CN108824507B - 用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实验设备领域，具体涉及一种用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，包括水箱，水箱内通过锚索固定有悬浮隧道，悬浮隧道内设置有行车板；水箱内设置有用于产生横向水波的第一波浪发生器以及用于产生纵向水波的第二波浪发生器，第一波浪发生器固定在悬浮隧道一侧的水箱侧壁上，第二波浪发生器固定在水箱底壁上；悬浮隧道外设置有竖向调节管和横向调节管，竖向调节管包括第一进水口和第一出水口，第一进水口固定在悬浮隧道下侧壁处且开口正对第二波浪发生器一侧设置；第一出水口固定在水箱顶端且开口正对悬浮隧道；横向调节管包括第二进水口和第二出水口，第二进水口固定在悬浮隧道正对第一波浪发生器一侧侧壁上。

Description

用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统

技术领域

本发明涉及实验设备领域，具体涉及一种用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统。

背景技术

悬浮隧道，英文为Submerged Floating Tunnel，简称“SFT”，在意大利又称“阿基米德桥”，一般由浮在水中一定深度的管状结构、锚固在水下的基础锚缆杆（或水上的浮箱）装置以及与两岸相连的构筑物组成，其中管状结构的内部空间很大，足以适应道路和铁道交通要求，也就是悬浮隧道中的隧道。悬浮隧道是一种新的跨越海峡、大江湖泊、水道的交通结构物。现有的悬浮隧道由于设置在水下，在水流流动时常常会产生浪涌或波浪，导致悬浮隧道晃动，不便于车辆的行使，且悬浮隧道晃动幅度过大，可能导致岸边该悬浮隧道的固定位置磨损严重。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，减小实验模型中悬浮隧道晃动幅度。

本发明提供的基础方案为：用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，包括水箱，水箱内通过锚索固定有悬浮隧道，悬浮隧道内设置有行车板；水箱内设置有用于产生横向水波的第一波浪发生器以及用于产生纵向水波的第二波浪发生器，第一波浪发生器固定在悬浮隧道一侧的水箱侧壁上，第二波浪发生器固定在水箱底壁上；

悬浮隧道外设置有竖向调节管和横向调节管，竖向调节管包括第一进水口和第一出水口，第一进水口固定在悬浮隧道一侧壁处且开口正对第二波浪发生器一侧设置；第一出水口固定在水箱顶端且开口正对悬浮隧道；横向调节管包括第二进水口和第二出水口，第二进水口固定在悬浮隧道正对第一波浪发生器一侧侧壁上，第二出水口固定在悬浮隧道远离第一波浪发生器一侧的水箱侧壁上。

本发明的优点在于：

1、用第一波浪发生器模拟海水中的横向流动的水波或浪涌，当第一波浪发生器开启时，第一波浪发生器产生的波浪将对悬浮隧道施加一个推力，而若想要减小悬浮隧道晃动的幅度，则需要对悬浮隧道施加一个相反的推力将其抵消，而横向调节管正好起到这样的作用。由于第二进水口正对第一波浪发生器，第一波浪发生器产生的浪涌将从第二进水口进入到横向调节管中并沿着竖向调节管向下运动，然后从第二出水口出来，由于第二出水口正对悬浮隧道，所以第二出水口出来的水将喷到悬浮隧道上，给悬浮隧道一个推力。由于第二出水口喷出的水与第一波浪发生器产生的波浪方向相反，则两者施加给悬浮隧道的推力便能进行抵消，起到减小悬浮隧道晃动幅度的作用。

2、用第二波浪发生器模拟海水中的上下涌动的水波，比如鱼类在悬浮隧道下游动导致的水波，当第二波浪发生器启动时，竖向调节管能抵消第二波浪发生器产生的波浪对悬浮隧道施加的推力，即减小了悬浮隧道晃动的幅度。

