CN109612860A - 一种圆筒型冲刷试验设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种圆筒型冲刷试验设备，包括底座，所述底座上端中部设置有桶体，所述桶体上端设置有透明顶盖，所述桶体下端设置有底盖，所述底盖下端中部设置有圆筒，所述圆筒设置在底座内，且所述圆筒外侧壁上下两侧均套设有向心球轴承，所述向心球轴承外侧与底座固定连接，所述底座顶端设置有推力轴承，所述推力轴承套设在圆筒外侧上部，且所述推力轴承外侧套设有齿环。本发明可提供剪应力测量，并可实时记录圆筒转速、扭矩以及土样表面的变化状况，能够建立综合考虑土料各物理化学特性的冲蚀模型，为溃坝理论分析及溃坝计算提供基础数据，使得该设备可以在水利水电、减灾防灾等领域获得更为广泛的应用。

Description

一种圆筒型冲刷试验设备
技术领域
本发明属于土体冲蚀试验设备技术领域，具体涉及一种圆筒型冲刷试验设备。
背景技术
据第一次全国水利普查公报，我国共有水库98002座，总库容9323.12亿m3；其中大型水库756座，中型水库3938座，小型水库93308座，大坝数量居于世界首位。但由于历史、经济与技术原因，近1/3以上水库为病险库。1954年至2013年，已有3528座水库大坝发生溃决，造成重大生命财产损失与生态环境灾难。尽管自2007年开始，我国开展了大规模的病险水库除险加固，但2010-2013年，仍有20座水库大坝发生溃决。我国拥有各类尾矿库近1.3万座，由于尾矿料工程力学特性时空分布与变化规律复杂，加之历史因素、管理与技术等方面的原因，尾矿库出险或溃坝失事概率为水库的10倍以上。我国西北黄土高原地区通过淤地造坝，取得水土保持的巨大成就。但是在9万余座淤地坝中，相当一部分的规模与小型土坝相当，却没有溢洪道，溃坝事故也屡有发生。另一方面，我国山地灾害十分严重。滑坡堵江事故屡屡发生。
冲蚀是溃决失稳最主要的因素之一，定量分析土体冲蚀过程也是最重要的挑战之一。许多不同的冲蚀试验设备被开发用以研究冲蚀率模型。但这些设备的使用受制于其复杂性和现场条件，需要开拓新的冲蚀试验设备或修改现有的设备来满足应用需求。且在溃坝过程中，要直接量测溃决过程中的剪应力变化非常困难，原有的试验设备均无法开展此项研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆筒型冲刷试验设备，能够建立综合考虑土料各物理化学特性的冲蚀模型，使得该设备可以在水利水电、减灾防灾等领域获得更为广泛的应用。
本发明所采用的技术方案是：一种圆筒型冲刷试验设备，包括底座，所述底座上端中部设置有桶体，所述桶体上端设置有透明顶盖，所述桶体下端设置有底盖，所述底盖下端中部设置有圆筒，所述圆筒设置在底座内，且所述圆筒外侧壁上下两侧均套设有向心球轴承，所述向心球轴承外侧与底座固定连接，所述底座顶端设置有推力轴承，所述推力轴承套设在圆筒外侧上部，且所述推力轴承外侧套设有齿环，所述桶体内设置有罩子，所述罩子包括外屏蔽罩，所述外屏蔽罩下端中部设置有底柱，所述外屏蔽罩内设置有土样托板，所述土样托板上端外侧设置有土样，所述外屏蔽罩上端设置有内屏蔽罩，所述土样托板与外屏蔽罩、内屏蔽罩之间均注有静止水体，所述桶体内注有旋转水体，所述土样托板上端中部设置有吊杆，所述吊杆上端设置有拉扭传感器，所述拉扭传感器上端设置有连杆，所述连杆上安装有伺服作动器，且所述连杆上端设置有起吊门架横梁。
本发明的特点还在于，
所述桶体左侧设置有伺服电机，所述伺服电机下端设置有减速器，所述减速器与齿环啮合连接。
所述底柱下端贯穿底盖且与底座固定连接，且底盖与底柱之间转动连接。
所述吊杆顶端分别穿过内屏蔽罩和透明顶盖，且透明顶盖中部与吊杆的对应开设有通孔。
所述底座上左右两侧均设置有加强筋，且加强筋与底座之间构成三角形结构。
所述土样在罩子内为环状放置。
本发明的有益效果是：
本发明可提供剪应力测量，并可实时记录圆筒转速、扭矩以及土样表面的变化状况，能够建立综合考虑土料各物理化学特性的冲蚀模型，为溃坝理论分析及溃坝计算提供基础数据，使得该设备可以在水利水电、减灾防灾等领域获得更为广泛的应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1.底座，2.加强筋，3.桶体，4.透明顶盖，5.底盖，6.向心球轴承，7.推力轴承，8.齿环，9.伺服电机，10.减速器，11.罩子，12.底柱，13.外屏蔽罩，14.静止水体，15.土样托板，16.土样，17.内屏蔽罩，18.旋转水体，19.吊杆，20.拉扭传感器，21.连杆，22.伺服作动器，23.起吊门架横梁。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种圆筒型冲刷试验设备，如图1所示，包括底座1，所述底座1上端中部设置有桶体3，所述桶体3上端设置有透明顶盖4，透明顶盖4的作用为保持水体处于同一状态，所述桶体3下端设置有底盖5，所述底盖5下端中部设置有圆筒，所述圆筒设置在底座1内，且所述圆筒外侧壁上下两侧均套设有向心球轴承6，所述向心球轴承6外侧与底座1固定连接，所述底座1顶端设置有推力轴承7，所述推力轴承7套设在圆筒外侧上部，且所述推力轴承7外侧套设有齿环8，所述桶体3内设置有罩子11，所述罩子11包括外屏蔽罩13，所述外屏蔽罩13下端中部设置有底柱12，所述外屏蔽罩13内设置有土样托板15，所述土样托板15上端外侧设置有土样16，所述外屏蔽罩13上端设置有内屏蔽罩17，外屏蔽罩13和内屏蔽罩17可去除土样16与其他方向水体接触的摩擦力，所述土样托板15与外屏蔽罩13、内屏蔽罩17之间均注有静止水体14，静止水体14可去除土样托板处与其他地方额外的摩擦力，所述桶体3内注有旋转水体18，所述土样托板15上端中部设置有吊杆19，所述吊杆19上端设置有拉扭传感器20，所述拉扭传感器20上端设置有连杆21，所述连杆21上安装有伺服作动器22，且所述连杆21上端设置有起吊门架横梁23。
所述桶体3左侧设置有伺服电机9，所述伺服电机9下端设置有减速器10，所述减速器10与齿环8啮合连接。
所述底柱12下端贯穿底盖5且与底座1固定连接，且底盖5与底柱12之间转动连接。
所述吊杆9顶端分别穿过内屏蔽罩17和透明顶盖4，且透明顶盖4中部与吊杆19的对应开设有通孔。
所述底座1上左右两侧均设置有加强筋2，且加强筋2与底座1之间构成三角形结构，可加强底座1的稳定性。
所述土样16在罩子11内为环状放置。
在设备启动之前，将待试验土样放置在土样托板15上，然后注入静止水体14，再将透明顶盖4盖上，并注入旋转水体18，启动伺服电机9，通过减速器10使齿环8转动，从而在推力轴承7和向心球轴承6的作用下桶体3旋转，旋转桶体3以带动旋转水体18转动并流产生反作用于罩子11的力，罩子11内土样托板15通过吊杆19上的拉扭传感器20可获取桶体3与土样16接触处的扭矩，再将其转换为剪应力。
通过上述方式，本发明的一种圆筒型冲刷试验设备，可提供剪应力测量，并可实时记录圆筒转速、扭矩以及土样表面的变化状况，能够建立综合考虑土料各物理化学特性的冲蚀模型，为溃坝理论分析及溃坝计算提供基础数据，使得该设备可以在水利水电、减灾防灾等领域获得更为广泛的应用。

