CN105043709A - 一种气流回旋集沙仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气流回旋集沙仪，主要结构包括固定桩(1)、密封圆锥滚子轴承组件(2)、横向支承架(3)、风向标(4)和集沙模块(5)；所述的横向支承架(3)一端固定风向标(4)，另一端与集沙模块(5)固接；横向支承架(3)固定在密封圆锥滚子轴承组件(2)上；密封圆锥滚子轴承组件(2)固定在固定桩(1)上。本集沙仪能够使含尘气流进入集沙模块后显著降低气固二相流的流速和动能，便于沙粒沉降，可以达到气流和沙尘的高效分离，从而提高测量精度。并且本集沙仪为模块化设计，结构紧凑合理、拆装方便，在不同的组合下可对不同高度水平的风沙流进行分析测试。

Description

一种气流回旋集沙仪

技术领域

本发明涉及土壤风蚀监测装置，特别涉及风沙监测装置，具体属于一种气流回旋集沙仪。

背景技术

土壤风蚀沙化已成为北方旱区农业可持续发展最为突出的问题，土地荒漠化是我国干旱、半干旱地区的主要环境问题之一，对中国北方社会生活和经济发展造成了极大的威胁。集沙仪是一种风蚀监测装置，是研究土壤风蚀以及沙丘移动等风沙运动规律、观测风沙流结构特征时必不可少的仪器。因此，设计制造既适应野外环境又工作精确的集沙仪就显得十分必要。本发明设计的固定桩通过钢结构的有机组合，显著增加了固定桩的截面模量和结构刚度，提高了桩基的承载能力、抗剪、抗弯能力，降低了桩基的水平位移值，很好地解决了土质疏松地区使用风沙仪的制约因素。为了提高测量精度，本发明设计的集沙模块利用气流产生回旋能量降低的原理，使含尘气流进入集沙模块后显著降低气固二相流的流速和动能，便于沙粒沉降，达到气流和沙尘的高效分离。本集沙仪为模块化设计，拆装方便，可对不同高度水平的风沙流进行分析测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种气流回旋集沙仪，利用该集沙仪可实现野外环境下来风方向土壤沙尘量的定点收集和精确测量。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种气流回旋集沙仪，包括固定桩、密封圆锥滚子轴承组件、横向支承架、风向标和集沙模块；所述横向支承架一端固定风向标，另一端与集沙模块固接；横向支承架固定在密封圆锥滚子轴承组件上；密封圆锥滚子轴承组件固定在固定桩上，它们之间只能相对旋转。

作为优化，上述固定桩由下法兰盘、固定管、上法兰盘、螺杆、钢管座、钢管、钢管连接套，螺钉、钢管固定套、钢丝绳、钢钎组成；下法兰盘和上法兰盘内侧圆周具有螺纹，且均有2个对称的螺杆孔，用于安装螺杆，把下法兰盘拧紧于固定管下端，把上法兰盘拧紧于固定管上端；上、下法兰盘的半径比固定筒的半径大得多，目的是加强固定，防止侧倾；同时，上法兰盘半径大于下法兰盘半径，更有利于稳定；钢管座焊接在上法兰盘上，内孔为螺纹孔；钢管两端开螺纹，一端旋入钢管座中，另一端连接钢管连接套；钢管连接套的内孔开有螺纹，用于连接上下两根钢管，为了防止集沙仪旋转松动，用螺钉固定钢管连接套和钢管；在固定桩的最顶端装有钢管固定套，和钢丝绳的一端连接；钢丝绳的另一端与插入土壤中的钢钎连接，三根钢丝绳，各成120度的夹角，以此固定固定桩。

作为优化，上述密封圆锥滚子轴承组件包括第一轴承座、轴承外圈、滚子和保持架、轴承内圈和第二轴承座；轴承外圈与第一轴承座固定连接；轴承内圈与滚子和保持架一起组成的组件与第二轴承座固定连接；第二轴承座与第一轴承座组成封闭结构防止灰尘进入；当风向标随风向变化时，第一轴承座相对第二轴承座发生转动，使进气管始终对准来流方向；由于圆锥滚子轴承可以分离，使得第一轴承座和第二轴承座可以分离，方便拆装和运输。

