CN110514813A - 一种用于模拟石漠化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟石漠化装置，通过进水管、分水器、分水管、支架和喷头组成模拟降雨结构，在模拟降雨结构喷头下方连接承接盆，承接盆上端平铺有带细孔的泡沫板，且在泡沫板上方覆盖有试验泥土，泡沫板边沿设有支撑框，支撑框下方设有第一气缸，且第一气缸的下端固定在在承接盆内，支撑框的侧面与承接盆之间留有间隙，承接盆下方设有箱体，箱体内部设有水沙量测器，水沙量测器电连接有处理器，进而形成用于模拟石漠化装置，实现对试验泥土的水土流失量的检测，并且通过控制第一气缸调节支撑框的倾斜程度，使得试验泥土形成不同的坡度。即通过检测试验泥土的水土流失量，检测该试验泥土的容易形成石漠化的程度。

Description

一种用于模拟石漠化装置

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种用于模拟石漠化装置。

背景技术

由于天然降雨事件的自然不可控性，对开展降雨条件下的土壤侵蚀机理与规律研究产生了一定的局限性，使得相关土壤侵蚀研究工作无法进一步深入开展。伴随着土壤侵蚀研究领域新技术、新方法的不断更新，人工模拟降雨试验已逐渐成为当前国内外学者开展土壤侵蚀规律研究的重要手段，其试验类型主要分为室内人工模拟降雨试验和野外人工模拟降雨试验两种，室内人工模拟降雨试验主要依托人工模拟降雨大厅和试验土槽来完成，其试验条件和环境较好控制，可根据试验要求进行雨强变化以及土槽坡度的调整；野外人工模拟降雨试验是为了更好的将模拟实验贴近自然状态的一种人工模拟降雨手段，需要将人工模拟降雨器架设在坡面开展试验。现在搭建用于模拟石漠化装置往往采取人工开挖水平台地、搭建水泥预制或砖块堆砌平台进行模拟降雨器的架设，即耗费大量的人力、物力，并且对试验坡面的扰动极大和坡度单一，不利于现场模拟降雨试验的开展。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于模拟石漠化装置，旨在解决现有技术中搭建用于模拟石漠化装置耗费大量的人力、物力且坡度单一、不适合复杂环境使用的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于模拟石漠化装置，包括进水管、分水器、分水管、支架和喷头，进水管一端连接有水源，另一端与分水器进水端连接，且在进水管上串接有水泵，分水管的一端固定在分水器的出水端，且中部固定在支架上，分水管的末端与喷头连接，喷头下方连接有承接盆，承接盆上端平铺有带细孔的泡沫板，且在泡沫板上方覆盖有试验泥土，泡沫板边沿设有支撑框，支撑框下方设有第一气缸，且第一气缸的下端固定在在承接盆内，支撑框的侧面与承接盆之间留有间隙，承接盆下方设有箱体，箱体内部设有水沙量测器，水沙量测器电连接有处理器。

所述的用于模拟石漠化装置中，分水器的出水端与分水管之间连接有调节阀和水压检测器，且调节阀固定在分水器的出水端，水压检测器固定在调节阀的出水端。

所述的用于模拟石漠化装置中，支架包括竖向设置的伸缩杆，伸缩杆上端设置有横向设置的连接杆，连接杆的两端固定有第二气缸，且连接杆通过第二气缸与伸缩杆铰接。

所述的用于模拟石漠化装置中，伸缩杆包括第一方管和插在第一方管内部且可沿第一方管上下移动的第二方管，第一方管上设有驱动第二方管上下移动的驱动机构。

所述的用于模拟石漠化装置中，驱动机构包括固定在第一方管下端内部的连接轴承、固定在第而方管下端内部的滚珠轴承、同时与连接轴承和滚珠轴承的中心连接的丝杆，丝杆下端且在连接轴承下方固定有第一齿轮，第一齿轮啮合连接有第二齿轮，第二齿轮的中心连接有驱动轴，驱动轴转动连接有第一方管上，且驱动轴连接有驱动电机，驱动电机固定在第一方管的外侧面上。

