CN110333339A - 一种水下礁石破碎实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下礁石破碎实验装置，其特点在于，包括实验水池，在实验水池内设有实验装置；所述实验装置包括下端固定设置在实验水池底部的底座，底座中部镂空设置且对应底座镂空位置的水池底部设置有破碎实验体；在底座上方还水平设有固定板，底座与固定板之间设置有二维运动控制机构并用于带动固定板做二维方向运动；且在固定板上水平分布有多个竖向向下设置的伸缩机构，在伸缩机构的下端连接固定有破碎锤装置；伸缩机构能够带动破碎锤装置竖向运动，使得破碎锤装置的工作端作用在所述破碎实验体上。本发明还公开了一种水下礁石破碎实验方法；本发明具有能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际破碎施工成功率和效率的优点。

Description

一种水下礁石破碎实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及航道整治领域，具体涉及一种水下礁石破碎实验装置及其实验方法。

背景技术

航道整治或河道治理过程中，为了满足航运水深和工程施工的需求，需要对水下礁石进行清除。

水下爆破是目前航道礁石整治的主要方法，虽技术成熟，工效较高，但对水生生态环境的影响极大。水下爆破对生态环境的破坏主要体现在三个方面，一、炸礁施工区域将使底栖生物被直接摧毁，附近一定区域的底栖生物被掩埋，或将直接炸死、炸伤或影响施工区域的部分水生生物，对局部生态各组成成分的影响较大。二、炸礁将造成河道水质悬浮物增加，局部悬浮物浓度升高将影响浮游植物的生长，引起水体初级生产力降低，使以浮游植物为饵料的浮游动物生物量减小，局部影响水生生物的生存条件。三、炸礁对水生生态环境的影响还表现在对水域的占用和扰动，导致河道部分地形发生变化，原有的急流环境变为缓流，破坏了部分鱼类的栖息地和产卵场，改变了部分水生生物的生境。尤其是针对长江上游等包含有大量国家一级重点保护野生动物的流域范围内，水下礁石清除工程对安全和环保要求较高，水下爆破不再适用。

此外，目前有少量清礁工程采用非爆破方法，比如钻孔分裂法。钻孔分裂法是先利用钻机在礁石上钻孔，然后在钻孔中插入分裂棒，启动液压泵，液压泵工作产生高压，驱动分裂棒的中间楔块向前运动，将反向楔块两边撑开，生产巨大分裂力，礁石在此分裂力作用下，沿设定的位置分裂开来。使用该方法时，需要多个分裂棒，且各个分裂棒之间的间距不能太大，同时也需要液压泵产生很高的压力，安全性不高，并且工作效率也较低。

申请人曾设计采用水射流的方式实现对水下礁石清理，并曾就该方法申请过专利（CN109100483A）一种水下礁石破碎试验方法；但是该技术仍然存在水下环境中作业效率低下的问题。

故申请人再次考虑采用破碎锤对水下礁石进行破碎并清理，

但是现有技术中破碎锤的使用工况为陆地使用，将破碎锤应用于水下礁石清理，水域深度、被清理礁石的水域环境、礁石自身材质以及破碎锤布置形式都会对礁石清理效率产生影响。

故申请人考虑到，如果能够针对破碎锤清理礁石的方案预先进行水下礁石清理实验，实验中验证不同水域深度、不同水域环境、不同材质礁石以及不同布置形式下的破碎锤对水下礁石清理产生的影响。则可以通过实验克服操作时可能存在的困难，提高实际施工成功率，再者，可以累积经验，统计数据，提高破碎清理效率，其次还可以方便针对性地对设备进行改进优化，以更好的应用于实际水下礁石清理施工操作。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够对水下礁石破碎清理进行模拟实验的水下礁石破碎实验装置及其实验方法，使其能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际破碎施工成功率和效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种水下礁石破碎实验装置，其特点在于，包括实验水池，在实验水池内设有实验装置；所述实验装置包括下端固定设置在实验水池底部的底座，底座中部镂空设置且对应底座镂空位置的水池底部设置有破碎实验体；在底座上方还水平设有固定板，底座与固定板之间设置有二维运动控制机构并用于带动固定板做二维方向运动；且在固定板上水平分布有多个竖向向下设置的伸缩机构，在伸缩机构的下端连接固定有破碎锤装置；伸缩机构能够带动破碎锤装置竖向运动，使得破碎锤装置的工作端作用在所述破碎实验体上。

