一种可伸展式人工模拟降雨系统的制作方法

本发明属于实验设备技术领域，具体涉及一种可伸展式人工模拟降雨系统。

背景技术：

利用人工模拟降雨装置重现天然降雨，是研究水土流失以及滑坡、崩塌、泥石流等山区自然灾害以及海绵城市绩效评估的重要手段之一。有效地使用人工模拟降雨装置来进行降雨实验，是一种较理想的降雨方法，它不受时间和空间的限制，可以重现天然降雨，既能节约大量的人力和物力，又能在短时期内重复实验，缩短实验周期。模拟降雨装置，还可以根据实验的需要，对降雨特性进行有效的控制。

近年来，人工模拟降雨装置日臻完善，由简单到复杂，从小型到大型，从手工操作到电子计算机控制的模拟装置等。然而，在实际的模拟降雨实验中，根据实验坡面尺度的不同，需要配置不等数量的降雨喷杆，以满足实验要求。然而，在以往实际的操作中，根据坡面的尺度，需要在坡面旁布设不同数量的管道和喷杆，但是各个系统相互独立，不在同一装置上，拆卸、维修和移动很不方便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可伸展式人工模拟降雨系统，解决了现有技术中存在的人工模拟降雨装置降雨面积单一，喷头故障不便于维修以及移动不便的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种可伸展式人工模拟降雨系统，包括通过滑动机构设置在底座上面的伸展式降雨装置，伸展式降雨装置包括plc控制器以及对称设置的第一展开机构a和第一展开机构b，第一展开机构a又连接有第二展开机构a，第一展开机构b又连接有第二展开机构b，底座内部设置有水泵，底座底部设置有脚轮。

本发明的特点还在于，

滑动机构包括设置在底座上方的平台，平台上面设置有固定台，固定台上设置有导轨，导轨通过滑块与固定板连接，导轨还外接电机ⅲ，电机ⅲ与plc控制器通过电线ⅱ及电线ⅰ连接。

伸展式降雨装置具体结构为：包括设置在所述固定板上方的固定件，固定件两端分别连接有伸缩杆和伸缩杆ⅳ，伸缩杆ⅰ上连接有第一展开机构a，伸缩杆ⅳ上连接有第一展开机构b，伸缩杆ⅰ和伸缩杆ⅳ分别通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接。

第一展开机构a结构具体为：包括与伸缩杆ⅰ连接的载台ⅰ，载台ⅰ上方安装有伸缩杆ⅱ和喷杆ⅰ，伸缩杆ⅱ通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接，喷杆ⅰ上方安装有喷头ⅰ，伸缩杆ⅱ通过连接件ⅰ与喷杆ⅰ相连接，所述伸缩杆ⅰ与载台ⅰ之间还安装有电磁阀ⅰ，电磁阀ⅰ与水泵通过管道连接，水泵通过电线ⅱ及电线ⅰ与plc控制器连接，载台ⅰ底部还通过连接杆连接有电机ⅰ，电机ⅰ与plc控制器通过电线ⅱ及电线ⅰ连接，电机ⅰ的转轴又与第二展开机构a连接。

第二展开机构a具体结构为：包括伸缩杆ⅴ，伸缩杆ⅴ一端与电机ⅰ连接，伸缩杆ⅴ另一端与载台ⅲ连接，伸缩杆ⅴ与载台ⅲ之间还设置有电磁阀ⅲ，电磁阀ⅲ与水泵通过管道连接，水泵通过电线ⅱ及电线ⅰ与plc控制器连接，载台ⅲ上方安装有伸缩杆ⅵ和喷杆ⅲ，喷杆ⅲ上方安装有喷头ⅲ，喷杆ⅲ与伸缩杆ⅵ通过连接件ⅲ连接，伸缩杆ⅴ的底部还安装有万向轮ⅰ，伸缩杆ⅴ和伸缩杆ⅵ分别通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接。

