专利名称：一种人工控制的雹灾模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物理实验设备领域，涉及ー种人工控制的雹灾模拟试验装置。
背景技术：
雹灾是ー种严重的气象灾害，而中国是世界上四大冰雹灾害频发区之一。对雹灾风险评估的研究，尤其是对雹灾的模拟国内外都有一定的研究。如1990年由北京师范大学、中国人民保险公司农村灾害保险技术研究中心、山东省分公司、聊城地区保险公司、聊城地区气象局等単位联合对棉花雹灾进行过进一歩的研究，开展了人工投掷石子砸击棉株 试验。但上述试验是人工横向投掷石子破坏棉株，与自然冰雹降落造成的灾害过程及其损失有很大的差异。其次，该试验使用的石子直径、石子密度和石子动能均不能够定量控制和精确测度。因此，该方法不能准确完成对自然雹灾的模拟。专利文献1(CN201392298Y)中公开了ー种太阳能电池冰雹冲击模拟试验装置，通过气泵产生压缩气体发射冰雹，由电气控制部分控制气体压力，由测速探头测量冰球发射速度。但这个装置产生的冰雹打击范围小，而且需要外接电源，不适宜在野外和田间工作，所以不适合用来模拟自然雹灾对农作物的打击试验。
发明内容本实用新型的目的在于提供ー种人工控制的雹灾模拟试验装置，可以人工模拟不同冰雹直径、不同降雹密度和不同降雹时长的降雹情景，能够在农田中打击不同生长时期，不同高度，不同位置的农作物，完成对野外田间农作物的雹灾损害模拟试验。本实用新型采用的技术方案ー种人工控制的雹灾模拟试验装置，包括产风部分、进冰部分、发射部分，其产风部分联接发射部分，发射部分联接进冰部分，产风部分、角度调节部分设置在水平旋转部分上，水平旋转部分设置在移动牵弓I部分上。所述的移动牵引部分的框架底面设置有可折叠的支架，框架的头端联接有牵引杆，尾端联接有轮架，轮架上安装有轮轴及车轮。所述的水平旋转部分的传动轴顶部与试验平台固联，下部设置有下轴承套，其内装有圆锥滚子轴承，下轴承套设置在轮轴支承架上，轮轴支承架固联在移动牵引部分的轮架上，传动轴上还设置有上轴承套，其内装有向心球轴承，上轴承套设置在环形的钢板中心孔内，环形钢板固联在移动牵引部分的轮架及框架上，传动轴上部键联接有蜗轮及传动轴套，蜗轮啮合蜗杆，蜗杆设置在蜗杆轴架上，蜗杆轴架设置在环形钢板上；传动轴套外侧固联有方管，方管上面固联有试验平台，方管底面固联有支撑轮，且支撑轮位于环形钢板上。所述的产风部分的柴油机、钢架安装在水平旋转部分的试验平台上，柴油机下面装有弹簧垫圈，钢架的上平面为斜面，联接有斜置的风机架，风机架上安装有风机，风机轴上安装有传动带轮，柴油机的输出轴通过其轴上安装的传动带轮及三角传动带联接风机轴上的传动带轮，三角传动带上设置有张紧轮，钢架上铰接有张紧轮调节杆，张紧轮调节杆锁固在钢架上设置的定位销上。[0009]所述的角度调节部分的支撑杆内设置有升降杆，升降杆上端铰接在发射部分的发射管下面，支撑杆下端铰接在水平旋转部分的试验平台侧面，支撑杆上设置有锁紧扳手；齿轮轴安装在齿轮轴架上部的轴承座内，轴承座两侧设置有手柄，齿条安装在风机壳体的外侦Ij，齿条为圆弧形，齿条与齿轮轴啮合。所述的进冰部分的置冰凹槽位于风机之上，方型置冰凹槽后部衔接滑落凹槽，滑落凹槽后部设置有冰球出口，冰球出口上方设置有滑盖，冰球出ロ侧壁上设置有销轴，置冰凹槽、滑落凹槽通过销轴与冰球出ロ活动联接，冰球出ロ焊接在发射部分的发射管上。所述的发射部分的发射管一端为方ロ，通过螺栓与产风部分的风机方ロ联接，另一端为圆ロ，通过法兰盘与圆管联接；发射管上设置有一方形开ロ与进冰部分的冰球出口相对应。所述的试验平台逆时针旋转范围c为O 90°，发射管绕风机轴向上仰起角度a为O 85°，发射管绕风机轴向下俯放角度b为O 25°。本实用新型所具有的积极有益效果I.设置有移动牵引部分，方便通过四轮拖拉机与牵引杆联接，将人工模拟降雹装置驶入农田中进行相关的雹灾模拟试验；2.设置有水平旋转部分，通过蜗杆、蜗轮啮合使传动轴转动，传动轴带动试验平台转动调整发射管方向，使冰球按既定方向射出对准要打击的农作物；3.设置有产风部分，在风机作用下，产生的高压空气对冰球加速，可通过钢架与风机架配合进行风机高度的调整，使风机出风ロ达到设定的高度；4.设置有角度调节部分，通过齿轮与圆弧形齿条啮合调节风机出风ロ的角度，使发射管的角度适用于不同生长时期农作物的高度；5.设置有进冰部分和发射部分，通过高压空气加速使冰球以一定且足够的速度稳定、均匀地射向农作物，通过送进不同数量的冰球，可完成对不同降雹密度的模拟；6.具有调节方向、角度、高度等多种使用功能，可人工模拟不同冰雹直径、不同降雹密度和不同降雹时长的降雹情景，产生的冰雹打击范围大，实现全方位对农田中不同高度，不同位置的农作物进行打击，准确完成对野外田间农作物的雹灾损害模拟试验；7.可人工冻出不同直径的冰球用于模拟不同大小的冰雹，有利于通过定量控制和精确测度模拟自然冰雹降落的状况，为开展相关雹灾试验与分析提供了实验设备方面的前提和基础；8.采用手工操作进行雹灾模拟试验，人工控制，不需要外接电源，适用于在野外和田间工作。