这样，上述的水下礁石破碎实验装置在进行试验时，可以通过对实验水池注水模拟礁石清理工作水体环境，然后启动实验装置，依靠伸缩机构带动破碎锤装置工作端作用到破碎实验体上，破碎锤工作实现对破碎实验体的破碎清理，再依靠二维运动控制机构控制破碎锤装置平移，逐步实现对破碎实验体的整体破碎，进而可以验证不同水域深度、不同水域环境、不同材质礁石以及不同布置形式下的破碎锤对水下礁石清理产生的影响。例如：可以从待清理礁石河段采集礁石作为破碎实验体（也可以采用其他模仿礁石的破碎实验体，如混凝土块），将获得的破碎实验体置入底座镂空位置；获取待清理礁石位置实际水深，并在实验水池中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待清理礁石水体环境；通过伸缩机构和二维运动控制机构协同作用，控制破碎锤装置做三维方向运动； 按照预先设置的清理实验方案对破碎实验体进行模拟清理和破碎试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石清理控制。

采用上述的水下礁石破碎实验装置进行模拟实验，能够很好地模拟实际清理时的礁石情况和水体环境，事先进行模拟清理，获得实际清理所需的控制参数，应用于实际施工，以提高实际清理的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际清理时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际清理的方案进行优化和改进。

作为优化，所述二维运动控制机构包括设置在底座上方的水平的底板，底板与底座滑动连接并在两者之间设有底板横向导向结构，使得底板能够沿底座横向滑动；在所述底板上方设有支撑架，支撑架与底板之间设有支撑架纵向导向结构，使得支撑架能够沿底板纵向滑动；在支撑架的上端设置有所述固定板，并且在底板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位镂空部。

这样，底板沿底座横向移动以及支撑架沿固定板纵向移动，使得固定板能够各自沿底座横向和纵向方向的移动，固定板沿底座横向和纵向的移动相互独立，互不影响；能够方便固定板上的破碎锤装置定位到水平方向上的各个位置，更加方便对破碎实验体各个位置进行破碎实验，提高实验的可靠性。

作为优化，所述底板横向导向结构包括底座上的横向设置的底板导向杆，所述底板导向杆为沿底座纵向呈间隔设置的两个，在底板下表面上呈矩形的设置有四个底板滑套，且横向成对的两组底板滑套各自可滑动的套接设置在底板导向杆上。

这样，底板与底座之间通过底板导向杆和底板滑套相连并导向，底板导向杆和底板滑套相连对底板竖向限位的同时，还起到横向滑动导向的作用，具有结构简单，紧凑的优点。进一步的，通过在底板与底座之间设置横向伸缩机构，横向伸缩机构能够带动底板沿底座横向移动；横向伸缩机构可以设置为液压缸或气缸，具有结构简单的优点。

作为优化，所述支撑架纵向导向结构包括底板上表面上的纵向设置的支撑架导向杆，所述支撑架导向杆为沿底板横向呈间隔设置的两个，在支撑架下端面上呈矩形的设置有四个支撑架滑套，且纵向成对的两组支撑架滑套各自可滑动的套接设置在支撑架导向杆上。

这样，底板与支撑架之间通过支撑架导向杆和支撑架滑套相连并导向，支撑架导向杆和支撑架滑套相连对底板和支撑架进行竖向限位的同时，还起到了纵向滑动导向的作用，具有结构简单，紧凑的优点。进一步的，通过在底板与支撑架之间设置纵向伸缩机构，纵向伸缩机构能够带动支撑架沿底板纵向移动，纵向伸缩机构可以设置为液压缸或气缸，具有结构简单的优点。

作为优化，所述支撑架包括下端的水平设置的中间板，且中间板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位孔；所述破碎装置包括上端的水平设置的连接块，连接块与伸缩机构的下端相连，在连接块下表面呈间隔的设有两竖板，在两竖板之间连接固定有竖向的破碎锤，并且竖板外侧面与中间板之间设有竖向导向结构，使得竖板能够沿竖向运动。

这样，破碎锤装置在竖向伸缩机构的带动下，竖向通过中间板上的让位孔时，能够对破碎锤装置进行导向，使得破碎锤装置即使是在与破碎实验体产生冲击时，也能够很好地保持竖向移动，能够更好的完成破碎实验，提高实验的可靠性。

作为优化，所述竖向导向结构包括竖板外侧竖向设置的竖板导轨，在中间板上对应竖向导轨可竖向转动的设置有竖板导向滑轮，竖板导向滑轮的圆周面上设有一圈竖板导向凹槽，且所述竖板导向凹槽可滑动的卡接设置在竖板导轨上。

