一种液压控制冲箱式造波装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种液压控制冲箱式造波装置及方法，包括试验水渠、液压千斤顶、冲箱、传动杆、凸轮轴和高速摄像机。通过调整液压千斤顶，控制造波机的高度，从而调节冲箱最大入水深度，与电动机转轴连接的凸轮轴，作用为控制冲箱工作时的行程。筒状冲箱后侧布设槽型导轨，紧贴试验水渠后壁；冲箱设计为圆筒状，通过与水面的撞击产生波浪，冲箱圆弧状构造产生的波浪更接近天然波浪。通过综合控制冲箱最大入水深度、行程和频率，实现调节波浪波高、波长和周期的功能。电动机转动带动冲箱上下运动产生波浪，透过钢化玻璃侧壁可以直接观察产生的波浪特征，水渠外部固定高速摄像机进行波浪信息的实时获取，将信息传送至海浪谱显示器。
【专利说明】
一种液压控制冲箱式造波装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种液压控制冲箱式造波装置及方法。
【背景技术】
[0002]海底滑坡是常见的一种海洋灾害，通过波浪对浅水区海底岩质边坡稳定性影响模型试验，研究在不同边坡坡度与结构面倾角条件下海底岩质边坡在波浪作用下坡面压力的变化规律，结构面内孔隙水压力、应力、位移的分布规律以及受波浪影响的变化规律和结构面两侧边界水流的变化情况，结合试验结果探讨岩质边坡在波浪作用下的破坏过程，指导稳定性分析方法以及边坡防护技术的建立。相应的波浪模拟实验装置应运而生，以往的造波装置多为板状造波结构，造波板的往复运动会产生反射波，试验水渠中反射波的存在会使期望的入射波场发生畸变，使模拟的波浪失真，从而影响模型试验结果的精确度，这是长期困扰波浪模型试验的难题。部分造波装置采用鼓风机制造波浪，存在波浪模拟频率低、控制精度不高等固有缺陷。目前，尚没有能够有效消除反射波影响，并且能够实时控制波浪振幅、频率、相位的造波装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为克服上述现有造波装置的不足，提供一种液压控制冲箱式造波装置。本发明的凸轮轴连接传动杆带动冲箱运动，球铰的安装释放了对冲箱的左右约束，筒状冲箱的圆形表面与水面直接作用产生波浪，冲箱在面向试验区的一侧制造波浪，背侧与水渠后壁紧密贴合。试验水渠外侧的高速摄像机通过透明钢化玻璃侧壁，实时记录冲箱与水面作用产生的波浪。液压控制器控制液压千斤顶的升降，调节电动机框架的高程和冲箱的工作行程，实现了实时控制波浪振幅、频率、相位，控制精度大大提高。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]—种液压控制冲箱式造波装置，包括试验水渠和一个安装在试验水渠侧壁上的冲箱，所述的冲箱通过一个球铰与一个传动杆相连，所述传动杆的动力端与一个凸轮轴相连，所述的凸轮轴电动机的输出轴相连，所述的电动机通过一套液压驱动装置驱动其上、下移动，通过调节电动机的高程以及转动频率，实现了实时控制波浪振幅、频率、相位。
[0006]进一步的，所述的试验水渠的左右两侧为透明的钢化玻璃，其中一侧的钢化玻璃外设有一个摄像机，所述的摄像机与海浪谱显示器相连。电动机转动带动冲箱上下运动产生波浪，透过钢化玻璃侧壁可以直接观察产生的波浪特征，水渠外部固定高速摄像机进行波浪信息的实时获取，将信息通过数据连接线传送至海浪谱显示器。
[0007]进一步的，所述的电动机安装在一个框架上，在框架的底部安装液压驱动装置驱动框架上下运动；电动机的转动频率可调，通过综合控制冲箱最大入水深度、行程和频率，实现调节波浪波高、波长和周期的功能。
[0008]进一步的，所述的液压驱动装置包括四个安装在框架四个角上的液压千斤顶，所述的液压千斤顶的升降由液压控制器控制；
[0009]电动机框架由液压千斤顶控制可以上下移动，从而调节冲箱最大入水深度，与电动机转轴连接的凸轮轴，作用为控制冲箱工作时的行程，电动机的转动频率可调，通过综合控制冲箱最大入水深度、行程和频率，实现调节波浪波高、波长和周期的功能。
[0010]进一步的，所述的冲箱为筒状结构，与水面的撞击面为圆弧形，其顶面为水平面，背面为垂直面;通过与水面的撞击产生波浪，由于冲箱圆弧状构造产生的波浪更接近天然波浪。
[0011]进一步的，所述的试验水渠后方设有两个槽型轨道，冲箱紧贴水渠后壁顺应轨道上下运动，在另一侧产生波浪；
[0012]筒状冲箱后侧布设槽型导轨，紧贴试验水渠后壁，冲箱上部由一球铰与传动杆相连，球铰的设计有效的防止了冲箱上下运动时与试验水渠侧壁的左右碰撞。
[0013]进一步的，所述的电机转轴上加设有托环，转轴的末端通过一个固定支架固定;有效避免了因为电动机转轴过长导致的电动机晃动。
