一种全自动智能模型实验设备的制作方法

本发明涉及模拟实验技术领域，具体为一种全自动智能模型实验设备。

背景技术：

目前，在模拟实验机使用过程中需要水、石灰、石膏、沙子来建立实验模型试块，在建立实验模型试块的过程中需要使用传统的手段去完成模型试块的堆砌，由于模型试块的体积较大，就会在堆砌过程中需要使用大量的人力和时间去完成模型的堆砌，将会造成人员劳动时间的浪费，并且滞后了实验的进度和实验的结果。同时由于实验对试块要求精度有一定的要求，采用传统的人工堆砌手段无法保证试块的精度要求。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种在建立模型实验试块的过程中能够快速的完成，保证实验精度要求的全自动智能模型实验设备。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种全自动智能模型实验设备，包括依次布置的用于下料的入料机构、用于搅拌的搅拌机构、用于存储的储料箱、用于打印的打印机构。

所述搅拌机构包括中空的搅拌罐、搅拌电机以及设置在搅拌罐内的主轴、若干固定桨、若干活动桨，所述搅拌电机设置在搅拌罐上且与主轴相连，所述固定桨等角度分布主轴的外壁上。

所述搅拌机构还包括设置在固定桨内的磁力活动机构，所述磁力活动机构包括设置在固定桨内的密闭的腔室以及活动磁块、电磁铁一、电磁铁二，所述电磁铁一与电磁铁二分别设置在腔室内相对应的两侧壁上，活动磁块设置在电磁铁一与电磁铁二之间，所述活动磁块和电磁铁一与电磁铁二相对应一面的磁极均相同。

所述固定桨远离主轴的一端设置有活塞腔以及与其相适配的活塞，所述活塞的一端通过连杆与活动磁块相连，另一端与活动桨相连。

所述入料机构与搅拌罐相连，所述搅拌罐通过储料泵与储料箱相连，所述储料箱通过打印泵与打印机构相连。

优选的，所述入料机构包括原料箱、重力传感器、电磁阀，所述原料箱、重力传感器、电磁阀与搅拌罐依次相连。

优选的，所述打印机构包括打印机架、竖向滑轨以及设置在竖向滑轨上的滑轨框架，所述竖向滑轨竖向设置在打印机架的外壁上，所述滑轨框架上设置有可延伸至打印机架内部的电动推杆，所述电动推杆的输出端上设置有滑轨支架，所述滑轨支架上依次设置有横向滑轨、纵向滑轨，所述纵向滑轨上设置有喷头延长架，所述喷头延长架上设置有打印头，所述打印头与打印机架的内腔位置相对应，所述储料箱通过打印泵与打印头相连，所述打印机架的内壁上设置有液压柱。

优选的，所述打印头的打印出口处的内壁上设置有一圈鹰齿，一圈所述鹰齿绕打印出口的中心轴等角度设置，所述鹰齿沿顺时针方向角度倾斜设置。

优选的，所述鹰齿的倾斜角度为10-20度。

(三)有益效果

本发明提供了一种全自动智能模型实验设备。具备以下有益效果：

1、该全自动智能模型实验设备，为了克服现有的模型试验建立地层模拟试块过程中比较繁琐的工序，该设备能够有效的提高地层模拟试块的堆砌的效率，能够更加快速的实现试块的堆砌，节约了大量的人力，提高了模拟实验的进度，提高了实验的精度。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的滑轨框架结构示意图；

图3为本发明的滑轨支架结构示意图；

图4为本发明的搅拌罐正面剖视图；

图5为本发明的图4中a处放大图；

图6为本发明的打印头轴侧图；

图7为本发明的图6中b处放大图。

图中：1搅拌机构、11搅拌罐、12搅拌电机、13主轴、14固定桨、15活动桨、16活塞腔、17活塞、18连杆、19磁力活动机构、191活动磁块、192电磁铁一、193电磁铁二、194腔室、2入料机构、21原料箱、22电磁阀、23重力传感器、3储料箱、4打印机构、41打印机架、411液压柱、42竖向滑轨、43滑轨框架、44电动推杆、45滑轨支架、46横向滑轨、47纵向滑轨、48打印头、481打印出口、482鹰齿、49喷头延长架、5储料泵、6打印泵、7输料管、9压实板。

具体实施方式

本发明实施例提供一种全自动智能模型实验设备，如图1-7所示，包括依次布置的用于下料的入料机构2、用于搅拌的搅拌机构1、用于存储的储料箱3、用于打印的打印机构4。

如图4所示，搅拌机构1包括中空的圆筒状搅拌罐11、搅拌电机12以及设置在搅拌罐11内的主轴13、十二个固定桨14、十二个活动桨15。搅拌电机12设置在搅拌罐11上且与主轴13相连。固定桨14等角度分布主轴13的外壁上。十二个固定桨14分成三组，每组四个等角度分布在主轴13上，三组固定桨14沿着主轴13方向等距设立。

如图5所示，搅拌机构1还包括设置在固定桨14内的磁力活动机构19。磁力活动机构19包括设置在固定桨14内的密闭的腔室194以及活动磁块191、电磁铁一192、电磁铁二193。电磁铁一192与电磁铁二193分别设置在腔室194内相对应的两侧壁上。活动磁块191设置在电磁铁一192与电磁铁二193之间。活动磁块191不与腔室194内壁相连，且可在腔室194内活动。活动磁块191和电磁铁一192与电磁铁二193相对应一面的磁极均相同。

