一种宽体水槽自动移动的行车测量装置的制作方法

本发明涉及水利工程、环境工程和海洋工程实验室中进行环境泥沙实验的大型宽体动床实验水槽技术领域。

背景技术：

在河床形态演变、推移质输移、动床模型试验等实验研究中，只使用宽度小于1 m的玻璃水槽往往会带来较大的边壁效应，但是使用2 m以上的大型宽体水槽，实验仪器的架设以及水槽中泥沙如何整平都是非常令人头疼的问题。

近10年，随着测量仪器进步与研究理念的更新，使用宽体水槽的室内实验再次兴起，为认识河流动力学注入新活力。引人关注的是，Braudrick 等在水槽中种植苜蓿芽固定边滩和河岸，模拟了连续弯道形成和斜槽裁弯过程，并认为苜蓿芽提供的抗冲强度是维持自认河道冲弯的必要条件，细颗粒泥沙补给是维持弯道稳定的关键因子，这个重要认识与尹学良认为“大流量时悬移质对河湾形成具有十分重要影响”异曲同工。近期，通过粉沙中添加石英粉也成功塑造类似自然河流的弯曲河道，并有效地固定凸岸边滩和模拟斜槽裁弯，并认为维持卵石河床的弯曲河流形成的充分必要条件是来自上游的持续扰动和洪泛平原形成。可见，添加粘性细颗粒和种植草本植物是室内水槽实验塑造弯曲河流和引导自然裁弯的关键因子。

在研究自然河流的弯曲河道或者是辫状河道中，使用的多是动床水槽，虽然在玻璃水槽中的实验沙整平还是比较容易，但是为了能更好的还原野外的实际情况，还是需要用到大型的宽体动床水槽，而这样在整平实验沙时就是一项非常有技术性的工作了。

目前，平整泥沙床面，往往采用人工用刀片或薄板凭感觉推平，对于宽度达到两米以上、长度达到几十米或上百米的宽体水槽，不仅工作量大，而且很难做到纵向达到一致的平整度。实验仪器的搭载也存在问题，只能以固定为主，并且如果要在宽体水槽中进行定点取样也没有办法，只能进入水槽，这样会使床面遭到破坏，整组实验报废。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：

1、大型实验宽体水槽的泥沙初始床面整平工作的问题，从而能针对几十米或上百米的长水槽做到纵向达到一致的平整度；

2、实验人员在大型宽体水槽上的行动、仪器架设、定点采样问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

1、系统部件包括：一个大型宽体水槽（长×宽至少为20 m×4 m），一个水准仪，一个激光器，一块长方形钢制刀片，两个变频交流电电动机，两根长直钢管，一组无接缝滑触线和一块水平连接钢板。

2、本发明主要是设计一种可以在大型宽体水槽上可自动移动的行车，行车的两面具有不同的功能。移动行车一边可以采用水平激光定位来校准沙床平整度，从而获得一致性很高的平整泥沙床面；另一边可以灵活安装多组实验用仪器，并且能随时让实验员对水槽中的实验动床进行采样。

3、移动平车在大型宽体水槽中的使用步骤如下：

步骤①：在大型宽体水槽中加入细沙，先用人工大致铺平，这层细沙的最薄处需要比要求的厚度要厚；

步骤②：在水槽的一端安置激光器，确定预先需要平整床面的高程位置，调节激光器高度与已确定床面高程重合，打开激光器，向另一端发射水平激光线；

步骤③：从移动行车的一侧放下已经通过水准仪矫正过的长方形刀片进入细沙床面中，同时长方形刀片的下边缘与激光线正中对齐；

步骤④：启动移动行车的变频电动机，采用低速，沿水槽纵向开始移动，长方形刀片会开始自行推平沙床；

步骤⑤：若刀片前面的多余沙堆积接近长方形刀片上边缘，则从长方形刀片前面将多余泥沙到水槽外部，继续推平沙床，直至水槽另一端；

步骤⑥：完成第一遍拉平沙床后，若局部仍不平或凹陷，可以在长方形刀片前面加入一定量的泥沙，继续第二次拉平，直至整个沙床完全水平，水平之后将长方形刀片升起至不与沙床相接触的高度；

