一种可伸展式人工模拟降雨装置的制作方法

本实用新型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装置。

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：

本实用新型的目的是提供一种可伸展式人工模拟降雨装置，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。

本实用新型所采用的技术方案是，一种可伸展式人工模拟降雨装置，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。

本实用新型的特点还在于，

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。

本实用新型的有益效果是，一种可伸展式人工模拟降雨装置，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为本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置结构正视示意图；

图2为本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置结构俯视示意图；

图3为本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置展开后结构正视示意图；

图4为本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置中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实用新型进行详细说明。

本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置，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。

本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置，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。

本实用新型一种可伸展式人工模拟降雨装置，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。