室内冻土水分迁移规律模拟系统及特征参数测定方法_3

文档序号:8941611阅读:来源:国知局
6-底座;
[0062] 7一冷热一体机; 8一计算机; 9一流量传感器;
[0063] 10-1-降雪径流量测量分管; 10-2-降雪径流量测量总管;
[0064] 10-3一降雪出渗量测量分管; 1CK4一降雪出渗量测量总管;
[0065] 11一降雪径流量测量量杯; 12-降雪出渗量测量量杯;
[0066] 13-控制器; 13-1-微控制器;
[0067] 13-2一串口通彳目电路; 13_3-电热管左右运动按钮;
[0068] 13-4 一电热管前后运动按钮; 13_5-液晶显不器;
[0069] 13-6一第一电机驱动器; 13-7-第二电机驱动器;
[0070] 13~8 一第二电机驱动器; 13-9-继电器;
[0071] 14-电热管; 15-电热管前后运动小车;
[0072] 16 -门字型框架; 17-电热管前后运动导轨;
[0073] 18-电热管左右运动导轨; 19 一电热管左右运动电机;
[0074] 20-电热管左右运动链条; 21 -第二电热管左右运动链轮;
[0075] 22-电热管前后运动电机; 23-电热管前后运动皮带;
[0076] 24-第一电热管前后运动带轮; 25-第一电热管左右运动链轮;
[0077] 26 -电热管左右主动运动导轮; 27 -电热管右限位开关;
[0078] 28 -电热管左限位开关; 29 -电热管温度传感器;
[0079] 30 -电热管后限位开关; 31-电热管前限位开关;
[0080] 32 -电热管左右从动运动导轮; 33-土壤温湿度传感器。
【具体实施方式】
[0081] 如图1和图2所示,本发明的室内冻土水分迀移规律模拟系统,包括模拟系统箱体 1、冻土水分迀移规律特征参数测量系统和试验数据采集及控制器13,以及设置在模拟系统 箱体1内部的冷热一体机7、降雪模拟系统、地质模型系统和太阳福射热模拟系统;
[0082] 如图1和图2所示,所述降雪模拟系统包括嵌入安装在模拟系统箱体1顶部的降 雪槽2-3、设置在降雪槽2-3内的固定支架2-1和嵌入安装在固定支架2-1上的多个降雪点 模拟机构3,如图3和图4所示,每个所述降雪点模拟机构3均包括顶部和底部均敞口设置 的储冰筒3-3以及设置在储冰筒3-3顶部的启封盖3-1,所述储冰筒3-3的底部设置有十字 支撑杆3-6,所述十字支撑杆3-6的中心安装有降雪电机3-5,所述降雪电机3-5的输出轴 上固定连接有旋转切冰刀3-4,旋转切冰刀3-4用于支撑并切割放置到储冰筒3-3内的冰块 3-7,所述启封盖3-1的内底面上连接有冰块防转杆3-8,冰块防转杆3-8用于防止冰块3-7 随旋转切冰刀3-4转动,所述冰块防转杆3-8上套装有用于将冰块3-7压紧在旋转切冰刀 3-4上的压力弹簧3-2,所述冰块防转杆3-8横截面的形状为矩形,所述冰块3-7上开有供 冰块防转杆3-8穿入且与冰块防转杆3-8紧密配合的柱状孔3-9 ;所述降雪槽2-3的底部 安装有用于振动降落旋转切冰刀3-4切落的雪花的振动筛2-2 ;多个储冰筒3-3中的任意 一个储冰筒的顶部安装有超声波测距传感器3-10 ;
[0083] 如图1、图2和图5所示,所述地质模型系统包括底座6和通过多个千斤顶5支撑 安装在底座6上的地质模型槽4,所述地质模型槽4的底部设置有用于在地质模型槽4内底 部形成储水空间的经炜格栅板4-2,所述经炜格栅板4-2上设置有多个出水孔洞,所述经炜 格栅板4-2的顶部设置有陶土板4-3,所述陶土板4-3的四周边沿均与地质模型槽4内壁粘 接,所述陶土板4-3的顶部用于放置试验土样4-1 ;具体实施时,所述千斤顶5的数量为三 个。使用时,通过调节多个千斤顶5的高度,能够实现不同坡度的工况模拟。
[0084] 如图6所示,所述太阳辐射热模拟系统包括用于模拟太阳光照的电热管14、用于 带动电热管14在模拟系统箱体1内前后运动的电热管前后运动机构和用于带动电热管14 在模拟系统箱体1内左右运动的电热管左右运动机构,所述电热管14设置在所述地质模型 系统与所述降雪模拟系统之间,所述电热管14的旁侧设置有用于对电热管14的加热温度 进行实时检测的电热管温度传感器29 ;
[0085] 如图1所示,所述冻土水分迀移规律特征参数测量系统包括土壤温度及含水率测 量系统、降雪径流量测量系统和降雪出渗量测量系统,所述土壤温度及含水率测量系统包 括分多层埋设在试验土样4-1内的多个土壤温湿度传感器33,每层所述土壤温湿度传感器 33的数量均为多个,各层中多个所述土壤温湿度传感器33呈正方形网格均匀布设,多层中 相邻两层的多个所述土壤温湿度传感器33均按相等间距上下相对布设;所述降雪径流量 测量系统包括降雪径流量测量量杯11和设置在地质模型槽4侧面的多个降雪径流量测量 孔,以及连接在所述降雪径流量测量孔上的降雪径流量测量分管10-1和与降雪径流量测 量分管10-1连接并接入降雪径流量测量量杯11内的降雪径流量测量总管10-2 ;所述降雪 出渗量测量系统包括降雪出渗量测量量杯12和设置在地质模型槽4底面上的多个降雪出 渗量测量孔,以及连接在所述降雪出渗量测量孔上的降雪出渗量测量分管10-3和与降雪 出渗量测量分管10-3连接并接入降雪出渗量测量量杯12内的降雪出渗量测量总管10-4, 所述降雪出渗量测量总管10-4上设置有用于对渗出试验土样4-1的消融水的流量进行实 时检测的流量传感器9 ;
