專利名稱：一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程河工模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置。
背景技術(shù)：
在大量的水利水電工程建設(shè)中，河道中的推移質(zhì)運(yùn)動具有重要的影響，如航道整治、引水口防沙、電站機(jī)組磨損等均與推移質(zhì)的運(yùn)動密切相關(guān)。對于重要的水利水電工程都需要進(jìn)行河工模型試驗(yàn)，而推移質(zhì)的運(yùn)動規(guī)律和對工程的影響是重要的研究內(nèi)容。在河工模型試驗(yàn)中，需要將推移質(zhì)泥沙按模型相似比尺換算的輸沙率過程加入到模型中。傳統(tǒng)的推移質(zhì)加沙裝置主要采用皮帶機(jī)。如圖1所示，皮帶機(jī)主要由支架11、電機(jī)12、傳動帶(或傳動齒輪)13、皮帶轉(zhuǎn)輪14和皮帶15組成。電機(jī)12通過傳動帶13驅(qū)動皮帶轉(zhuǎn)輪14轉(zhuǎn)動，皮帶15在轉(zhuǎn)輪14的驅(qū)動下運(yùn)動，將皮帶15上的推移質(zhì)泥沙加入到模型河道17中。在試驗(yàn)過程中，需要將某一時(shí)段內(nèi)加入模型河道的推移質(zhì)泥沙16-1均勻鋪在皮帶15上，鋪沙長度等于在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)皮帶15運(yùn)動的距離，由此即可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)均勻完成加沙過程。在鋪好前一個時(shí)段的泥沙16-1后，繼續(xù)在其后面鋪放后一個時(shí)段內(nèi)需要加入的泥沙16-2。由于推移質(zhì)輸沙率往往隨時(shí)間改變，所以每個時(shí)段的鋪沙長度和厚度各不相同；此外，由于皮帶長度有一定的限制，一次操作只能鋪1 2個時(shí)段的沙樣，所以需要專人管理鋪沙。在河工模型試驗(yàn)中，推移質(zhì)泥沙的級配(指不同粒徑顆粒的分配情況)往往也會隨時(shí)間變化，因此，需要先將模型沙分成不同粒徑的若干組，再根據(jù)各個試驗(yàn)時(shí)段的級配需求由人工配制成預(yù)定級配后，再由皮帶機(jī)加入到模型河道中。顯然，傳統(tǒng)的皮帶機(jī)加沙方法操作比較復(fù)雜，當(dāng)試驗(yàn)條件變的更復(fù)雜時(shí)，該方法對人工操作的需求量更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置，該裝置具有自動化程度高、精度高、對復(fù)雜試驗(yàn)條件適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有極其重要的生產(chǎn)應(yīng)用和推廣價(jià)值。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置，其特征在于，該裝置主要由支架、盛沙容器、節(jié)流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節(jié)流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節(jié)流閥的開度獲得沙的單位時(shí)間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實(shí)現(xiàn)輸沙率的自動控制。所述盛沙容器可由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口。所述節(jié)流閥可主要由固定支板、線軸承、螺桿和閘板組成，該固定支板為一塊L形板，與所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的豎板上預(yù)留有圓孔；該間板為另一 L形板，固定支板放置在間板上；線軸承一端插入固定支板的圓孔中，另一端頂在間板的豎板上；其中，閘板的豎板的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿相連接；通過旋轉(zhuǎn)螺桿實(shí)現(xiàn)水平鋼板伸縮，進(jìn)而控制盛沙容器底部出口的開口大小。閘板的水平板伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等。所述輸沙率自動控制平臺可主要由升降平臺、計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變速齒輪、皮帶轉(zhuǎn)輪和皮帶組成，該自動控制平臺支撐在支架的底部框架上；升降平臺主要由一塊安裝板、兩塊前后豎直擋板組成；安裝板連接在兩豎直擋板之間，步進(jìn)電機(jī)安裝在安裝板上并與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝步進(jìn)電機(jī)的串口控制程序，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制；變速齒輪由驅(qū)動齒輪和從動齒輪構(gòu)成，驅(qū)動齒輪與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，從動齒輪與皮帶轉(zhuǎn)輪相連；皮帶轉(zhuǎn)輪兩端通過軸承與升降平臺上的前后擋板連接；皮帶套接在皮帶轉(zhuǎn)輪上，在皮帶轉(zhuǎn)輪的驅(qū)動下運(yùn)動。本發(fā)明裝置的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明裝置在計(jì)算機(jī)控制下，可以實(shí)現(xiàn)自動、精確地加沙，多套裝置組合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)各試驗(yàn)時(shí)段不同級配組合的自動加沙。本發(fā)明裝置具有自動化程度高、精度高、對復(fù)雜試驗(yàn)條件適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有極其重要的生產(chǎn)應(yīng)用和推廣價(jià)值。


