CN111141484A - 一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机及工作方法，包括底部支座，底部支座顶面设置有竖向设置的滑轨，滑轨滑动连接有造浪水箱，造浪水箱的顶部箱壁与连杆的一端铰接，连杆的另一端与设置在摆臂上的滑块铰接，滑块与设置在摆臂上的调幅驱动件连接，调幅驱动件能够驱动滑块沿摆臂轴线方向运动，摆臂与驱动机构连接，驱动机构安装在固定设置的顶部支座上，驱动机构能够驱动摆臂的转动，摆臂的转动能够通过连杆带动造浪水箱沿滑轨运动，造浪水箱顶部箱壁面积大于顶部箱壁面积，其一侧的侧部箱壁与水平面呈锐角设置，本发明的造浪机能够制造不同类型波浪，适用性强。

Description

一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机及工作方法

技术领域

本发明涉及海底滑坡试验设备技术领域，具体涉及一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机及工作方法。

背景技术

海洋面积占全球面积的绝大部分，沿岸城市地区集中了世界3/5人口以及2/3的大中城市。海洋中蕴藏着丰富的资源，例如海洋中的石油总储量占全球的34％。为了实现对海洋的开发，各国在海洋上修建大量设施。但是在自然因素以及人为因素的影响作用下，海洋产生众多地质灾害。海底滑坡是具有巨大威海的海洋地质灾害之一。

伴随着海洋经济的飞速发展，近10年来海底滑坡逐渐成为研究热点，海底沉积物沿斜坡运动形成了海底滑坡。然而对海底滑坡的范畴以及分类尚无明确的划分，学术界尚未达成共识，预测预警尚未体系。因此探究海底滑坡的机理迫在眉睫。

由于海底环境复杂多变，所以在海底滑坡现场开展实验存在极大困难和风险。数值模拟并不能充分明确揭示海底滑坡机理，因为进行海底滑坡模型试验是验证海底滑坡的最佳选择。海底滑坡模型试验需要设置造浪设备，但是发明人发现，目前应用于海底滑膜模型试验用造浪设备只能制造单一类型的波浪，造浪设备的适用性差，不能满足海底环境复杂多变的试验条件需求。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，能够满足不同种类波浪的制造需求，适用性强。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，包括底部支座，底部支座顶面设置有竖向设置的滑轨，滑轨滑动连接有造浪水箱，造浪水箱的顶部箱壁与连杆的一端铰接，连杆的另一端与设置在摆臂上的滑块铰接，滑块与设置在摆臂上的调幅驱动件连接，调幅驱动件能够驱动滑块沿摆臂轴线方向运动，摆臂与驱动机构连接，驱动机构安装在固定设置的顶部支座上，驱动机构能够驱动摆臂的转动，摆臂的转动能够通过连杆带动造浪水箱沿滑轨运动，造浪水箱顶部箱壁面积大于顶部箱壁面积，其一侧的侧部箱壁与水平面呈锐角设置。

进一步的，所述驱动机构安装在架体上，所述架体与升降机构连接，所述升降机构安装在顶部支座上，升降机构能够调节驱动机构的高度，满足不同水位的造浪需求。

进一步的，所述升降机构采用四联动螺旋升降机，所述四联动螺旋升降机由固定设置在顶部支座的升降电机提供动力，其升降部分与架体固定连接。

进一步的，所述顶部支座上设置有多个导向柱，所述导向柱穿过所述架体，用于对架体的升降运动进行导向。

进一步的，所述调幅驱动件包括固定在摆臂一端端部的调幅电机，所述调幅电机输出轴与丝杠的连接，丝杠沿摆臂轴线方向设置，所述丝杠与调幅滑块连接，丝杠的转动能够带动调幅滑块沿摆臂轴线方向运动。

进一步的，所述调幅电机设置有电机抱闸，用于锁定调幅电机的输出轴。

进一步的，所述驱动机构包括转动电机，所述转动电机输出轴与减速箱连接，减速箱输出轴通过齿轮传动与传动轴连接，传动轴端部与摆臂固定连接，所述转动电机通过变频器与控制系统连接，控制系统能够通过变频器控制转动电机的转速。

进一步的，所述连杆的顶端与轴承座的外壳固定连接，轴承座的内圈部分与与调幅滑块固定连接，轴承座设置有夹块，所述夹块夹紧连杆的顶部，保证轴承座与连杆连接的稳定性。

本发明还公开了一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机的工作方法：驱动机构带动摆臂转动，摆臂的转动在连杆的作用下带动造浪水箱做升降运动，造浪水箱与水平面倾斜呈锐角的侧部箱壁对水产生作用力，产生波浪。