这样，通过设置竖板导向滑轮，使得竖板导向轮与竖板导轨滚动配合，对竖板起到导向的同时，减小破碎锤装置竖向运动时的摩擦力，降低不必要的功率损耗。进一步的，在中间板上设置有向下开口的U形支撑支架，竖板导向滑轮安装在支撑支架上。能够方便安装设置。

作为优化，所述实验装置包括位于底座上方的矩形框架结构的滑动架，滑动架与底座滑动连接且在两者之间设有滑动架纵向导向结构，滑动架纵向导向结构依靠卡接限制滑动架向上的位移并使得滑动架能够沿底座纵向滑动；所述固定板水平的安装于滑动架内部，并且在固定板上表面与滑动架上端两横杆下侧面之间设有固定板横向导向结构，使得固定板抵接支撑在两横杆下侧面并能够在滑动架内横向移动。

这样，通过在底座上方可沿纵向滑动的连接设置一个滑动架，并且固定板安装于滑动架内部，使得固定板上表面依靠设置的固定板横向导向结构抵接支撑在滑动架上端的两横杆下侧；装置在工作时，固定板在二维运动控制机构的带动下；固定板沿纵向移动时，固定板和滑动架同时沿纵向移动，固定板沿横向移动时，固定板在滑动架内依靠设置的固定板横向导向结构沿横向自由移动，固定板在滑动架内的横向移动以及纵向移动不受到滑动架的约束。固定板上伸缩机构带动破碎锤装置竖向向下运动并抵接在破碎实验体后，破碎锤工作时是大力度的高频上下往复运动，伸缩机构会受到一个反复向上的反作用冲击力，此向上的反作用力会作用在固定板上，由于破碎实验体（礁石）表面高低不平，导致各个破碎锤所受冲击力大小完全不同，不同大小的反作用力传递到固定板，容易导致装置整体发生较大的偏斜和振动；故采用上述结构后，因固定板的上表面是抵接支撑在滑动架上端横杆下侧的，固定板受向上的冲击力后将该向上的力从周边方向上传递至滑动架，滑动架能够从周边方向上向固定板施加一个向下的反作用力，抵消部分固定板上向上的力，使得固定板更好的保持水平和稳定，使得固定板上的破碎锤装置能够更好的保持竖直状态，提高实验的稳定性、准确性和可靠性。并且滑动架下端是与底座相连的，滑动架受力后能够将力传递至底座，使得整个装置上形成一个力循环，能够使得整个装置更加的稳定，更好的保证实验的可靠性。

作为优化，所述滑动架纵向导向结构包括设置在底座上的且沿底座纵向布置的呈T形结构设计的滑动架导轨，且所述滑动架导轨为沿底座横向呈间隔布置的两个；在滑动架下端各自对应所述滑动架导轨沿纵向方向呈间隔的设有开口向下设置的且整体呈U形结构的连接支架，在连接支架开口之间可竖向转动的设有滑动架滑轮，所述滑动架滑轮的周向表面设有一圈环形的卡接槽且卡接在滑动架导轨上；并且连接支架开口的两端各自向下延伸并向内弯折形成相贴支撑于滑动架导轨下侧面上的卡接限位端。

这样，滑动架与底座之间通过连接支架和滑动架导轨连接并限制滑动架相对于底座的竖向位移，滑动架纵向导向结构作为导向结构的同时也作为连接结构，能够使得整个装置在竖向上更加的紧凑，节约了竖向安装空间。并且滑动架与底座之间通过设置滑动架滑轮，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，在驱动固定板沿底座纵向移动并同时带动滑动架沿底座纵向移动时，作用在固定板上的带动其纵向的移动所需的力更小，能够更加容易带动固定板纵向移动，更加省力。

作为优化，所述固定板横向导向结构包括横杆下表面上的沿其自身长度方向设置的固定板导轨；在固定板上表面上设有固定板导向槽，且所述固定板导向槽可沿横向滑动的卡设在所述固定板导轨上。

这样，通过在固定板上表面设置滑槽结构并可滑动的抵接支撑在滑动架横杆下方的导轨上，使得横杆能够对滑动架进行横向导向的同时，还能够对滑动架进行竖向限位，使得滑动架在受竖向向上的冲击力时，也能够很好的保持稳定。

作为优化，在固定板上表面上连接固定有开口向上设置的且整体呈U形结构安装支架，在安装支架开口之间可竖向转动的设有固定板滑轮，固定板滑轮的周向表面设有一圈环形的凹槽以形成所述固定板导向槽。

