CN108918081B - 一种推摇组合式造波机 - Google Patents

Abstract

一种推摇组合式造波机，主要包括导轨支架、造波板机构、丝杠螺母机构、切换卡扣、后座、第二伺服电机、主动轮、从动轮、联轴器、第一伺服电机、轴承、导轨支架凸台、导轨支架主体、导轨支撑架、螺栓孔、导轨、第一导向槽、第一丝杠孔、第二丝杠孔、导轨支撑架内端面、造波板、支撑座、造波架、转轴等部件。本发明通过一套丝杠螺母传动机构可以实现造波板平推和摇摆两种运动；通过切换卡扣能自动的、迅速的、精准的完成平推和摇摆两种运动模式的切换；由于平推和摇摆所造出波的波形特征不同，通过“平推—摇摆—平推”、“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合式造波可以造出更符合实验要求的波形。

Description

一种推摇组合式造波机

技术领域

本发明涉及海洋工程和港口与近海工程实验研究领域，特别涉及一种推摇组合式造波机。

背景技术

在海洋工程和港口与近海工程实验研究领域，由于地理因素以及海洋环境的复杂性与不确定性，户外实地实验往往具有一定的风险。研究人员通常采用实验室水槽造波技术来模拟海洋波浪，波浪的模拟是一种重要的实验手段，而造波机是进行水槽实验的必备实验装置。根据造波板运动形式的不同，可以分为推板式和摇板式造波机。推板式造波机通过造波板沿水平方向的平推运动实现波浪的模拟；摇板式造波机通过造波板绕底部铰链摇摆运动实现波浪的模拟。推板式和摇板式造波机由于造波原理不同，波形也各有特点，他们分别应用于不同的实验环境，推板式造波机适合浅水域造波，摇板式造波机适合深水域造波，由于实验要求的复杂性和多样性，在实验需要不同的波浪时，单一运动形式的造波机已不能满足要求，只能采取更换造波机的方法，提高了实验成本。而现阶段已有的推摇组合式造波机，在进行平推和摇摆工作模式切换过程中，需要进行手动切换，降低了实验效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在平推、摇摆方式中自动切换，实验效率高的推摇组合式造波机。

本发明包括导轨支架、造波板机构、丝杠螺母机构、切换卡扣、后座、第二伺服电机、主动轮、从动轮、联轴器、第一伺服电机、轴承、导轨支架凸台、导轨支架主体、导轨支撑架、螺栓孔、导轨、第一导向槽、第一丝杠孔、第二丝杠孔、导轨支撑架内端面、造波板、支撑座、造波架、第二导向槽、转轴、三脚架、切换轴孔、第一导轨孔、造波架底部通孔、丝杠、螺母座、丝杠前端、丝杠后端、螺母座前端面、导杆、第二导轨孔、支耳、卡扣主体、切换轴、卡扣第一端面、卡扣第二端面、后座顶部横梁和后座前端面。

其中，后座为方形框体，后座设有后座前端面，后座的顶部中间设有横梁。导轨支架的导轨支撑架一端固定在后座的上部。在导轨支撑架上开有第二丝杠孔和两组导轨孔，第二丝杠孔与第一丝杠孔的位置相对应。导轨支架凸台上开有第一丝杠孔和两个导轨孔。第一伺服电机固定在后座横梁上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与丝杠后端相连，丝杠通过导轨支撑架的对应的第二丝杠孔延伸至导轨支撑架的外部，并穿过螺母座中部的通孔，插接在导轨支架凸台的第一丝杠孔内，丝杠的前端外部套接轴承。两根导轨的一端固定在导轨支撑架的导轨孔内，两根导轨穿过造波架的第一导轨孔和螺母座的第二导轨孔，另一端插接在导轨支架凸台的导轨孔内。螺母座呈凸字形，螺母座上设有一组支耳，支耳上开有通孔，在通孔内插接导杆，在螺母座上设有通孔和一组第二导轨孔。两个导杆的自由端分别插接在造波板机构的第二导向槽内。切换卡扣包括两个卡扣主体和切换轴，切换轴上过盈连接两个卡扣主体，切换轴的两端分别插接在导轨支架的第一导向槽内，并延伸至第一导向槽的外部，穿过造波板机构的支撑座切换轴孔。切换轴的一端与从动轮相连，从动轮与主动轮相互啮合，主动轮的中部套接在第二伺服电机的输出端，第二伺服电机固定在造波板机构的三脚架上。