进一步的，调幅驱动件工作，调节调幅滑块在摆臂上的位置，调节造浪水箱的运动幅度，能够制造不同大小的波浪。

本发明的有益效果：

1.本发明的造浪机，具有调幅驱动件，能够调节调幅滑块在摆臂上的位置，进而调节连杆能够带动造浪水箱升降幅度的大小，从而满足了不同大小波浪的制造需求。

2.本发明的造浪机，能够利用变频器控制摆臂的转速，从而调节造浪水箱升降运动的速度，满足了不同频率波浪的制造需求。

3.本发明的造浪机，能够利用升降机构调节驱动机构、摆臂、造浪水箱的整体高度，满足了不同水位下的造浪需求，提高了整个造浪机的适用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1整体结构主视示意图；

图3为本发明实施例1整体结构侧视示意图；

图4为本发明实施例1整体结构俯视示意图；

图5为本发明实施例1摆臂结构示意图；

其中，1.三角型钢架，2.连接支撑梁，3.滑轨安装梁，4.滑轨，5.造浪箱体，6.升降滑块，7.铰接座，8.连杆，9.摆臂，10.调幅电机，11.联轴器，12.丝杠，13.第一轴承座，14.调幅滑块，15.导轨，16.第二轴承座，17.夹块，18.电机抱闸，19.架体，20.转动电机，21.减速器，22.第一齿轮，23.第二齿轮，24.传动轴，25.四联动螺旋升降机，26.升降电机，27.导向柱，28.顶部支座，29.第三轴承座，30.连接架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的造浪机只能制造单一类型的波浪，适用性差，针对上述问题，本申请提出了一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-5所示，一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，包括底部支座，所述底座支座包括三个三角型钢架1，相邻三角型钢架底部设置有连接支撑梁2，三个三角型钢架的顶端固定有滑轨安装梁3，所述滑轨安装梁上固定有四根轴线竖向设置的滑轨4，所述滑轨与造浪箱体5滑动连接，所述造浪箱体包括顶部箱壁、底部箱壁及四个侧部箱壁，所述顶部箱壁的面积大于底部箱壁的面积，使造浪箱体的其中一个侧部箱壁与水平面呈锐角设置，与水平面呈锐角设置的侧部箱壁相对的侧部箱壁上固定有多个升降滑块6，所述升降滑块与滑轨滑动连接，造浪箱体通过升降滑块与滑轨滑动连接。

所述造浪箱体用于浸入水中，造浪箱体的升降运动能够利用与水平面呈锐角设置的侧部箱壁对水产生水平作用力，制造波浪。

所述造浪箱体的顶部箱壁上设置有两个铰接座7，造浪箱体的顶部箱壁通过铰接座与连杆8的底端铰接连接，所述连杆的顶端与摆臂9铰接连接。

所述摆臂上设置有调幅驱动件，所述调幅驱动件包括固定在摆臂一端的调幅电机10，所述调幅电机采用步进电机，所述调幅电机的输出轴通过联轴器11与丝杠12的一端固定连接，丝杠的另一端与第一轴承座13转动连接，第一轴承座固定在摆臂的另一端，丝杠沿摆臂轴线方向设置，所述丝杠上连接有调幅滑块14，所述调幅滑块与摆臂上设置的导轨15滑动连接，所述调幅滑块与第二轴承座16的内圈部分固定连接，所述第二轴承座的外壳设置有两个夹块17，两个夹块夹紧连杆的顶端，连杆顶端通过第二轴承座与摆臂实现铰接。

所述调幅电机的端部设置有电机抱闸18，所述电机抱闸能够对调幅电机的输出轴进行锁紧固定，防止调幅电机受外力作用发生运动。

两个所述摆臂的中部位置与驱动机构连接，驱动机构能够驱动摆臂的转动，摆臂的转动能够通过连杆带动造浪水箱沿滑轨做升降运动。

所述驱动机构安装在架体19上，包括转动电机20，所述转动电机采用伺服电机，相对于步进电机具有速度过载和转矩过载能力，确保惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，避免出现力矩浪费的现象，所述转动电机的输出轴与减速器21连接，所述减速器的输出轴与第一齿轮22连接，第一齿轮与第二齿轮23相啮合，第二齿轮的外径大于第一齿轮的外径，在降速的同时，能够提高输出扭矩，所述第二齿轮与传动轴24固定连接，所述传动轴的两端与第三轴承座29转动连接，所述第三轴承座固定在架体上，传动轴的两端分别与两个摆臂固定连接，转动电机能够通过减速器、第一齿轮和第二齿轮带动传动轴的转动，进而带动摆臂的转动。

所述架体与升降机构连接，升降机构固定在顶部支座28上，所述顶部支座为由多根钢梁焊接而成的立方体框架型结构，所述顶部支座与滑轨的顶端固定连接，顶部支座固定设置，能够对滑轨的顶端进行支撑。