这样，通过设置固定板滑轮，使得固定板导轨和固定板导向槽之间由滑动摩擦改变为滚动摩擦，使得固定板能够更好的沿滑动架横向进行滑动。

作为优化，所述支撑架还包括中部的竖向设置的且布置在中间板四个转角位置的支撑杆，支撑杆的上端与固定板相连。

这样，整个支撑架结构简单，方便整个结构的布局。

作为优化，所述底座包括上端的呈矩形结构的底架，在底架下端的四个转角位置各自设置有竖向向下的支撑脚。

这样，方便将整个装置安装布置在实验水池内。

作为优化，所述破碎锤装置为沿一直线方向呈间隔设置的三个。

这样，能够通过实验验证将破碎锤装置设置为沿直线呈间隔设置的三个对水下礁石清理效率的影响，方便后续根据实验结果针对性地对设备进行改进优化；进一步的，将破碎锤装置设置为沿一弧线方向呈间隔设置的三个。进行后续实验验证。

作为优化，所述伸缩机构为液压缸。

这样，具有结构简单，提供竖向的动力充足的优点。

作为优化，所述破碎锤装置包括下端的破碎锤钎杆，且在破碎锤钎杆上设置有应力感应器。

这样，破碎锤工作时，可以依靠应力感应器检测破碎锤工作端已经接触到破碎实验体后再启动破碎锤，同时在实验过程中，破碎实验体是不规则的，其上端面可能是起伏不平整的，而高频破碎锤“空打”对机械内部损害很大，通过在破碎锤钎杆上设置有应力感应器，应力感应器能够将实验时检测到的信息反馈至装置的控制部分，并判断出破碎锤钎杆是否“空打”，若出现“空打”情况，则使得破碎锤装置停机，并由竖向伸缩机构带动破碎锤装置竖向向下移动，直至不出现“空打”情况，破碎锤装置才开始工作。从而起到保护破碎锤装置，提高破碎锤装置的使用寿命的作用。

本发明还公开了一种水下礁石破碎实验方法，其特点在于，包括以下步骤，

a、获取上述的水下礁石破碎实验装置；b、从待切割礁石河段岸边采集和待清理礁石材质一致的礁石置入底座镂空位置作为破碎实验体；c、获取待破碎礁石位置实际水深，并在实验水池中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待破碎礁石水体环境；

d、通过装置上的二维运动控制机构和伸缩机构控制破碎锤装置做三维方向运动； 并按照预先设置的破碎实验方案对破碎实验体进行模拟清理和破碎试验；通过试验，获取到能够达到所要破碎效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石破碎控制。

这样，通过上述的水下礁石破碎实验方法，能够很好地模拟实际清理时的礁石情况和水体环境，事先进行模拟清理，获得实际清理所需的控制参数，应用于实际施工，以提高实际清理的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际清理时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际清理的方案进行优化和改进。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的轴侧示意图。

图2为图1旋转一角度后的示意图。

图3为图1的主视图。

图4为图1的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本申请中定义纵向是指如附图1和3中所示的装置的前后方向，但此定义不应视为对方案自身的限定，实际上纵向和横向可以设置相反应视为仍然落入保护范围。

具体实施时：如图1至图4所示，一种水下礁石破碎实验装置，包括实验水池，在实验水池内设有实验装置；所述实验装置包括下端固定设置在实验水池底部的底座1，底座中部镂空设置且对应底座镂空位置的水池底部设置有破碎实验体；在底座上方还水平设有固定板2，底座1与固定板2之间设置有二维运动控制机构并用于带动固定板做二维方向运动；且在固定板上水平分布有多个竖向向下设置的伸缩机构，在伸缩机构的下端连接固定有破碎锤装置3；伸缩机构能够带动破碎锤装置竖向运动，使得破碎锤装置的工作端作用在所述破碎实验体上。

这样，上述的水下礁石破碎实验装置在进行试验时，可以通过对实验水池注水模拟礁石清理工作水体环境，然后启动实验装置，依靠伸缩机构带动破碎锤装置工作端作用到破碎实验体上，破碎锤工作实现对破碎实验体的破碎清理，再依靠二维运动控制机构控制破碎锤装置平移，逐步实现对破碎实验体的整体破碎，进而可以验证不同水域深度、不同水域环境、不同材质礁石以及不同布置形式下的破碎锤对水下礁石清理产生的影响。例如：可以从待清理礁石河段采集礁石作为破碎实验体（也可以采用其他模仿礁石的破碎实验体，如混凝土块），将获得的破碎实验体置入底座镂空位置；获取待清理礁石位置实际水深，并在实验水池中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待清理礁石水体环境；通过伸缩机构和二维运动控制机构协同作用，控制破碎锤装置做三维方向运动； 按照预先设置的清理实验方案对破碎实验体进行模拟清理和破碎试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石清理控制。

