CN105547641B - 推移质试验断面自动加沙装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推移质试验断面自动加沙装置及方法，该装置包括支架、滑动装置和沙箱，所述支架上安装有丝杆，丝杆上套有沿丝杆往复运动的滑动装置，滑动装置通过不锈钢丝与沙箱连接，不锈钢丝中部设有压力传感器，不锈钢丝在沙箱作用下处于自然垂直状态，沙箱顶部平面处于水平面，其包含进沙口和出沙口，出沙口设有出沙开关。本发明的推移质试验断面自动加沙装置，通过丝杆带动滑动装置移动，自动完成断面加沙，并根据流速大小、断面长度，调整沿断面运动速度，实现断面连续加沙和均匀加沙；控制器根据压力传感器检测沙箱的重力变化，控制出沙开关开闭，实现自动加沙，自动化程度高。

Description

推移质试验断面自动加沙装置及方法

技术领域

本发明涉及一种推移质试验断面自动加沙装置及方法，属于水利工程领域。

背景技术

推移质是沿河床滑动、滚动及跳动前进的泥沙，由于其运动规律极其复杂，目前推移质起动流速计算及输沙率理论仍不完善，主要还是采用试验方法研究推移质运动。大江大河中，推移质是塑造河床形态的主要因素，与河床演变、河道整治、航道工程密切相关，因此，国内外开展了大量推移质试验，研究推移质运动规律及其河床演变情况。目前推移质试验中主要采用称重及人工加沙方法，首先计算原型一定时间内推移质总量，再根据相似比尺，获取模型试验中推移质量，称重后采用人工方法将沙加入水流中，加沙时需要选择加沙断面，人为根据试验流速在断面宽度方向调整加沙速率。该方法虽然保证了模型和原型加沙总量一致，但由于人工加沙在时间上不连续，无法保障试验时间内加沙的均匀性，从而导致试验结果与实际情况不符；另外，人工加沙自动化程度低，工作量大，因此，有必要开发一种推移质试验断面自动加沙装置。本发明实现了推移质试验加沙的自动化，保障了试验中加沙的均匀性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种推移质试验断面自动加沙装置及方法，通过控制器控制出沙开关，自动完成加沙，保障了试验工程加沙的均匀性。

技术方案：为实现上述目的，本发明的推移质试验断面自动加沙装置，包括支架、滑动装置和沙箱，所述支架上安装有丝杆，丝杆上套有沿丝杆往复运动的滑动装置，滑动装置通过不锈钢丝与沙箱连接，不锈钢丝中部设有压力传感器，不锈钢丝处于自然垂直状态，沙箱顶部平面处于水平面，其包含进沙口和出沙口，出沙口设有出沙开关。

作为优选，所述滑动装置通过螺纹与丝杆配合，在支架上设有一对与丝杆平行的导杆，滑动装置设有通孔套在导杆上。

作为优选，所述压力传感器为两个，沿沙箱中心线对称布置，压力传感器与控制器相连，控制器控制电机带动丝杆转动。

作为优选，所述出沙开关为电磁铁式吸合开关，出沙开关与控制器信号连接。

作为优选，所述沙箱下边界为倒圆锥体形，倒圆锥体形的倾角θ小于推移质泥沙水下休止角。

基于上述的推移质试验自动加沙方法，包括以下步骤：

(1)压力传感器测量沙箱重量，两支压力传感器受力分别为F₁₀和F₂₀，则沙箱初始重量T₀为：

T₀＝(F₁₀+F₂₀)/g

(2)将推移质泥沙经进沙口加入沙箱，加沙完毕两支压力传感器受力分别为F₁₁和F₂₁，则沙箱中泥沙重量T₁为：

T₁＝(F₁₁+F₂₁)/g-(F₁₀+F₂₀)/g

(3)控制器控制电机转动带动沙箱沿丝杆移动，实现断面加沙，加沙过程中根据试验流速、断面长度调整丝杆运动速度，，同时控制出沙开关打开，泥沙流出；实时重复过程(2)实时获取沙箱泥沙新重量T_n，则推移质泥沙加沙量ΔT为：