[0086] 如图1和图7所示,所述试验数据采集及控制器13包括微控制器13-1和与微控 制器13-1相接且用于与计算机8连接的串口通信电路13-2,所述微控制器13-1的输出端 接有液晶显示器13-5和用于驱动降雪电机3-5的第一电机驱动器13-6,所述超声波测距传 感器3-10、流量传感器9、电热管温度传感器29和多个土壤温湿度传感器33均与微控制器 13-1的输入端连接。
[0087] 如图4所示,本实施例中,所述旋转切冰刀3-4包括圆盘形的切冰刀体3-41和均 匀设置在切冰刀体3-41上的多排从切冰刀体3-41的中心向外发散的切冰孔3-42,每个所 述切冰孔3-42内均设置有金刚石刀刃3-43。
[0088] 本实施例中,所述旋转切冰刀3-4的底端距离储冰筒3-3的底端的距离为2cm~ 5cm。这样位于旋转切冰刀3-4的底端下部的储冰筒3-3的侧壁可以用于挡雪,可以保证切 雪过程中不发生雪花离心现象。
[0089] 如图6所示,本实施例中,所述电热管前后运动机构包括电热管前后运动小车15 和沿模拟系统箱体1的前后方向设置在模拟系统箱体1内的门字型框架16,所述电热管14 悬挂在电热管前后运动小车15的底部,所述门字型框架16的顶部设置有供电热管前后运 动小车15行走的电热管前后运动导轨17,所述门字型框架16的顶部一侧设置有电热管前 后运动电机22,所述门字型框架16的顶部另一侧设置有第一电热管前后运动带轮24,所述 电热管前后运动电机22的输出轴上连接有第二电热管前后运动带轮,所述第一电热管前 后运动带轮24和所述第二电热管前后运动带轮上连接有电热管前后运动皮带23,所述电 热管前后运动小车15的底部与电热管前后运动皮带23固定连接;所述电热管左右运动机 构包括沿模拟系统箱体1的左右方向设置在模拟系统箱体1底部的两条电热管左右运动导 轨18,所述门字型框架16的一侧底部设置有沿其中一条电热管左右运动导轨18运动的电 热管左右主动运动导轮26和与电热管左右主动运动导轮26同轴连接的第一电热管左右运 动链轮25,所述门字型框架16的另一侧底部设置有沿另一条电热管左右运动导轨18运动 的电热管左右从动运动导轮32,与电热管左右主动运动导轮26相配合的电热管左右运动 导轨18的两侧分别设置有电热管左右运动电机19和第二电热管左右运动链轮21,所述电 热管左右运动电机19的输出轴上连接有第三电热管左右运动链轮,所述第一电热管左右 运动链轮25、第二电热管左右运动链轮21和所述第三电热管左右运动链轮上连接有电热 管左右运动链条20 ;所述微控制器13-1的输入端接有电热管左右运动按钮13-3和电热管 前后运动按钮13-4,所述微控制器13-1的输出端接有用于驱动电热管左右运动电机19的 第二电机驱动器13-7、用于驱动电热管前后运动电机22的第三电机驱动器13-8和用于控 制电热管14通断电的继电器13-9,所述继电器13-9的线圈串联在电热管14的供电回路 中。
[0090] 如图6所示,本实施例中,所述电热管前后运动导轨17的前后两端分别设置有电 热管前限位开关31和电热管后限位开关30,与电热管左右从动运动导轮25相配合的电热 管左右运动导轨18的左右两端分别设置有电热管左限位开关28和电热管右限位开关27, 所述电热管前限位开关31、电热管后限位开关30、电热管左限位开关28和电热管右限位开 关27均与微控制器13-1的输入端连接。电热管14在模拟系统箱体1内左右运动的过程 中,电热管左限位开关28对门字型框架16运动到电热管左右运动导轨18的左端极限位置 进行检测并将检测到的信号实时输出给微控制器13-1,电热管右限位开关27对门字型框 架16运动到电热管左右运动导轨18的右端极限位置进行检测并将检测到的信号实时输出 给微控制器13-1,当电热管左限位开关28或电热管右限位开关27检测到信号,即输出为高 电平时,微控制器13-1控制电热管左右运动电机13-3停止转动,避免了门字型框架16运 动到电热管左右运动导轨18的外部,造成系统故障。电热管14在模拟系统箱体1内前后 运动的过程中,电热管前限位开关31对门字型框架16运动到电热管前后运动导轨17的前 端极限位置进行检测并将检测到的信号实时输出给微控制器13-1,电热管后限位开关30 对门字型框架16运动到电热管前后运动导轨17的后端极限位置进行检测并将检测到的信 号实时输出给微控制器13-1,当电热管前限位开关31或电热管后限位开关30检测到信号, 即输出为高电平时,微控制器13-1控制电热管前后运动电机13-4停止转动,避免了电热管 前后运动小车15运动到电热管前后运动导轨17的外部,造成
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