采用上述的水下礁石破碎实验装置进行模拟实验，能够很好地模拟实际清理时的礁石情况和水体环境，事先进行模拟清理，获得实际清理所需的控制参数，应用于实际施工，以提高实际清理的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际清理时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际清理的方案进行优化和改进。具体实施时，可以依靠在底座下端焊接连接板，连接板上设置连接孔，然后对应的在实验水池底部预埋连接螺杆，使得连接螺杆穿过连接板上的连接孔，再依靠锁紧螺母并将底座固定在实验水池底部。这样能够方便将底座与实验水池连接固定，并且方便拆装维护。

本具体实施方式中，所述二维运动控制机构包括设置在底座上方的水平的底板12，底板与底座滑动连接并在两者之间设有底板横向导向结构，使得底板能够沿底座横向滑动；在所述底板上方设有支撑架13，支撑架与底板之间设有支撑架纵向导向结构，使得支撑架能够沿底板纵向滑动；在支撑架的上端设置有所述固定板2，并且在底板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位镂空部。

这样，底板沿底座横向移动以及支撑架沿固定板纵向移动，使得固定板能够各自沿底座横向和纵向方向的移动，固定板沿底座横向和纵向的移动相互独立，互不影响；能够方便固定板上的破碎锤装置定位到水平方向上的各个位置，更加方便对破碎实验体各个位置进行破碎实验，提高实验的可靠性。

本具体实施方式中，所述底板横向导向结构包括底座上的横向设置的底板导向杆14，所述底板导向杆为沿底座纵向呈间隔设置的两个，在底板下表面上呈矩形的设置有四个底板滑套15，且横向成对的两组底板滑套各自可滑动的套接设置在底板导向杆上。

这样，底板与底座之间通过底板导向杆和底板滑套相连并导向，底板导向杆和底板滑套相连对底板竖向限位的同时，还起到横向滑动导向的作用，具有结构简单，紧凑的优点。进一步的，通过在底板与底座之间设置横向伸缩机构，横向伸缩机构能够带动底板沿底座横向移动；横向伸缩机构可以设置为液压缸或气缸，具有结构简单的优点。

本具体实施方式中，所述支撑架纵向导向结构包括底板上表面上的纵向设置的支撑架导向杆16，所述支撑架导向杆为沿底板横向呈间隔设置的两个，在支撑架下端面上呈矩形的设置有四个支撑架滑套17，且纵向成对的两组支撑架滑套各自可滑动的套接设置在支撑架导向杆上。

这样，底板与支撑架之间通过支撑架导向杆和支撑架滑套相连并导向，支撑架导向杆和支撑架滑套相连对底板和支撑架进行竖向限位的同时，还起到了纵向滑动导向的作用，具有结构简单，紧凑的优点。进一步的，通过在底板与支撑架之间设置纵向伸缩机构，纵向伸缩机构能够带动支撑架沿底板纵向移动，纵向伸缩机构可以设置为液压缸或气缸，具有结构简单的优点。

本具体实施方式中，所述支撑架包括下端的水平设置的中间板18，且中间板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位孔；所述破碎装置包括上端的水平设置的连接块19，连接块与伸缩机构的下端相连，在连接块下表面呈间隔的设有两竖板20，在两竖板之间连接固定有竖向的破碎锤，并且竖板外侧面与中间板之间设有竖向导向结构，使得竖板能够沿竖向运动。

这样，破碎锤装置在竖向伸缩机构的带动下，竖向通过中间板上的让位孔时，能够对破碎锤装置进行导向，使得破碎锤装置即使是在与破碎实验体产生冲击时，也能够很好地保持竖向移动，能够更好的完成破碎实验，提高实验的可靠性。

本具体实施方式中，所述竖向导向结构包括竖板外侧竖向设置的竖板导轨21，在中间板下表面上连接固定有开口向下设置的U形的安装支架22，在安装支架下端开口两侧可竖向转动的设有竖板导向滑轮23，竖板导向滑轮的圆周面上设有一圈竖板导向凹槽，且所述竖板导向凹槽可滑动的卡接设置在竖板导轨上。

这样，通过设置竖板导向滑轮，使得竖板导向轮与竖板导轨滚动配合，对竖板起到导向的同时，减小破碎锤装置竖向运动时的摩擦力，降低不必要的功率损耗。进一步的，在中间板上设置有向下开口的U形支撑支架，竖板导向滑轮安装在支撑支架上。能够方便安装设置。