所述的用于模拟石漠化装置中，第一齿轮和第二齿轮均为锥形齿轮。

所述的用于模拟石漠化装置中，喷头为多个且均匀的固定在连接杆上。

所述的用于模拟石漠化装置中，喷头包括喷头本体和设在喷头本体背向出水端面的凸台，凸台上转动连接有转轴，且转轴的一端部连接有第一电机，该第一电机固定在喷头本体上，转轴的中部固定连接有连接头，连接头上设有L形通道，且L形通道在连接头轴线端连接有旋转接头，旋转接头另一端连接有管道接头，管道接头上固定连接有固定板，L形通道在远离旋转接头一端连接有软管，该软管的另一端与喷头本体的进水口连接；连接头外侧固定连接有第一齿轮，第一齿轮侧面啮合连接有第二齿轮，且第二齿轮的中心连接有第二电机，该第二电机固定在固定板的下端面。

所述的用于模拟石漠化装置中，喷头通过固定板固定连接杆上，且分水管的末端连接在管道接头上。

所述的用于模拟石漠化装置中，分水管均为伸缩软管。

有益效果：

本发明提供了一种用于模拟石漠化装置，通过进水管、分水器、分水管、支架和喷头组成模拟降雨结构，在模拟降雨结构喷头下方连接承接盆，承接盆上端平铺有带细孔的泡沫板，且在泡沫板上方覆盖有试验泥土，泡沫板边沿设有支撑框，支撑框下方设有第一气缸，且第一气缸的下端固定在在承接盆内，支撑框的侧面与承接盆之间留有间隙，承接盆下方设有箱体，箱体内部设有水沙量测器，水沙量测器电连接有处理器，进而形成用于模拟石漠化装置，实现对试验泥土的水土流失量的检测，并且通过控制第一气缸调节支撑框的倾斜程度，使得试验泥土形成不同的坡度。即通过检测试验泥土的水土流失量，检测该试验泥土的容易形成石漠化的程度。

附图说明

图1为模拟石漠化置装的结构示意图。

图2为泥土平面调节结构的实施例一的结构示意图。

图3为泥土平面调节结构的实施例二的结构示意图。

图4为支架的结构示意图。

图5为图4所示的伸缩杆的实施例三的结构示意图。

图6为图4所示的伸缩杆的实施例四的结构示意图。

图7为喷头的结构示意图。

图8为图7所示的喷头的主视图。

图9为图7所示的喷头的左视图。

具体实施方式

本发明提供一种用于模拟石漠化装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，其中，图1为了看到箱体内部的水沙量测器2，进行了局部剖视。用于模拟石漠化装置，包括进水管7、分水器9、分水管12、支架6和喷头5，进水管7一端连接有水源，另一端与分水器9进水端连接，且在进水管7上串接有水泵8，分水管12的一端固定在分水器9的出水端，且中部固定在支架6上，分水管12的末端与喷头5连接。其中，该模拟石漠化置装在野外使用时，该水源可以为附近的河流或池塘，在室内使用时，该水源可以为水箱。其通过水泵8增压，将水源的水通过进水管7泵至分水器9，分水器9将水从不同的出水端经过分水管12流至喷头5，并且才喷头5喷出，实现在模拟石漠化时的人工降雨。

分水器9的出水端与分水管12之间连接有调节阀10和水压检测器11，且调节阀10固定在分水器9的出水端，水压检测器11固定在调节阀10的出水端，喷头5下方连接有承接盆41，承接盆41上端平铺有带细孔的泡沫板42，且在泡沫板42上方覆盖有试验泥土，泡沫板42的细孔可以通过水和细沙和泥，承接盆41下方设有箱体3，箱体3内部设有水沙量测器2，水沙量测器2电连接有处理器1。具体的，当喷头5向试验泥土喷水时，试验泥土在喷头5喷出的模拟雨水作用下会产生水土流失，而流失的水土落入在箱体3内，再经过水沙量测器2对进入箱体3内的水土进行检测，在处理器1分析出试验泥土在对应的雨水作用下的水土流失情况，其中，水沙量测器2电连接有处理器1为现有的用于水土流失的设备，具体可以参照中国专利CN201210019537.3公开的便携式水土流失动态监测仪，水沙量测器通常选用雨量筒和数码天平，以对水沙进行计量，微处理器10中设置有水沙数据采集及侵蚀模数运算分析软件，当然也可以采用其他能实现相同功能的检测设备，本申请不保护该检测设备，故不作赘述。

