一种自动化全天候的渠道破冰引水设施的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动化全天候的渠道破冰引水设施，尤其涉及一种经济、有效、快速、便捷、自动化的破冰设施。
【背景技术】
[0002]在高玮度地区，冬季严寒，会出现河流结冰的情况，使一些引水式水电站在冬季冰期不能引水发电，部分农田不能冬灌，且城市供水也不能保证。
[0003]传统的破冰方式有以下几种:
人工破冰:使用的有钢钎、冰铲和十字镐等手工打冰工具。明渠引水式水电站的渠道，当岸冰严重时，可用人工定时沿渠巡回，把岸冰打掉；引水渠局部冰堵和冰密集，把冰水疏通；渠道发生连底冻把冰打碎并排除，或开成清沟引水。人工打冰也常用在引水渠首前的河道上开清沟；压力前池和泄水陡坡打冰；排冰闸辅助排冰和捞冰机排冰等。人工打冰是一个普遍采用最简单的处理冰害事故的有效方法，但人工打冰劳动强度大、效率低、成本高而且条件差。
[0004]机械破冰法:水电站引水渠道、压力前池和水库上使用的破冰机械有打冰机、破冰船和破冰机。均因破冰效果极差而被淘汰。
[0005]爆炸破冰法:炸药的不确定性大，具有一定的危险性，并且要在迫不得已的情况下才能使用。
[0006]除此以外，也有不破冰的运行方式，比如结冰盖运行:
此类冰盖有2种。一种是全封闭冰盖，另一种是不完全封闭冰盖。冰盖要达到理想状态，即坚固整齐，冰盖下有足够过水断面，须具备3个要素:气温、水位、流量。结冰盖运行要考虑各种要素，还要靠人工去隔一段距离在冰上打洞，如果不能结成坚固整齐、理想状态的冰盖，那么对渠道反而是一种危害。此外，在天气回暖后，冰盖将在水渠内融化，成为碎冰，顺流漂向下游，会对下游闸门，拦污栅等水工建筑物造成威胁。
[0007]由上可见，此前采用的破冰方法耗时费力，效率低下，不够安全。而结冰盖运行又要具有一定的条件，甚至可能会从一些方面对水工建筑物造成威胁。由此看来，保持水在引水渠内流动是预防冰害的最佳途径，从引水式的水电站的布置方式看到，在引水渠首放置一种在引水渠首能够自动化破冰的设施，可以起到自动破冰，保持水渠内水流动的作用，且能够保证水渠首附近不会发生冰凌堵塞的情况，保证水渠正常引水，下游水电站正常运行，保障电力供应。为此，本发明设计了这种引水渠前自动化破冰设施，这个装置能够自动感应冰的靠近，当冰阻断了对射式的光电开关的信号时，通过单片机控制电路，采用相应的破冰机械，能够控制破冰机械把冰切割成为适当的形状，以便于下游的捞冰机械将浮冰清理到适当的地方(如原河道)，保护环境，充分利用水资源。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够及时发现冰情并进行碎冰的、安全有效的自动化全天候的渠道破冰引水设施；进一步地，本发明提供一种破冰设施不仅可以在待破冰引水的水渠上方根据冰情任意向水平运动，还可以自动在上下向往复运动从而进行碎冰操作的自动化全天候的渠道破冰引水设施；更进一步地，本发明自动化程度高，简单易行，生产成本低，便于安装且普适性强。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种自动化全天候的渠道破冰引水设施，其特征在于:包括:传送部分、破冰实施部分和自动化控制部分，所述传送部分包括左右对称设置的两纵向传送带和水平固定于两所述纵向传送带之间的横向钢架，所述横向钢架上设置有横向传送带，所述纵向传送带的下表面由支架支撑，所述支架固定于待破冰引水的渠道两岸，所述破冰实施部分固定连接于所述横向传送带上；所述自动化控制部分包括至少I对对射式光电开关、单片机控制电路和电机，所述对射式光电开关包括光电孔位于同一垂直线上的上开关和下开关，所述上开关固定于所述横向钢架上，所述下开关位于待破冰引水的渠中；1对所述对射式光电开关发出的信号由所述单片机控制电路进行接收和处理，再控制所述电机工作来实现对所述破冰设施部分进行操控。
[0010]所述纵向传送带的传送带为上下平行的环形带且两端均绕过第一滚轴，位于两所述纵向传送带的前端的所述第一滚轴由横轴转动相连，位于一侧的所述第一滚轴与一个第二滚轴联动，两个所述第二滚轴上设置有同步传送带，另一个所述第二滚轴与第一电机相连；两滑动固定导轨连接所述支架固定在待破冰引水的渠道两岸，固定于所述横向钢架下表面的滑动支架在所述滑动固定导轨上滑动。
[0011]第一电机带动一个第二滚轴转动，从而带动同步传送带和另一个第二滚轴转动，与第二滚轴联动的第一滚轴也进行转动，从而带动横轴转动，横轴的转动带动位于另一侧的第一滚轴转动，从而实现了两侧的第一滚轴同步运转，由于纵向传送带套在第一滚轴上，故两纵向传送带也实现了同步转动，从而带动与两纵向传送带相垂直连接的横向钢架运动，最终实现了位于横向钢架上的横向传送带的纵向运动。