步骤⑦：从移动行车的另一侧选择合适的位置，架设实验需要使用到的仪器；

步骤⑧：需要采样时，实验员可以从移动行车的一侧上来，将移动行车移至合适的位置，实验员在行车上放下采样器，完成采样。

本发明采用的宽体水槽自动移动的行车测量装置是这样的，它至少包括一个装有泥沙和水的大型宽体水槽以及设置在该大型宽体水槽其中一端外面的激光器，并包括设置在该大型宽体水槽中的一架可控制速度的移动平车。具体是这样的，在移动行车的两侧各有不同的使用功能，一侧设有三根位置可调的垂直连接杆，三根垂直连接杆悬空垂入玻璃水槽中，长方形刀片设在垂直连接杆的底部，水准仪设在长方形形刀片上部；另一侧设有两根水平放置的光滑钢管，上面架设了可以横向移动的四个测架。

对于一侧的整平沙床用的长方形刀片，在长方形刀片的两端设置预留一定的宽度以使其与大型宽体水槽并不会直接接触。位于左右两侧以轴对称设置的垂直连接杆与正中间的垂直连接杆中间用其他钢管进行三角形的连接，这可以使左右两根垂直连接杆随着正中间的连接杆，保持水平的进行上下微调节，也可以使得三根垂直连接杆底部的长方形形刀片达到水平。中间的垂直连接杆的卡口是这样设计的：在垂直连接杆上固定一段足够粗的螺纹钢，行车上面则有一段螺纹口，螺纹钢通过螺纹口之后在上面焊接一圆形把手，通过旋转把手来控制中间的连接杆，就能够对其底部高度进行微调。对于另一侧的仪器测架，将会有两根平行于水槽的横向方向架设光滑钢管，具备不同接口的四个测架将会搭载在光滑的钢管上，这将保证横向移动不受阻。

本发明具有如下优点：移动行车一侧的可调整高度的水平长方形刀片能推平沙床，同时采用水平激光定位和校准沙床平整度，从而获得一致性很高的平整泥沙床面；相比手工推动的沙床，本发明可以高精度地确定沙床水位位置和控制沙床的平整高达到1毫米误差范围。移动行车另一侧可以满足多种仪器的搭载（如激光水平仪、溶解氧仪、ADV、PIV等），使得水槽用途更加广泛，并将实验从定床层次提高至动床层次。若再配以XYZ三轴摄像技术便可将试验中的变化过程进行立体化呈现。行车可供实验员随时进行采样，不会对动床造成破坏。

附图说明

图1是本发明的正面结构图；图2是本发明的侧面结构图。

附图标记说明：1-水平护栏，2-竖直护栏，3-水平通行钢板，4-光滑钢管，5-变频电动机，6-垂直连接杆，7-正中垂直螺纹杆，8-横向三角稳定杆，9-长方形刀片控制把手，10-电箱，11-无接缝滑触线，12-滚轮，13-细沙层，14-大型宽体水槽，15-水准仪，16-初始河道刮片，17-长方形刀片，18-初始河道刮片控制把手，19-水平激光仪，20-钢轨，21-多卡扣测架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

首先本发明的主要构件是初始河道刮片16、长方形刀片17、水准仪15、正中垂直螺纹杆7、变频电动机5、无接缝滑触线11、水平激光仪19、光滑钢管4、电箱10、多卡扣测架21。

首先，长方形刀片17和大型宽体水槽14中存在10 cm的距离，这是为了避免长方形刀片17直接接触大型宽体水槽14的防水壁面，刮坏防水壁面，同时大型宽体水槽14纵向宽度不可能完成一致，需要在长方形刀片17与大型宽体水槽14之间预留一定位置。位于大型宽体水槽14右侧的无接缝滑触线11将保证不会存在冗余的电线，并能有效防止电线磨损之后的漏电危险。