参照图2和图3，其中，图2和图3为了看到承接盆41内部的结构，进行了局部剖视。具体的，试验泥土平面调节结构，包括承接盆41，承接盆41上端平铺有带细孔的泡沫板42，且在泡沫板42上方覆盖有试验泥土，泡沫板42边沿设有支撑框43，且支撑框43的高度大于或等于试验泥土的高度，泡沫板42边沿设有支撑框43，支撑框43下方设有第一气缸44，且第一气缸44的下端固定在在承接盆41内，支撑框43的侧面与承接盆41之间留有间隙。其中，支撑框43用于固定泡沫板42，和对试验泥土的周围具有一定的包围作用，而第一气缸44用于支撑支撑框43，使其与承接盆41内底面具有一定距离，并且通过控制各个第一气缸44的伸缩量不同，可以实现泡沫板42处于平面或斜坡状态。

参照图2，实施例一，第一气缸44数量为四个且分别设在支撑框43的四角，且第一气缸44的缸体端与承接盆41固定连接，第一气缸44的活塞杆端通过铰接头46与支撑框43铰接，具体的，支撑框43相邻的其中两个第一气缸44设有横向的腰型槽45，且腰型槽45设在支撑框43的对边上，对应的铰接头46连接在该腰型槽45上，使得在调整泡沫板42倾斜角度时，支撑框43绕着没有设置腰型槽45的铰接点所在轴线转动，而另外两个铰接点在绕着腰型槽45转动的同时，在腰型槽45内移动，实现对长度差的调节，同时能实现泡沫板42倾斜角度的调节。即在支撑框43的四角分别设置有第一气缸44，控制相邻的两个第一气缸44的伸缩量与另外两个第一气缸44的伸缩量不同，使得支撑框43两边的高度不同，即使得泡沫板42倾斜形成斜坡状态。

参照图3，实施例二，第一气缸44数量为四个且分别设在支撑框43的四角，其中一个第一气缸44的缸体端与承接盆41固定连接，且活塞杆端通过万向接头47与支撑框43连接，另外三个第一气缸44的缸体端分别与承接盆41铰接且活塞杆端通过万向接头47分别与支撑框43连接。因此，以缸体端与承接盆41固定连接的第一气缸44为支点，支撑框43在该位置只可以上下移动和绕着万向接头47转动，而不能在其他方向移动，而其他位置的第一气缸44除了在万向接头47处转动外，由于缸体端与承接盆41铰接，因此使得对应的第一气缸44可以倾斜来补偿将支撑框43调节至倾斜时的位移差。即在支撑框43的四角分别设置有第一气缸44，分别控制对应的各个第一气缸44的伸缩量，使得支撑框43两边或对角的高度不同，即使得泡沫板42倾斜形成斜坡状态，其斜坡状态包括对边倾斜和对角倾斜。

其中，支撑框43的侧面与承接盆41之间留有间隙，其间隙除为泡沫板42在斜坡状态和平面状态之间切换提供活动空间外，还可以通过从试验泥土上表面流失的水土，并且流失的水土均能进入到箱体3内进行检测。

为了方便将流失的水土进入箱体3中，将承接盆41为漏斗状。

为了承接盆41和箱体3的放置，承接盆41的四角向下延伸有支撑脚48。

分水管12均为伸缩软管，使得其不影响伸缩杆的升降，并且伸缩杆处于收缩状态时，分水管12不会下垂而占用空间和增加水的阻力，图1中仅画出部分分水管12。

较优的，在分水器9的出水端与分水管12之间连接有调节阀10和水压检测器11，且调节阀10固定在分水器9的出水端，水压检测器11固定在调节阀10的出水端，该检测器用于检测进入喷头5的水压，调节阀10为电磁阀，用于调节分水管12水流量。