[0014]进一步的，上述装置的试验方法，包括以下步骤:
[0015](I)安装试验水渠的钢化玻璃侧壁，钢化玻璃与试验水渠接触部分，利用加压密封处理技术实现两者的紧密贴合。
[0016](2)向试验水渠内部注入一定量的水，启动液压控制装置，由液压千斤顶将电动机框架提升到水面以上一定高度。
[0017](3)启动电动机开关并调节转动频率，由转轴凸轮轴带动传动杆，球铰的设计使冲箱3沿导轨上下运动，避免了与试验水渠侧壁的碰撞。
[0018](4)打开高速摄像机，对波浪的产生过程进行实时拍摄记录，将拍摄信息利用数据连接线传送至海浪谱显示器，得到波浪波高、波长和周期信息。
[0019](5)为得到不同波高、波长和周期的波浪，调节液压控制器13和电动机11频率，重复上述步骤即可。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]本发明较以往造波装置有了更强的综合应用能力。与前人单板造波装置相比，本发明利用冲箱代替板状造波结构，冲箱后侧布设槽型导轨，紧贴试验水渠右壁，造波过程有效的消除了反射波影响，由圆弧结构产生的波形更加符合天然波浪特征。试验水渠一侧安装透明玻璃，由水渠外面固定的高速摄像机可以实时记录波浪形态，将信息实时传输到海浪谱显示器上。电动机的转动频率可调，通过综合控制冲箱最大入水深度、行程和频率，实现调节波浪波高、波长和周期的功能。本发明与鼓风式造波装置相比控制精度大大提高，使试验过程更加真实可信，试验结果与实际研究环境更加接近。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本发明的原理不意图；
[0024]图中:1.试验水渠;2.钢化玻璃;3.冲箱;4.球铰;5.传动杆;6.转轴;7.凸轮轴;8.固定支架;9.托环；10.液压千斤顶；11.电动机；12.导轨；13.液压控制器；14.数据连接线；15.高速摄像机;16.海浪谱显示器。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0026]如图1所示，一种液压控制冲箱式造波装置，包括试验水渠I;钢化玻璃2;冲箱3;球铰4;传动杆5;转轴6;凸轮轴7;固定支架8;托环9;液压千斤顶10;电动机11;导轨12;液压控制器13;数据连接线14;高速摄像机15;海浪谱显示器16;具体的结构如下:
[0027]冲箱3通过一个球铰与一个传动杆相连，传动杆的动力端通过一个凸轮轴7驱动其上下运动，所述的凸轮轴7与电动机11的输出轴相连，由电动机11驱动其旋转，所述的电动机11通过一套液压驱动装置驱动其上、下移动，通过调节电动机的高程以及转动频率，实现了实时控制波浪振幅、频率、相位。
[0028]本发明通过调整液压千斤顶，控制造波机的高度，从而调节冲箱3最大入水深度，与电动机转轴连接的凸轮轴7，作用为控制冲箱3工作时的行程。
[0029]电动机转轴设有凸轮轴7，这一构造在满足试验需要的情况下，极大简化了传动装置的复杂性。转轴与造波体用传动杆5相连，传动杆下部由一球铰固定在造波体上，球铰的设计有效的避免了传动杆运动所造成的冲箱与水渠侧壁的左右碰撞。
[0030]试验水渠I的左右两侧为透明的钢化玻璃2，其中一侧的钢化玻璃2外设有一个摄像机，的摄像机与海浪谱显示器相连。试验水渠侧壁由透明钢化玻璃制作，钢化玻璃外侧固定高速摄像机对波浪产生过程进行实时拍摄。将拍摄信息传送至与摄像机相连的海浪谱显示器上，即可得到波浪波高、波长和周期等参数。
[0031]电动机11安装在一个框架上，在框架的底部安装液压驱动装置驱动框架上下运动。
[0032]液压驱动装置包括四个安装在框架四个角上的液压千斤顶10，液压千斤顶10的升降由液压控制器控制。
[0033]冲箱3为筒状结构，与水面的撞击面为圆弧形，其顶面为水平面，背面为垂直面。试验水渠后方设有两个槽型轨道12，冲箱紧贴水渠后壁顺应轨道上下运动，在另一侧产生波浪。
[0034]造波体采用圆弧状冲箱，冲箱3在面向试验区的一侧制造波浪，背侧与水渠壁紧密贴合，这种设计使得背侧不会产生反射波的影响，有效的将反射波影响降到最低。
[0035]为有效避免因为电动机转轴6过长导致的电动机11晃动，加设托环9和固定支架8予以固定;电机转轴上加设有托环9，转轴的末端通过一个固定支架8固定。
[0036]上述装置试验水渠I的侧壁利用钢化玻璃2装配，钢化玻璃侧壁2外侧固定高速摄像机15，对试验过程进行实时拍摄。液压控制器13和液压千斤顶10控制电动机框架11的升降，
[0037]电动机转轴6与凸轮轴7—体化设计，带动传动杆5的运动，传动杆5下端通过球铰4与冲箱3相连，球铰4有效的避免了冲箱3工作时与试验水渠I侧壁的碰撞。
