多功能降雨模拟系统

1.本实用新型属于给排水技术领域，涉及多功能降雨模拟系统。


背景技术：

2.随着对自然灾害机理和过程研究的不断深入，人工模拟降雨实验装置得到广泛应用且其装置的性能和功能得到逐步的改进；但是，喷头是降雨器的关键构件也是极易出现故障的部分，由于其碎流板的缝隙较小，水体中杂质极容易致使喷头堵塞，那么如何实现喷头故障的而不影响模拟降雨效果仍然是个难题，目前尚未得到很好解决；另外，试验区域的尺度随着试验的目的会有所改变，如何实现一台降雨器的多尺度转换是另外一个难题；针对以上问题，本实用新型提出了相对应的解决方案，为由降雨引起的致灾过程和机理研究提供更加完善可靠的装置，保证试验工作的顺利进行。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供多功能降雨模拟系统，解决了现有人工模拟实验装置不能满足喷头故障导致试验无法进行、实验平台受空间制约和系统稳定性差的问题。
4.本实用新型所采用的技术方案是，多功能降雨模拟系统，包括底部平台，底部平台上连接有与底部平台垂直的支杆，支杆上活动套接有转筒，支杆上连接有转动电机，转动电机输出端连接转筒，转筒通过稳定系统分别连接有多个降雨结构，每个降雨结构对应一个稳定系统，所述多个降雨结构均匀分布于转筒的一周，且多个降雨结构的结构相同，还包括水泵，水泵通过水管分别与多个降雨结构连接，还包括设置于底部平台上的plc控制器，plc控制器分别连接稳定系统、转动电机和水泵。
5.本实用新型的特点还在于：
6.其中水泵与plc控制器之间设有隔水底座；
7.其中降雨结构包括喷杆，喷杆包括上喷杆和下喷杆，上喷杆和下喷杆通过磁吸接口连接，上喷杆远离下喷杆的一端连接喷头；还包括与水泵连接的水管，水管穿过喷杆与喷头连接，水管与喷杆之间还设有水闸；下喷杆一侧活动连接有折叠伸缩杆，折叠伸缩杆远离下喷杆的一端活动连接在上喷杆的一侧；
8.稳定系统包括垂直连接于下喷杆远离上喷杆的一端的水平伸缩杆，水平伸缩杆远离下喷杆的一端垂直连接转筒，转筒一侧活动连接稳定伸缩杆的一端，稳定伸缩杆的另一端连接下喷杆远离上喷杆的一端；plc控制器分别连接水闸、磁吸接口、折叠伸缩杆、水平伸缩杆和稳定伸缩杆；
9.其中磁吸接口包括分别设置于下喷杆靠近上喷杆一端两侧的电磁铁，上喷杆端部两侧设有与电磁铁配合的磁铁，电磁铁外包裹有磁吸锁扣，磁铁均包裹有与磁吸锁扣配合的磁吸锁扣a，且位于一侧的磁吸锁扣和磁吸锁扣a远离喷杆的一侧铺设有转换接头垫片，转换接头垫片位于磁吸锁扣和磁吸锁扣a的连接处设有转动锁栓，电磁铁通过电线连接有电源，电源无线连接plc控制器；
10.其中上喷杆与下喷杆对接的一端设为凸起的弧面，下喷杆端部设有与凸起的弧面配合的凹弧面，磁吸锁扣和磁吸锁扣a外部还设有塑料保护；
11.其中上喷杆一侧设有与其平行的滑轨，折叠伸缩杆端部设有与滑轨配合的滑轮，且滑轮内嵌于滑轨与滑轨活动连接，折叠伸缩杆与下喷杆通过转动部件铰接，下喷杆连接转动部件的一侧设有与下喷杆平行的滑轨a，转动部件活动连接于滑轨a上；
12.其中水平伸缩杆与下喷杆固定连接，稳定伸缩杆一端通过转动部件d与转筒铰接，稳定伸缩杆另一端通过转轮与下喷杆活动连接；
13.其中plc控制器与各控制器件均通过无线连接的方式连接。
14.本实用新型的有益效果是