进一步，所述水箱采用透明材质。

透明材质的水箱便于对水箱内悬浮隧道晃动的情况进行观察。

进一步，第一波浪发生器和第二波浪发生器均包括水泵和水管，水管包括进水端和出口端，水泵位于进水管的出口端和进水端之间；第一波浪发生器的水管的进水端垂直设置在悬浮隧道一侧的水箱侧壁上，水管的出口端设置在悬浮隧道另一侧的水箱侧壁上且正对悬浮隧道；第二波浪发生器的出水端固定在水箱底壁上且正对悬浮隧道，第二波浪发生器的进水端固定在水箱顶端。

控制第一波浪发生器中的水泵工作，第一波浪发生器产生的水流便从水箱的一侧流到另一侧，即实现了水波的横向移动，这样的移动方式模拟了现实水流向着指定方向流动的状态；而第二波浪发生器产生的波浪是向上涌动的，这样的水波移动方式模拟现有鱼群在悬浮隧道下翻动的状态，便于更好的进行悬浮隧道的模拟实验。

进一步，悬浮隧道外转动连接有导流体，导流体上设置有尖端，导流体的尖端上设置有铁片，第一波浪发生器一侧的水箱侧壁上固定有电磁铁。

由于导流体设置有尖端且尖端上设置有铁片，导流体尖端处的重量便一定大于其余地方的重量，常态下导流体的尖端向下设置，若第一波浪发生器工作，则将电磁铁通电使得电磁铁对导流体尖端的铁片进行吸附，进而使得导流体沿着悬浮隧道旋转，导流体设置有铁片一端正对第一波浪发生器。第一波浪发生器发出的波浪将被导流体尖端分流，然后分别从设置有铁片一端的尖端向着导流体另一尖端流动，减小第一波浪发生器产生的波浪对悬浮隧道的冲击力。且导流体转动的过程中将产生波浪，这些波浪和第一波浪发生器产生的波浪流动方向不一致，将抵消第一波浪发生器产生的波浪对悬浮隧道的冲击力。

进一步，所述导流体远离尖端一侧设置有凹槽，横向调节管的第二入水口设置在导流体的尖端。

当第一波浪发生器工作，电磁铁通电时，则导流体尖端在电磁铁的吸附作用下正对第一波浪发生器，第一波浪发生器产生的波浪将涌入到横向调节管内，然后从横向调节管的第二出水口出来，此时横向调节管的第二出水口则正对导流体上的凹槽，横向调节管内流出的水将进入凹槽内，使得第一波浪发生器施加给悬浮隧道的力被抵消，减小悬浮隧道晃动的幅度。

进一步，所述竖向调节管和横向调节管上均设置有电磁阀，竖向调节管上的第一进水口设置在导流体尖端。

当第一波浪发生器工作时控制横向调节管上的电磁阀开启（竖向调节管上的电磁阀关闭），当第二波浪发生器工作时控制竖向调节管上的电磁阀开启（横向调节管上的电磁阀关闭），这样在第二波浪发生器工作时，竖向调节管出来的水便能喷到导流体的凹槽上，减小悬浮隧道上下晃动幅度。

附图说明

图1为本发明实施例一中用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中横向调节管的结构示意图；

图3为本发明实施例一中竖向调节管的结构示意图；

图4为本发明实施例二中导流体的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：水箱1、隧道入口2、隧道出口3、竖向调节管4、横向调节管5、第一波浪发生器6、第二波浪发生器7、悬浮隧道8、锚索9、行车板10、第一进水口11、第一出水口12、第二出水口13、第二进水口14、滚珠15、导流体16、铁片17。

如图1所示：用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，包括透明材质的水箱1，水箱1左侧侧壁上开设有隧道出口3，水箱1右侧侧壁上开设有隧道入口2；隧道入口2和隧道出口3之间设置有悬浮隧道8，悬浮隧道8通过锚索9和水箱1底部固定，悬浮隧道8内设置有行车板10，悬浮隧道8选用现有的塑料管制作实验模型，悬浮隧道8左端和右端均紧密粘接在水箱1侧壁上，以避免悬浮隧道8内进水。水箱1后侧壁上设置有第一波浪发生器6，第一波浪发生器6主要用于产生前后移动的水波，水箱1底壁上设置有第二波浪发生器7，第二波浪发生器7主要用于产生向上移动的水波。