本具体实施方式中，所述实验装置包括位于底座上方的矩形框架结构的滑动架4，滑动架与底座滑动连接且在两者之间设有滑动架纵向导向结构，滑动架纵向导向结构依靠卡接限制滑动架向上的位移并使得滑动架能够沿底座纵向滑动；所述固定板水平的安装于滑动架内部，并且在固定板上表面与滑动架上端两横杆5下侧面之间设有固定板横向导向结构，使得固定板抵接支撑在两横杆下侧面并能够在滑动架内横向移动。

这样，通过在底座上方可沿纵向滑动的连接设置一个滑动架，并且固定板安装于滑动架内部，使得固定板上表面依靠设置的固定板横向导向结构抵接支撑在滑动架上端的两横杆下侧；装置在工作时，固定板在二维运动控制机构的带动下；固定板沿纵向移动时，固定板和滑动架同时沿纵向移动，固定板沿横向移动时，固定板在滑动架内依靠设置的固定板横向导向结构沿横向自由移动，固定板在滑动架内的横向移动以及纵向移动不受到滑动架的约束。固定板上伸缩机构带动破碎锤装置竖向向下运动并抵接在破碎实验体后，破碎锤工作时是大力度的高频上下往复运动，伸缩机构会受到一个反复向上的反作用冲击力，此向上的反作用力会作用在固定板上，由于破碎实验体（礁石）表面高低不平，导致各个破碎锤所受冲击力大小完全不同，不同大小的反作用力传递到固定板，容易导致装置整体发生较大的偏斜和振动；故采用上述结构后，因固定板的上表面是抵接支撑在滑动架上端横杆下侧的，固定板受向上的冲击力后将该向上的力从周边方向上传递至滑动架，滑动架能够从周边方向上向固定板施加一个向下的反作用力，抵消部分固定板上向上的力，使得固定板更好的保持水平和稳定，使得固定板上的破碎锤装置能够更好的保持竖直状态，提高实验的稳定性、准确性和可靠性。并且滑动架下端是与底座相连的，滑动架受力后能够将力传递至底座，使得整个装置上形成一个力循环，能够使得整个装置更加的稳定，更好的保证实验的可靠性。

本具体实施方式中，所述滑动架纵向导向结构包括设置在底座上的且沿底座纵向布置的呈T形结构设计的滑动架导轨6，且所述滑动架导轨为沿底座横向呈间隔布置的两个；在滑动架下端各自对应所述滑动架导轨沿纵向方向呈间隔的设有开口向下设置的且整体呈U形结构的连接支架7，在连接支架开口之间可竖向转动的设有滑动架滑轮8，所述滑动架滑轮的周向表面设有一圈环形的卡接槽且卡接在滑动架导轨上；并且连接支架开口的两端各自向下延伸并向内弯折形成相贴支撑于滑动架导轨下侧面上的卡接限位端。

这样，滑动架与底座之间通过连接支架和滑动架导轨连接并限制滑动架相对于底座的竖向位移，滑动架纵向导向结构作为导向结构的同时也作为连接结构，能够使得整个装置在竖向上更加的紧凑，节约了竖向安装空间。并且滑动架与底座之间通过设置滑动架滑轮，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，在驱动固定板沿底座纵向移动并同时带动滑动架沿底座纵向移动时，作用在固定板上的带动其纵向的移动所需的力更小，能够更加容易带动固定板纵向移动，更加省力。

本具体实施方式中，所述固定板横向导向结构包括横杆5下表面上的沿其自身长度方向设置的固定板导轨9；在固定板上表面上设有固定板导向槽，且所述固定板导向槽可沿横向滑动的卡设在所述固定板导轨上。

这样，通过在固定板上表面设置滑槽结构并可滑动的抵接支撑在滑动架横杆下方的导轨上，使得横杆能够对滑动架进行横向导向的同时，还能够对滑动架进行竖向限位，使得滑动架在受竖向向上的冲击力时，也能够很好的保持稳定。

本具体实施方式中，在固定板2上表面上连接固定有开口向上设置的且整体呈U形结构安装支架10，在安装支架开口之间可竖向转动的设有固定板滑轮11，固定板滑轮11的周向表面设有一圈环形的凹槽以形成所述固定板导向槽。