水准仪15安置在长方形刀片17上方，用于指示刀片水平，便于调节刀片达到完全水平。水平激光仪19安置在大型宽体水槽14起始端，根据实验需要的泥沙水平位置，调节水平激光仪19，使其放射水平激光线刚好打到长方形刀片17尾端，以此位置确定刀片高程位置。

左右两个滚轮12安置在大型宽体水槽14顶面的两侧的水槽顶面钢轨20上，对整个移动行车提供支持力以及行动力。垂直连接杆6用于连接长方形刀片17与水平通行钢板3，正中垂直螺纹杆7使用螺纹口与水平通行钢板3相连，垂直连接杆6与正中垂直螺纹杆7用横向三角稳定杆8相连接，这可以使长方形刀片17通过正中垂直螺纹杆7上的长方形刀片控制把手9进行高度调节，初始河道刮片16则通过初始河道刮片控制把手18进行高度调节。

对于另一侧的多卡扣测架21，将会有两根平行于水槽的横向方向架设的光滑钢管4，具备不同接口的四个多卡扣测架21将会搭载在光滑的钢管上，这将保证横向移动不受阻。

所有的部件将随着水平通行钢板3移动。在水平通行钢板3的下方是变频电动机5，它将提供滚轮12所需要的动力，滚轮12接触的是钢轨20，钢轨20铺设在大型宽体水槽14的两旁。通过控制电箱10中的电流大小，移动行车的速度也将受到控制。

如图1和图2所示，本发明是这样实施的：先在大型宽体水槽14的一端安置水平激光仪19，确定沙床细沙层13平整床面的高程位置，调节水平激光仪19沿着已确定水平位置向大型宽体水槽14另一端发射水平激光。通过旋转长方形刀片控制把手9，调节正中垂直螺纹杆7使得长方形刀片17下边缘与水平激光线对齐。然后用电箱10对变频电动机5进行转速调节，从而对整个移动行车进行速度调节，移动行车将带动长方形刀片17与初始河道刮片16，开始整平河床。若刀片前面的多余沙堆积接近长方形刀片17上边缘，则清除多余泥沙到水槽外部，继续推平沙床；若刀片前面存在低于长方形刀片17下边缘的沙坑，则填入部分细沙。当到达大型宽体水槽14的一端时，刮沙结束。

具体的步骤是这样的：

步骤①：在大型宽体水槽14中加入细沙层13，先用人工大致铺平，这层细沙的最薄处需要比要求的厚度要厚；

步骤②：在大型宽体水槽14的一端安置水平激光仪19，确定预先需要平整床面的高程位置，调节水平激光仪19高度与已确定床面高程重合，打开水平激光仪19，向另一端发射水平激光线；

步骤③：从移动行车的一侧放下已经通过水准仪15矫正过的长方形刀片17进入床面细沙层13中，同时长方形刀片17的下边缘与水平激光仪19射出的激光线正中对齐；

步骤④：启动移动行车的变频电动机5，采用低速，沿大型宽体水槽14纵向开始移动，长方形刀片17会开始自行推平沙床，初始河道刮片会16开始自行刮出初始河道；

步骤⑤：若刀片前面的多余沙堆积接近刀片上边缘，则清除多余泥沙到大型宽体水槽14外部，继续推平沙床细沙层13，直至大型宽体水槽14另一端；

步骤⑥：完成第一遍拉平沙床后，若局部仍不平或凹陷，可以在长方形刀片17前面加入一定量的泥沙，继续第二次拉平，直至整个沙床完全水平，水平之后将长方形刀片17升起至不与沙床相接触的高度。

步骤⑦：从移动行车的另一侧选择合适的位置，在多卡扣测架21架设实验需要使用到的仪器；

步骤⑧：需要采样时，实验员可以从移动行车的一侧上来，将移动行车移至合适的位置，实验员在行车上放下采样器，完成采样。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。