15.本实用新型的多功能降雨模拟系统，通过plc控制器控制稳定系统在实验平台上喷杆移动过程中可以维持自身的稳定性，不会影响实验的精确性，在导轨上设置的转动接头自身具有限位功能可以保证稳定系统在各种情况下满足三角形稳定的特性；同时喷杆之间通过plc控制的磁吸接口和伸缩杆可以使得在不拆卸喷杆的前提下更换喷头，并且折叠的喷杆可以节约一定的实验空间，该多功能降雨模拟系统延续了传统降雨平台可以实现不同降雨尺度的功能，具体通过转动四个喷杆使得喷头位置不同实现降雨的不同尺度，有利于增加实验的多样性操作需求。
附图说明
16.图1是本实用新型的多功能降雨模拟系统的结构示意图；
17.图2是本实用新型的多功能降雨模拟系统的俯视图；
18.图3是本实用新型的多功能降雨模拟系统的展开后的结构示意图；
19.图4是本实用新型的多功能降雨模拟系统的磁吸接口控制系统示意图。
20.图中，1.喷头，2.滑轨，3.滑轮，4.折叠伸缩杆，5.转动部件，6.水闸，7.水管，8.转轮，9.稳定伸缩杆，10.喷杆，11.磁吸接口，12.滑轨a，13.喷头a，14.滑轨b，15.滑轮a，16.折叠伸缩杆a，17.转动部件a，18.水闸a，19.喷杆a，20.磁吸接口a，21.滑轨c，22.水管a，23.喷杆b，24.磁吸接口b，25.滑轨d，26.水闸b，27.喷头b，28.滑轨e，29.滑轮b，30.折叠伸缩杆b，31.转动部件b，32.水管b，33.喷杆c，34.磁吸接口c，35.滑轨f，36.喷头c，37.滑轨g，38.滑轮c，39.折叠伸缩杆c，40.转动部件c，41.水平伸缩杆，42.转轮a，43，稳定伸缩杆a，44.转动部件d，45.转动电机，46.稳定伸缩杆b，47.转筒，48.水平伸缩杆a，49.转轮b，50.水闸c，51.水管c，52.转轮c，53.稳定伸缩杆c，54.转动部件e，55.plc控制器，56.隔水底座，57.水泵，58.磁吸锁扣a，59.磁铁，60.水平伸缩杆b，61.磁吸锁扣，62.电磁铁，63.塑料保护套，64.电线，65.电源，66.转动锁栓，67.转换接头垫片，68.降雨结构，69.稳定系统，70.水平伸缩杆c。
具体实施方式
21.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。
22.本实用新型提供了一种高效稳定的多功能降雨模拟系统，结构如图1、图2、图3、图4所示，包括降雨结构68和稳定系统69，稳定系统和69降雨结构68都是一一对应的，相互独立的四个结构a、b、c、d，即以四组相互对称的降雨结构68为例，具体如下：
23.以a结构为例，plc控制器55连接转动电机45，通过转动电机45与稳定系统69连接，稳定系统通过水平伸缩杆41和稳定伸缩杆9与降雨结构68连接，稳定伸缩杆9与喷杆10的连接处通过转轮8活动连接；水泵57通过水管7与降雨结构68连接，在水泵57和plc控制器55之间设置隔水底座56，水管7穿过隔水底座56与水泵57连接，水管7上设置水闸6控制水流；水泵57和plc控制器55通过无线连接的方式进行控制；水闸6和plc控制器55通过无线连接的方式进行控制；
24.a结构的稳定系统69的具体结构为：包括与plc控制器55连接的转动电机45，转动电机45连接a结构中的水平伸缩杆41，水平伸缩杆41上连转轮8，转轮8连接稳定伸缩杆9，稳定伸缩杆9与降雨结构68连接，水平伸缩杆41与喷杆10的连接方式为焊接，稳定伸缩杆9与喷杆10的连接方式为铰接；稳定伸缩杆9通过转动部件d44和转筒47连接；由水平伸缩杆41、稳定伸缩杆9、转动电机45、转筒47、转动部件d44和转轮8构成稳定的三角形结构，形成稳定系统69；水平伸缩杆41、稳定伸缩杆9和转动电机45通过无线方式与plc控制器55连接；
