CN111622169B - 一种快速搭建河道地形物理模型的平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速搭建河道地形物理模型的平台及方法，包括工作台、横向模拟单元和竖向模拟单元，所述工作台包括底座和外墙板，外墙板沿竖向设置在底座的两侧，从而在底座的上方和两外墙板之间形成了近似U形模型制作区，底座的下部设置有与外界连通的操作区；所述横向模拟单元包括，横组合伸缩杆、万向调节座和横模型板单元；本发明平台结构简单，成本低，通过有限的组合伸缩杆件可以实现对河道地形的仿真模拟，并且该平台的使用方法简单，制作出来的河道物理模型仿真度高。

Description

一种快速搭建河道地形物理模型的平台及方法

技术领域

本发明属于水利工程模型试验领域，具体涉及一种快速搭建河道地形物理模型的平台及方法。

背景技术

目前国内普遍采用搭建物理模型的方法来进行防洪评价的河道地形模拟。通常是先画出河道地形图，根据所测河道数据制作河道断面。在获取河道断面的高程后，使用木板或者有机玻璃板制作出河道断面，再使用水泥浆等在断面之间制作出河道地形。这种现有技术下的传统物理模型搭建方法缺陷就在于不能够重复使用，施工时间漫长，如果中途出现错误容易浪费材料和人力，导致搭建模型的效率低下。

经检索查询公开号为“CN109723028A”的中国专利文献，公开了一种装配式快速搭建河道物理模型的装置及其方法，包括有支撑板和围板，围板与支撑板连接，支撑板安装有移轮，支撑板连接有多组支撑螺栓，支撑螺栓上连接有调节模块柱，支撑板与调节模块柱之间设有数控线管，数控线管内设置有数控线和电源线，数控线管与调节模块柱电连接，支撑板设有内凹槽，内凹槽内连接有电控伸缩杆，电控伸缩杆的外端连接有衔接装置，电控伸缩杆和衔接装置均与电源线电连接，支撑板设有两组衔接槽，衔接槽与衔接装置相卡接，衔接槽内壁左右两侧设置有卡槽，衔接装置设置有卡头，卡头与卡槽相匹配。

该专利方案结合其结合装配式快速搭建河道物理模型的方法具有使用简单的优点，然而该专利方案通过调整每个调节模块柱的高度来建立河道物理模型，由于河道的边坡具有连续性，所以为了使建立的河道物理模型更加接近仿真，需要无限的增多调节模块柱的数量来实现接近仿真，结构复杂，并且每个调节模块柱的底端均设有一个电机，通过电机推动调节模块柱的内柱上升或下降，成本较高，不利于实施例。

发明内容

针对现有河道地形物理模型制作的缺陷和问题，本发明提供一种快速搭建河道地形物理模模型的平台及方法，该平台结构简单，成本低，通过有限的组合伸缩杆件可以实现对河道地形的仿真模拟，并且该平台的使用方法简单，制作出来的河道物理模型仿真度高。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种快速搭建河道地形物理模型的平台，包括工作台、横向模拟单元和竖向模拟单元，所述工作台包括底座和外墙板，外墙板沿竖向设置在底座的两侧，从而在底座的上方和两外墙板之间形成了近似U模型制作区，底座的下部设置有与外界连通的操作区；所述横向模拟单元包括，横组合伸缩杆、万向调节座和横模型板单元，两外墙板沿横向均匀开有贯穿的横孔，横孔内套装有横组合伸缩杆，横组合伸缩杆的外端设置有锁死机构，其内端延伸至模型制作区，每根横组合伸缩杆的内端均通过万向调节座连接有横模型板单元；所述竖向模拟单元包括，竖组合伸缩杆、万向调节座和竖模型板单元，底座沿竖向均匀开有贯穿的竖孔，竖孔内套装有竖组合伸缩杆，竖组合伸缩杆的下端延伸至操作区，并设置有锁死机构，其上端延伸至模型制作区，每根竖组合伸缩杆的上端均通过万向调节座连接有竖模型板单元；所述横模型板单元和竖模型板单元作为基本单元根据测量数据调节后组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型，所述河床内轮廓模型依次铺设有约束层和定型层，约束层用于对各模型板单元进行约束固定，以克服万向节的摆动，定型层用于对整个模型轮廓进行定型使其具有承受水压和水流性能。

