河工模型试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种河工模型试验系统，包括试验室、总控制器、模拟水压装置和模拟水流装置；模拟水压装置包括气泵，气泵通过气管与试验室连接；模拟水流装置包括水泵，水泵通过水管与试验室连接；试验室为一密闭的箱室，试验室内铺设有河道模型，河道模型沿左右方向水平设置，河道模型左侧上表面设有推移质加沙装置；推移质加沙装置包括加沙容器、混合砂砾机构、支撑架和自动输沙机构；加沙容器、混合砂砾机构和自动输沙机构自上而下依次设置在支撑架上。本实用新型自动化程度高、对复杂试验条件适应能力强、能够模拟不同河段压力河流条件。
【专利说明】
河工模型试验系统
技术领域
[0001]本实用新型属于水力水电工程河工模型试验技术领域，具体涉及一种河工模型试验系统。【背景技术】
[0002]河工模型实验是将河流按相似原理缩成模型，在模型内研究各有关因素(水流、地形)在不同情况下变化的一种手段，由于在天然情况下和兴建工程后河道变形的过程是异常复杂的，许多河床变形和河道整治问题，往往很难直接用分析研究和计算的方法求解，而利用模型实验则可能直接方便的解出；现有的河工模型实验系统，最大的问题在于不能模拟河流中水压，而且在河工模型实验中，需要将推移质泥沙按模型相似比尺换算的输沙率过程加入到模型中，而推移质加沙装置需要预先把不同粒径大小的砂砾按照一定比例混合，实验前准备工作繁琐，人工操作的需求量大。
【发明内容】
[0003]本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种自动化程度高、对复杂试验条件适应能力强、能够模拟河流条件的河工模型试验系统。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:河工模型试验系统，包括试验室、总控制器、模拟水压装置和模拟水流装置;模拟水压装置包括气栗，气栗通过气管与试验室连接;模拟水流装置包括水栗，水栗通过水管与试验室连接;试验室为一密闭的箱室，试验室内铺设有河道模型，河道模型沿左右方向水平设置，河道模型左侧上表面设有推移质加沙装置;推移质加沙装置包括加沙容器、混合砂砾机构、支撑架和自动输沙机构；加沙容器、混合砂砾机构和自动输沙机构自上而下依次设置在支撑架上；
[0005]加沙容器为长方体结构，加沙容器内部中空且加沙容器上端敞口，加沙容器底部设有底板，加沙容器内并排间隔固定有若干挡板，挡板将加沙容器的内腔分隔成若干加沙腔，底板上并排设有若干排出料孔，每排出料孔均与其中一个加沙腔对应设置，每个出料孔底部均设有出料控制阀；
[0006]混合砂砾机构包括混合料仓，混合料仓的上端敞口，混合料仓的水平截面向下逐渐缩小，混合料仓的底部开设有出沙口；混合料仓内设有若干组混合搅拌器；
[0007]自动输沙机构包括步进电机、安装框架、驱动辊、从动辊、驱动转轮和从动转轮，驱动车昆和从动辑并排转动连接在安装框架上，驱动转轮固定在驱动辑的一端，从动转轮固定在从动辊的一端且与驱动转轮同侧设置，驱动辊与从动辊之间设有传送带，驱动转轮与从动转轮之间设有皮带，步进电机固定在安装框架上，步进电机的主轴与驱动转轮传动连接；
[0008]总控制器分别通过控制线路与步进电机、出料控制阀、混合搅拌器、水栗和气栗连接。
[0009]作为本实用新型的一种优选方案，支撑架包括由四根水平角钢固定而成的长方形框架，长方形框架的四个角均垂直向上固定有一根直立角钢。