25.a结构的降雨结构的具体结构为：包括水管7，水管7与水泵57通过水闸6连接，水管7与喷杆10连接，喷杆10上有喷头1，喷杆10的上喷杆和下喷杆的连接通过磁吸接口11、滑轮3、折叠伸缩杆4和转动部件5连接，在上喷杆上连接着滑轨2，滑轨2连接着滑轮3，滑轮3连接折叠伸缩杆4，折叠伸缩杆4通过滑轮3与上喷杆处滑轨2连接，折叠伸缩杆4远离上喷杆的一端通过转动部件5与下喷杆铰接，且下喷杆上还设有滑轨a12，转动部件5活动连接于滑轨a12上；折叠伸缩杆4通过无线方式与plc控制器55连接；
26.a结构的降雨结构中，连接上、下喷杆的磁吸接口具体结构为：通过plc控制器55控制的电源65，通过电线64控制电磁铁62和磁铁59，磁铁59再被电磁铁62吸引之后，可以深入到塑料保护63中，将磁吸锁扣a58锁紧；在塑料保护层63一侧设置转换接头66和转换接头垫片67，保证上、下喷杆可以准确对接；
27.b、c、d结构与a结构完全一致，可相互对应。
28.本实用新型一种高效稳定的多功能降雨模拟系统，供水系统采用四个喷杆独立供水，工作原理如下：
29.通过plc控制器55对整个过程实现自动化处理；首先是plc控制器55通过无线方式控制转动电机45转动，将a的整个降雨结构68和稳定系统69移动到合适的角度上；之后plc控制器55控制水平伸缩杆41沿着半径方向将降雨结构68和稳定系统69移动到合适的位置，此时结构a的整个装置移动到要求的位置；该过程中稳定伸缩杆9控制着整个过程在竖直方向上稳定移动，时刻保持三角形稳定系统；之后plc控制器55控制着转动部件5和折叠伸缩杆4将喷杆10重合在一起，磁吸接口11同时锁定接口处，保持稳定；至此结构a整体组装完成，竖立在要求的位置上，可通过plc控制器55打开水泵57和水闸6，通过水管7进行供水，喷头1开始喷水，实现人工模拟降雨；
30.b、c、d结构与a结构的工作原理完全一致。
31.本实用新型的一种高效稳定的多功能降雨模拟系统，可解决以下传统多功能降雨模拟系统的一些突发问题：
32.1.日常使用过程中更换喷头：
33.以a结构为例，根据模拟降雨需求的雨强对每个喷杆进行雨强和均匀度测试；在plc控制器55的控制下，转动电机45开始发生转动，在转动到相应的角度后停止；之后plc控
制器55控制水平伸缩杆41和稳定伸缩杆9，在水平方向上沿着半径方向开始平移，同时转轮8在稳定伸缩杆9的带动下发生转动，保证降雨结构68、水平伸缩杆41和稳定伸缩杆9之间形成竖直方向直角三角形稳定结构；之后折叠伸缩杆4在plc控制器55的控制下转动和伸缩，将喷杆10上下两部分喷杆重合起来，之后在plc控制器55的控制下，磁吸接口11通电，电磁铁62产生磁性，吸引磁铁59向下移动，两者在塑料保护层63中吸紧；最后plc控制器55控制水泵57和电水闸6供水，水流通过水管7进入喷杆10中，最后进入喷头1中，此刻一个模拟降雨事件发生；假如此时发生喷头1堵塞的情况，降雨停止，可进行以下操作：通过plc控制器55控制转动电机45进行转动，然后水平伸缩杆41和稳定伸缩杆9将结构a带到安全位置；再控制磁吸接口11断电，释放出磁铁59，再控制折叠伸缩杆4转动和收缩，将喷杆10折叠起来，此时喷头1也下降到合适高度，可以在不拆卸喷杆的前提下快速更换喷头；