作为优化，上述横向支承架包括横支架、配重、螺栓螺母；风向标通过2个螺栓螺母固定于横支架的一端；通过集沙模块上所焊的两个耳片，利用2个螺栓螺母，把集沙模块固定于横支架的另一端；为避免风向标与集沙模块重量不平衡时发生侧倾，在横支架的风向标一侧通过螺栓螺母固定配重。

作为优化，上述集沙模块由上部主筒体、下部锥形筒体、集沙管、第一环片、集沙袋、耳片、密封橡胶圈、螺栓螺母、筒盖、出气管、进气管、第二环片、纱网、挡风片组成；主筒体中沿周向和轴向分布有挡风片；锥形筒体上端和主筒体下端相连，锥形筒体下端和集沙管上端相连；为方便固定集沙袋防止其下滑，集沙管的下端焊有第一环片，利用塑料扎带把集沙袋固定在集沙管上，沙尘颗粒经集沙管落入集沙袋中；主筒体上部设有可以打开的筒盖，通过4个对称的螺栓螺母，筒盖固定在主筒体上；为了便于密封，筒盖与主筒体之间有密封橡胶圈；筒盖中心开有圆孔，出气管穿过此孔焊接在筒盖上；为了方便在出气管上固定纱网，出气管在主筒体内的那一端边缘焊有第二环片，纱网用塑料扎带固定在出气管上；进气管的直径由小变大，以斜向下的角度从侧面沿切线方向插入主筒体中，管径由小变大可以降低气流的流速，斜向下从侧面沿切线方向插入主筒体中可以引导气流沿筒壁旋转向下。

作为优化，上述密封圆锥滚子轴承组件、横向支承架、风向标和集沙模块的数量可为多个。

作为优化，上述固定桩的钢管两端加工螺纹，通过钢管间的连接套进行连接，根据测量的实际需要，确定钢管长度和所需要的节数。

本发明的优点和产生的有益效果是：

本集沙仪能够使含尘气流进入集沙模块后显著降低气固二相流的流速和动能，便于沙粒沉降，达到气流和沙尘的高效分离，从而提高测量精度；固定桩通过钢结构的有机组合，显著增加了固定桩的截面模量和结构刚度，提高了桩基的承载能力、抗剪、抗弯能力，降低了桩基的水平位移值，很好地解决了土质疏松地区使用风沙仪的制约因素；同时，密封圆锥滚子轴承组件的设计，可以提高风向标随风旋转的灵敏度，使进气管始终对准来流方向，并且有效防止灰尘进入，进一步提高获取数据质量；配重的添加更加细致，有效避免风向标与集沙模块重量不平衡时发生侧倾。本集沙仪为模块化设计，拆装方便，适合在野外环境下对不同高度水平的风沙流进行分析测试。

附图说明

图1为本发明集沙仪剖面结构示意图。

图2为本发明集沙仪三维结构示意图。

图3为本发明集沙仪固定桩剖面结构示意图及三维分解示意图。

图4为本发明集沙仪密封圆锥滚子轴承组件剖面结构示意图及三维分解示意图。

图5为本发明集沙仪横向支架结构示意图及三维结构示意图。

图6为本发明集沙仪集沙模块剖面结构示意图及三维分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

图1为本发明一种气流回旋集沙仪二维剖面结构示意图。如图1所示，所述集沙仪包括固定桩1、密封圆锥滚子轴承组件2、横向支承架3、风向标4和集沙模块5。所述横向支承架3一端固定风向标4，另一侧与集沙模块5固接；横向支承架3固定在密封圆锥滚子轴承组件2上；密封圆锥滚子轴承组件2固定在固定桩1上，它们之间只能相对旋转。为方便理解，本发明集沙仪三维结构示意图见图2。

