销轴孔采用无间隙配合。

进一步的，所述平台4的底部为圆弧面，其与吊臂1底部的圆弧部22贴合，平台4的顶部为平面，所述平台4的两端面与吊臂1底部圆弧部22的两端面对齐。

进一步的，为了减轻平台的质量，所以在平台4的底部设置有多个减重孔8，所述减重孔8均匀设置，同时在设置了减重孔8后并不会因此使挠度增大，相邻减重孔8之间的壁相当于加强筋的作用，起到支撑平台4上平面的作用。

进一步的，所述吊臂组件2为由高强度合金薄钢板整体加工成型的结构，为保证吊篮在运转时，各吊臂组件2受力均匀，在加工时，须将各吊臂组件2通过工装压合在一起加工销轴孔3，同时保证吊臂1两侧设置的销轴孔3同轴心。

进一步的，所述平台4采用轻质高刚度材料制成，优选使用铝合金制造，采用本发明的结构平台主要承载压力，不需要承受现有技术中吊臂对平台拉力，受力工况较好，即使采用铝合金等轻质高刚度材料加工，都很容易实现吊篮平台挠度控制要求。

实施例二、

与实施例一不同的是，吊臂组件2为由碳纤维复合材料整体加工成型的结构，碳纤维复合材料可以减轻吊篮整体的质量，若采用碳纤维复合材料整体加工，不仅吊臂质量轻、抗拉刚度好，而且加工工艺亦较简单。

本发明公开的吊篮容量超过1500gt，离心加速度超过500g；与此同时，吊篮整体安全系数不低于2，平台最大挠度不大于平台最大有效尺寸的1‰，而且具有较好的加工工艺。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。