图I为本实用新型结构示意图的主视图；图2为本实用新型的角度调节部分4的齿轮齿条啮合结构示意图；图3为本实用新型的进冰部分5结构示意图的剖视图；图4为本实用新型的使用状态示意图的俯视图。
具体实施方式
[0026]參照图I所示，ー种人工控制的雹灾模拟试验装置，主要包括移动牵引部分I、水平旋转部分2、产风部分3、角度调节部分4、进冰部分5、发射部分6等；其移动牵引部分I上设置有水平旋转部分2，水平旋转部分2上设置有产风部分3、角度调节部分4，产风部分3联接发射部分6，发射部分6联接进冰部分5。所述的移动牵引部分I主要包括牵引杆101、框架102、支架103、轮架104、车轮105、轮轴106等零部件；其框架102采用槽钢制作，呈A字型，框架102底面安装有可折叠的支架103，A字型框架102的头端联接有牵引杆101，尾端联接有钢质轮架104，轮架104上安装有轮轴106及左右两个车轮105。所述的水平旋转部分2主要包括下轴承套201、上轴承套202、蜗轮203、圆锥滚子轴承204、传动轴205、向心球轴承206、蜗杆207、钢板208、支撑轮209、传动轴套210、方管211、试验平台212、轮轴支承架213、蜗杆轴架214等零部件；其传动轴205顶部与试验平台 212焊接固联，下部设置有下轴承套201，其内装有单列圆锥滚子轴承204，用干支承传动轴205，下轴承套201安装在轮轴支承架213上，轮轴支承架213固联在移动牵引部分I的轮架104上，对传动轴205进行轴向定位；传动轴205上还设置有上轴承套202，其内装有单列向心球轴承206，用于支承传动轴205，上轴承套202安装在环形的钢板208中心孔内，环形钢板208固联在移动牵引部分I的轮架104及框架102上，对传动轴205进行径向定位；传动轴205上部键联接有蜗轮203及传动轴套210，蜗轮203啮合蜗杆207，蜗杆207设置在蜗杆轴架214上，蜗杆轴架214设置在环形钢板208上；传动轴套210外侧焊接有两根方管211，方管211上面焊接有试验平台212，方管211底面焊接有沿圆周均匀分布的四个支撑轮209，且四个支撑轮209位于环形钢板208上。所述的产风部分3主要包括张紧轮调节杆301、柴油机302、传动带303、张紧轮304、风机架305、传动带轮306、风机307、定位销308、钢架309、风机轴310等零部件；其柴油机302、钢架309通过螺栓安装在水平旋转部分2的试验平台212上，由于柴油机302震动较大，柴油机302下面装有弹簧垫圏，防止柴油机松脱；钢架309的上平面为斜面，通过螺栓联接有斜置的风机架305，风机架305上安装有风机307，可通过风机架305固定风机307或调整风机307的安装高度及角度，风机轴310上安装有传动带轮306，柴油机302的输出轴通过其轴上自带的传动带轮及三角传动带303联接风机轴310上的传动带轮306，三角传动带303上设置有张紧轮304，钢架309上铰接有张紧轮调节杆301，通过张紧轮调节杆301调整张紧轮304，并将张紧轮调节杆301锁固在钢架309上设置的定位销308上。同时參照图2所示，所述的角度调节部分4主要包括支撑杆401、齿轮轴402、锁紧扳手403、齿条404、升降杆405、齿轮轴架406、手柄407、轴承座408等零部件；其支撑杆401内设置有升降杆405,升降杆405上端铰接在发射部分6的发射管601下面,支撑杆401下端铰接在水平旋转部分2的试验平台212侧面，支撑杆401上设置有锁紧扳手403，用于锁固升降杆405 ;齿轮轴402安装在齿轮轴架406上部的轴承座408内，轴承座408两侧设置有手柄407，齿条404安装在风机307壳体的外侧，齿条404为圆弧形，齿条404与齿轮轴402啮合。同时參照图3所示，所述的进冰部分5主要包括置冰凹槽501、滑落凹槽502、冰球出ロ 503、销轴504、滑盖505等零部件；其置冰凹槽501位于风机307之上，但不与风机联接，方型置冰凹槽501后部衔接滑落凹槽502，滑落凹槽502后部设置有凹槽型的冰球出ロ 503，冰球出ロ 503上方设置有滑盖505，冰球出ロ 503侧壁上设置有销轴504，置冰凹槽501、滑落凹槽502通过销轴504与冰球出ロ 503活动联接，冰球出ロ 503焊接在发射部分6的发射管601上。