34.b、c、d结构的操作与a结构的完全一致。
35.2.喷头故障时的连续降雨过程模拟：
36.以实验平台上有四个喷杆，其中a、b、c结构处于工作状态，d结构处于备用状态，模拟c结构发生故障时，紧急处理的过程；在plc控制器55的控制下，转动电机45开始发生转动，在转动到相应的角度后停止；之后plc控制器55控制水平伸缩杆41、水平伸缩杆b60、水平伸缩杆c70和水平伸缩杆a48进行工作，在稳定伸缩杆9、稳定伸缩杆a43、稳定伸缩杆b46、稳定伸缩杆c53的配合下，在水平方向上沿着半径方向开始平移，在plc控制器55的控制下，发生转动和伸缩，保证稳定系统69在水平伸缩杆41、水平伸缩杆b60、水平伸缩杆c70和水平伸缩杆a48，和稳定伸缩杆9、稳定伸缩杆a43、稳定伸缩杆b46、稳定伸缩杆c53之间形成四个竖直方向直角三角形稳定结构；之后转动部件5、转动部件a17、转动部件b31、转动部件c40和折叠伸缩杆4、折叠伸缩杆a16、折叠伸缩杆b30、折叠伸缩杆c39在plc控制器55的控制下转动和伸缩，将喷杆10、喷杆a19、喷杆b23、喷杆c33上下两部分重合起来；之后在plc控制器55的控制下，磁吸接口11、磁吸接口a20、磁吸接口b24、磁吸接口c34通电吸紧；最后plc控制器55控制水泵57和水闸6、水闸a18、水闸b26供水，水流通过水管7、水管a22、水管b32进入喷杆10、喷杆a19、喷杆b23中，最后进入喷头1、喷头a13、喷头b27中，此刻一个模拟降雨事件发生；当c结构发生故障时，通过plc控制器55，转动转动电机45，使得c结构撤出原来位置，d结构转动到c结构的位置，a结构转动到b结构的位置，b结构转动到c结构的位置，c结构转动到d结构的位置关闭水闸b26，打开水闸c51，使得水流从喷头c36中流出；从plc控制器55发出命令到最后完成所有动作只需要几秒；因此，对整个模拟降雨过程几乎不会产生影响；待模拟降雨完成后，按照日常使用过程中更换喷头中所示方法更换c结构的喷头；
37.3.连续降雨过程雨强的时空异质性：
38.以两个喷杆为例，模拟一场时间和空间上有差异的降雨；假设降雨过程为前20分钟在坡面上半部降雨，降雨强度为1mm/min、后10分钟在整个坡面上形成2mm/min的降雨；以结构a与结构b为拟操作的两个喷杆，在plc控制器55的控制下，将结构a与结构b按照日常使用过程中更换喷头中所述的方法移动到合适的位置；根据所需要的雨强对每个喷杆进行雨强和均匀度测试，使得喷头1和喷头a13能够均匀连续的实现降雨；
39.通过plc控制器55打开水泵57，打开水闸7进行供水，水流经过水管7和喷杆10，进入到喷头1中，通过控制水泵57的功率，使得结构a的降雨强度达到1mm/min，保持20min；此时前20min中坡面上半部降雨强度达到要求；20min后，通过plc控制器55打开水闸a18，水流
经过水管a22流向喷杆a19，进入喷头a13中，在控制水泵57的功率，使得结构a和结构b的降雨强度达到2mm/min，此时整个坡面达到降雨强度要求；实验结束后，通过plc控制器55控制各个组件回归到原位，实验结束；
40.本实用新型为一种高效稳定的多功能降雨模拟系统，通过伸缩杆、滑轮、导轨、喷杆、喷头等多种构件组合而成，可以实现喷头故障时候喷头更换、和故障时的连续性降雨，实现同一装置下分区模拟不同雨强的降雨过程。