悬浮隧道8外设置有竖向调节管4和横向调节管5，竖向调节管4和横向调节管5的个数可以根据实际需求进行设置，本实施例中只设置有两个竖向调节管4和一个横向调节管5，竖向调节管4上开设有第一进水口11和第一出水口12，第一进水口11用强力胶粘接在悬浮隧道8右侧壁处且开口向着第二波浪发生器7设置，第一出水口12用支架固定在悬浮隧道8上方且开口向下设置（如图3所示）；横向调节管5上开设有第二进水口14和第二出水口13，第二进水口14正对第一波浪发生器6，第二出水口13设置在第一波浪发生器6相对一侧的水箱1侧壁上且正对悬浮隧道8（如图2所示）。竖向调节管4和横向调节管5均采用橡胶管制作模型。

第一波浪发生器6和第二波浪发射器均由水泵和水管构成。第一波浪发生器6的水管出口端垂直设置在水箱1后侧壁上且开口垂直于水箱1侧壁设置，水管的进水端设置在前侧壁上且开口垂直于水箱1侧壁设置，即第一波浪发生器6上的水泵开始工作时，第一波浪发生器6产生的波浪将从水管的出口端出来；第二波浪发生器7的水管出口端竖直向上设置在水箱1的底壁上且开口向上设置，水管的进水端设置在水箱1顶部且开口向下设置，即第二波浪发生器7上的水泵开始工作时，第二波浪发生器7产生的波浪将从出口端涌出。

具体实施时，用遥控小车充当汽车，用第一波浪发生器6模拟海水中的横向流动的水波，用第二波浪发生器7模拟海水中的上下涌动的水波。当第一波浪发生器6开启时，第一波浪发生器6产生的波浪将对悬浮隧道8施加一个向着远离第一波浪发生器6一侧移动的推力，而若想要减小悬浮隧道8晃动的幅度，则需要对悬浮隧道8施加一个相反的推力将其抵消，而横向调节管5正好起到这样的作用。由于第二进水口14正对第一波浪发生器6，第一波浪发生器6产生的浪涌将从第二进水口14进入到横向调节管5中并沿着横向调节管5向下运动，然后从第二出水口13出来，由于第二出水口13正对悬浮隧道8，所以第二出水口13出来的水将喷到悬浮隧道8上，给悬浮隧道8一个推力。由于第二出水口13喷出的水与第一波浪发生器6产生的波浪方向相反，则两者施加给悬浮隧道8的推力便能进行抵消，起到减小悬浮隧道8晃动幅度的作用。当第二波浪发生器7启动时，其原理和第一波浪发生器6开启时的原理一致，在此便不再叙述。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，如图4所示，实施例二中悬浮隧道8外套设有导流体16，导流体16和悬浮隧道8之间设置有滚珠15，导流体16两端为尖端，导流体16一端的尖端内设置有铁片17，水箱1的前后侧壁上固定有电磁铁。

具体实施时，由于导流体16一端设置有铁片17，则设置有铁片17的导流体16尖端重量大于没有设置铁片17的导流体16尖端，即在电磁铁均没有通电的情况下导流体16设置有铁片17的一端尖端向下，若第一波浪发生器6工作，则将第一波浪发生器6位于同一侧的电磁铁通电使得电磁铁对导流体16尖端的铁片17进行吸附，进而使得导流体16沿着悬浮隧道8旋转，导流体16设置有铁片17一端正对第一波浪发生器6。第一波浪发生器6发出的波浪将被导流体16尖端分流，然后分别从设置有铁片17一端的尖端向着导流体16另一尖端流动，减小第一波浪发生器6产生的波浪对悬浮隧道8的冲击力。

