一种超重力离心机转臂质心测量装置及方法与流程

本发明属于超重力离心机领域，具体涉及一种超重力离心机转臂质心测量装置及方法。

背景技术：

1、超重力离心机是一种通过高速旋转产生远大于地球重力的人造超重力场的大型科研设备，主要应用领域涵盖岩土与防灾工程、深地深海开发、环境科学、材料科学、航空航天与国防等领域。转臂作为超重力离心机的大型关键旋转部件，结构尺寸和质量均较大，在高速旋转工况下既需承受巨大离心力加速度又需承载上百吨研究对象重量，其质心若有微小偏心便会产生数百吨级周期性偏心力，造成装备剧烈振动，引起轴承或转动主轴瞬间损坏乃至整机报废，因此质心调整的核心作用在于消除周期性偏心力以防止灾难性损坏、保障装备超稳长寿命高精度运行，并作为安全稳定达成核心性能指标的前提，一般要求转臂质心精确到0.5mm以内。然而目前大型重载部件吊装、装夹、找正等操作存在操作难度和安全风险，0.5mm量级的精度要求远高于一般机械部件的质心公差，而称重传感器精度、定位精度、传感器摆放对准误差等多源误差相互耦合，难以保证精度满足要求。当质心不满足设计要求时需通过挂配重块反复迭代纠正，整个过程步骤繁琐、依赖人工经验、迭代次数多、效率较低。因此，提供一种能够快速进行超重力离心机转臂质心测量的测量装置具有很高的实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超重力离心机转臂质心测量装置，提高超重力离心机转臂的质心测量精度与效率。本发明还提供一种超重力离心机转臂重心测量方法。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种超重力离心机转臂质心测量装置，用于超重力离心机转臂的质心测量，所述超重力离心机转臂为矩形框架结构，包括两个平行设置的拉力带，两个所述拉力带通过多个平行设置的定位环连接。该装置包括：测量平台，用于在测量过程中承载所述超重力离心机转臂；称重传感器组，所述称重传感器组包括多个称重传感器，所述称重传感器凸出设置于所述测量平台上表面；所述称重传感器成矩阵式布置，并容许在测量过程中，所述超重力离心机转臂中至少一对关于其旋转中心对称的所述定位环能够分别与至少两个所述称重传感器相接触；顶升机构，所述顶升机构凸出设置于所述测量平台上表面，所述顶升机构能够承载所述超重力离心机转臂并驱动所述超重力离心机转臂整体下降与上升；在所述顶升机构的行程范围内，所述超重力离心机转臂的至少部分定位环能够与至少部分所述称重传感器相接触与脱离。

3、该装置设置有多个称重传感器，在测量过程中能够利用称重传感器测量数值的差异基于力矩平衡原理计算得到超重力离心机转臂的实际质心位置，有效降低测量难度，提高测量效率。

4、进一步地，在部分实施例中，所述顶升机构包括多个以矩阵式布置的千斤顶。

5、进一步地，在部分实施例中，所述千斤顶配置有4个，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，分别支撑于矩形框架的四个顶点。

6、进一步地，在部分实施例中，所述称重传感器组包括4个所述称重传感器，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，所述称重传感器的位置对应所述超重力离心机转臂旋转中心两侧第一对所述拉力带的位置。

7、进一步地，在部分实施例中，该装置还包括安全保护支承，所述安全保护支承凸出设置于所述测量平台上表面，所述安全保护支承凸出于所述测量平台上表面的高度低于所述称重传感器的高度。

8、进一步地，在部分实施例中，所述安全保护支承至少设置有4个，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，所述安全保护支承相对所述超重力离心机转臂的旋转中心和长度方向的对称面成对称分布。

9、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种超重力离心机转臂质心测量方法，用于超重力离心机转臂的质心测量，所述超重力离心机转臂为矩形框架结构，包括两个平行设置的拉力带，两个所述拉力带通过多个平行设置的定位环连接，其特征在于，采用超重力离心机转臂质心测量装置进行测量，所述超重力离心机转臂质心测量装置包括测量平台、称重传感器组和顶升机构。具体地，该方法包括以下步骤：

10、步骤a）：在所述超重力离心机转臂的所述定位环上设置定位标记，在同一个所述定位环上设置有两个关于所述超重力离心机转臂长度方向的对称面对称的所述定位标记；所述超重力离心机转臂旋转中心两侧的所述定位标记成对称分布；至少设置两组所述定位标记，每组所述定位标记的位置构成以所述超重力离心机转臂的旋转中心为中心的矩形；

