CN111238758B - 一种双向移动龙卷风模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向移动龙卷风模拟器，包括有机玻璃罩、整流装置、导流板、导流板调控装置、水平移动平台、升降平台、齿轮、齿条、驱动装置等。模拟器的上部为有机玻璃罩，下部为整流装置。在整流装置的内部，升降平台嵌入水平移动平台，基于齿轮齿条的传动方式，由驱动装置带动水平移动平台和升降平台运动，实现龙卷风的等效水平移动和等效升降运动；通过导流板调控装置调节导流板的角度，控制涡流比。本发明弥补了现有的龙卷风模拟器在移动维度上的不足，能够更加合理地满足工程抗龙卷风试验的需要。

Description

一种双向移动龙卷风模拟器

技术领域

本发明涉及一种双向移动龙卷风模拟器，通过水平移动平台和升降平台的移动，实现龙卷风在两个方向等效移动，适用于工程抗龙卷风试验研究，属于结构风工程领域。

背景技术

龙卷风是一种极端风环境，具体表现为一种高速旋转的漏斗状的强风漩涡，它的范围较小，但是破坏力极强。龙卷风所到之处，将尘土、泥沙卷起，甚至可以掀翻车辆，将人畜吸走、树木连根拔起，对建筑及基础设施造成严重损害，强烈地威胁人的生命财产安全。

关于龙卷风的形成机制，气象部门已有许多有价值的研究进展，但龙卷风的持续时间、发生位置和路径，仍不能通过现有的技术手段来预测。在一些关键设施，例如高速铁路、大型公共建筑上，应该如何考虑龙卷风对其运营安全的影响，尚未存在明确观念。

龙卷风对建筑物结构的破坏形式是一个有待探索的领域，龙卷风作用下建筑物受力复杂。目前有关抗龙卷风的研究，主要基于风洞试验建立龙卷风模拟器。龙卷风模拟器，主要有Ward型和ISU两种基本类型，其中ISU类型的模拟器，基于发生装置的水平移动实现龙卷风的等效水平移动。

为了研究移动龙卷风对建筑物的作用，也是对现有龙卷风模拟器在移动维度上的补充，提高抗龙卷风工程试验的多功能性和精确性，客观上需要研制新的解决方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的龙卷风模拟器在移动方式上的不足，突破原有的龙卷风模拟器仅能实现水平等效移动的限制，提供一种双向移动龙卷风模拟器。基于水平移动平台、升降平台和齿轮齿条传动方式，实现龙卷风的水平和竖直两个方向的等效移动，以便于工程抗龙卷风试验。

为了达到上述目的，本发明采用的方法是：一种双向移动龙卷风模拟器，包括有机玻璃罩 、整流装置、导流板、导流板调控装置、水平移动平台、升降平台；所述的整流装置包括整流装置外壳以及整流装置内壳；所述的整流装置外壳以及整流装置内壳之间构成环绕的腔体，所述的导流板设置在所述的环绕的腔体内，导流板还通过导流板调控装置与整流装置连接，导流板调控装置用于调节导流板的角度；在整流装置外壳的下端设置有进风口，在玻璃罩上端设置有出风口；在进风口上还连接有喇叭型进气口，喇叭型进气口内设有蜂窝板，所述的喇叭型进气连接鼓风机向整流装置内吹入气流；所述的整流装置内壳上嵌入水平移动平台，水平移动平台内嵌入升降平台，升降平台用于放置建筑模型，水平移动平台通过凸凹垫搭接盖板，盖板内切割孔洞，孔洞的形状与试验建筑模型的外轮廓一致；所述的水平移动平台与整流装置内壳之间通过水平驱动装置连接，水平驱动装置可驱动水平移动平台在所述的整流装置内壳上水平移动；所述的升降平台通过升降驱动装置与水平移动平台连接；所述的升降驱动装置可驱动所述的升降平台在所述的水平移动平台上上下移动。

作为本发明的一种改进，所述的水平驱动装置包括设置在在水平移动平台下部的空心杯电机、驱动齿轮，在所述的整流装置内壳上设置有齿条支架，在齿条支架上设置有齿条，齿轮在齿条上行走。

作为本发明的一种改进，所述的齿条和齿条支架共四组，四组齿轮齿条中，仅设置一个齿轮带有驱动机构。

作为本发明的一种改进，所述的升降驱动装置包括空心杯电机、齿轮，所述的空心杯电机焊接在升降平台的下部，空心杯电机与齿轮连接，齿轮在齿条上行走，齿条内嵌于水平移动平台上。