[0010]作为本实用新型的另一种优选方案，出料控制阀包括开合电机、封堵板和导轨，导轨设有两条，两条导轨固定在底板的底部且分别位于出料孔的相对两侧，封堵板滑动连接在两条导轨上，封堵板用于封堵出料孔，封堵板底部设有螺母，开合电机固定在底板底部， 开合电机的主轴通过联轴器连接有丝杠，丝杠与导轨平行设置，丝杠的一端穿设在螺母内且与螺母螺纹连接;总控制器通过控制线路与开合电机连接。
[0011]作为本实用新型的再一种优选方案，混合搅拌器包括驱动电机、安装板和转轴，驱动电机固定在混合料仓侧壁，驱动电机的主轴水平设置，驱动电机的主轴固定设有主锥齿轮，安装板水平固定在混合料仓侧壁，转轴垂直设置，转轴转动连接在安装板上，转轴上设有螺旋叶片，转轴的下端穿过安装板后固定连接有从锥齿轮，主锥齿轮与从锥齿轮相啮合； 总控制器通过控制线路与驱动电机连接。
[0012]采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果:
[0013](1)本实用新型可自动化混合配比推移质泥沙，与传统的比人工化配比，自动化程度高，节约时间以及劳动成本，具体配比由试验人员根据特定模拟试验的需要来确定，如选用粒径不同的砂烁a、砂烁b和砂烁c，且砂烁a、砂烁b和砂烁c的比例为3:1:2;将砂烁a、砂石乐 b和砂砾c分别装入在加沙腔A、加沙腔B、加沙腔C内，接着通过总控制器分别打开加沙腔A内的其中三个出料控制阀，打开加沙腔B内的其中一个出料控制阀，打开加沙腔C内的其中一个出料控制阀，具体打开出料控制阀的过程为:启动开合电机，开合电机带动丝杠在螺母转转动，在丝杠的旋转力的作用下，丝杠推动螺母，进而推动封堵板沿导轨移动，从而被封堵板封堵的出料孔打开，加沙腔内的砂砾从出料孔中落下;通过打开三个加沙腔内的出料控制阀的个数控制砂砾a、砂砾b和砂砾c的比例；[〇〇14](2)本实用新型可将粒径不同的砂砾均匀混合，具体混合方法为:通过总控制器启动驱动电机，驱动电机带动主轴上的主锥齿轮转动，主锥齿轮与从动锥齿轮啮合传动，从而带动转轴转动，在转轴上螺旋叶片的搅拌下，砂砾a、砂砾b和砂砾c混合均匀，混合后的砂砾从出沙口落至传送带上；
[0015](3)自动输沙机构能够准确的加沙，实现各试验时段不同级配组合的自动加沙，其输沙过称为:启动步进电机，步进电机带动驱动转轮转动，驱动转轮通过皮带带动从动转轮转动，从而驱动辑与从动辑之间的传送带运动，通过控制步进电机的转速控制砂烁落至在传送带上的量，传送带将砂砾带至并落入河道模型；
[0016](4)本实用新型中通过总控制器控制所有设备，操作方便，使试验自动化高，减少了试验的复杂程度；
[0017](5)本装置整套置于密闭的试验室内，然后气压模拟不同河流段的水压，以更逼近与现实河流的情况，而水压对河流的研究有很大的影响，本装置可最大化模拟河流模型。【附图说明】[0〇18]图1是本实用新型的结构不意图；
[0019]图2是出料控制阀的安装结构示意图；
[0020]图3是混合搅拌器的结构示意图；
[0021]图4是自动输沙机构的结构示意图。【具体实施方式】
[0022]如图1-4所示，本实用新型的河工模型试验系统，包括试验室1、总控制器、模拟水压装置和模拟水流装置;模拟水压装置包括气栗2，气栗2通过气管与试验室1连接;模拟水流装置包括水栗3;试验室1为一密闭的箱室，试验室1内铺设有河道模型6,水栗3通过水管与试验室1连接并为河道模型6上游供水，河道模型6沿左右方向水平设置，河道模型6左侧上表面设有推移质加沙装置;推移质加沙装置包括加沙容器7、混合砂砾机构4、支撑架8和自动输沙机构5;加沙容器7、混合砂砾机构4和自动输沙机构5自上而下依次设置在支撑架8 上;总控制器可以是PLC或集成电路或单片机；