本实施例的又一实施方式为，在水箱1左右侧壁之间连接塑料硬管，塑料硬管设置在悬浮隧道8远离第一波浪发生器6一侧，在导流体16设置有铁片17的尖端位置设置有横向调节管5；在导流体16没有设置铁片17一端的尖端改设置为凹槽，即此时的导流体16一端为尖端，导流体16另一端为凹槽；横向调节管5包括第二入水口和第二出水口13，横向调节管5的第二入水口粘接在导流体16尖端处，横向调节管5的第二出水口13固定在塑料硬管上，且横向调节管5的第二出水口13正对导流体16凹槽。具体实施时，当第一波浪发生器6工作时，若第一波浪发生器6一侧的电磁铁通电，则导流体16尖端在电磁铁的吸附作用下正对第一波浪发生器6，第一波浪发生器6产生的波浪将涌入到横向调节管5内，然后从横向调节管5的第二出水口13出来，此时横向调节管5的第二出水口13则正对导流体16上的凹槽，使得第一波浪发生器6施加给悬浮隧道8的力被抵消，减小悬浮隧道8晃动的幅度。

另外，还可以将竖向调节管4的第一进水口11设置在尖端，竖向调节管4的第一出水口12位置不变，并在竖向调节管4和横向调节管5上设置电磁阀，当第一波浪发生器6工作时控制横向调节管5上的电磁阀开启（竖向调节管4上的电磁阀关闭），当第二波浪发生器7工作时控制竖向调节管4上的电磁阀开启（横向调节管5上的电磁阀关闭）。这样在第二波浪发生器7工作时，竖向调节管4出来的水便能喷到导流体16的凹槽上，减小悬浮隧道8上下晃动幅度。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于，包括水箱，水箱内通过锚索固定有悬浮隧道，悬浮隧道内设置有行车板；水箱内设置有用于产生横向水波的第一波浪发生器以及用于产生纵向水波的第二波浪发生器，第一波浪发生器固定在悬浮隧道一侧的水箱侧壁上，第二波浪发生器固定在水箱底壁上；

悬浮隧道外设置有竖向调节管和横向调节管，竖向调节管包括第一进水口和第一出水口，第一进水口固定在悬浮隧道一侧壁处且开口正对第二波浪发生器一侧设置；第一出水口用支架固定在悬浮隧道上方且开口正对悬浮隧道；横向调节管包括第二进水口和第二出水口，第二进水口固定在悬浮隧道一侧侧壁上且正对第一波浪发生器设置，第二出水口设置在第一波浪发生器相对一侧的水箱侧壁上且正对悬浮隧道。

2.根据权利要求1所述的用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于：所述水箱采用透明材质。

3.根据权利要求1所述的用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于：第一波浪发生器和第二波浪发生器均包括水泵和水管，水管包括进水端和出口端，水泵位于水管的出口端和进水端之间；第一波浪发生器的水管的进水端垂直设置在悬浮隧道一侧的水箱侧壁上，水管的出口端设置在悬浮隧道另一侧的水箱侧壁上且正对悬浮隧道；第二波浪发生器的出水端固定在水箱底壁上且正对悬浮隧道，第二波浪发生器的进水端固定在水箱顶端。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于：悬浮隧道外转动连接有导流体，导流体上设置有尖端，导流体的尖端上设置有铁片，第一波浪发生器一侧的水箱侧壁上固定有电磁铁。

5.根据权利要求4所述的用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于：所述导流体远离尖端一侧设置有凹槽，横向调节管的第二进水口粘接在导流体的尖端。

6.根据权利要求5所述的用于悬浮隧道的波流荷载的检测反馈系统，其特征在于：所述竖向调节管和横向调节管上均设置有电磁阀，竖向调节管上的第一进水口设置在导流体尖端。

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