第一展开机构b结构具体为：包括与伸缩杆ⅳ连接的载台ⅱ，载台ⅱ上方安装有伸缩杆ⅲ和喷杆ⅱ，伸缩杆ⅲ通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接，喷杆ⅱ上方安装有喷头ⅱ，伸缩杆ⅲ通过连接件ⅱ与喷杆ⅱ相连接，伸缩杆ⅳ与载台ⅱ之间还安装有电磁阀ⅱ，电磁阀ⅱ与水泵通过管道连接，水泵通过电线ⅱ及电线ⅰ与所述plc控制器连接，载台ⅱ底部还通过连接杆ⅱ连接有电机ⅱ，电机ⅱ与plc控制器通过电线ⅱ及电线ⅰ连接，电机ⅱ的转轴又与第二展开机构b连接，伸缩杆ⅳ和伸缩杆ⅲ分别通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接。

第二展开机构b具体结构为：包括伸缩杆ⅷ，伸缩杆ⅷ一端与电机ⅱ连接，伸缩杆ⅷ另一端与载台ⅳ连接，伸缩杆ⅷ与载台ⅳ之间还设置有电磁阀ⅳ，电磁阀ⅳ与水泵通过管道连接，水泵通过电线ⅱ及电线ⅰ与所述plc控制器连接，载台ⅳ上方安装有伸缩杆ⅶ和喷杆ⅳ，喷杆ⅳ上方安装有喷头ⅳ39，喷杆ⅳ与伸缩杆ⅶ之间通过连接件ⅳ连接，伸缩杆ⅷ的底部还安装有万向轮ⅱ，伸缩杆ⅷ和伸缩杆ⅶ分别通过电线ⅳ及电线ⅰ与plc控制器连接。

本发明的有益效果是，一种可伸展式人工模拟降雨系统，供水系统采用四个喷杆独立供水，在供水系统过程中，每个喷杆相互独立，plc控制器通过控制水泵的转动频率实现所需的水压，plc控制器分别控制电磁阀ⅳ，电磁阀ⅱ，电磁阀ⅰ和电磁阀ⅲ的闭合，进而实现各降雨喷杆的独立供水，plc控制器通过控制电机ⅳ实现导轨上面滑块的移动，在导轨的内部设置有限位开关，通过限位开关可以控制滑块的行程，实现可控距离的移动。

附图说明

图1为本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统结构正视示意图；

图2为本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统结构俯视示意图；

图3为本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统展开后结构正视示意图；

图4为本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统中plc控制器控制系统示意图。

图中，1.脚轮，2.底座，3.平台，4.万向轮ⅰ，5.伸缩杆ⅴ，6.电磁阀ⅲ，7.载台ⅲ，8.喷杆ⅲ，9.喷头ⅲ，10.连接件ⅲ，11.伸缩杆ⅵ，12.连接杆ⅰ，13.载台ⅰ，14.电机ⅰ，15.喷杆ⅰ，16.喷头ⅰ，17.连接件ⅰ，18.伸缩杆ⅱ，19.电磁阀ⅰ，20.伸缩杆ⅰ，21.固定件，22.伸缩杆ⅳ，23.固定板，24.滑块，25.导轨，26.固定台，27.伸缩杆ⅲ，28.连接件ⅱ，29.喷头ⅱ，30.喷杆ⅱ，31.载台ⅱ，32.电磁阀ⅱ，33.连接杆ⅱ，34.电机ⅱ，35.伸缩杆ⅷ，36.载台ⅳ，37.伸缩杆ⅶ，38.连接件ⅳ，39.喷头ⅳ，40.喷杆ⅳ，41.电磁阀ⅳ，42.万向轮ⅱ，43.管道，44.水泵，45.电机ⅲ，46.plc控制器，47.电线ⅰ，48.电线ⅱ，49.电线ⅱ，50.电线ⅳ，51.伸展式降雨装置，52.第一展开机构a，53.第一展开机构b，54.第二展开机构a，55.第二展开机构b，56.滑动机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统，结构如图1所示、图2、图3所示，包括通过滑动机构56设置在底座2上面的伸展式降雨装置51，滑动机构56包括设置在底座2上方的平台3，平台3上面设置有固定台26，固定台26上设置有导轨25，导轨25通过滑块24与固定板23连接，导轨25还外接电机ⅲ45，如图4所示，电机ⅲ45与plc控制器46通过电线ⅱ49及电线ⅰ47连接，伸展式降雨装置51包括plc控制器46以及对称设置的第一展开机构a52和第一展开机构b53，第一展开机构a52又连接有第二展开机构a54，第一展开机构b53又连接有第二展开机构b55，底座2内部设置有水泵44，底座2底部设置有脚轮1。