[0012]所述横向传送带的传送带为前后平行的环形带且两端均绕过第三滚轴，所述第三滚轴设置于所述横向钢架的左右两端，一个所述第三滚轴与第二电机相连。
[0013]横向传送带的传送带为垂直设置，第三滚轴可在横向钢架上转动，即第三滚轴与横向钢架转动连接。
[0014]第二电机运转，带动与第二电机相连的第三滚轴转动，由于横向传送带套在第三滚轴上，故横向传送带在第三滚轴的转动下实现了横向运动。
[0015]破冰设施部分连接在横向传送带上，其可以随着横向传送带和纵向传送带而移动形成任意形状曲线。
[0016]所述破冰实施部分包括破冰设施、第三电机、破冰固定板、转盘、偏心转动轴、固定套环以及滑槽，所述破冰固定板的后面固定于所述横向传送带上，其下端通过所述滑槽沿着所述横向钢架滑动，所述破冰固定板的前面活动设置有所述转盘，所述第三电机与所述转盘相连，所述转盘上固定设置有所述偏心转动轴，所述偏心转动轴穿过位于所述破冰设施水平段上的滑动凹槽并带动所述破冰设施上下运动，所述固定套环固定在破冰固定板上并将所述破冰设施的垂直段穿过所述固定套环。
[0017]所述偏心转动轴包括一端固定在所述转盘上的固定杆和与所述固定杆另一端固定连接的固定头，所述固定杆为圆柱体，所述固定头为球体，所述固定杆的直径与所述滑动凹槽的宽度相匹配，即所述固定杆只能沿着所述滑动凹槽产生相对滑动，所述固定头的直径大于所述滑动凹槽的宽度。
[0018]所述固定杆距所述转盘中心的距离为所述转盘的半径的2/3~3/4。
[0019]所述破冰设施包括振针、电锯、钢钎或重锤。
[0020]所述单片机控制电路外围设置矩阵键盘，上面有九个按键，其中四个用于控制破冰设施在两纵向传送带之间向前、向后、向左和向右移动，三个存储了三种不同的路径，分别为横向运动、纵向运动和对角线斜向运动，一个用于控制电源的开闭，剩下一个功能缺省，根据需要来设置其功能。
[0021]第三电机固定于破冰固定板的后面，转盘活动设置于破冰固定板的前面，第三电机与转盘电相连，转盘的靠近边界处设置有偏心转动轴，破冰设施的顶端设置有滑动凹槽，滑动凹槽内设置有偏心转动轴，滑动凹槽的宽度与偏心转动轴的轴直径相适应(即偏心转动轴只能沿着滑动凹槽往复运动)，使偏心转动轴在转盘的转动下，在滑动凹槽内相对横向往复运动，由于破冰设施在固定套环的限定下，使破冰设施只能做上下向的运动，并且由于破冰设施的顶端与偏心转动轴契合连接，故本发明将转盘的圆周运动，在偏心转动轴的作用下分解成了破冰设施的上下运动，从而进行破冰操作。
[0022]横向传送带其下端通过滑槽与横向钢架耦合，保证其左右稳定运动；破冰设施契合于偏心转动轴连接电机提供其破冰动力，其可以根据当地以往冰情程度来选择适合当地的破冰器械。
[0023]本发明选取单片机来作为信息处理的平台，单片机是整个发明的大脑和核心。单片机的一端连接对射式光电开关，接收来自对射式光电开关的信息，另一端连接破冰设施，并由单片机发出相应的指令来控制破冰设施运动。单片机中存有事先编好的数字电路，皆在电脑上用编程语言完成。
[0024]第一电机和第二电机分别控制纵向传送带和横向传送带在一定范围内往复循坏运动，第三电机工作状态时保持恒定运动。
[0025]本发明也可以通过人操作来实现，即通过人工操作四个用于控制破冰设施在两纵向传送带之间向前、向后、向左和向右移动的按键。
[0026]所述支架固定于所述纵向传送带的两个端头，所述第一滚轴下方也支撑有所述支架，所述纵向传送带和第一滚轴均在所述支架上滚动。
[0027]待破冰引水的渠道包括实际船体、渠道两岸建筑物、电站引水口固定装置等。
[0028]本发明的创新特色主要有下面的几点:
1、本装置能够实现自动破冰。在水渠中所结的冰对水渠建筑物产生危害、影响水渠供水以前，就能够检测到冰的形成与靠近，并根据实际需要决定是否破冰。与传统的人工破冰相比，节省了人力物力，实现了实时控制。只要渠首结冰达到某个设定厚度，或者冰情达到某个可量化的阈值，就触碰传感器，开始破冰。不需要再等待工作人员发现并影响了水渠工作时才去请人排冰、破冰。这样及时减低冰冻对水工的危害，延长了水工建筑物地使用寿命，保证了渠首水流量的正常供应。
[0029]2、本装置在破冰时能够根据不同捞冰机捞冰的方式。通过控制各种破冰机械的轨道走势，实现循环破冰，将冰破成不同的形状，便于捞冰机高效捞冰。提高了本装置的工作效益，节省了不必要的能源损失。
[0030]3、该装置在破冰的同时与安装在下游的回转式清污栅相互合作，能及时清除渠首水面上的已破的碎冰以及从别处漂来的浮冰，使渠道畅通。并且避免了碎冰快速的再次结成整块的大冰。而且这扩展了回转式捞冰机的用途:夏季清污，冬季捞冰，更是物尽其用，发挥效益。
[0031]4、此装置能在高玮度地区的各个渠首安装。安装简单，占地面积小，价格便宜。在非冰冻期时可以做个顶盖将装置遮住，进行保护。
[0032]本发明提供的一种自动化全天候的