参照图4，其中，支架6包括竖向设置的伸缩杆61，伸缩杆61上端设置有横向设置的连接杆63，连接杆63的两端固定有第二气缸62，且连接杆63通过第二气缸62与伸缩杆61铰接，具体的，支架6的竖向的支撑杆采用伸缩杆61制作，使得可以控制支架6的高度，而伸缩杆61的上端通过第二气缸62与连接杆63铰接，第二气缸62的缸体端与连接杆63固定，第二气缸62的活塞杆末端与伸缩杆61上端铰接，使得连接杆63两端的连接的伸缩杆61可以在不同的高度，即使得连接杆63可以调节在倾斜的位置，其中，连接杆63由水平调节至倾斜时，由于两端伸缩杆61固定，即距离不变，因此，通过第二气缸62连接，利用第二气缸62的伸出量补偿连接杆63的长度差，使得连接杆63可以调节到倾斜位置。

具体的，在实际使用中，在第二气缸62进/出气口上设有电磁阀，当支架6调节后，通过关闭电磁阀，实现第二气缸62内部的气压保压，即保证第二气缸62的活塞两侧的气压平衡，防止活塞杆产生相对缸体的移动。

参照图5和图6，具体的，伸缩杆61包括第一方管602和插在第一方管602内部且可沿第一方管602上下移动的第二方管601，第一方管602下端内部固定有连接轴承611，连接轴承611包括与第一方管602内部固定连接的轴套和固定在轴套内部且与丝杆613连接的直线轴承，第二方管601下端内部固定有滚珠轴承612，连接轴承611和滚珠轴承612同时连接有丝杆613。其中，丝杆613通过连接轴承611转动连接在第一方管602下端，丝杆613在连接轴承611的上方通过滚珠轴承612连接第二方管601，使得转动丝杆613转动时，丝杆613在连接轴承611处只能转动，滚珠轴承612与丝杆613上的螺纹啮合而使得滚珠轴承612带动第二方管601上下移动，实现第二方管601相对第一方管602的伸出长度的调节，即支架6的高度调节。

具体的，第二方管601上端面固定有第一铰接件618，第二气缸62的活塞杆末端固定连接有第二铰接件617，且第一铰接件618与第二铰接件617通过螺栓铰接，形成铰接头。

具体的，丝杆613下端且在连接轴承611下方固定有第一齿轮610，第一齿轮610啮合连接有第二齿轮69，第一齿轮610和第二齿轮69均优选为锥形齿轮。第二齿轮69的中心连接有驱动轴619，驱动轴619转动连接有第一方管602上，且驱动轴619连接有驱动电机65，驱动电机65固定在第一方管602的外侧面上。因此，通过控制驱动电机65的转动，驱动电机65的输出轴上第二齿轮69带动第一齿轮610转动，使得丝杆613转动，进而实现支架6的高度调节。

具体的，第一方管602内部焊接有第一固定块68，且第一固定块68中心设有第一通孔，轴套一端插在该第一通孔中，且另一端通过螺钉与第一固定块68连接，第二方管601内部焊接有第二固定块67，且第二固定块67中心设有第二通孔，滚珠轴承612一端插在该第二通孔中，且另一端通过螺钉与第二固定块67连接。其中，第一固定块68、第二固定块67分别水平铺设在第一方管602、第二方管601内，其用于丝杆613结构的连接，即轴套通过螺钉固定在第一固定块68、滚珠轴承612通过螺钉固定在第二固定块67上。

参照图5，实施例三中，第二方管601外壁面设有竖向的滑槽616，滑槽616的下端与第二方管601的下端面不连通，第一方管602上端的内壁面上设有与滑槽616配合的卡齿615，因此，第二方管601在上升到一定范围后，卡齿615与滑槽616的下端端部抵接，实现限位，避免第二方管601滑出第一方管602内。

