[發明專利]一種超重力場下的自適應承力轉換方法和結構

有效

• 申請號: 201811279322.9
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109225681B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 李心耀;王鑫磊;黎啟勝;冉光斌;宋瓊
• 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: B04B9/12
• 分類號: B04B9/12;B04B9/00;B04B13/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

本發明公開了一種超重力場下的自適應承力轉換方法和結構,在離心機啟動階段可以根據吊籃與轉臂之間的角度變化，控制銷軸的正向移動，保證吊籃上弧面與兜裝梁上弧面的有效接觸；在離心機減速階段可以根據轉臂加速度值的變化，控制銷軸的反向移動，保證吊籃底部弧面與兜裝梁上部弧面的有效脫開，實現了離心機工作過程中承力轉換的進行；承力轉換結構通過液壓驅動器驅動銷軸移動的方式，一方面保證了銷軸正向移動的位移；另一方面保證了銷軸反向移動的位移，進而實現了對吊籃往復運動的控制，解決了現有方案中吊籃位移不能有效收回的問題；承力轉換結構避免吊籃底部弧面滑動進入兜裝梁上部弧面的問題，進而避免了兩者之間出現卡緊、無法移動的現象。

技術領域

本發明屬于土工離心機技術領域，具體涉及一種超重力場下的自適應承力轉換方法和結構。

背景技術

土工離心機利用電機驅動轉臂旋轉產生超重力場環境，通過在與轉臂連接的吊籃中安裝縮比模型和輔助實驗裝置，可以實現對實際條件下復雜工況的模擬，為土工結構破壞現象的觀察和破壞機理的研究提供一個基礎實驗平臺。

轉臂與吊籃之間的連接結構是承載吊籃及其內部安裝的實驗模型和輔助裝置的關鍵結構件。在離心機由靜止至穩定運轉的過程中，轉臂與吊籃之間的夾角存在一個由90°至近似180°的變化過程，這就要求轉臂與吊籃之間的連接結構一方面可以相互轉動；另一方面可以有效承載吊籃及其內部安裝的實驗模型和輔助裝置產生的離心力。傳統的轉臂與吊籃之間的連接結構采用“銷軸+軸承”的方式，軸承的外圈與吊籃連接，內圈與銷軸連接，銷軸安裝在轉臂上。轉臂與吊籃之間的角度變化依靠軸承內外圈的轉動實現，吊籃及其內部安裝的實驗模型和輔助裝置產生的離心力通過銷軸來承擔。受軸承尺寸和安裝空間的限制，這種連接結構的承載力有限。目前，發展了一種可承載較大離心力的連接結構，即采用“可變形元件+銷軸+軸承+兜裝梁”的連接方式。根據可變形元件實現方法和具體結構的不同，具體可分為以下幾種：

1、板簧作為可變形元件。當銷軸的承載力達到一定值時，銷軸壓迫板簧產生變形，從而使銷軸沿受力方向產生一定的位移，進而將銷軸承力轉換成兜裝梁承力，增大承載能力。

2、橡膠塊作為可變形元件。當銷軸的承載力達到一定值時，銷軸壓迫橡膠塊產生變形，從而使銷軸沿受力方向產生一定的位移，進而將銷軸承力轉換成兜裝梁承力，增大承載能力。

3、擺動凸輪。在轉臂與吊籃之間夾角由90°至近似180°的變化過程中，通過凸輪的不等半徑擺動，直接讓吊籃與兜裝梁接觸，從而使兜裝梁直接承載吊籃及其內部安裝的實驗模型和輔助裝置產生的離心力。

采用以上可變形元件實現方法和具體結構仍具有以下問題：

1、采用板簧作為可變形元件時，板簧的變形范圍需根據吊籃底部弧面與兜裝梁上部弧面預留的間隙進行確定。為保證吊籃在甩起來(轉臂與吊籃之間夾角由90°至近似180°)的過程中，吊籃與兜裝梁不發生干涉，通常要求吊籃底部弧面與兜裝梁上部弧面預留的間隙較大，這就要求板簧的變形范圍較大。考慮到板簧的變形必須在彈性范圍內進行，才能保證離心機啟動運行階段吊籃的放開和離心機減速停止階段吊籃的收回，大的變形通常所需板簧的尺寸也較大，這與轉臂上銷軸孔的尺寸較小是矛盾的。因此，板簧作為變形元件的應用受到離心機轉臂上銷軸孔尺寸的限制。

2、采用橡膠塊作為可變形元件時，橡膠塊可以產生較大的變形，保證在離心機啟動運行階段，橡膠塊變形后吊籃底部弧面與兜裝梁上部弧面緊密接觸。但是，橡膠的變形通常是塑性變形，變形后無法恢復初始的形狀，這就給離心機減速停止階段吊籃的收回造成了困難，甚至無法收回。

3、采用擺動凸輪時，依靠凸輪的不等半徑擺動實現吊籃底部弧面與兜裝梁上部弧面的緊密接觸，要求吊籃底部弧面和兜裝梁上部弧面加工精度較高。另外，由于吊籃底部弧面是滑動進入兜裝梁弧面的，要求兩者之間必須具有較低的摩擦系數，否則在吊籃底部弧面滑動進入兜裝梁弧面的過程中容易出現卡緊、無法移動的現象。

為了解決以上問題我方研發出了一種超重力場下的自適應承力轉換方法和結構。