作为本发明的一种改进，内嵌在水平移动平台上的齿条共4组，其中仅设置一个齿轮带有驱动机构。

作为本发明的一种改进，所述的空心杯电机连接控制器，控制器由无线电信号与无线遥控器连接。

作为本发明的一种改进，所述导流板由连杆贯穿并固定连接，同时连杆贯穿于整流装置的内壳和外壳；在整流装置的内壳和外壳上焊接螺母，连杆通过螺纹与螺母连接，从而将内壳悬挂在整流装置中。

作为本发明的一种改进，在整流装置外部的连杆上设置有手柄以及指针，在外壳上刻画角度标记，通过手柄转动连杆，带动导流板转动，通过指针和角度标记显示转动角度。

作为本发明的一种改进，所述的鼓风机与滑差电机连接，由滑差电机驱动鼓风机向整流装置内吹入气流，并通过调速器控制风速。

作为本发明的一种改进，所述的有机玻璃罩搭接在整流装置外壳上，并由合页连接，玻璃胶密封。

有益效果：

本发明利用无线驱动装置和齿轮齿条传动方式，实现无线遥控，基于水平移动平台升降平台的移动，模拟龙卷风的等效水平移动和龙卷风生成初期向地面发展的过程，设置导流板调控装置，精确控制涡流比。

附图说明

图1为本发明龙卷风模拟器总示意图；

图2为水平移动平台和升降平台工作原理图；

图3为水平齿条位置图；

图4为升降齿条位置图；

图5为升降齿条剖面图；

图6为可调控的送风装置图；

图7为可精确调控角度的导流装置图。

附图标记：1.有机玻璃罩 2.整流装置外壳 3.导流板调控装置 3-1.角度标记 3-2.指针3-3.螺母 3-4.连杆 3-5.手柄4.导流板 5. 整流装置内壳 6.水平移动平台 7.升降平台 8.盖板 9.齿轮 10.齿条 11.空心杯电机 12.控制器 13.电池 14.无线遥控器15.齿条支架 16.凸凹垫 17.支座 18.蜂窝板 19.喇叭形进气口 20.鼓风机 21.滑差电机22.调速器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的双向移动龙卷风模拟器，主要包括上部的机玻璃罩1和下部整流装置两部分，有机玻璃罩1由有机玻璃材质的圆管和圆形盖板构成，并且在盖板中心处切割出圆孔作为排气口，圆管和盖板由合页连接，并用玻璃胶密封。有机玻璃罩固定在整流装置外壳2上，由合页连接，玻璃胶密封。

整流装置中，整流装置外壳2、整流装置内壳5、水平移动平台6、升降平台7和盖板8均由轻质高强铝板材组成，整流装置外壳2和整流装置内壳5构成环绕的腔体，在环绕的腔体中设置导流板4。导流板调控装置3的工作原理如图7所示，导流板4由PVC材料构成，由连杆3-4贯穿，并粘接于连杆3-4，连杆上刻有螺纹，通过螺纹连接整流装置内外壳上的螺母3-3，螺母3-3焊接于整流装置的内外壳上。连杆3-4由低碳钢加工而成，将整流装置内壳5悬挂在整流装置外壳5上。连杆3-4上焊接指针3-2以及手柄3-5，整流装置外壳2上刻画角度标记3-1，通过手柄3-5转动连杆，带动导流板4转动，通过指针3-2和角度标记3-1显示转动角度。

整流装置内壳5上嵌入水平移动平台6，水平移动平台6内嵌入升降平台7，并且水平移动平台6通过凸凹垫16搭接盖板8。盖板8内切割孔洞，孔洞的形状与试验建筑模型的外轮廓一致，试验时将建筑模型放置于升降平台7上。

水平移动平台6由环形平板和圆筒焊接而成，在水平移动平台6下部固定空心杯电机11，空心杯电机11驱动齿轮9，齿轮9在齿条10上行走，齿条10固定在齿条支架15上，齿条支架15固定在整流装置内壳5上。水平移动平台6的齿条10和齿条支架15共四组，按图3布置。四组齿轮齿条行走装置中，仅设置一个齿轮9带有驱动装置，其余三个不带驱动的齿轮齿条行走装置保证结构稳定。在唯一的驱动装置中，空心杯电机11连接控制器12，控制器12由无线电信号与无线遥控器14连接，同时控制器12连接电池13，这样便形成了一组驱动装置，实现水平移动平台6的水平移动。在实际操作中，无线遥控器14发出指令给控制器12，控制器12通过控制线路中的电流，进而控制空心杯电机11，空心杯电机11驱动齿轮9在齿条10上行走，实现水平移动平台6的水平移动。

