CN102561252A

CN102561252A - 一种河工模型试验的推移质加沙装置

Info

Publication number: CN102561252A
Application number: CN2011104181657A
Authority: CN
Inventors: 王兴奎; 陈启刚; 任海涛; 陈槐; 李丹勋
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102561252B

Abstract

本发明涉及一种河工模型试验的推移质加沙装置，属于水利水电工程河工模型试验技术领域，该装置主要由支架、盛沙容器、节流阀、输沙率自动控制平台四部分组成，其中，盛沙容器安装在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下从底部漏沙口自动滑落出；节流阀安装在盛沙容器底部漏沙口处，通过控制节流阀的开度获得沙的单位时间滑落量；输沙率自动控制平台位于盛沙容器的下方且支撑在支架的底部上，用于实现输沙率的自动控制。本发明具有自动化程度高、精度高、对复杂试验条件适应能力强等优点，具有极其重要的生产应用和推广价值。

Description

一种河工模型试验的推移质加沙装置

技术领域

本发明属于水利水电工程河工模型试验技术领域，特别涉及河工模型试验的推移质加沙装置。

背景技术

在大量的水利水电工程建设中，河道中的推移质运动具有重要的影响，如航道整治、引水口防沙、电站机组磨损等均与推移质的运动密切相关。对于重要的水利水电工程都需要进行河工模型试验，而推移质的运动规律和对工程的影响是重要的研究内容。在河工模型试验中，需要将推移质泥沙按模型相似比尺换算的输沙率过程加入到模型中。

传统的推移质加沙装置主要采用皮带机。如图1所示，皮带机主要由支架11、电机12、传动带(或传动齿轮)13、皮带转轮14和皮带15组成。电机12通过传动带13驱动皮带转轮14转动，皮带15在转轮14的驱动下运动，将皮带15上的推移质泥沙加入到模型河道17中。在试验过程中，需要将某一时段内加入模型河道的推移质泥沙16-1均匀铺在皮带15上，铺沙长度等于在规定的时间内皮带15运动的距离，由此即可在规定时间内均匀完成加沙过程。在铺好前一个时段的泥沙16-1后，继续在其后面铺放后一个时段内需要加入的泥沙16-2。

由于推移质输沙率往往随时间改变，所以每个时段的铺沙长度和厚度各不相同；此外，由于皮带长度有一定的限制，一次操作只能铺1～2个时段的沙样，所以需要专人管理铺沙。在河工模型试验中，推移质泥沙的级配(指不同粒径颗粒的分配情况)往往也会随时间变化，因此，需要先将模型沙分成不同粒径的若干组，再根据各个试验时段的级配需求由人工配制成预定级配后，再由皮带机加入到模型河道中。显然，传统的皮带机加沙方法操作比较复杂，当试验条件变的更复杂时，该方法对人工操作的需求量更大。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种河工模型试验的推移质加沙装置，该装置具有自动化程度高、精度高、对复杂试验条件适应能力强等优点，具有极其重要的生产应用和推广价值。

本发明设计的一种河工模型试验的推移质加沙装置，其特征在于，该装置主要由支架、盛沙容器、节流阀、输沙率自动控制平台四部分组成，其中，盛沙容器安装在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下从底部漏沙口自动滑落出；节流阀安装在盛沙容器底部漏沙口处，通过控制节流阀的开度获得沙的单位时间滑落量；输沙率自动控制平台位于盛沙容器的下方且支撑在支架的底部上，用于实现输沙率的自动控制。

所述盛沙容器可由连成一体的上下两部分组成，上半部的上端口敞开，下半部向下渐缩小且底部开有漏沙口。

所述节流阀可主要由固定支板、线轴承、螺杆和闸板组成，该固定支板为一块L形板，与所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的竖板上预留有圆孔；该闸板为另一L形板，固定支板放置在闸板上；线轴承一端插入固定支板的圆孔中，另一端顶在闸板的竖板上；其中，闸板的竖板的中心开有攻丝螺孔，用于和螺杆相连接；通过旋转螺杆实现水平钢板伸缩，进而控制盛沙容器底部出口的开口大小。闸板的水平板伸缩的距离与盛沙容器底部出口的长度相等。