参照图6，实施例四中，丝杆613在远离连接轴承611的一端固定连接有可沿第二方管601内部滑动的滑块614，且滑块614的形状与第二方管601的内表面配合。具体的，在第二方管601升降时，滑块614同时沿着第二方管601内部滑动，由于第二方管601的外表面与第一方管602的内表面滑动配合，滑块614与第二方管601内表面滑动配合，且滑块614的形状及尺寸与第二方管601配合，使得丝杆613的两端被滑块614和连接轴承611固定，使得丝杆613更加稳定，避免丝杆613的上端产生晃动。

进一步的，支架6还包括纵向设置的横梁64，且横梁64两端固定连接在连接杆63上。即支架6主要由伸缩杆61、连接杆63和横梁64组成立体状，横梁64两端固定在连接杆63上，使得不会影响将连接杆63调节至倾斜位置。

第一方管602的侧面和连接杆63的下端面均安装有管道夹66，管道夹66为现有的同于固定管道的夹子或扎箍，优选为现有的塑料管夹。

喷头5为多个且均匀的固定在连接杆63上，分水管12均为伸缩软管，使得其不影响伸缩杆61的升降，并且伸缩杆61处于收缩状态时，分水管12不会下垂而占用空间和增加水的阻力。

参照图7、图8和图9，喷头5包括阵列型喷头本体51和设在喷头本体51背向出水端面的凸台511，其中，该阵列型喷头本体51为现有喷头5，其在储水端面均匀阵列有多个喷水孔，使得可以同时形成多点雨滴。凸台511设在喷头本体51的背面，并且与喷头本体51的外壳为一体成型，凸台511上转动连接有转轴510，且转轴510的一端部连接有第一电机52，该第一电机52固定在喷头本体51上，转轴510的中部固定连接有连接头53。优选的，凸台511为两个，且对称的设在第一端部的两侧。

具体的，通过在喷头本体51的背面设置凸台511，在两个凸台511之间设有连接头53，且连接头53通过转轴510与凸台511铰接，而连接头53与转轴510固定连接、第一电机52与喷头本体51的外壳固定连接，使得控制第一电机52转动，可以实现喷头本体51绕着转轴510摆动。即在使用时，控制第一电机52转动，可以实现喷头本体51喷出的水滴与水平面的夹角，使得形成的模拟雨滴可以倾斜的打在试验泥土上，且角度可控。

连接头53上设有L形通道513，且L形通道513在连接头53轴线端连接有旋转接头55，该连接头53轴线端为与连接头53轴线重合的一端，旋转接头55另一端连接有管道接头57，管道接头57上固定连接有固定板56，L形通道513在远离旋转接头55一端连接有软管512，该软管512的另一端与喷头本体51的进水口连接。

具体的，该固定板56用于与支架6连接，管道接头57用于与进水的管道连接，即分水管12连接，使得分水管12内的水可以从管道接头57、旋转接头55、L形通道513和软管512进入喷头本体51内部，再利用文丘里原理使得水从喷头本体51的喷水孔喷出。其中，管道接头57与L形通道513之间通过旋转接头55连接，且旋转接头55为现有的连接接头，使得喷头本体51可以绕着管道接头57转动，结合上述的喷头本体51绕着转轴510摆动的结构，实现喷头本体51的喷水孔可以在各个方向上调节角度。

具体的，连接头53外侧固定连接有第三齿轮54，第三齿轮54与旋转接头55同轴设置且第三齿轮54固定在连接头53外表面，第三齿轮54侧面啮合连接有第四齿轮59，且第四齿轮59的中心连接有第二电机58，该第二电机58固定在固定板56的下端面。通过控制第二电机58的转动，可以使得第二电机58的输出轴上固定套设的第四齿轮59带动第三齿轮54转动，进而实现连接头53的转轴510，使得喷头本体51可以绕着管道接头57转动，结合上述的喷头本体51绕着转轴510摆动的结构，实现喷头本体51的喷水孔可以在各个方向上调节角度。

