[发明专利]一种集成电缆的土工离心机组合转臂结构

说明书

本发明涉及土工离心机技术领域，具体公开了一种集成电缆的土工离心机组合转臂结构，包括主臂和辅臂，所述主臂的中部设置有安装孔，所述的辅臂安装在主臂上，所述的辅臂包括连接板和侧板，两个所述连接板一字形排列设置，两个所述侧板对称设置在两个所述连接板的两侧，所述的侧板内预埋有铜排，所述的连接板内预埋有信号传输电缆。本发明的优点是使土工离心机具备了在各种离心加速度下向实验模型供电和输出实验测试信号的功能要求，满足了开展土工离心机实验的需求。

技术领域

本发明涉及土工离心机技术领域，特别是一种集成电缆的土工离心机组合转臂结构。

背景技术

土工离心机是一种应用于岩土工程等领域的实验装置，可利用高速旋转形成的稳定的离心加速度场来模拟超重力场。依据模型的相似比原理，研究人员可以在土工离心机上对现实世界的百米高坝、巨型滑坡体等进行实验研究，评估其安全性，掌握滑坡发生的机理等。此外，土工离心机还广泛应用于深地深海工程、地下环境污染物评估、城市建筑结构的抗震性评估、高能爆炸研究等领域，为重大工程防灾减灾、能源开发、环境保护等重大战略性领域提供强力支撑。

高速、高容量土工离心机（以gt表示，其中g为重力加速度，t为质量单位吨）对于研究地质学演变、环境污染物迁移等具有重要的作用，其典型结构及组成如图1所示。

为了满足实验的需求，需要土工离心机具备向吊篮中的模型或者实验装置输送电力及将实验测试电信号输出至地面数据采集分析设备的能力。现有的土工离心机在向吊篮内模型供电和输出测试信号均采用电缆。电缆从转轴上的预留孔伸出，需一直沿转臂延伸至吊篮处。土工离心机在运行过程中，会对安装在其上的物体产生较大的离心力（高达其自重的n倍，与土工离心机的g值有关）。因此，为了防止电缆在离心力作用下发生断裂，需要采取保护措施，现有的解决方法是通过多个压线夹或者尼龙捆扎带将电缆压紧或者绑定在土工离心机转臂的突出物上，使电缆随土工离心机转臂一同高速旋转，通过压线夹和捆扎带保护电缆。

现有转臂和电缆的固定和连接方式存在以下问题：

1.增大土工离心机风阻

土工离心机在达到实验需要的转速后，其驱动单元产生的动力大部分用于克服运行中的风阻，其消耗的能源也主要转变为离心机转臂与空气摩擦产生的热量。在相对封闭的机室内，该部分热量若不能及时排除，将导致机室内温升加剧，影响实验结果的准确性，甚至危及离心机的安全运行。因此，光滑的转臂外表面有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗。

现有电缆的布置方式使得其凸出转臂上表面，破坏了转臂良好的气动外形，增加了离心机运行的风阻。

2.防护能力弱

要保证电缆在土工离心机转臂上固定牢固，需要使得电缆与压线夹间的摩擦力大于电缆在离心场下承受的离心力。在压线夹数量一定的情况下，增大压线夹的夹紧力是提高电缆和压线夹间摩擦力的唯一途径，夹紧力不足会导致电缆被离心力拉断，而夹紧力过大容易导致电缆被压线夹夹断，难以控制。

此外，当土工离心机的离心加速度增大后，压线夹的自身结构强度就不足以抵抗离心力作用。因而，当土工离心机离心加速度高达350g以上后，现有方式就无法实现电缆的可靠固定（现有的电缆固定方式仅成熟应用于350g以下的土工离心机）

3.影响转臂的结构强度和动平衡

固定电缆的压线夹需要在土工离心机转臂上预制螺钉孔，在转臂上加工安装电缆压线夹的螺钉孔将导致离心机转臂开孔位置的应力值大幅升高，使得转臂在离心场下极易在螺孔处发生结构破坏，严重影响高速土工离心机的安全运行。

此外，在转臂上钻孔布置电缆容易导致旋转部件的质量分布不均匀，会影响转臂的动平衡，导致土工离心机运行时的振动较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种集成电缆的土工离心机组合转臂结构。