固定桨14远离主轴13的一端设置有活塞腔16以及与其相适配的活塞17，活塞17可在活塞腔16内横向活动，活塞17的一端通过连杆18与活动磁块191相连，另一端与活动桨15相连。

当搅拌机构1工作时，电磁铁一192和电磁铁二193通电，使活动磁块191的两侧分别与电磁铁一192和电磁铁二193之间形成相斥的力，搅拌电机12驱动主轴13，主轴13带动固定桨14转动，同时甩动活动桨15，与活动桨15联动的活塞17、活动磁块191同步活动，当活动磁块191朝着电磁铁一192方向移动时，由于两者之间形成相斥的力，使活动磁块191朝着远离电磁铁一192的一方移动，也就是电磁铁二193方向移动，移动到一定距离后，由于活动磁块191与电磁铁二193之间也有相斥的力，使活动桨15能够在主轴13转动状态下不停的横向循环摆动，使搅拌更加充分均匀。

如图2所示，入料机构2与搅拌罐11相连，搅拌罐11通过储料泵5与储料箱3相连，储料箱3通过打印泵6与打印机构4相连。

如图1所示，入料机构2包括四个原料箱21、重力传感器23、电磁阀22，原料箱21、重力传感器23、电磁阀22与搅拌罐11依次相连。通过设置重力传感器23，根据换算后的不同的质量配合比电磁阀22按照不同的质量进行放料。

如图2所示，所述打印机构4包括打印机架41、竖向滑轨42以及设置在竖向滑轨42上的滑轨框架43，竖向滑轨42竖向设置在打印机架41的外壁上，滑轨框架43上设置有可延伸至打印机架41内部的电动推杆44，电动推杆44的输出端上设置有滑轨支架45，滑轨支架45上依次设置有横向滑轨46、纵向滑轨47，纵向滑轨47上设置有喷头延长架49，喷头延长架49上设置有打印头48，打印头48与打印机架41的内腔位置相对应，储料箱3通过打印泵6与打印头48相连，打印泵6的进口端通过输料管7与储料箱3相连，打印泵6的出口端通过输料管7与打印头48相连。打印机架41的内壁上设置有液压柱411。液压柱411用于压实模型，为现有技术，具体不在赘述。

竖向滑轨42、横向滑轨46、纵向滑轨47均为同步带滑轨，为现有技术，具体不再赘述。

打印机构4还包括激光距离传感器一、激光距离传感器二、激光距离传感器三。激光距离传感器一设置在竖向滑轨42上且与滑轨框架43的位置相对应，激光距离传感器一用于定位滑轨框架43的位置，即高度坐标。激光距离传感器二设置在横向滑轨46上且与纵向滑轨47的位置相对应，激光距离传感器二用于定位纵向滑轨47的位置，即x坐标。激光距离传感器三设置在纵向滑轨47上且与打印头48的位置相对应，激光距离传感器三用于定位打印头48的位置，即y坐标。

横向滑轨46的底部设置有压实板9，压实板9配合打印机架41内的液压柱411将模型压实。

如图6所示，打印头48的打印出口481处的内壁上设置有一圈鹰齿482，一圈鹰齿482绕打印出口481的中心轴等角度设置，鹰齿482沿顺时针方向角度倾斜设置。

鹰齿482为猫头鹰翼细梳状结构，众所周知猫头鹰在飞行时噪音很小，猫头鹰能如此安静地飞翔主要原因是机翼前缘处有细小的梳状结构，猫头鹰般的设计可以将声音降低高达5分贝，而不影响空气动力学性能。

如图7所示，鹰齿482的倾斜角度为10-20度，根据实验得出的最佳倾斜角度为15度。

鹰齿482的齿距为0.5-1mm，最佳齿距为0.6mm。

通过设置猫头鹰翼细梳状的鹰齿482，旨在复制猫头鹰翼上的细梳状结构，研究人员发现，与直流口相比，流出的液体从中心到周围出现平均分布的层流，有效的控制喷涂过程中紊流不均匀现象，且噪音也显著降低。使打印出来的实验块质量较高。

工作原理：首先通过建模软件进行建模，建立符合试验需要的三维立体模型，建立三维立体模型之后通过单片机对模型进行分析、切片，建立不同模拟地层需要四种原料的配合比，根据不同的原料配合比计算机自动换算为质量配合比然后开始进行投料。在四个原料箱21底部安装重力传感器23，投料开始时控制系统打开四个原料箱21下部的电磁阀22，根据换算后的不同的质量配合比电磁阀22按照不同质量进行放料，放料结束之后，控制系统打开搅拌罐11上的搅拌电机12，四种原料在搅拌罐11中通过搅拌电机12带动固定桨14和活动桨15进行搅拌，从搅拌电机12开始转动时开始计时，根据设定的时间进行定时搅拌，达到预设时间后，搅拌罐11与储料箱3之间的储料泵5会在控制系统的控制下打开，搅拌完成的混合料被放入储料箱3。与此同时放入储料箱3中的混合料开始沿着输料管7传至打印泵6，打印泵6在开始工作，将混合料沿着输料管7传送至打印头48。系统分别控制竖向滑轨42、横向滑轨46、纵向滑轨47，并利用激光距离传感器一、激光距离传感器二、激光距离传感器三确定打印头48的位置，打印头48移动打印出所需的试验块，最后利用压实板9将实验块压实。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。