具体的，连接头53包括与转轴510连接的第一端部532和与旋转接头55连接的第二端部531，第一端部532为方体状且用于与凸台511的铰接，为了第一端部532能更好的绕转轴510的轴线转动且使得结构紧凑，其在远离第二端部531的一端设有全倒圆角，全倒圆角的圆形与转轴510的轴向重合。L形通道513设在第二端部531上，其用于与旋转接头55连接，第三齿轮54固定在第二端部531的外表面，且与第二端部531同心设置。因此，L形通道513不影响喷头本体51的运动以及管道的喷头本体51与管道接头57的连通。

优选的，软管512所在平面与转轴510的轴线垂直，使得喷头本体51在摆动时不会对软管512产生扭矩力，而只产生折弯方形的力，由于软管512的长度比直径大，所以不容易被折坏。当然，喷头本体51的摆动范围设在软管512的扭矩方向形变的范围内时，软管512可以设在其他位置，只要能实现L形通道513与喷头本体51的连通即可。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于模拟石漠化装置，包括进水管、分水器、分水管、支架和喷头，其特征在于，进水管一端连接有水源，另一端与分水器进水端连接，且在进水管上串接有水泵，分水管的一端固定在分水器的出水端，且中部固定在支架上，分水管的末端与喷头连接，喷头下方连接有承接盆，承接盆上端平铺有带细孔的泡沫板，且在泡沫板上方覆盖有试验泥土，泡沫板边沿设有支撑框，支撑框下方设有第一气缸，且第一气缸的下端固定在在承接盆内，支撑框的侧面与承接盆之间留有间隙，承接盆下方设有箱体，箱体内部设有水沙量测器，水沙量测器电连接有处理器。

2.根据权利要求1所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，分水器的出水端与分水管之间连接有调节阀和水压检测器，且调节阀固定在分水器的出水端，水压检测器固定在调节阀的出水端。

3.根据权利要求1所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，支架包括竖向设置的伸缩杆，伸缩杆上端设置有横向设置的连接杆，连接杆的两端固定有第二气缸，且连接杆通过第二气缸与伸缩杆铰接。

4.根据权利要求3所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，伸缩杆包括第一方管和插在第一方管内部且可沿第一方管上下移动的第二方管，第一方管上设有驱动第二方管上下移动的驱动机构。

5.根据权利要求4所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，驱动机构包括固定在第一方管下端内部的连接轴承、固定在第而方管下端内部的滚珠轴承、同时与连接轴承和滚珠轴承的中心连接的丝杆，丝杆下端且在连接轴承下方固定有第一齿轮，第一齿轮啮合连接有第二齿轮，第二齿轮的中心连接有驱动轴，驱动轴转动连接有第一方管上，且驱动轴连接有驱动电机，驱动电机固定在第一方管的外侧面上。

6.根据权利要求5所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，第一齿轮和第二齿轮均为锥形齿轮。

7.根据权利要求3所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，喷头为多个且均匀的固定在连接杆上。

8.根据权利要求7所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，喷头包括喷头本体和设在喷头本体背向出水端面的凸台，凸台上转动连接有转轴，且转轴的一端部连接有第一电机，该第一电机固定在喷头本体上，转轴的中部固定连接有连接头，连接头上设有L形通道，且L形通道在连接头轴线端连接有旋转接头，旋转接头另一端连接有管道接头，管道接头上固定连接有固定板，L形通道在远离旋转接头一端连接有软管，该软管的另一端与喷头本体的进水口连接；连接头外侧固定连接有第一齿轮，第一齿轮侧面啮合连接有第二齿轮，且第二齿轮的中心连接有第二电机，该第二电机固定在固定板的下端面。

9.根据权利要求8所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，喷头通过固定板固定连接杆上，且分水管的末端连接在管道接头上。

10.根据权利要求1所述的用于模拟石漠化装置，其特征在于，分水管均为伸缩软管。