造波板机构包括转轴、造波板、第二导向槽、支撑座、三脚架、造波架。造波架为方形框体，在造波架的一侧底部设有两个通孔，在通孔内插接转轴，在转轴上套接造波板。在造波板的上部设有两个竖直的第二导向槽，两个第二导向槽呈倒U字型且相互平行。在造波架的另一侧的上部设有两个支撑座，在支撑座上设有与导轨相配合的第一导轨孔，支撑座上开有与切换卡扣的切换轴相配合的切换轴孔。在支撑座上部的外侧设有三脚架，三脚架用于支撑第二伺服电机。

导轨支架包括导轨支架主体、导轨支架支撑架和导轨支架凸台。导轨支架主体为方形框体，在导轨支架主体的两侧面设有第一导向槽，在导轨支架主体的两端的下部分别固定导轨支撑架和导轨支架凸台，在导轨支架凸台上设有用于与水槽边界固定的螺栓孔。导轨支架支撑架为方形框体。

本发明在使用时，造波板机构的初始位置(即零点)是：造波板与造波架之间未发生相对转动，且造波架与后座前端面刚好接触。

定义眼睛面对第2伺服电机的输出轴端面，逆时针方向旋转为正转，顺时针方向旋转为反转。

摇摆造波模式：在造波板机构处于初始位置时，给第二伺服电机正向通电，第二伺服电机启动并正转，通过齿轮组带动切换轴反转，当旋转至卡扣第二端面与导轨支撑架内端面接触时，第二伺服电机关闭，此时造波机切换至摇摆造波模式，第一伺服电机启动，通过丝杠将运动传递给螺母座，由于卡扣第二端面与导轨支撑架内端面的作用关系，螺母座在沿导轨运动过程中，导杆与第二导向槽产生相对滑动，造波板由于导杆的作用关系与造波架分离并产生相对转动。

平推造波模式：在造波板机构处于初始位置时，给第二伺服电机反向通电，第二伺服电机启动并反转，通过齿轮组带动切换轴正转，此时卡扣第二端面与导轨支撑架内端面分离，当旋转至卡扣第一端面与螺母座前端面接触时，第二伺服电机关闭，此时造波机切换至平推造波模式，第1伺服电机启动，通过丝杠将运动传递给螺母座，由于卡扣第一端面与螺母座前端面的作用关系，螺母座将带动造波架跟随造波板一起沿导轨运动，切换轴沿第一导向槽滑动，此时导杆不会与第二导向槽产生相对滑动，造波板不会与造波架产生相对转动。

“平推—摇摆—平推”组合造波模式：首先造波机处于平推造波模式，在完成一个平推运动周期后，造波板机构将回到初始位置，第二伺服电机启动并正转切换至摇摆造波模式，第二伺服电机关闭，此时将进行摇摆造波，在完成一个摇摆运动周期后，造波机构回到初始位置。第二伺服电机启动并反转切换至平推造波模式，第二伺服电机关闭，此时将进行平推造波，通过以上组合运动，实现了“平推—摇摆—平推”组合造波过程。

“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合造波模式与“平推—摇摆—平推”组合造波模式原理相同。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：通过一套丝杠螺母传动机构可以实现造波板平推和摇摆两种运动；通过切换卡扣能自动的、迅速的、精准的完成平推和摇摆两种运动模式的切换；由于平推和摇摆所造出波的波形特征不同，通过“平推—摇摆—平推”、“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合式造波可以造出更符合实验要求的波形。

附图说明

图1是本发明的导轨支架三维示意图；

图2是本发明的丝杠螺母机构三维示意图；

图3是本发明的造波板机构三维示意图；

图4是本发明的切换卡扣三维示意图；

图5是本发明的后座三维示意图；

图6是本发明的造波板机构初始位置右视图；

图7是本发明的平推造波三维示意图；

图8是本发明的摇摆造波三维示意图；

图9是本发明的平推造波右视图；

图10是本发明的摇摆造波右视图；

图中：1.导轨支架，2.造波板机构，3.丝杠螺母机构，4.切换卡扣，5.后座，6.第2伺服电机，71.主动轮，72.从动轮，8.联轴器，9.第1伺服电机，10.轴承，11.导轨支架凸台，12.导轨支架主体，13.导轨支撑架，111.螺栓孔，112.导轨，121.第一导向槽，113.第一丝杠孔，131.第二丝杠孔，132.导轨支撑架内端面，21.造波板，22.支撑座，23.造波架，211.第二导向槽，212.转轴，221.三脚架，222.切换轴孔，223.第一导轨孔，234.造波架底部通孔，31.丝杠，32.螺母座，311.丝杠前端，312.丝杠后端，321.螺母座前端面，322.导杆，323.第2导轨孔，324.支耳，41.卡扣主体，42.切换轴，411.卡扣第1端面，412.卡扣第二端面，51.后座顶部横梁，52.后座前端面。

