[發(fā)明專利]一種超大型離心機離散化組合式臂架

有效

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• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104226492A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 陳剛;吳文凱;黃湛;洪建忠;陳磊;羅昭宇
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: B04B15/00
• 分類號: B04B15/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

技術領域

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

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。

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。

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)。

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，通常可以達到幾千噸。

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。

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加，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(nèi)容

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。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的：

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。

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。

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。