所述输沙率自动控制平台可主要由升降平台、计算机、步进电机、变速齿轮、皮带转轮和皮带组成，该自动控制平台支撑在支架的底部框架上；升降平台主要由一块安装板、两块前后竖直挡板组成；安装板连接在两竖直挡板之间，步进电机安装在安装板上并与计算机相连，计算机内安装步进电机的串口控制程序，实现对步进电机转速的自动控制；变速齿轮由驱动齿轮和从动齿轮构成，驱动齿轮与步进电机的转轴相连，从动齿轮与皮带转轮相连；皮带转轮两端通过轴承与升降平台上的前后挡板连接；皮带套接在皮带转轮上，在皮带转轮的驱动下运动。

本发明装置的特点及有益效果：

本发明装置在计算机控制下，可以实现自动、精确地加沙，多套装置组合应用，可以实现各试验时段不同级配组合的自动加沙。

本发明装置具有自动化程度高、精度高、对复杂试验条件适应能力强等优点，具有极其重要的生产应用和推广价值。

附图说明

图1为传统的推移质皮带机加沙方式示意图；

图2为本发明的河工模型试验的推移质加沙装置的整体结构示意图；

图3为本发明的河工模型试验的推移质加沙装置的支架实施例示意图；

图4为本发明的河工模型试验的推移质加沙装置的盛沙容器实施例示意图；

图5为本发明的河工模型试验的推移质加沙装置的节流阀实施例示意图；

图6为本发明的河工模型试验的推移质加沙装置的输沙率自动控制平台实施例示意图；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出的一种河工模型试验的推移质加沙装置，如图1所示主要由支架2、盛沙容器3、节流阀4和输沙率自动控制平台5构成；其中，盛沙容器焊接在支架顶端，盛沙容器底部出口处安装节流阀；输沙率自动控制平台安装在盛沙容器底部出口的下方，该装置应用时安装在河工模型河道17上方。

上述装置各部分的具体实施方式及功能结合各附图分别说明如下：

本装置的支架2由规格为50mm×50mm×5mm的角钢焊接成框架结构，其实施例结构如图3所示，包括由4根水平角钢21、22焊接成的底层框架，框架的四个角分别焊接1根直立角钢23，其中，各直立角钢23的顶端用于焊接盛沙容器，水平角钢21、22分别为支架底层框架的长和宽。支架的长宽高与盛沙容器相适应；本实施例的支架的长、宽、高分别为480mm、450mm、450mm。

本装置的盛沙容器3由连成一体的上下两部分组成，上半部的上端口敞开，下半部向下渐缩小且底部开有漏沙口；其实施例为一铁箱，如图4所示，铁箱上半部分为矩形31，下半部分为楔形32，铁箱底部开有一矩形漏沙口33，矩形铁桶31的底部四个拐角分别与角钢23的上端面焊接。盛沙容器的容积可根据试验规模进行调整，本实施例的盛沙容器的容积为0.6m3，盛沙容器底部矩形漏沙口33的尺寸可根据支架尺寸和试验规模等综合确定，本实施例的漏沙口尺寸为300mm×50mm。

本发明的上述盛沙容器3和支架2的具体形状只用于举例，盛沙容器的形状可以包括上可以半部分为其它任意形状的容器，例如截面为正方形、多边形，或圆筒状或椭圆筒状等，下半部分为与上半部分相连接并向下渐缩小且底部开口的任意形状；整个盛沙容器的尺寸根据试验需求确定。

本装置的节流阀4主要由固定支板41、线轴承42、螺杆43和闸板44组成，实施例的结构如图5所示。固定支板由两块相互垂直的钢板41-1和41-2焊接而成的L形板，与盛沙容器的下半部楔形外壁焊接，钢板41-2上预留两个圆孔，用于安装线轴承42。闸板也是由两块钢板44-1、44-2垂直焊接成L形板，固定支板放置在闸板上；线轴承42一端插入固定支板的钢板41-2的圆孔中，另一端顶在闸板44的竖直钢板44-2上；其中，闸板44的竖直钢板44-2的中心开有攻丝螺孔，用于和螺杆43相连接。通过旋转螺杆43实现水平钢板44-1伸缩，进而控制盛沙容器底部出口33的开口大小。本实施例的闸板的水平钢板44-1伸缩的距离与盛沙容器底部出口的长度相等，为300mm。