如图3所示，所述固定桩1自下而上依次由下法兰盘1-1、固定管1-2、上法兰盘1-3、螺杆1-4、钢管座1-5、钢管1-6、钢管连接套1-7，螺钉1-8、钢管固定套1-9、钢丝绳1-10、钢钎1-11组成。挖一个高度大于固定管1-2，宽度大于上法兰盘1-3大小的坑，用螺杆1-4把下法兰盘1-1拧紧于固定管1-2下端，把下法兰盘连同固定管垂直放入坑内，填土压实，用螺杆1-4把上法兰盘1-3拧紧于固定管1-2上端。钢管1-6一端旋入焊接在上法兰盘1-3上的钢管座1-5中，另一端连接钢管连接套用于连接另一根钢管1-6，为了防止集沙仪旋转松动，用螺钉1-8固定钢管连接套1-7和钢管1-6，根据测量的实际需要，确定钢管1-6长度和所需要的节数。最上部钢管1-6最顶端安装钢管固定套1-9，通过螺钉1-8和钢丝绳1-10的一端连接；钢丝绳1-10的另一端与插入土壤中的钢钎1-11连接，三根钢丝绳，各成120度的夹角，以此固定固定桩1。

如图4所示，所述密封圆锥滚子轴承组件2包括第一轴承座2-1、轴承外圈2-2、滚子和保持架2-3、轴承内圈2-4和第二轴承座2-5。轴承外圈2-2通过紧配合的方式压入第一轴承座2-1中，使轴承外圈2-2与第一轴承座2-1固定连接，成为一体；同理，轴承内圈2-4也通过紧配合压入到第二轴承座2-5上，使轴承内圈2-4与第二轴承座2-5固定连接，成为一体；滚子和保持架2-3安装在轴承内圈2-4上。由于结构设计巧妙，如图4所示，第二轴承座与第一轴承座组成一封闭结构，防止灰尘进入。由于圆锥滚子轴承的特殊结构，不仅使轴承能够承受较大的轴向力，而且轴承外圈2-2与轴承内圈2-4可以分离，这样就方便了集沙仪的拆装。

如图5所示，所述横向支承架3包括横支架3-1、配重3-2、螺栓螺母3-3。用2个螺栓螺母3-3将风向标4固定于横支架3-1的一端，用2个螺栓螺母3-3通过集沙模块5上所焊的两个耳片5-6，把集沙模块5固定于横支架3-1的另一端。在横支架3-1的风向标一侧用螺栓螺母3-3固定配重3-2。

如图6所示，所述集沙模块5由上部主筒体5-1、下部锥形筒体5-2、集沙管5-3、环片15-4、集沙袋5-5、耳片5-6、密封橡胶圈5-7、螺栓螺母5-8、筒盖5-9、出气管5-10、进气管5-11、第二环片5-12、纱网5-13、挡风片5-14组成。

首先依据图纸尺寸在上部主筒体5-1的内侧面焊接挡风片5-14；随后依次焊接下部锥形筒体5-2、集沙管5-3、第一环片5-4；然后在上部主筒体5-1的外侧面开孔，把进气管5-11焊接在上部主筒体5-1上；最后在上部主筒体5-1的外缘上钻四个对称的螺栓孔。出气管5-10的下端焊接第二环片5-12，然后出气管5-10穿过筒盖5-9，与筒盖5-9焊接在一起，并用塑料扎带把纱网5-13固定在出气管5-10上，第二环片5-12起到防止纱网5-13下滑的作用。在上部主筒体5-1的外缘上放置密封橡胶圈5-7，然后用4个对称的螺栓螺母5-8把筒盖5-9固定在主筒体5-1上。用塑料扎带把集沙袋5-5固定在位于集沙模块下端的集沙管5-3上，第一环片5-4起到防止集沙袋5-5下滑的作用。

所述密封圆锥滚子轴承组件2、横向支承架3、风向标4和集沙模块5可各为多个，配套使用，根据测量的实际需要确定套数。

Claims (5)