[0038]上述液压控制冲箱式造波装置的试验方法，包括以下步骤:
[0039](I)安装试验水渠I的钢化玻璃侧壁2，钢化玻璃2与试验水渠I接触部分，利用加压密封处理技术实现两者的紧密贴合。
[0040](2)向试验水渠I内部注入一定量的水，启动液压控制装置13，由液压千斤顶10将电动机框架11提升到水面以上一定高度。
[0041 ] (3)启动电动机11开关并调节转动频率，由转轴凸轮轴7带动传动杆5，球铰4的设计使冲箱3沿导轨12上下运动，避免了与试验水渠I侧壁的碰撞。
[0042](4)打开高速摄像机15，对波浪的产生过程进行实时拍摄记录，将拍摄信息利用数据连接线传送至海浪谱显示器16，得到波浪波高、波长和周期信息。
[0043]水渠I外部高速摄像机15对波浪产生过程拍摄记录，通过数据连接线与海浪谱显示器16相连，根据显示信息实时调节液压控制器13，对冲箱3工作高程进行调节，实现对波浪的控制。
[0044](5)为得到不同波高、波长和周期的波浪，调节液压控制器13和电动机11频率，重复上述步骤即可。
[0045]本发明用透明钢化玻璃代替侧壁的试验水渠，可通过透明窗观察造波过程中波浪的剖面图，由试验水渠外侧安装的高速摄像机获取波浪的实时信息，通过数据连接线将信息显示在海浪谱显示器上。造波系统中由液压控制器调节液压千斤顶，从而控制电动机框架升降，由此调节与凸轮轴相连接的冲箱工作入水深度，达到制造不同波形的目的。筒状冲箱后侧布设槽型导轨，紧贴试验水渠后壁，冲箱上部由一球铰与传动杆相连，保证了冲箱在竖直方向的稳定运动。
[0046]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，包括试验水渠和一个安装在试验水渠侧壁上的冲箱，所述的冲箱通过一个球铰与一个传动杆相连，所述传动杆的动力端通过一个凸轮轴驱动其上下运动，所述的凸轮轴与电动机的输出轴相连，由电动机驱动其旋转，所述的电动机通过一套液压驱动装置驱动其上、下移动，通过调节电动机的高程以及转动频率，实现了实时控制波浪振幅、频率、相位。2.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的试验水渠的左右两侧为透明的钢化玻璃，其中一侧的钢化玻璃外设有一个摄像机，所述的摄像机与海浪谱显示器相连。3.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的电动机安装在一个框架上，在框架的底部安装液压驱动装置驱动框架上下运动。4.如权利要求1或3所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的液压驱动装置包括四个安装在框架四个角上的液压千斤顶，所述的液压千斤顶的升降由液压控制器控制。5.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的冲箱为筒状结构，与水面的撞击面为圆弧形，其顶面为水平面，背面为垂直面。6.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的试验水渠后方设有两个槽型轨道，冲箱紧贴水渠后壁顺应轨道上下运动，在另一侧产生波浪。7.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置，其特征在于，所述的电机转轴上加设有托环，转轴的末端通过一个固定支架固定。8.如权利要求1所述的液压控制冲箱式造波装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)安装试验水渠的钢化玻璃侧壁，钢化玻璃与试验水渠接触部分，利用加压密封处理技术实现两者的紧密贴合； (2)向试验水渠内部注入一定量的水，启动液压控制装置，由液压千斤顶将电动机框架提升到水面以上一定高度； (3)启动电动机开关并调节转动频率，由转轴凸轮轴带动传动杆，球铰的设计使冲箱3沿导轨上下运动，避免了与试验水渠侧壁的碰撞； (4)打开高速摄像机，对波浪的产生过程进行实时拍摄记录，将拍摄信息利用数据连接线传送至海浪谱显示器，得到波浪波高、波长和周期信息； (5)为得到不同波高、波长和周期的波浪，调节液压控制器13和电动机11频率，重复上述步骤即可。
【文档编号】G01N3/02GK105823698SQ201610164488
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】许振浩, 潘东东, 林鹏, 黄鑫, 孙超群, 陈红宾, 何树江, 屠文峰, 刘聪
【申请人】山东大学