这样，通过设置固定板滑轮，使得固定板导轨和固定板导向槽之间由滑动摩擦改变为滚动摩擦，使得固定板能够更好的沿滑动架横向进行滑动。

本具体实施方式中，所述支撑架还包括中部的竖向设置的且布置在中间板四个转角位置的支撑杆24，支撑杆的上端与固定板相连。

这样，整个支撑架结构简单，方便整个结构的布局。

本具体实施方式中，所述底座包括上端的呈矩形结构的底架25，在底架下端的四个转角位置各自设置有竖向向下的支撑脚26。

这样，方便将整个装置安装布置在实验水池内。支撑脚上焊接竖向或者横向的连接板再设置连接孔和实验水池底部通过连接螺杆实现固定连接。

本具体实施方式中，所述破碎锤装置为沿一直线方向呈间隔设置的三个。

这样，能够通过实验验证将破碎锤装置设置为沿直线呈间隔设置的三个对水下礁石清理效率的影响，方便后续根据实验结果针对性地对设备进行改进优化；进一步的，将破碎锤装置设置为沿一弧线方向呈间隔设置的三个。进行后续实验验证。

本具体实施方式中，所述伸缩机构为液压缸。

这样，具有结构简单，提供竖向的动力充足的优点。

本具体实施方式中，所述破碎锤装置包括下端的破碎锤钎杆27，且在破碎锤钎杆上设置有应力感应器（图中未显示应力感应器）。

这样，破碎锤工作时，可以依靠应力感应器检测破碎锤工作端已经接触到破碎实验体后再启动破碎锤，同时在实验过程中，破碎实验体是不规则的，其上端面可能是起伏不平整的，而高频破碎锤“空打”对机械内部损害很大，通过在破碎锤钎杆上设置有应力感应器，应力感应器能够将实验时检测到的信息反馈至装置的控制部分，并判断出破碎锤钎杆是否“空打”，若出现“空打”情况，则使得破碎锤装置停机，并由竖向伸缩机构带动破碎锤装置竖向向下移动，直至不出现“空打”情况，破碎锤装置才开始工作。从而起到保护破碎锤装置，提高破碎锤装置的使用寿命的作用。

本发明还公开了一种水下礁石破碎实验方法，包括以下步骤，

a、获取上述的水下礁石破碎实验装置；b、从待切割礁石河段岸边采集和待清理礁石材质一致的礁石置入底座镂空位置作为破碎实验体；c、获取待破碎礁石位置实际水深，并在实验水池中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待破碎礁石水体环境；

d、通过装置上的二维运动控制机构和伸缩机构控制破碎锤装置做三维方向运动； 并按照预先设置的破碎实验方案对破碎实验体进行模拟清理和破碎试验；通过试验，获取到能够达到所要破碎效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石破碎控制。

这样，通过上述的水下礁石破碎实验方法，能够很好地模拟实际清理时的礁石情况和水体环境，事先进行模拟清理，获得实际清理所需的控制参数，应用于实际施工，以提高实际清理的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际清理时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际清理的方案进行优化和改进。

本具体实施方式中，b步骤中，还包括采用水平方向流动的水流，模拟实际待清理礁石所在位置水流的步骤。这样，可以更好地实现模拟，提高试验的可靠性。

本具体实施方式中，实验水池底部设置有高强度合金钢并形成用于搁置模拟破碎用礁石的置物台。这样礁石放置于置物台上进行试验，可以更好的对实验用礁石进行搁置，将礁石搁置在置物台上，能够使得其更加稳定。

综上所述，本发明创造能够对水下礁石清理进行模拟试验，能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际破碎施工安全性、成功率和效率。

Claims (10)

1.一种水下礁石破碎实验装置，其特征在于，包括实验水池，在实验水池内设有实验装置；所述实验装置包括下端固定设置在实验水池底部的底座（1），底座中部镂空设置且对应底座镂空位置的水池底部设置有破碎实验体；在底座上方还水平设有固定板（2），底座（1）与固定板（2）之间设置有二维运动控制机构并用于带动固定板做二维方向运动；且在固定板上水平分布有多个竖向向下设置的伸缩机构，在伸缩机构的下端连接固定有破碎锤装置（3）；伸缩机构能够带动破碎锤装置竖向运动，使得破碎锤装置的工作端作用在所述破碎实验体上。

2.根据权利要求1所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述二维运动控制机构包括设置在底座上方的水平的底板（12），底板与底座滑动连接并在两者之间设有底板横向导向结构，使得底板能够沿底座横向滑动；在所述底板上方设有支撑架（13），支撑架与底板之间设有支撑架纵向导向结构，使得支撑架能够沿底板纵向滑动；在支撑架的上端设置有所述固定板（2），并且在底板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位镂空部。