1.一种气流回旋集沙仪，包括固定桩(1)、密封圆锥滚子轴承组件(2)、横向支承架(3)、风向标(4)和集沙模块(5)；所述横向支承架(3)一端固定风向标(4)，另一端与集沙模块(5)固接；横向支承架(3)固定在密封圆锥滚子轴承组件(2)上；密封圆锥滚子轴承组件(2)固定在固定桩(1)上；其特征在于：所述的固定桩(1)由下法兰盘(1-1)、固定管(1-2)、上法兰盘(1-3)、螺杆(1-4)、钢管座(1-5)、钢管(1-6)、钢管连接套(1-7)，螺钉(1-8)、钢管固定套(1-9)、钢丝绳(1-10)、钢钎(1-11)组成；下法兰盘(1-1)和上法兰盘(1-3)内侧圆周具有螺纹，且均有2个对称的螺杆孔，用于安装螺杆(1-4)，下法兰盘(1-1)拧紧于固定管(1-2)下端，上法兰盘(1-3)拧紧于固定管(1-2)上端；上、下法兰盘(1-3和1-1)的半径比固定筒(1-2)的半径大；上法兰盘(1-3)半径大于下法兰盘(1-1)半径；钢管座(1-5)焊接在上法兰盘(1-3)上，内孔为螺纹孔；钢管(1-6)两端开螺纹，一端旋入钢管座(1-5)中，另一端连接钢管连接套(1-7)；钢管连接套(1-7)的内孔开有螺纹，用螺钉(1-8)固定钢管连接套(1-7)和钢管(1-6)；在固定桩(1)的最顶端装有钢管固定套(1-9)，与钢丝绳(1-10)的一端连接；钢丝绳(1-10)的另一端与插入土壤中的钢钎(1-11)连接，三根钢丝绳，各成120度的夹角，以此加固固定桩(1)。

2.如权利要求1所述的一种气流回旋集沙仪，其特征在于，所述的集沙模块(5)由上部主筒体(5-1)、下部锥形筒体(5-2)、集沙管(5-3)、第一环片(5-4)、集沙袋(5-5)、耳片(5-6)、密封橡胶圈(5-7)、螺栓螺母(5-8)、筒盖(5-9)、出气管(5-10)、进气管(5-11)、第二环片(5-12)、纱网(5-13)、挡风片(5-14)组成；主筒体(5-1)中沿周向和轴向分布有挡风片(5-14)；锥形筒体(5-2)上端和主筒体(5-1)下端相连，锥形筒体(5-2)下端和集沙管(5-3)上端相连；集沙管(5-3)的下端焊有第一环片(5-4)，利用扎带把集沙袋(5-5)固定在集沙管(5-3)上；主筒体(5-1)上部设有可以打开的筒盖(5-9)，通过4个对称的螺栓螺母(5-8)，筒盖(5-9)固定在主筒体(5-1)上；筒盖(5-9)与主筒体(5-1)之间有密封橡胶圈(5-7)；筒盖(5-9)中心开有圆孔，出气管(5-10)穿过此孔焊接在筒盖(5-9)上；出气管(5-10)在主筒体(5-1)内的那一端边缘焊有第二环片(5-12)，纱网(5-13)用扎带固定在出气管(5-10)上；进气管(5-11)的直径由小变大，以斜向下的角度从侧面沿切线方向插入主筒体(5-1)中。

3.如权利要求1或2所述的一种气流回旋集沙仪，其特征在于，所述的密封圆锥滚子轴承组件(2)包括第一轴承座(2-1)、轴承外圈(2-2)、滚子和保持架(2-3)、轴承内圈(2-4)和第二轴承座(2-5)；轴承外圈(2-2)与第一轴承座(2-1)固定连接；轴承内圈(2-4)与滚子和保持架(2-3)一起组成的组件与第二轴承座(2-5)固定连接；第二轴承座与第一轴承座组成封闭结构。

4.如权利要求1或2所述的一种气流回旋集沙仪，其特征在于，所述的横向支承架(3)包括横支架(3-1)、配重(3-2)、螺栓螺母(3-3)；风向标(4)通过2个螺栓螺母(3-3)固定于横支架(3-1)的一端；通过集沙模块(5)上所焊的两个耳片(5-6)，利用2个螺栓螺母(3-3)，把集沙模块(5)固定于横支架(3-1)的另一端；在横支架(3-1)的风向标一侧通过螺栓螺母(3-3)固定配重(3-2)。

5.如权利要求1或2所述的一种气流回旋集沙仪，其特征在于，所述的密封圆锥滚子轴承组件(2)、横向支承架(3)、风向标(4)和集沙模块(5)的数量为多个。