其中，伸展式降雨装置51具体结构为：包括设置在所述固定板23上方的固定件21，固定件21两端分别连接有伸缩杆ⅰ20和伸缩杆ⅳ22，伸缩杆ⅰ20上连接有第一展开机构a52，伸缩杆ⅳ22上连接有第一展开机构b53，伸缩杆ⅰ20和伸缩杆ⅳ22分别通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接，第一展开机构a52结构具体为：包括与伸缩杆ⅰ20连接的载台ⅰ13，载台ⅰ13上方安装有伸缩杆ⅱ18和喷杆ⅰ15，伸缩杆ⅱ18通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接，喷杆ⅰ15上方安装有喷头ⅰ16，伸缩杆ⅱ18通过连接件ⅰ17与喷杆ⅰ15相连接，伸缩杆ⅰ20与载台ⅰ13之间还安装有电磁阀ⅰ19，电磁阀ⅰ19与水泵44通过管道43连接，水泵44通过电线ⅱ48及电线ⅰ47与plc控制器46连接，载台ⅰ13底部还通过连接杆12连接有电机ⅰ14，电机ⅰ14与plc控制器46通过电线ⅱ49及电线ⅰ47连接，电机ⅰ14的转轴又与第二展开机构a54连接，第二展开机构a54具体结构为：包括伸缩杆ⅴ5，伸缩杆ⅴ5一端与所述电机ⅰ14连接，伸缩杆ⅴ5另一端与载台ⅲ7连接，伸缩杆ⅴ5与载台ⅲ7之间还设置有电磁阀ⅲ6，电磁阀ⅲ6与水泵44通过管道43连接，水泵44通过电线ⅱ48及电线ⅰ47与plc控制器46连接，载台ⅲ7上方安装有伸缩杆ⅵ11和喷杆ⅲ8，喷杆ⅲ8上方安装有喷头ⅲ9，喷杆ⅲ8与伸缩杆ⅵ11通过连接件ⅲ10连接，所述伸缩杆ⅴ5的底部还安装有万向轮ⅰ4，伸缩杆ⅴ5和伸缩杆ⅵ11分别通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接。

第一展开机构b53结构具体为：包括与伸缩杆ⅳ22连接的载台ⅱ31，载台ⅱ31上方安装有伸缩杆ⅲ27和喷杆ⅱ30，伸缩杆ⅲ27通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接，喷杆ⅱ30上方安装有喷头ⅱ29，伸缩杆ⅲ27通过连接件ⅱ28与喷杆ⅱ30相连接，伸缩杆ⅳ22与载台ⅱ31之间还安装有电磁阀ⅱ32，电磁阀ⅱ32与水泵44通过管道43连接，水泵44通过电线ⅱ48及电线ⅰ47与plc控制器46连接，载台ⅱ31底部还通过连接杆ⅱ33连接有电机ⅱ34，电机ⅱ34与plc控制器46通过电线ⅱ49及电线ⅰ47连接，电机ⅱ34的转轴又与第二展开机构b55连接，伸缩杆ⅳ22和伸缩杆ⅲ27分别通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接，第二展开机构b55具体结构为：包括伸缩杆ⅷ35，伸缩杆ⅷ35一端与电机ⅱ34连接，伸缩杆ⅷ35另一端与载台ⅳ36连接，伸缩杆ⅷ35与载台ⅳ36之间还设置有电磁阀ⅳ41，电磁阀ⅳ41与水泵44通过管道43连接，水泵44通过电线ⅱ48及电线ⅰ47与所述plc控制器46连接，载台ⅳ36上方安装有伸缩杆ⅶ37和喷杆ⅳ40，喷杆ⅳ40上方安装有喷头ⅳ39，喷杆ⅳ40与伸缩杆ⅶ37之间通过连接件ⅳ38连接，伸缩杆ⅷ35的底部还安装有万向轮ⅱ42，所述伸缩杆ⅷ35和伸缩杆ⅶ37分别通过电线ⅳ50及电线ⅰ47与plc控制器46连接。