[0023]加沙容器7为长方体结构，加沙容器7内部中空且加沙容器7上端敞口，加沙容器7 底部设有底板9,加沙容器7内并排间隔固定有若干挡板10,挡板10将加沙容器7的内腔分隔成若干加沙腔11，底板9上并排设有若干排出料孔12,每排出料孔12均与其中一个加沙腔11 对应设置，每个出料孔12底部均设有出料控制阀;每个出料孔12至少有3个出料孔12.[〇〇24]混合砂砾机构4包括混合料仓13，混合料仓13的上端敞口，所述的各排出料孔12均位于混合料仓13上端敞口的正上方;混合料仓13的水平截面向下逐渐缩小，混合料仓13的底部开设有出沙口 14;混合料仓13内设有若干组混合搅拌器；
[0025]自动输沙机构5包括步进电机15、安装框架16、驱动辊17、从动辊18、驱动转轮19和从动转轮20,驱动辊17和从动辊18并排转动连接在安装框架16上，驱动转轮19固定在驱动辊17的一端，从动转轮20固定在从动辊18的一端且与驱动转轮19同侧设置，驱动辊17与从动辊18之间设有传送带21，驱动转轮19与从动转轮20之间设有皮带22,步进电机15固定在安装框架16上，步进电机15的主轴与驱动转轮19传动连接；
[0026]总控制器分别通过控制线路与步进电机15、出料控制阀、混合搅拌器、水栗3和气栗2连接。
[0027]支撑架8包括由四根水平角钢固定而成的长方形框架，长方形框架的四个角均垂直向上固定有一根直立角钢。
[0028]出料控制阀包括开合电机23、封堵板24和导轨25,导轨25设有两条，两条导轨25固定在底板9的底部且分别位于出料孔12的相对两侧，封堵板24滑动连接在两条导轨25上，封堵板24用于封堵出料孔12,封堵板24底部设有螺母26,开合电机23固定在底板9底部，开合电机23的主轴通过联轴器27连接有丝杠28,丝杠28与导轨25平行设置，丝杠28的一端穿设在螺母26内且与螺母26螺纹连接;总控制器通过控制线路与开合电机23连接。[〇〇29] 混合搅拌器包括驱动电机29、安装板30和转轴31，驱动电机29固定在混合料仓13 侧壁，驱动电机29的主轴水平设置，驱动电机29的主轴固定设有主锥齿轮32，安装板30水平固定在混合料仓13侧壁，转轴31垂直设置，转轴31转动连接在安装板30上，转轴31上设有螺旋叶片33,转轴31的下端穿过安装板30后固定连接有从锥齿轮34,主锥齿轮32与从锥齿轮 34相啮合;总控制器通过控制线路与驱动电机29连接。
[0030] 本实施例中选用粒径不同的砂烁a、砂烁b和砂烁c，且砂烁a、砂烁b和砂烁c的比例为3:1:2;首先本装置在实验前首先将床沙均匀铺设在河道模型6上，然后将砂烁a、砂烁b和砂砾c分别装入在加沙腔A、加沙腔B、加沙腔C内，然后通过总控制器控制气栗2向试验室1内输入高压气体，以模拟河流中不同河段的压力，然后通过总控制器分别打开加沙腔A内的其中三个出料控制阀，打开加沙腔B内的其中一个出料控制阀，打开加沙腔C内的其中一个出料控制阀，具体打开出料控制阀的过程为:启动开合电机23，开合电机23带动丝杠28在螺母 26转转动，在丝杠28的旋转力的作用下，丝杠28推动螺母26，进而推动封堵板24沿导轨25移动，从而被封堵板24封堵的出料孔12打开，加沙腔内的砂砾从出料孔12中落下;通过打开三个加沙腔内的出料控制阀的个数控制砂砾a、砂砾b和砂砾c的比例;砂砾a、砂砾b和砂砾c落入混合料仓13内，然后驱动电机29启动，驱动电机29带动主轴上的主锥齿轮32转动，主锥齿轮32与从动锥齿轮啮合传动，从而带动转轴31转动，在转轴31上螺旋叶片33的搅拌下，砂砾 