所述定型层材质为热塑性防水膜。

所述万向调节座，包括调节座和调节球，调节座上开有半球形槽，调节球转动嵌套在半球形槽内，每个所述模型板单元的背面均固定有调节球；调节座固定在组合伸缩杆的内端。

所述竖组合伸缩杆包括固定套装在横孔内的管套，管套的尾端设有锁死机构并向外延伸出横孔，所述管套内滑动套装有支撑杆，支撑杆的尾端穿过锁死机构向外延伸出管套，支撑杆的顶端向内穿过管套延伸至模型制作区内，所述支撑管可沿管套前后滑动，通过锁死机构可将管套内的支撑杆位置锁死。

所述横组合伸缩杆包括固定套装在竖孔内的管套，管套的尾端设有锁死机构并向外延伸出横孔伸入操作区内，所述管套内滑动套装有支撑杆，支撑杆的尾端穿过锁死机构向外延伸出管套，支撑杆的顶端向内穿过管套延伸至模型制作区内，所述支撑管可沿管套前后滑动，通过锁死机构可将管套内的支撑杆位置锁死。

所述锁死机构包括设置在管套尾端的外螺纹段，外螺纹段为螺纹直径尺寸逐渐向内增大的锥形螺纹段，所述管套尾端的内环面上沿圆周间隔向外径向开设有多条贯穿外螺纹的条形调节槽，所述管套尾端外螺纹段的前端套装有螺母。

所述管套尾端的内环面上沿圆周间隔向外径向开设有4条贯穿外螺纹的条形调节槽。

所述支撑杆一侧的圆周侧面上轴向刻有尺寸刻度。

一种快速搭建河道地形物理模型的方法，所述方法用于一种快速搭建河道地形物理模型的平台，所述方法包括以下步骤：

S1、通过无人机对目标河道进行数据定点测量，所测数据包括河道地形及所测定点对应断面的高程。

S2、对所测河道数据进行软件处理，在计算机上计算出河道地形物理模型的平台上横向模拟单元和竖向模拟单元内每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区的长度及每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆上横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度。

S3、根据步骤S2中所计算出的数据，首先调节调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区的长度并通过锁死机构将横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆的长度固定，然后调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度。

S4、待每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度调整完成后，模型制作区内的横模型板单元与竖模型板单元组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型。

S5、在模型制作区内的河床和边坡轮廓模型上铺设约束层。

S6、待约束层定型后，在约束层上铺设防水定型层，待防水定型层定型后向其中部注水完成河道物理模型的制作。

本发明的有益效果：本发明提供的一种快速搭建河道地形物理模型的平台及方法，包括工作台、横向模拟单元和竖向模拟单元，工作台包括底座和外墙板，外墙板沿竖向设置在底座的两侧，从而在底座的上方和两外墙板之间形成了近似U形模型制作区，底座的下部设置有与外界连通的操作区；所述模型制作区左右两侧的外墙板上高均设有横向模拟单元，所述模型制作区底部的底座上设有竖向模拟单元，所述竖向模拟单元和横向模拟单元的组合伸缩杆的顶端均延伸至模型制作区内，并通过万向调节座铰接固定有模型板单元，结构简单，成本低，在使用时根据测量数据调节后组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型，由于模型板单元具有一定面积并且通过万向调节座可调整模型板单元的倾斜角度及方向，所以使组合形成的河床内廓模型仿真度高，并且在河床内廓模型依次铺设有约束层和定型层，约束层用于对各模型板单元进行约束固定，以克服万向节的摆动，定型层用于对整个模型轮廓进行定型使其具有承受水压和水流性能。

本发明提供一种快速搭建河道地形物理模模型的平台及方法，该平台结构简单，成本低，通过有限的组合伸缩杆件可以实现对河道地形的仿真模拟，并且该平台的使用方法简单，制作出来的河道物理模型仿真度高。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图。