同时參照图3所示，所述的发射部分6主要包括发射管601、法兰盘602、圆管603等零部件；其发射管601 —端为方ロ，通过螺栓与产风部分3的风机307方ロ联接，另一端为圆ロ，通过法兰盘602与圆管603联接；发射管601上设置有一方形开ロ 604与进冰部分5的冰球出ロ 503相对应。參照图4所示，通过水平旋转部分2的蜗轮203啮合蜗杆207，传递交叉两轴间的运动和动力，由于传动轴205上端与试验平台212焊接，从而把旋转运动又传递给试验平台 212，使传动轴205带动试验平台212逆时针旋转，图中c角为试验平台212以水平中心线为基准逆时针旋转30°的使用状态，试验平台212逆时针旋转范围c为O 90°，同时试验平台212上的柴油机302、三角传动带303、传动带轮306、风机307，及发射管601、圆管603也作相应30°旋转，在农田中进行降雹试验时，可通过水平旋转部分2调整冰球射出的方向，使其对准要打击的农作物，而牵引杆101、框架102、轮架104不转。本实用新型的使用方法及工作原理通过四轮拖拉机与牵引杆101联接，将人工模拟降雹装置驶入农田中进行试验，被牵引移动时，支架103绕销轴旋转至水平收起，不移动时放下支架103起支撑作用，四个支撑轮209用于承载试验平台212及设备、实验人员的重量，并将重力通过环形钢板208、轮架104传递到车轮105上；通过人工转动手柄407带动齿轮轴402与圆弧形齿条404啮合来调节风机307出风ロ及发射部分6的角度，由于风机307出风ロ与发射管601联接，所以同时带动发射管601进行角度调节，以水平线为基准，当发射管601绕风机轴310向上仰起，角度为正角0-85度时，如图I中a角所示，可将发射管601内的冰球506打入空中，然后自由落下模拟自然降雹打击农作物，当发射管601绕风机轴310向下俯放，角度为负角0-25度时，如图I中b角所示，发射管601内的冰球506可对准不同生长时期农作物的高度，直接进行打击；通过手动蜗杆207啮合蜗轮203使传动轴205转动，传动轴205带动试验平台212转动调整发射管601及圆管603的旋转方向，使冰球506按既定方向射出。试验前将张紧轮304松开，柴油机302发动后，压下张紧轮304，柴油机302输出轴连动三角传动带303带动风机主轴使风机307运转产生高压空气，风速大小可通过调节柴油机上设置的油门控制，使不同直径的冰球506在发射管601中通过产风部分3产生的高压空气加速，并获得一致的加速度。试验时将一定量的冰球506放入置冰凹槽501中，将试验所需数量的冰球506手动拨向滑落凹槽502，冰球506在重力作用下从冰球出口 503滑落至发射管601的方形开ロ 604进入圆管603中，当发射管601向上仰起吋，由于置冰凹槽501、滑落凹槽502通过销轴504与冰球出ロ 503活动链接，所以置冰凹槽501、滑落凹槽502不上仰，而是绕销轴504旋转，此时应将滑盖505打开，使滑落凹槽502的下端可旋入冰球出ロ 503中，冰球506仍然可以从冰球出口 503滑落至发射管601的方形开ロ 604再进入圆管603中，在风压作用下从管ロ将冰球506射向农作物，通过送进不同数量的冰球506，完成对不同降雹密度的模拟。经计算冰球506在发射管601与圆管603联接后总长约为2. 5m的管道中通过高压空气加速，可使冰球506飞出管ロ的出ロ速度达到试验要求23m/s以上。
权利要求1.ー种人工控制的雹灾模拟试验装置，包括产风部分、进冰部分、发射部分，其特征在于产风部分(3)联接发射部分￠)，发射部分(6)联接进冰部分(5)，产风部分(3)、角度调节部分(4)设置在水平旋转部分(2)上，水平旋转部分(2)设置在移动牵引部分(I)上。
2.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的移动牵引部分(I)的框架(102)底面设置有可折叠的支架(103)，框架(102)的头端联接有牵引杆(101)，尾端联接有轮架(104)，轮架(104)上安装有轮轴(106)及车轮(105)。