Claims (6)

1.一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上端中部设置有桶体(3)，所述桶体(3)上端设置有透明顶盖(4)，所述桶体(3)下端设置有底盖(5)，所述底盖(5)下端中部设置有圆筒，所述圆筒设置在底座(1)内，且所述圆筒外侧壁上下两侧均套设有向心球轴承(6)，所述向心球轴承(6)外侧与底座(1)固定连接，所述底座(1)顶端设置有推力轴承(7)，所述推力轴承(7)套设在圆筒外侧上部，且所述推力轴承(7)外侧套设有齿环(8)，所述桶体(3)内设置有罩子(11)，所述罩子(11)包括外屏蔽罩(13)，所述外屏蔽罩(13)下端中部设置有底柱(12)，所述外屏蔽罩(13)内设置有土样托板(15)，所述土样托板(15)上端外侧设置有土样(16)，所述外屏蔽罩(13)上端设置有内屏蔽罩(17)，所述土样托板(15)与外屏蔽罩(13)、内屏蔽罩(17)之间均注有静止水体(14)，所述桶体(3)内注有旋转水体(18)，所述土样托板(15)上端中部设置有吊杆(19)，所述吊杆(19)上端设置有拉扭传感器(20)，所述拉扭传感器(20)上端设置有连杆(21)，所述连杆(21)上安装有伺服作动器(22)，且所述连杆(21)上端设置有起吊门架横梁(23)。
2.如权利要求1所述的一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，所述桶体(3)左侧设置有伺服电机(9)，所述伺服电机(9)下端设置有减速器(10)，所述减速器(10)与齿环(8)啮合连接。
3.如权利要求1所述的一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，所述底柱(12)下端贯穿底盖(5)且与底座(1)固定连接，且底盖(5)与底柱(12)之间转动连接。
4.如权利要求1所述的一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，所述吊杆(9)顶端分别穿过内屏蔽罩(17)和透明顶盖(4)，且透明顶盖(4)中部与吊杆(19)的对应开设有通孔。
5.如权利要求1所述的一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，所述底座(1)上左右两侧均设置有加强筋(2)，且加强筋(2)与底座(1)之间构成三角形结构。
6.如权利要求1所述的一种圆筒型冲刷试验设备，其特征在于，所述土样(16)在罩子(11)内为环状放置。
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