图2是本发明正视结构示意图。

图3是本发明横组合伸缩杆结构示意图。

图4是本发明支撑杆锁死机构结构示意图。

图5是本发明万向调节座结构示意图。

图6是本发明竖组合伸缩杆结构示意图。

图7是本发明轮廓模型局部结构示意图。

图8是本发明组合伸缩杆伸缩状态示意图，

图9是本发明模型板单元角度调整示意图。

图中标号：1为工作台、11为底座，12为外墙板，13为模型制作区，14为操作区，2为横向模拟单元，21为横孔，3为竖向模拟单元，41为横组合伸缩杆，42为竖组合伸缩杆，43为横模型板单元，44为竖模型板单元，45为管套，46为支撑杆，47为锁死机构，471为外螺纹段，472为调节槽，48为万向调节座，481为调节座，482为调节球，483为半球型槽，484为橡胶约束圈，5为轮廓模型，6为约束层，7为定型层，8为尺寸刻度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种快速搭建河道地形物理模型的平台，如图1、图2、与3、图6所示包括工作台1、横向模拟单元2和竖向模拟单元3，工作台1包括底座11和外墙板12，外墙板12沿竖向设置在底座11的两侧，从而在底座11的上方和两外墙板12之间形成了近似U形的模型制作区13，底座11的下部设置有与外界连通的操作区14。

模型制作区13两侧得外墙板12上均对称设有横向模拟单元2，横向模拟单元2包括横组合伸缩杆41、万向调节座48和横模型板单元43，外墙板12上沿横向对称均布开设有贯穿的横孔21，外墙板12上的横孔21内均套装有横组合伸缩杆41，横组合伸缩杆41的外端设置有锁死机构47，其内端延伸至模型制作区13内，每根横组合伸缩杆41的内端均通过万向调节座48连接有横模型板单元43，具体地：

如图3所示，横组合伸缩杆41包括固定套装在横孔21内的管套45，管套45的尾端设有锁死机构47并向外延伸出横孔21，管套45内滑动套装有支撑杆46，支撑杆46的尾端穿过锁死机构47向外延伸出管套45，支撑杆46的顶端向内穿过管套45延伸至模型制作区13内，支撑管46可沿管套45前后滑动，通过锁死机构47可将管套内的支撑杆位置锁死。

如图4所示，锁死机构47包括设置在管套尾端的外螺纹段471，外螺纹段471为螺纹直径尺寸逐渐向顶端增大的锥形螺纹段，管套45尾端的内环面上沿圆周间隔向外径向开有4条贯穿外螺纹的条形调节槽472，且管套45尾端外螺纹段471的上匹配套装有螺母，当向管套45顶端方向拧紧螺母时，由于外螺纹段471为螺纹直径尺寸逐渐向顶端增大，所以调节槽472两侧的外螺纹段41受到螺母挤压会产生形变逐渐靠近，从而使管套45尾端的内环面与支撑杆46紧密挤压在一起将支撑杆46锁死。

如图5所示，万向调节座48包括调节座481和调节球482，调节座481的外端与伸缩杆的顶端固定连接在一起，调节座481的顶端端面上开有与调节球482相适配的半球形槽483，半球形槽483的外槽口上固定有橡胶约束圈484，调节球482转动嵌套在半球形槽483内，且调节球的一端向外凸出半球形槽483并与横模型板单元43的背面焊接固定在一起，槽口处橡胶约束圈484与调节球482外表面紧密贴触，用于增大调节球482与半球形槽483之间的摩擦力，防止调节球482随意转动。

横模型板单元43可通过调整支撑杆46伸入模型制作区13内的长度调整与相邻外墙板12之间的距离，横模型板单元43也可通过万向座调整其倾斜角度。

模型制作区13下方的底座上设有竖向模拟单元3，竖向模拟单元3包括竖组合伸缩杆42、万向调节座48和竖模型板单元44，模型制作区13下方的底座11上均布开设有与外墙板12上横孔21位置相对应的竖孔，每个竖孔内均套装有竖组合伸缩杆42，竖组合伸缩杆42的下端延伸至操作区13，并设置有锁死机构47；竖组合伸缩杆42的上端延伸至模型制作区13，每根竖组合伸缩杆13的上端均通过万向调节座48连接有竖模型板单元44，具体地：