3.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的水平旋转部分(2)的传动轴(205)顶部与试验平台(212)固联，下部设置有下轴承套(201)，其内装有圆锥滚子轴承(204)，下轴承套(201)设置在轮轴支承架(213)上，轮轴支承架(213)固联在移动牵引部分(I)的轮架(104)上，传动轴(205)上还设置有上轴承套(202)，其内装有向心球轴承(206)，上轴承套(202)设置在环形的钢板(208)中心孔内，环形钢板(208)固联在移动牵引部分(I)的轮架(104)及框架(102)上，传动轴(205)上部键联接有蜗轮(203)及传动轴套(210)，蜗轮(203)啮合蜗杆(207)，蜗杆(207)设置在蜗杆轴架(214)上，蜗杆轴架(214)设置在环形钢板(208)上；传动轴套(210)外侧固联有方管(211)，方管(211)上面固联有试验平台(212)，方管(211)底面固联有支撑轮(209)，且支撑轮(209)位于环形钢板(208)上。
4.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的产风部分(3)的柴油机(302)、钢架(309)安装在水平旋转部分(2)的试验平台(212)上，柴油机(302)下面装有弹簧垫圈，钢架(309)的上平面为斜面，联接有斜置的风机架(305)，风机架(305)上安装有风机(307)，风机轴(310)上安装有传动带轮(306)，柴油机(302)的输出轴通过其轴上安装的传动带轮及三角传动带(303)联接风机轴(310)上的传动带轮(306)，三角传动带(303)上设置有张紧轮(304)，钢架(309)上铰接有张紧轮调节杆(301)，张紧轮调节杆(301)锁固在钢架(309)上设置的定位销(308)上。
5.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的角度调节部分(4)的支撑杆(401)内设置有升降杆(405)，升降杆(405)上端铰接在发射部分(6)的发射管(601)下面，支撑杆(401)下端铰接在水平旋转部分(2)的试验平台(212)侧面，支撑杆(401)上设置有锁紧扳手(403);齿轮轴(402)安装在齿轮轴架(406)上部的轴承座(408)内，轴承座(408)两侧设置有手柄(407)，齿条(404)安装在风机(307)壳体的外側，齿条(404)为圆弧形，齿条(404)与齿轮轴(402)啮合。
6.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的进冰部分(5)的置冰凹槽(501)位于风机(307)之上，方型置冰凹槽(501)后部衔接滑落凹槽(502)，滑落凹槽(502)后部设置有冰球出口(503)，冰球出口(503)上方设置有滑盖(505)，冰球出口(503)侧壁上设置有销轴(504)，置冰凹槽(501)、滑落凹槽(502)通过销轴(504)与冰球出口(503)活动联接，冰球出口(503)焊接在发射部分￠)的发射管￠01)上。
7.根据权利要求I所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的发射部分(6)的发射管￠01)—端为方ロ，通过螺栓与产风部分(3)的风机(307)方ロ联接，另一端为圆ロ，通过法兰盘(602)与圆管(603)联接；发射管(601)上设置有一方形开ロ(604)与进冰部分(5)的冰球出口(503)相对应。
8.根据权利要求4或7所述的人工控制的雹灾模拟试验装置，其特征在于所述的试验平台(2 12)逆时针旋转范围c为O 90°，发射管(601)绕风机轴(310)向上仰起角度a为O 85°，发射管(601)绕风机轴(310)向下俯放角度b为O 25°。
专利摘要本实用新型涉及一种人工控制的雹灾模拟试验装置。包括产风部分、进冰部分、发射部分，其产风部分联接发射部分，发射部分联接进冰部分，产风部分、角度调节部分设置在水平旋转部分上，水平旋转部分设置在移动牵引部分上；具有调节方向、角度、高度等多种使用功能，可人工模拟不同冰雹直径、不同降雹密度和不同降雹时长的降雹情景，产生的冰雹打击范围大，实现对农田中不同生长时期，不同高度，不同位置的农作物进行打击，准确完成对野外田间农作物的雹灾损害模拟试验；有利于通过定量控制和精确测度模拟自然冰雹降落的状况，为开展相关雹灾试验与分析提供了实验设备方面的前提和基础。
文档编号G01N3/303GK202420989SQ201120558289
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者史培军, 周兰, 岳耀杰, 张化, 张国明, 张峰, 栗健, 王静爱, 赵金涛 申请人:北京师范大学