a、砂烁b和砂烁c混合均勾，混合后的砂烁从出沙口 14落至传送带21上，接着步进电机15和水栗3同时启动，步进电机15带动驱动转轮19转动，驱动转轮19通过皮带22带动从动转轮20 转动，从而驱动辊17与从动辊18之间的传送带21运动，通过控制步进电机15的转速控制砂砾落至在传送带21上的量，传送带21将砂砾带至并落入河道模型6,同时水栗3将水流抽入传送袋下方，水流冲击砂砾，以实现推移质泥沙随时间变化，在特定水压下完成河工模型试验。
[0031]本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
【主权项】
1.河工模型试验系统，其特征在于:包括试验室、总控制器、模拟水压装置和模拟水流 装置;模拟水压装置包括气栗，气栗通过气管与试验室连接;模拟水流装置包括水栗，水栗 通过水管与试验室连接;试验室为一密闭的箱室，试验室内铺设有河道模型，河道模型沿左 右方向水平设置，河道模型左侧上表面设有推移质加沙装置;推移质加沙装置包括加沙容 器、混合砂砾机构、支撑架和自动输沙机构；加沙容器、混合砂砾机构和自动输沙机构自上 而下依次设置在支撑架上；加沙容器为长方体结构，加沙容器内部中空且加沙容器上端敞口，加沙容器底部设有 底板，加沙容器内并排间隔固定有若干挡板，挡板将加沙容器的内腔分隔成若干加沙腔，底 板上并排设有若干排出料孔，每排出料孔均与其中一个加沙腔对应设置，每个出料孔底部 均设有出料控制阀；混合砂砾机构包括混合料仓，混合料仓的上端敞口，混合料仓的水平截面向下逐渐缩 小，混合料仓的底部开设有出沙口；混合料仓内设有若干组混合搅拌器；自动输沙机构包括步进电机、安装框架、驱动辊、从动辊、驱动转轮和从动转轮，驱动辊 和从动辊并排转动连接在安装框架上，驱动转轮固定在驱动辊的一端，从动转轮固定在从 动辊的一端且与驱动转轮同侧设置，驱动辊与从动辊之间设有传送带，驱动转轮与从动转 轮之间设有皮带，步进电机固定在安装框架上，步进电机的主轴与驱动转轮传动连接；总控制器分别通过控制线路与步进电机、出料控制阀、混合搅拌器、水栗和气栗连接。2.根据权利要求1所述的河工模型试验系统，其特征在于:支撑架包括由四根水平角钢 固定而成的长方形框架，长方形框架的四个角均垂直向上固定有一根直立角钢。3.根据权利要求2所述的河工模型试验系统，其特征在于:出料控制阀包括开合电机、 封堵板和导轨，导轨设有两条，两条导轨固定在底板的底部且分别位于出料孔的相对两侧， 封堵板滑动连接在两条导轨上，封堵板用于封堵出料孔，封堵板底部设有螺母，开合电机固 定在底板底部，开合电机的主轴通过联轴器连接有丝杠，丝杠与导轨平行设置，丝杠的一端 穿设在螺母内且与螺母螺纹连接;总控制器通过控制线路与开合电机连接。4.根据权利要求3所述的河工模型试验系统，其特征在于:混合搅拌器包括驱动电机、 安装板和转轴，驱动电机固定在混合料仓侧壁，驱动电机的主轴水平设置，驱动电机的主轴 固定设有主锥齿轮，安装板水平固定在混合料仓侧壁，转轴垂直设置，转轴转动连接在安装 板上，转轴上设有螺旋叶片，转轴的下端穿过安装板后固定连接有从锥齿轮，主锥齿轮与从 锥齿轮相啮合;总控制器通过控制线路与驱动电机连接。
【文档编号】E02B1/02GK205636630SQ201620403659
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】包永刚, 孟庆伟, 张剑
【申请人】包永刚