竖组合伸缩杆42与横组合伸缩杆41的结构一致，且安装方向不同，如图6所示，竖组合伸缩杆42包括固定套装在竖孔内的管套45，管套45的下端设有锁死机构47并向外延伸出横孔21进入操作区14内，管套45内滑动套装有支撑杆46，支撑杆46的尾端穿过锁死机构47向外延伸出管套45，支撑杆46的顶端向上穿过管套45延伸至模型制作区13内，并通过万向调节座48连接有竖模型板单元44，支撑杆46可沿管套45上下滑动，通过锁死机构47可将管套内的支撑杆位置锁死。

竖模型板单元44可通过调整竖组合伸缩杆42支撑杆46伸入模型制作区13内的长度调整竖模型板单元44的高度尺寸，竖模型板单元44也可通过万向座调整其倾斜角度。

如图7所示，根据测量数据调整横向模拟单元和竖向模拟单元，使其位于模型制作区13内的横模型板单元41和竖模型板单元42组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型5，轮廓模型5上依次铺设有约束层6和定型层7，约束层6会将组合形成轮廓模型5的各横模型板单元41和竖模型板单元42连接在一起，用于对各模型板单元进行约束固定，以克服万向节的摆动，定型层7的材质为热塑性防水膜，用于对整个模型轮廓进行定型使其具有承受水压和水流性能，与现有装置相比较由于模型板单元具有一定面积并且通过万向调节座可调整模型板单元的倾斜角度及方向，所以使组合形成的河床内轮廓模型仿真度高。

本发明提供一种快速搭建河道地形物理模模型的平台及方法，该平台结构简单，成本低，通过有限的组合伸缩杆件可以实现对河道地形的仿真模拟，并且该平台的使用方法简单，制作出来的河道物理模型仿真度高。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于所述支撑杆一侧的圆周侧面上轴向刻有尺寸刻度。

如图1所示，横组合伸缩杆41和竖组合伸缩杆42的支撑杆46的圆周侧均沿轴向刻有尺寸刻度，当根据数据调整支撑杆46的深入模型制作区13内的长度尺寸时，可以根据支撑杆46上的尺寸刻度直径进行调整，使用更加方便。

实施例3

本实施例提供了一种快速搭建河道地形物理模型的方法，方法应用于实施1和实施例2所提供的快速搭建河道地形物理模型的平台，方法包括以下步骤：

S1、通过无人机对目标河道进行数据定点测量，所测数据包括河道地形及所测定点对应断面的高程。

S2、对所测河道数据进行软件处理，在计算机上计算出河道地形物理模型的平台上横向模拟单元2和竖向模拟单元3内每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区13的长度及每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆上横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度。

S3、根据步骤S2中所计算出的数据，首先调节调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区的长度并通过锁死机构将横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆的长度固定，然后调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区13内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度。

S4、待每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区13内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度调整完成后，模型制作区13内的横模型板单元与竖模型板单元组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型。

S5、在模型制作区13内的河床和边坡轮廓模型5上铺设约束层6，待约束层6定型后，约束层6会将组合形成轮廓模型5的各横模型板单元41和竖模型板单元42连接在一起，用于对各模型板单元进行约束固定，以克服万向节的摆动。

S6、待约束层定型后，在约束层上铺设防水定型层，待防水定型层定型后向其中部注水完成河道物理模型的制作；所述防水定型层用于对整个轮廓模型进行定型使其具有承受水压和水流性能。

本实施例提供的一种快速搭建河道地形物理模型的方法，可以简单便捷的制作出仿真度高河道地形模物理模型，提高了河道地形模物理模型的制作时间，降低了制作成本。

Claims (9)