具体实施方式

在图1至图10的本发明的示意简图中，后座为方形框体，后座设有后座前端面52，后座的顶部中间设有横梁51。导轨支架的导轨支撑架一端固定在后座5的上部。在导轨支撑架上开有第二丝杠孔131和两组导轨孔，第二丝杠孔与第一丝杠孔的位置相对应。导轨支架凸台11上开有第一丝杠孔113和两个导轨孔。第一伺服电机9固定在后座横梁上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与丝杠后端312相连，丝杠通过导轨支撑架的对应的第二丝杠孔延伸至导轨支撑架的外部，并穿过螺母座中部的通孔，插接在导轨支架凸台11的第一丝杠孔113内，丝杠的前端外部套接轴承10。两根导轨112的一端固定在导轨支撑架的导轨孔内，两根导轨穿过造波架的第一导轨孔和螺母座的第二导轨孔，另一端插接在导轨支架凸台11的导轨孔内。螺母座呈凸字形，螺母座上设有一组支耳324，支耳上开有通孔，在通孔内插接导杆322，在螺母座上设有通孔和一组第二导轨孔323。两个导杆的自由端分别插接在造波板机构的第二导向槽内。切换卡扣4包括两个卡扣主体41和切换轴42，切换轴上过盈连接两个卡扣主体，切换轴的两端分别插接在导轨支架的第一导向槽内，并延伸至第一导向槽的外部，穿过造波板机构的支撑座切换轴孔222。切换轴的一端与从动轮72相连，从动轮与主动轮71相互啮合，主动轮71的中部套接在第二伺服电机6的输出端，第二伺服电机固定在造波板机构的三脚架上。

造波板机构包括转轴212、造波板21、第二导向槽211、支撑座22、三脚架221、造波架23。造波架为方形框体，在造波架的一侧底部设有两个通孔234，在通孔内插接转轴212，在转轴上套接造波板21。在造波板的上部设有两个竖直的第二导向槽211，两个第二导向槽呈倒U字型且相互平行。在造波架的另一侧的上部设有两个支撑座22，在支撑座上设有与导轨112相配合的第一导轨孔223，支撑座上开有与切换卡扣4的切换轴42相配合的切换轴孔222。在支撑座上部的外侧设有三脚架221，三脚架用于支撑第二伺服电机6。

导轨支架包括导轨支架主体、导轨支架支撑架和导轨支架凸台。导轨支架主体12为方形框体，在导轨支架主体的两侧面设有第一导向槽121，在导轨支架主体的两端的下部分别固定导轨支撑架13和导轨支架凸台11，在导轨支架凸台上设有用于与水槽边界固定的螺栓孔111。导轨支架支撑架13为方形框体。

造波板机构2的初始位置(即零点)是：造波板21与造波架23之间未发生相对转动，且造波架23与后座前端面52刚好接触，如图6所示。

定义眼睛面对第2伺服电机6的输出轴端面，逆时针方向旋转为正转，顺时针方向旋转为反转。

摇摆造波模式：在造波板机构2处于初始位置时，给第2伺服电机6正向通电，第2伺服电机6启动并正转，通过齿轮组7带动切换轴42反转，当旋转至卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132接触时，第2伺服电机6关闭，此时造波机切换至摇摆造波模式，第1伺服电机9启动，通过丝杠31将运动传递给螺母座32，由于卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132的作用关系，螺母座32在沿导轨112运动过程中，导杆322与第2导向槽211产生相对滑动，造波板21由于导杆322的作用关系与造波架23分离并产生相对转动。

平推造波模式：在造波板机构2处于初始位置时，给第2伺服电机6反向通电，第2伺服电机6启动并反转，通过齿轮组7带动切换轴42正转，此时卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132分离，当旋转至卡扣第1端面411与螺母座前端面321接触时，第2伺服电机6关闭，此时造波机切换至平推造波模式，第1伺服电机9启动，通过丝杠31将运动传递给螺母座32，由于卡扣第1端面411与螺母座前端面321的作用关系，螺母座32将带动造波架23跟随造波板21一起沿导轨112运动，切换轴42沿第1导向槽121滑动，此时导杆322不会与第2导向槽211产生相对滑动，造波板21不会与造波架23产生相对转动。