圖1為傳統(tǒng)的推移質(zhì)皮帶機(jī)加沙方式示意圖；圖2為本發(fā)明的河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的支架實(shí)施例示意圖；圖4為本發(fā)明的河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的盛沙容器實(shí)施例示意圖；圖5為本發(fā)明的河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的節(jié)流閥實(shí)施例示意圖；圖6為本發(fā)明的河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的輸沙率自動控制平臺實(shí)施例示意具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提出的一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置，如圖1所示主要由支架2、盛沙容器3、節(jié)流閥4和輸沙率自動控制平臺5構(gòu)成；其中，盛沙容器焊接在支架頂端，盛沙容器底部出口處安裝節(jié)流閥；輸沙率自動控制平臺安裝在盛沙容器底部出口的下方，該裝置應(yīng)用時(shí)安裝在河工模型河道17上方。上述裝置各部分的具體實(shí)施方式
及功能結(jié)合各附圖分別說明如下本裝置的支架2由規(guī)格為50mmX50mmX5mm的角鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，其實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括由4根水平角鋼21、22焊接成的底層框架，框架的四個角分別焊接1根直立角鋼23，其中，各直立角鋼23的頂端用于焊接盛沙容器，水平角鋼21、22分別為支架底層框架的長和寬。支架的長寬高與盛沙容器相適應(yīng)；本實(shí)施例的支架的長、寬、高分別為480mm、450mm、450mm。本裝置的盛沙容器3由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口 ；其實(shí)施例為一鐵箱，如圖4所示，鐵箱上半部分為矩形31，下半部分為楔形32，鐵箱底部開有一矩形漏沙口 33，矩形鐵桶31的底部四個拐角分別與角鋼23的上端面焊接。盛沙容器的容積可根據(jù)試驗(yàn)規(guī)模進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例的盛沙容器的容積為0. 6m3，盛沙容器底部矩形漏沙口 33的尺寸可根據(jù)支架尺寸和試驗(yàn)規(guī)模等綜合確定，本實(shí)施例的漏沙口尺寸為300mmX50mm。本發(fā)明的上述盛沙容器3和支架2的具體形狀只用于舉例，盛沙容器的形狀可以包括上可以半部分為其它任意形狀的容器，例如截面為正方形、多邊形，或圓筒狀或橢圓筒狀等，下半部分為與上半部分相連接并向下漸縮小且底部開口的任意形狀；整個盛沙容器的尺寸根據(jù)試驗(yàn)需求確定。本裝置的節(jié)流閥4主要由固定支板41、線軸承42、螺桿43和閘板44組成，實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖5所示。固定支板由兩塊相互垂直的鋼板41-1和41-2焊接而成的L形板，與盛沙容器的下半部楔形外壁焊接，鋼板41-2上預(yù)留兩個圓孔，用于安裝線軸承42。閘板也是由兩塊鋼板44-1、44-2垂直焊接成L形板，固定支板放置在間板上；線軸承42 —端插入固定支板的鋼板41-2的圓孔中，另一端頂在閘板44的豎直鋼板44-2上；其中，閘板44的豎直鋼板44-2的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿43相連接。通過旋轉(zhuǎn)螺桿43實(shí)現(xiàn)水平鋼板44-1伸縮，進(jìn)而控制盛沙容器底部出口 33的開口大小。本實(shí)施例的閘板的水平鋼板44-1伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等，為300mm。本實(shí)施例的輸沙率自動控制平臺5的結(jié)構(gòu)如圖6所示；主要由升降平臺51、計(jì)算機(jī)52、步進(jìn)電機(jī)53、變速齒輪M、皮帶轉(zhuǎn)輪55和皮帶56組成，該自動控制平臺支撐在支架2的底部框架上。升降平臺51由兩塊豎直前后擋板51-1、四塊支撐板51-2、一塊側(cè)面擋板51-3(也可省略)和一塊安裝板51-4，共八塊厚度為IOmm的鋼板焊接而成，兩塊支撐板51-2分別焊接在前后擋板51-1外側(cè)上，支撐板51-2中心打孔用于連接升降螺桿51_5，升降螺桿51-5的底部支撐在支架的底部框架23上，安裝板51-4焊接在兩豎直擋板51_1之間，步進(jìn)電機(jī)安裝在安裝板上并與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝步進(jìn)電機(jī)的串口控制程序，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制；本實(shí)施例選用的步進(jìn)電機(jī)為無錫惠斯通電機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的86BYGH401型電機(jī)。變速齒輪M由驅(qū)動齒輪和從動齒輪構(gòu)成，驅(qū)動齒輪54-1與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接；從動齒輪M-2與皮帶轉(zhuǎn)輪55相連；驅(qū)動齒輪M-I與從動齒輪M-2的轉(zhuǎn)速比為2 1。皮帶轉(zhuǎn)輪55由外徑為50mm的空心鋼管制成，皮帶轉(zhuǎn)輪55兩端通過軸承與升降平臺上的兩豎直擋板51-1連接，皮帶轉(zhuǎn)輪55轉(zhuǎn)速由從動齒輪M-2控制。皮帶56由寬度為400mm的耐磨膠袋制成，皮帶套接在皮帶轉(zhuǎn)輪55上，在轉(zhuǎn)輪55的驅(qū)動下運(yùn)動。本裝置的計(jì)算機(jī)52為普通個人計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)配置滿足CPU性能不低于Intel奔騰4處理器、內(nèi)存不低于512M、主板配備標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽、操作系統(tǒng)版本不低于Windows XP即可，主板PIC插槽上安裝AD轉(zhuǎn)換卡用于和步進(jìn)電機(jī)連接、計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝根據(jù)步進(jìn)電機(jī)說明書編寫的串口控制程序，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)53轉(zhuǎn)速的自動控制。