本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统，工作原理如下：

通过脚轮1将模拟调整好的降雨装置移动到指定位置。按照模拟降雨雨强率定的要求，喷头ⅰ16安装1#x型喷头，喷头ⅱ29安装1#x型喷头，喷头ⅲ9安装1#x型喷头，喷头ⅳ39安装1#x型喷头。通过脚轮1将模拟降雨装置移动到指定位置。plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ50发出信号，使伸缩杆ⅱ18、伸缩杆ⅲ27、伸缩杆ⅵ11和伸缩杆ⅶ37升高到最高位置，此时在连接件ⅳ38、连接件ⅱ28、连接件ⅰ17和连接件ⅲ10的传动作用下，实现降雨喷杆ⅰ12、喷杆ⅱ30、喷杆ⅲ8和喷杆ⅳ40同样伸展到最高位置。根据所需要的雨强对每个喷杆进行雨强和均匀度测试，使四个喷头的雨强均为1mm/min。

雨强调试完毕后，可以根据不同的尺度要求，使用1-4个降雨器。假如，坡面尺度的降雨要求单杆降雨器就能满足。首先通过plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅲ50给伸缩杆ⅰ20信号，使伸缩杆ⅰ20伸展到最大长度。伸展完毕后，通过plc控制器46系统通过电线ⅰ47和电线ⅱ48开启水泵44，同时打开电磁阀ⅰ19，水流通过供水管道43由经电磁阀ⅰ19，给喷杆ⅰ15供水，水流经过喷头ⅰ16被打碎，形成雨滴。整个系统，开始实现正常降雨，此时降雨强为1mm/min。

假如，坡面尺度的降雨要求双杆降雨器才能满足。首先通过plc控制器46系统通过电线ⅰ47和电线ⅲ50给伸缩杆ⅰ20和伸缩杆ⅳ22信号，使伸缩杆ⅰ20和伸缩杆ⅳ22伸长到最大长度。伸展完毕后，通过plc控制器46系统通过电线ⅰ47和电线ⅱ48开启水泵44，同时打开电磁阀ⅰ19和电磁阀ⅱ32，水流通过供水管道43由经电磁阀ⅰ19和电磁阀ⅱ32，给喷杆ⅰ16和喷杆ⅱ29供水，水流经过喷头ⅰ16喷杆ⅱ29被打碎，形成雨滴。整个系统，开始实现正常降雨，此时降雨的雨强为1mm/min。

假如，坡面尺度的降雨要求3个降雨器才能满足。首先，通过plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅲ50给电机ⅲ45信号，使电机ⅲ45转抽按照逆时针旋转，此时ⅲ45通过螺杆带动导轨25上的滑块24前进，同样连接滑块24的固定板23随着滑块24同时前进，随之固定板23以上附属连接部分同时前进，直至在限位开关的作用下，使固定板23移动到整个装置的中心位置，然后停止移动。通过plc控制器46给通过电线ⅰ47和电线ⅱ49电机ⅰ14信号，电机ⅰ14按照逆时针旋转90°，转矩由限位开关控制，电机ⅰ14通过转轴带动伸缩杆ⅴ5旋转，在万向轮ⅰ4的支撑下，实现伸缩杆ⅴ、载台ⅲ7以及载台ⅲ7以上附属部分稳定旋转，最后使其旋转到与载台ⅰ13和载台ⅱ31处于同一水平线上。此时，喷杆ⅰ15、喷杆ⅱ30和喷杆ⅲ8以及连接喷头均处于同一水平线上。然后，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅰ48开启水泵44，同时打开电磁阀ⅰ19、电磁阀ⅱ32和电磁阀ⅲ6，水流通过供水管道43由经电磁阀ⅰ19、电磁阀ⅱ32和电磁阀ⅲ6，给喷杆ⅰ15、喷杆ⅱ30和喷杆ⅲ8供水，水流经过喷头ⅰ16、喷头ⅱ29和喷头ⅲ9被打碎，形成雨滴。整个系统，开始实现正常降雨，此时降雨的雨强为1mm/min。