3.根据权利要求2所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述底板横向导向结构包括底座上的横向设置的底板导向杆（14），所述底板导向杆为沿底座纵向呈间隔设置的两个，在底板下表面上呈矩形的设置有四个底板滑套（15），且横向成对的两组底板滑套各自可滑动的套接设置在底板导向杆上。

4.根据权利要求2所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述支撑架纵向导向结构包括底板上表面上的纵向设置的支撑架导向杆（16），所述支撑架导向杆为沿底板横向呈间隔设置的两个，在支撑架下端面上呈矩形的设置有四个支撑架滑套（17），且纵向成对的两组支撑架滑套各自可滑动的套接设置在支撑架导向杆上。

5.根据权利要求2所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述支撑架包括下端的水平设置的中间板（18），且中间板上设有供破碎锤装置竖向穿过的让位孔；所述破碎装置包括上端的水平设置的连接块（19），连接块与伸缩机构的下端相连，在连接块下表面呈间隔的设有两竖板（20），在两竖板之间连接固定有竖向的破碎锤，并且竖板外侧面与中间板之间设有竖向导向结构，使得竖板能够沿竖向运动；

所述竖向导向结构包括竖板外侧竖向设置的竖板导轨（21），在中间板下表面上连接固定有开口向下设置的U形的安装支架（22），在安装支架下端开口两侧可竖向转动的设有竖板导向滑轮（23），竖板导向滑轮的圆周面上设有一圈竖板导向凹槽，且所述竖板导向凹槽可滑动的卡接设置在竖板导轨上。

6.根据权利要求1所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述实验装置包括位于底座上方的矩形框架结构的滑动架（4），滑动架与底座滑动连接且在两者之间设有滑动架纵向导向结构，滑动架纵向导向结构依靠卡接限制滑动架向上的位移并使得滑动架能够沿底座纵向滑动；所述固定板水平的安装于滑动架内部，并且在固定板上表面与滑动架上端两横杆（5）下侧面之间设有固定板横向导向结构，使得固定板抵接支撑在两横杆下侧面并能够在滑动架内横向移动。

7.根据权利要求6所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述滑动架纵向导向结构包括设置在底座上的且沿底座纵向布置的呈T形结构设计的滑动架导轨（6），且所述滑动架导轨为沿底座横向呈间隔布置的两个；在滑动架下端各自对应所述滑动架导轨沿纵向方向呈间隔的设有开口向下设置的且整体呈U形结构的连接支架（7），在连接支架开口之间可竖向转动的设有滑动架滑轮（8），所述滑动架滑轮的周向表面设有一圈环形的卡接槽且卡接在滑动架导轨上；并且连接支架开口的两端各自向下延伸并向内弯折形成相贴支撑于滑动架导轨下侧面上的卡接限位端。

8.根据权利要求6所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：所述固定板横向导向结构包括横杆（5）下表面上的沿其自身长度方向设置的固定板导轨（9）；在固定板上表面上设有固定板导向槽，且所述固定板导向槽可沿横向滑动的卡设在所述固定板导轨上。

9.根据权利要求8所述的水下礁石破碎实验装置，其特征在于：在固定板（2）上表面上连接固定有开口向上设置的且整体呈U形结构安装支架（10），在安装支架开口之间可竖向转动的设有固定板滑轮（11），固定板滑轮（11）的周向表面设有一圈环形的凹槽以形成所述固定板导向槽；

所述支撑架还包括中部的竖向设置的且布置在中间板四个转角位置的支撑杆（24），支撑杆的上端与固定板相连；

所述底座包括上端的呈矩形结构的底架（25），在底架下端的四个转角位置各自设置有竖向向下的支撑脚（26）；

所述破碎锤装置为沿一直线方向呈间隔设置的三个；

所述破碎锤装置包括下端的破碎锤钎杆（27），且在破碎锤钎杆上设置有应力感应器。

10.一种水下礁石破碎实验方法，其特征在于，包括以下步骤，

获取如权利要求1至9任意一项权利要求所述的水下礁石破碎实验装置；

从待切割礁石河段岸边采集和待清理礁石材质一致的礁石置入底座镂空位置作为破碎实验体；

获取待破碎礁石位置实际水深，并在实验水池中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待破碎礁石水体环境；

通过装置上的二维运动控制机构和伸缩机构控制破碎锤装置做三维方向运动； 并按照预先设置的破碎实验方案对破碎实验体进行模拟清理和破碎试验；通过试验，获取到能够达到所要破碎效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石破碎控制。