11、步骤b）：将所述超重力离心机转臂吊装到所述测量平台上，并由所述顶升机构支撑；

12、步骤c）：在所述测量平台的上表面设置所述称重传感器，使所述称重传感器的上压头对应一组所述定位标记；

13、步骤d）：降低所述顶升机构的高度，使所述超重力离心机转臂的所述定位标记所在位置与所述称重传感器的上压头相接触，由所述称重传感器承载所述超重力离心机转臂的重量，并记录所述称重传感器的读数；

14、步骤e）：升高所述顶升机构的高度，使所述超重力离心机转臂与所述称重传感器分离；重新设置所述称重传感器的位置，使所述称重传感器的上压头对应另一组所述定位标记，再次执行所述步骤d）；重复上述过程，直至在每一组所述定位标记所在位置均完成测量；

15、步骤f）：根据测量结果，计算所述超重力离心机转臂质心的位置。

16、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a）中，所述定位标记的位置误差不超过0.1mm。

17、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a）中，每组所述定位标记有4个；

18、所述步骤f）中，质心位置的计算方法如下：

19、质心相对所述超重力离心机转臂几何重心，在所述超重力离心机转臂的长度方向上的偏移量δx=l(f2+f3-f1-f4)/2(f1+f2+f3+f4)；在所述超重力离心机转臂的宽度方向上的偏移量δy=w(f3+f4-f1-f2)/2(f1+f2+f3+f4)；其中，l为所述定位标记沿所述超重力离心机转臂长度方向的间距，w为所述定位标记沿所述超重力离心机转臂宽度方向的间距；f1与f2为设置在所述超重力离心机转臂沿长度方向对称面一侧的两个所述称重传感器的读数，f3与f4为设置在所述超重力离心机转臂沿长度方向对称面另一侧的两个所述称重传感器的读数。

20、进一步地，在部分实施例中，所述步骤f）中，对基于不同组的所述定位标记计算得到的质心位置取平均值，得到最终计算结果。

1.一种超重力离心机转臂质心测量装置，用于超重力离心机转臂的质心测量，所述超重力离心机转臂为矩形框架结构，包括两个平行设置的拉力带，两个所述拉力带通过多个平行设置的定位环连接；其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超重力离心机转臂质心测量装置，其特征在于，所述顶升机构包括多个以矩阵式布置的千斤顶。

3.根据权利要求2所述的超重力离心机转臂质心测量装置，其特征在于，所述千斤顶配置有4个，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，分别支撑于矩形框架的四个顶点。

4.根据权利要求1所述的超重力离心机转臂质心测量装置，其特征在于，所述称重传感器组包括4个所述称重传感器，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，所述称重传感器的位置对应所述超重力离心机转臂旋转中心两侧第一对所述拉力带的位置。

5.根据权利要求1所述的超重力离心机转臂质心测量装置，其特征在于，还包括安全保护支承，所述安全保护支承凸出设置于所述测量平台上表面，所述安全保护支承凸出于所述测量平台上表面的高度低于所述称重传感器的高度。

6.根据权利要求5所述的超重力离心机转臂质心测量装置，其特征在于，所述安全保护支承至少设置有4个，当所述超重力离心机转臂放置于所述测量平台上时，所述安全保护支承相对所述超重力离心机转臂的旋转中心和长度方向的对称面成对称分布。

7.一种超重力离心机转臂质心测量方法，用于超重力离心机转臂的质心测量，所述超重力离心机转臂为矩形框架结构，包括两个平行设置的拉力带，两个所述拉力带通过多个平行设置的定位环连接，其特征在于，采用超重力离心机转臂质心测量装置进行测量，所述超重力离心机转臂质心测量装置包括测量平台、称重传感器组和顶升机构，该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的超重力离心机转臂质心测量方法，其特征在于，

9.根据权利要求7或8所述的超重力离心机转臂质心测量方法，其特征在于，所述步骤a）中，每组所述定位标记有4个；

10.根据权利要求9所述的超重力离心机转臂质心测量方法，其特征在于，所述步骤f）中，对基于不同组的所述定位标记计算得到的质心位置取平均值，得到最终计算结果。