假如，坡面尺度的降雨要求4个降雨器才能满足。在坡面尺度的降雨要求3个降雨器的基础上，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ49给电机ⅱ34信号，电机ⅱ34按照顺时针旋转90°，转矩由限位开关控制，电机ⅱ34通过转轴带动伸缩杆ⅷ35旋转，在万向轮ⅱ的支撑下，实现伸缩杆ⅷ35、载台ⅳ36以及载台ⅳ36以上附属部分稳定旋转，最后使其旋转到与载台ⅰ13、载台ⅱ31和载台ⅲ7处于同一水平线上。此时，喷杆ⅰ15、喷杆ⅱ30、喷杆ⅲ8和喷杆ⅳ40以及连接喷头均处于同一水平线上。然后，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅰ48开启水泵44，同时打开电磁阀ⅰ19、电磁阀ⅱ32、电磁阀ⅲ6和电磁阀ⅳ41，水流通过供水管道43由经电磁阀ⅰ19、电磁阀ⅱ32、电磁阀ⅲ6和电磁阀ⅳ41，给喷杆ⅰ15、喷杆ⅱ30、喷杆ⅲ8和喷杆ⅳ40供水，水流经过喷头ⅰ16、喷头ⅱ29、喷头ⅲ9和喷头ⅳ39被打碎，形成雨滴。整个系统，开始实现正常降雨，此时降雨的雨强为1mm/min。

以上过程分别介绍了，从1个到4个降雨器下不同尺度恒定雨强的模拟降雨过程。现在以最复杂的4个降雨器的模拟降雨为例，介绍结束降雨后的处理过程。首先，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅰ48开启水泵44，同时关闭电磁阀ⅰ19、电磁阀ⅱ32、电磁阀ⅲ6和电磁阀ⅳ41；然后，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ50发出信号，使伸缩杆ⅱ18、伸缩杆ⅲ27、伸缩杆ⅵ11和伸缩杆ⅶ37降低到最低位置，此时在连接件ⅳ38、连接件ⅱ28、连接件ⅰ17和连接件ⅲ10的传动作用下，实现降雨喷杆ⅰ12、喷杆ⅱ30、喷杆ⅲ8和喷杆ⅳ40同样收缩到最低位置；plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ50发出信号，伸缩杆ⅷ35、伸缩杆ⅳ22、伸缩杆ⅰ20和伸缩杆ⅴ5同时收缩到最短距离；plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ49给电机ⅰ14和电机ⅱ34信号，使电机ⅰ14和电机ⅱ34分别按照逆时针和顺时针各旋转90°，转矩由限位开关控制；电机ⅱ34通过转轴带动伸缩杆ⅷ35旋转，在万向轮ⅱ42的支撑下，实现伸缩杆ⅷ35、载台ⅳ36以及载台ⅳ36以上附属部分稳定旋转，最后使其旋转到与载台ⅱ31处于同一水平线上。电机ⅰ14通过转轴带动伸缩杆ⅴ5旋转，在万向轮ⅰ4的支撑下，实现伸缩杆ⅴ5、载台ⅲ7以及载台ⅲ7以上附属部分稳定旋转，最后使其旋转到与载台ⅰ13处于同一水平线上。最后，plc控制器46通过电线ⅰ47和电线ⅱ49给电机ⅲ14，使电机ⅲ14按照顺时针旋转，此时电机ⅲ14通过螺杆带动导轨25上的滑块24后退，同样连接滑块24的固定板23随着滑块24后退，随之固定板25以上附属连接部分同时后退，直至在限位开关的作用下，使固定板25移动到整个装置开始的位置，然后停止移动。这样，使整个装置恢复到最初的位置。

本发明一种可伸展式人工模拟降雨系统，通过利用力学、机械设计及自动控制原理，实现不同尺度下的降雨以及喷杆可伸缩性，解决了传统人工模拟降雨装置在同一装置降雨面积单一，降雨装置较高，堵塞喷头难以维修，降雨装置较高移动操作不便等问题。