所述升降机构采用四联动螺旋升降机25，四联动螺旋升降机为现有结构，其具体结构不在此进行详细叙述，四联动螺栓升降机由升降电机26驱动其工作，所述升降电机固定在架体上，采用步进电机，其与四联动螺旋升降机的连接方式采用现有电机与四联动螺旋升降机的连接方式即可，在此不进行详细叙述。

所述顶部支座上还设置有多根导向柱27，所述导向柱穿过架体，导向柱的顶端利用连接架30进行连接，所述导向柱用于对架体的升降运动进行导向。

升降机构能够带动架体、驱动机构、摆臂及造浪箱体整体的升降运动，满足不同水位的造浪需求。

本实施例中，所述调幅电机、电子抱闸、升降电机均与控制系统连接，由控制系统控制其工作，转动电机通过变频器与控制系统连接，控制系统能够通过变频器控制转动电机的转速。

控制系统与上位机连接，工作人员能够通过上位机相控制系统发送指令，电机的转速等信息也能够通过上位机进行显示。

实施例2：

本实施例公开了一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机的工作方法，升降电机工作，使造浪箱体全部进入水中，利用上位机设定转动电机的转速，变幅电机工作，使变幅滑块运动至摆臂的设定位置，并利用电子抱闸锁死，控制系统向转速电机发送指令，转速电机带动摆臂转动，在连杆的作用下，造浪水箱在水内做往复的升降运动，与水平面倾斜呈锐角的侧部箱壁对水产生推力，形成波浪。

本实施例中，改变调幅滑块在摆臂上的位置，能够调节造浪水箱运动幅度的大小，从而满足不同大小波浪的制造需求。

通过变频器改变转动电机的转速，能够调节造浪箱体往复升降运动的速度，进而调节波浪的频率。

采用一套造浪机，能够制造出不同大小和频率的波浪，满足了海底环境复杂多变条件下实验需求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，包括底部支座，底部支座顶面设置有竖向设置的滑轨，滑轨滑动连接有造浪水箱，造浪水箱的顶部箱壁与连杆的一端铰接，连杆的另一端与设置在摆臂上的滑块铰接，滑块与设置在摆臂上的调幅驱动件连接，调幅驱动件能够驱动滑块沿摆臂轴线方向运动，摆臂与驱动机构连接，驱动机构安装在固定设置的顶部支座上，驱动机构能够驱动摆臂的转动，摆臂的转动能够通过连杆带动造浪水箱沿滑轨运动，造浪水箱顶部箱壁面积大于顶部箱壁面积，其一侧的侧部箱壁与水平面呈锐角设置。

2.如权利要求1所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述驱动机构安装在架体上，所述架体与升降机构连接，所述升降机构安装在顶部支座上，升降机构能够调节驱动机构的高度，满足不同水位的造浪需求。

3.如权利要求2所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述升降机构采用四联动螺旋升降机，所述四联动螺旋升降机由固定设置在顶部支座的升降电机提供动力，其升降部分与架体固定连接。

4.如权利要求2所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述顶部支座上设置有多个导向柱，所述导向柱穿过所述架体，用于对架体的升降运动进行导向。

5.如权利要求1所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述调幅驱动件包括固定在摆臂一端端部的调幅电机，所述调幅电机输出轴与丝杠的连接，丝杠沿摆臂轴线方向设置，所述丝杠与调幅滑块连接，丝杠的转动能够带动调幅滑块沿摆臂轴线方向运动。

6.如权利要求5所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述调幅电机设置有电机抱闸，用于锁定调幅电机的输出轴。

7.如权利要求1所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述驱动机构包括转动电机，所述转动电机输出轴与减速箱连接，减速箱输出轴通过齿轮传动与传动轴连接，传动轴端部与摆臂固定连接，所述转动电机通过变频器与控制系统连接，控制系统能够通过变频器控制转动电机的转速。

8.如权利要求1所述的一种用于海底滑坡物理模型试验的造浪机，其特征在于，所述连杆的顶端与轴承座的外壳固定连接，轴承座的内圈部分与与调幅滑块固定连接，轴承座设置有夹块，所述夹块夹紧连杆的顶部，保证轴承座与连杆连接的稳定性。

9.一种权利要求1-8任一项所述的用于海底滑坡物理模型试验的造浪机的工作方法，其特征在于，驱动机构带动摆臂转动，摆臂的转动在连杆的作用下带动造浪水箱做升降运动，造浪水箱与水平面倾斜呈锐角的侧部箱壁对水产生作用力，产生波浪。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于，调幅驱动件工作，调节调幅滑块在摆臂上的位置，调节造浪水箱的运动幅度，能够制造不同大小的波浪。

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