本实施例的输沙率自动控制平台5的结构如图6所示；主要由升降平台51、计算机52、步进电机53、变速齿轮54、皮带转轮55和皮带56组成，该自动控制平台支撑在支架2的底部框架上。升降平台51由两块竖直前后挡板51-1、四块支撑板51-2、一块侧面挡板51-3(也可省略)和一块安装板51-4，共八块厚度为10mm的钢板焊接而成，两块支撑板51-2分别焊接在前后挡板51-1外侧上，支撑板51-2中心打孔用于连接升降螺杆51-5，升降螺杆51-5的底部支撑在支架的底部框架23上，安装板51-4焊接在两竖直挡板51-1之间，步进电机安装在安装板上并与计算机相连，计算机内安装步进电机的串口控制程序，实现对步进电机转速的自动控制；本实施例选用的步进电机为无锡惠斯通电机科技有限公司生产的86BYGH401型电机。变速齿轮54由驱动齿轮54-1和从动齿轮54-2构成，驱动齿轮54-1与步进电机转轴连接；从动齿轮54-2与皮带转轮55相连；驱动齿轮54-1与从动齿轮54-2的转速比为2∶1。皮带转轮55由外径为50mm的空心钢管制成，皮带转轮55两端通过轴承与升降平台上的两竖直挡板51-1连接，皮带转轮55转速由从动齿轮54-2控制。皮带56由宽度为400mm的耐磨胶袋制成，皮带套接在皮带转轮55上，在转轮55的驱动下运动。

本装置的计算机52为普通个人计算机，计算机配置满足CPU性能不低于Intel奔腾4处理器、内存不低于512M、主板配备标准PCI插槽、操作系统版本不低于Windows XP即可，主板PIC插槽上安装AD转换卡用于和步进电机连接、计算机内安装根据步进电机说明书编写的串口控制程序，实现对步进电机53转速的自动控制。本实施例的计算机配置为Intel奔腾E5700CPU、2G内存、技嘉G31M-ES2C主板、北京双诺测控技术有限公司AC6616型号AD转换卡、Windows XP操作系统，控制程序根据步进电机说明书提供的命令集，采用Visual C#语言编写。

本实施例的一种河工模型试验的推移质加沙装置的工作原理说明如下：盛放在盛沙容器的推移质泥沙16，在重力作用下通过底部出口33自动滑落到皮带56上，单位时间滑落量可以通过手动调节节流阀的开度进行控制。滑落在皮带上的推移质泥沙在步进电机53的带动下被输送到模型河道中，通过计算机52控制步进电机的转速可以实现输沙率的自动控制。在试验过程中，如果需要随时间不断改变推移质泥沙的输沙率，可以按照事先标定好的电机转速与输沙率之间的对应关系，将输沙率随时间的变化过程换算为电机转速随时间的变化过程，通过计算机52控制电机转速随时间的变化过程，即可实现全自动精确加沙。如果在试验过程中需要对推移质泥沙的级配进行调整，可以同时使用多套加沙装置，将不同粒径的泥沙分别盛放在不同的加沙装置中，通过分别控制每个加沙装置在任意时刻的输沙率，即可自动实现推移质泥沙级配随时间的变化。

Claims

1.一种河工模型试验的推移质加沙装置，其特征在于，该装置主要由支架、盛沙容器、节流阀、输沙率自动控制平台四部分组成，其中，盛沙容器安装在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下从底部漏沙口自动滑落出；节流阀安装在盛沙容器底部漏沙口处，通过控制节流阀的开度获得沙的单位时间滑落量；输沙率自动控制平台位于盛沙容器的下方且支撑在支架的底部上，用于实现输沙率的自动控制。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述盛沙容器由连成一体的上下两部分组成，上半部的上端口敞开，下半部向下渐缩小且底部开有漏沙口。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述节流阀主要由固定支板、线轴承、螺杆和闸板组成，该固定支板为一块L形板，与所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的竖板上预留有圆孔；该闸板为另一L形板，固定支板放置在闸板上；线轴承一端插入固定支板的圆孔中，另一端顶在闸板的竖板上；其中，闸板的竖板的中心开有攻丝螺孔，用于和螺杆相连接；通过旋转螺杆实现水平钢板伸缩，进而控制盛沙容器底部漏沙口的开口大小。闸板的水平板伸缩的距离与盛沙容器底部出口的长度相等。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述输沙率自动控制平台主要由升降平台、计算机、步进电机、变速齿轮、皮带转轮和皮带组成，该自动控制平台支撑在支架的底部框架上；升降平台主要由一块安装板、两块前后竖直挡板组成；安装板连接在两竖直挡板之间，步进电机安装在安装板上并与计算机相连，计算机内安装步进电机的串口控制程序，实现对步进电机转速的自动控制；变速齿轮由驱动齿轮和从动齿轮构成，驱动齿轮与步进电机的转轴相连，从动齿轮与皮带转轮相连；皮带转轮两端通过轴承与升降平台上的前后挡板连接；皮带套接在皮带转轮上，在皮带转轮的驱动下运动。