升降平台7为轻质高强的铝材圆形平板，空心杯电机11焊接在升降平台7的下部，空心杯电机11驱动齿轮9，齿轮9在齿条10上行走，齿条10内嵌于水平移动平台6上。内嵌在水平移动平台上6的齿条10布置方式如图4、图5所示，升降平台7的齿论齿条行走装置共4组，其中仅设置一个齿轮9带有驱动装置，其余三个不带驱动的齿轮齿条行走装置保证结构稳定。在唯一的驱动装置中，空心杯电机11连接控制器12，控制器12由无线电信号与无线遥控器14连接，同时控制器12连接电池13，这样便形成了一组驱动装置，实现升降平台7的升降运动。在实际操作中，无线遥控器14发出指令给控制器12，控制器12通过控制线路中的电流，进而控制空心杯电机11，空心杯电机11驱动齿轮9在齿条10上行走，实现升降平台7的升降运动。

在整流装置由4个支座17支撑于地面，整流装置的下部连接有喇叭型进气口19，由轻型铝板制成，并焊接于整流装置。喇叭型进气口19内设置一道蜂窝板18，由硅胶密封连接。如图6所示，喇叭型进气口19的进气端连接鼓风机20，鼓风机20由滑差电机21驱动，滑差电机21连接调速器22。在实际操作中，调速器22发送指令给滑差电机21，控制滑差电机21的速度，进而控制进气口的风速。

尽管上述实施方式对本发明进行了详细地说明，在具体实施过程中，依照实际操作仍可对细节进行补充和同等替换。应当指出：这些对于本发明权利要求进行细节的补充和同等替换后的技术方案，均视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双向移动龙卷风模拟器，其特征在于，包括有机玻璃罩、整流装置、导流板、导流板调控装置、水平移动平台、升降平台；所述的整流装置包括整流装置外壳以及整流装置内壳；所述的整流装置外壳以及整流装置内壳之间构成环绕的腔体，所述的导流板设置在所述的环绕的腔体内，导流板还通过导流板调控装置与整流装置连接，导流板调控装置用于调节导流板的角度；在整流装置的下端设置有喇叭型进气口，喇叭型进气口内设有蜂窝板；所述的喇叭型进气口连接鼓风机，鼓风机向整流装置内吹入气流；所述的整流装置内壳上嵌入水平移动平台，水平移动平台内嵌入升降平台，升降平台用于放置建筑模型；所述水平移动平台通过凸凹垫搭接盖板，盖板内切割孔洞，孔洞的形状与试验建筑模型的外轮廓一致；所述的水平移动平台与整流装置内壳之间通过水平驱动装置连接，水平驱动装置可驱动水平移动平台在整流装置内壳上水平移动；所述的升降平台通过升降驱动装置与水平移动平台连接，升降驱动装置可驱动升降平台在水平移动平台上上下移动；所述的水平驱动装置包括设置在水平移动平台下部的空心杯电机、驱动齿轮，在所述的整流装置内壳上设置有齿条支架，在齿条支架上设置有齿条，齿轮在齿条上行走；所述的升降驱动装置包括空心杯电机、齿轮，升降驱动装置中所述的空心杯电机焊接在升降平台的下部，升降驱动装置中的空心杯电机与齿轮连接，升降驱动装置中的齿轮在齿条上行走，升降驱动装置中的齿条内嵌于水平移动平台上；内嵌在水平移动平台上的齿条共4组，升降驱动装置的4组齿轮齿条中仅设置一个齿轮带有驱动机构；所述导流板由连杆贯穿并固定连接，同时连杆贯穿于整流装置的内壳和外壳；在整流装置的内壳和外壳上焊接螺母，连杆通过螺纹与螺母连接，从而将整流装置内壳悬挂在整流装置中；在整流装置外部的连杆上设置有手柄以及指针，在整流装置外壳上刻画角度标记，通过手柄转动连杆，带动导流板转动，通过指针和角度标记显示转动角度。

2.根据权利要求1所述的一种双向移动龙卷风模拟器，其特征在于：水平驱动装置中的齿条和齿条支架共四组，其四组齿轮齿条中，仅设置一个齿轮带有驱动机构。

3.根据权利要求1所述的一种双向移动龙卷风模拟器，其特征在于：所述的空心杯电机连接控制器，控制器由无线电信号与无线遥控器连接。

4.根据权利要求1所述的一种双向移动龙卷风模拟器，其特征在于：所述的鼓风机与滑差电机连接，由滑差电机驱动鼓风机向整流装置内吹入气流，并通过调速器控制风速。

5.根据权利要求1所述的一种双向移动龙卷风模拟器，其特征在于：所述的有机玻璃罩搭接在整流装置外壳上，并由合页连接，玻璃胶密封。

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