本實(shí)施例的計(jì)算機(jī)配置為Intel奔騰E5700CPU、2G內(nèi)存、技嘉G31M-ES2C主板、北京雙諾測控技術(shù)有限公司AC6616型號AD轉(zhuǎn)換卡、Windows XP操作系統(tǒng)，控制程序根據(jù)步進(jìn)電機(jī)說明書提供的命令集，采用Visual C#語言編寫。本實(shí)施例的一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置的工作原理說明如下盛放在盛沙容器的推移質(zhì)泥沙16，在重力作用下通過底部出口 33自動滑落到皮帶56上，單位時(shí)間滑落量可以通過手動調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度進(jìn)行控制?；湓谄系耐埔瀑|(zhì)泥沙在步進(jìn)電機(jī)53的帶動下被輸送到模型河道中，通過計(jì)算機(jī)52控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)輸沙率的自動控制。在試驗(yàn)過程中，如果需要隨時(shí)間不斷改變推移質(zhì)泥沙的輸沙率，可以按照事先標(biāo)定好的電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸沙率之間的對應(yīng)關(guān)系，將輸沙率隨時(shí)間的變化過程換算為電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化過程，通過計(jì)算機(jī)52控制電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化過程，即可實(shí)現(xiàn)全自動精確加沙。如果在試驗(yàn)過程中需要對推移質(zhì)泥沙的級配進(jìn)行調(diào)整，可以同時(shí)使用多套加沙裝置，將不同粒徑的泥沙分別盛放在不同的加沙裝置中，通過分別控制每個加沙裝置在任意時(shí)刻的輸沙率，即可自動實(shí)現(xiàn)推移質(zhì)泥沙級配隨時(shí)間的變化。
權(quán)利要求
1.一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置，其特征在于，該裝置主要由支架、盛沙容器、節(jié)流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節(jié)流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節(jié)流閥的開度獲得沙的單位時(shí)間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實(shí)現(xiàn)輸沙率的自動控制。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述盛沙容器由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述節(jié)流閥主要由固定支板、線軸承、螺桿和閘板組成，該固定支板為一塊L形板，與所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的豎板上預(yù)留有圓孔；該閘板為另一 L形板，固定支板放置在閘板上；線軸承一端插入固定支板的圓孔中，另一端頂在閘板的豎板上；其中，閘板的豎板的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿相連接；通過旋轉(zhuǎn)螺桿實(shí)現(xiàn)水平鋼板伸縮，進(jìn)而控制盛沙容器底部漏沙口的開口大小。閘板的水平板伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等。
4.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述輸沙率自動控制平臺主要由升降平臺、計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變速齒輪、皮帶轉(zhuǎn)輪和皮帶組成，該自動控制平臺支撐在支架的底部框架上；升降平臺主要由一塊安裝板、兩塊前后豎直擋板組成；安裝板連接在兩豎直擋板之間，步進(jìn)電機(jī)安裝在安裝板上并與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝步進(jìn)電機(jī)的串口控制程序，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制；變速齒輪由驅(qū)動齒輪和從動齒輪構(gòu)成，驅(qū)動齒輪與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，從動齒輪與皮帶轉(zhuǎn)輪相連；皮帶轉(zhuǎn)輪兩端通過軸承與升降平臺上的前后擋板連接；皮帶套接在皮帶轉(zhuǎn)輪上，在皮帶轉(zhuǎn)輪的驅(qū)動下運(yùn)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種河工模型試驗(yàn)的推移質(zhì)加沙裝置，屬于水利水電工程河工模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，該裝置主要由支架、盛沙容器、節(jié)流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節(jié)流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節(jié)流閥的開度獲得沙的單位時(shí)間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實(shí)現(xiàn)輸沙率的自動控制。本發(fā)明具有自動化程度高、精度高、對復(fù)雜試驗(yàn)條件適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有極其重要的生產(chǎn)應(yīng)用和推廣價(jià)值。
文檔編號E02B1/02GK102561252SQ20111041816
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者任海濤, 李丹勛, 王興奎, 陳啟剛, 陳槐 申請人:清華大學(xué)