ΔT＝T₁-T_n

(4)控制器对比目标加沙量与实际加沙量ΔT，当实际加沙量等于目标加沙量时，控制器控制出沙开关闭合，停止加沙，完成加沙工作。

有益效果：本发明的推移质试验断面自动加沙装置，通过丝杆带动滑动装置移动，自动完成断面加沙，并根据流速大小、断面长度，调整沿断面运动速度，实现断面连续加沙和均匀加沙；；控制器根据压力传感器检测沙箱的重力变化，控制出沙开关的开闭，达到实现自动加沙的目的，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为沙箱的倾角示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的推移质试验断面自动加沙装置，包括支架6、滑动装置5和沙箱3，支架6上安装有丝杆7，丝杆7上套有沿丝杆7往复运动的滑动装置5，滑动装置5通过不锈钢丝与沙箱3连接，不锈钢丝中部设有压力传感器4，不锈钢丝处于自然垂直状态，沙箱3顶部平面处于水平面，沙箱3包含进沙口1和出沙口，出沙口设有出沙开关2。

在本发明中，滑动装置5通过螺纹与丝杆7配合，在支架6上设有一对与丝杆7平行的导杆，滑动装置5设有通孔套在导杆上。压力传感器4为两个，两个压力传感器4均与控制器9相连，控制器9控制电机8带动丝杆7转动。出沙开关2为电磁铁式吸合开关，出沙开关2与控制器9信号连接，当加沙量达到要求时，控制器9控制出沙开关2闭合。

如图2所示，沙箱3下边界为倒圆锥体形，倒圆锥体形的倾角θ小于推移质泥沙水下休止角。

基于上述的推移质试验断面自动加沙方法，包括以下步骤：

(1)压力传感器4测量沙箱3重量，两支压力传感器4受力分别为F₁₀和F₂₀，则沙箱3初始重量T₀为：

T₀＝(F₁₀+F₂₀)/g

(2)将推移质泥沙经进沙口1加入沙箱3，加沙完毕两支压力传感器4受力分别为F₁₁和F₂₁，则沙箱3中泥沙重量T₁为：

T₁＝(F₁₁+F₂₁)/g-(F₁₀+F₂₀)/g

(3)控制器9控制电机8转动带动沙箱3沿丝杆移动，实现断面加沙，加沙过程中根据试验流速、断面长度调整丝杆运动速度，同时控制出沙开关2打开，泥沙流出；实时重复过程(2)实时获取沙箱3泥沙新重量T_n，则推移质泥沙加沙量ΔT为：

ΔT＝T₁-T_n

其中n为2，3，4，5........n；

(4)控制器9对比目标加沙量与实际加沙量ΔT，当实际加沙量等于目标加沙量时，控制器9控制出沙开关2闭合，停止加沙，完成加沙工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.推移质试验断面自动加沙装置，其特征在于：包括支架、滑动装置和沙箱，所述支架上安装有丝杆，丝杆上套有沿丝杆往复运动的滑动装置，滑动装置通过不锈钢丝与沙箱连接，不锈钢丝中部设有压力传感器，不锈钢丝处于自然垂直状态，沙箱顶部平面处于水平面，其包含进沙口和出沙口，出沙口设有出沙开关；所述滑动装置通过螺纹与丝杆配合，在支架上设有一对与丝杆平行的导杆，滑动装置设有通孔套在导杆上；所述沙箱下边界为倒圆锥体形，倒圆锥体形的倾角θ小于推移质泥沙水下休止角。

2.根据权利要求1所述的推移质试验断面自动加沙装置，其特征在于：所述压力传感器为两个，沿沙箱中心线对称布置，压力传感器与控制器相连，控制器控制电机带动丝杆转动。

3.根据权利要求2所述的推移质试验断面自动加沙装置，其特征在于：所述出沙开关为电磁铁式吸合开关，出沙开关与控制器信号连接。

4.基于权利要求3所述的推移质试验断面自动加沙装置的加沙方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)压力传感器测量沙箱重量，两支压力传感器受力分别为F₁₀和F₂₀，则沙箱初始重量T₀为：

T₀＝(F₁₀+F₂₀)/g

(2)将推移质泥沙经进沙口加入沙箱，加沙完毕两支压力传感器受力分别为F₁₁和F₂₁，则沙箱中泥沙重量T₁为：

T₁＝(F₁₁+F₂₁)/g-(F₁₀+F₂₀)/g

(3)控制器控制电机转动带动沙箱沿丝杆移动，实现断面加沙，加沙过程中根据试验流速、断面长度调整丝杆运动速度，同时控制出沙开关打开，泥沙流出；实时重复过程(2)实时获取沙箱泥沙新重量T_n，则推移质泥沙加沙量ΔT为：

ΔT＝T₁-T_n

(4)控制器对比目标加沙量与实际加沙量ΔT，当实际加沙量等于目标加沙量时，控制器控制出沙开关闭合，停止加沙，完成加沙工作。