“平推—摇摆—平推”组合造波模式：首先造波机处于平推造波模式，在完成一个平推运动周期后，造波板机构2将回到初始位置，第二伺服电机6启动并正转切换至摇摆造波模式，第二伺服电机6关闭，此时将进行摇摆造波，在完成一个摇摆运动周期后，造波机构2回到初始位置。第二伺服电机6启动并反转切换至平推造波模式，第二伺服电机6关闭，此时将进行平推造波，通过以上组合运动，实现了“平推—摇摆—平推”组合造波过程。

“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合造波模式与“平推—摇摆—平推”组合造波模式原理相同。

Claims (3)

1.一种推摇组合式造波机，包括导轨支架、造波板机构、丝杠螺母机构、切换卡扣、后座、第二伺服电机、主动轮、从动轮、联轴器、第一伺服电机、轴承、导轨支架凸台、导轨支架主体、导轨支撑架、螺栓孔、导轨、第一导向槽、第一丝杠孔、第二丝杠孔、导轨支撑架内端面、造波板、支撑座、造波架、第二导向槽、转轴、三脚架、切换轴孔、第一导轨孔、造波架底部通孔、丝杠、螺母座、丝杠前端、丝杠后端、螺母座前端面、导杆、第二导轨孔、支耳、卡扣主体、切换轴、卡扣第一端面、卡扣第二端面、后座顶部横梁和后座前端面，其特征在于：后座为方形框体，后座设有后座前端面，后座的顶部中间设有横梁，导轨支架的导轨支撑架一端固定在后座的上部，在导轨支撑架上开有第二丝杠孔和两组导轨孔，第二丝杠孔与第一丝杠孔的位置相对应，导轨支架凸台上开有第一丝杠孔和两个导轨孔，第一伺服电机固定在后座横梁上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与丝杠后端相连，丝杠通过导轨支撑架的对应的第二丝杠孔延伸至导轨支撑架的外部，并穿过螺母座中部的通孔，插接在导轨支架凸台的第一丝杠孔内，丝杠的前端外部套接轴承，两根导轨的一端固定在导轨支撑架的导轨孔内，两根导轨穿过造波架的第一导轨孔和螺母座的第二导轨孔，另一端插接在导轨支架凸台的导轨孔内，螺母座呈凸字形，螺母座上设有一组支耳，支耳上开有通孔，在通孔内插接导杆，在螺母座上设有通孔和一组第二导轨孔，两个导杆的自由端分别插接在造波板机构的第二导向槽内，切换卡扣包括两个卡扣主体和切换轴，切换轴上过盈连接两个卡扣主体，切换轴的两端分别插接在导轨支架的第一导向槽内，并延伸至第一导向槽的外部，穿过造波板机构的支撑座切换轴孔，切换轴的一端与从动轮相连，从动轮与主动轮相互啮合，主动轮的中部套接在第二伺服电机的输出端，第二伺服电机固定在造波板机构的三脚架上。

2.根据权利要求1所述的一种推摇组合式造波机，其特征在于：造波板机构包括转轴、造波板、第二导向槽、支撑座、三脚架、造波架，造波架为方形框体，在造波架的一侧底部设有两个通孔，在通孔内插接转轴，在转轴上套接造波板，在造波板的上部设有两个竖直的第二导向槽，两个第二导向槽呈倒U字型且相互平行，在造波架的另一侧的上部设有两个支撑座，在支撑座上设有与导轨相配合的第一导轨孔，支撑座上开有与切换卡扣的切换轴相配合的切换轴孔，在支撑座上部的外侧设有三脚架，三脚架用于支撑第二伺服电机。

3.根据权利要求1所述的一种推摇组合式造波机，其特征在于：导轨支架包括导轨支架主体、导轨支架支撑架和导轨支架凸台，导轨支架主体为方形框体，在导轨支架主体的两侧面设有第一导向槽，在导轨支架主体的两端的下部分别固定导轨支撑架和导轨支架凸台，在导轨支架凸台上设有用于与水槽边界固定的螺栓孔，导轨支架支撑架为方形框体。