1.一种快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于：包括工作台、横向模拟单元和竖向模拟单元，所述工作台包括底座和外墙板，外墙板沿竖向设置在底座的两侧，从而在底座的上方和两外墙板之间形成了近似U形模型制作区，底座的下部设置有与外界连通的操作区；所述横向模拟单元包括，横组合伸缩杆、万向调节座和横模型板单元，两外墙板沿横向均匀开有贯穿的横孔，横孔内套装有横组合伸缩杆，横组合伸缩杆的外端设置有锁死机构，其内端延伸至模型制作区，每根横组合伸缩杆的内端均通过万向调节座连接有横模型板单元；所述竖向模拟单元包括，竖组合伸缩杆、万向调节座和竖模型板单元，底座沿竖向均匀开有贯穿的竖孔，竖孔内套装有竖组合伸缩杆，竖组合伸缩杆的下端延伸至操作区，并设置有锁死机构，其上端延伸至模型制作区，每根竖组合伸缩杆的上端均通过万向调节座连接有竖模型板单元；所述横模型板单元和竖模型板单元作为基本单元根据测量数据调节后组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型，所述河床内轮廓模型依次铺设有约束层和定型层，约束层用于对各模型板单元进行约束固定，以克服万向节的摆动，定型层用于对整个模型轮廓进行定型使其具有承受水压和水流性能。

2.根据权利要求1所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述定型层材质为热塑性防水膜。

3.根据权利要求1所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述万向调节座，包括调节座和调节球，调节座上开有半球形槽，调节球转动嵌套在半球形槽内，每个所述模型板单元的背面均固定有调节球，调节座固定在组合伸缩杆的内端。

4.根据权利要求1所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述竖组合伸缩杆包括固定套装在横孔内的管套，管套的尾端设有锁死机构并向外延伸出横孔，所述管套内滑动套装有支撑杆，支撑杆的尾端穿过锁死机构向外延伸出管套，支撑杆的顶端向内穿过管套延伸至模型制作区内，所述支撑杆能够沿管套前后滑动，通过锁死机构可将管套内的支撑杆位置锁死。

5.根据权利要求1所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述横组合伸缩杆包括固定套装在竖孔内的管套，管套的尾端设有锁死机构并向外延伸出横孔伸入操作区内，所述管套内滑动套装有支撑杆，支撑杆的尾端穿过锁死机构向外延伸出管套，支撑杆的顶端向内穿过管套延伸至模型制作区内，所述支撑杆能够沿管套前后滑动，通过锁死机构可将管套内的支撑杆位置锁死。

6.根据权利要求4或5所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述锁死机构包括设置在管套尾端的外螺纹段，外螺纹段为螺纹直径尺寸逐渐向内增大的锥形螺纹段，所述管套尾端的内环面上沿圆周间隔向外径向开设有多条贯穿外螺纹的条形调节槽，所述管套尾端外螺纹段的前端套装有螺母。

7.根据权利要求6所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述管套尾端的内环面上沿圆周间隔向外径向开设有4条贯穿外螺纹的条形调节槽。

8.根据权利要求4或5所述的快速搭建河道地形物理模型的平台，其特征在于，所述支撑杆一侧的圆周侧面上轴向刻有尺寸刻度。

9.一种快速搭建河道地形物理模型的方法，所述方法用于操控权利要求1-8任意项所述的快速搭建河道地形物理模型的平台快速搭建河道地形物理模型，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、通过无人机对目标河道进行数据定点测量，所测数据包括河道地形及所测定点对应断面的高程；

S2、对所测河道数据进行软件处理，在计算机上计算出河道地形物理模型的平台上横向模拟单元和竖向模拟单元内每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区的长度及每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆上横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度；

S3、根据步骤S2中所计算出的数据，首先调节调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆深入模型制作区的长度并通过锁死机构将横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆的长度固定，然后调整每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度；

S4、待每根横组合伸缩杆与竖组合伸缩杆顶端位于模型制作区内横模型板单元与竖模型板单元的倾斜角度调整完成后，模型制作区内的横模型板单元与竖模型板单元组合在一起形成了河道内河床和边坡轮廓模型；

S5、在模型制作区内的河床和边坡轮廓模型上铺设约束层；

S6、待约束层定型后，在约束层上铺设防水定型层，待防水定型层定型后向其中部注水完成河道物理模型的制作。

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