CN111964881A - 一种铰刀施工模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铰刀施工模拟实验装置，其包括：实验池；机架；升降组件，其包括滑动件和升降驱动件，升降驱动件安装于机架本体，升降驱动件输出端连接滑动件，升降驱动件驱动滑动件沿竖直方向上滑动；调角组件，其包括转动件、摆杆、转动驱动件和摆动驱动件，转动件可转动地安装于滑动件，摆杆一端铰接于转动件，摆杆另一端延伸进实验池，转动驱动件输出端连接转动件，其驱动转动件转动，摆动驱动件驱动摆杆相对转动件摆动；刀头组件，其包括刀头座和刀头电机，刀头座安装于摆杆的自由端，刀头电机安装于刀头座。本发明所提供的铰刀施工模拟实验装置，可使铰刀在不同旋进角度和不同旋转速度下进行模拟施工，获得铰刀的最佳旋进角度和旋转速度。

Description

一种铰刀施工模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种淤泥疏通领域，具体涉及一种铰刀施工模拟实验装置。

背景技术

绞吸式挖泥船是疏浚施工的一种挖泥船，其装备的绞刀水力吸泥装置可以将河床或海底的泥沙、砾石等物质挖掘、输送到泥舱内，绞刀头放入水下一定深度，使绞刀头与水下土层的疏浚工作面相接触。

对于同一个铰刀而言，铰刀的旋转速度和铰刀的旋进角度均会影响铰刀的工作效率。同时针对不同的施工环境，铰刀工作的最佳旋转速度和旋进角度也有所不同。因此当一种铰刀设计完成之后，需要进行大量的实验，从而获知铰刀在不同施工环境下的最佳旋转速度和旋进角度。因此如何提供一种铰刀的模拟施工平台是极具应用价值的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺少铰刀施工模拟实验平台的技术问题，提出一种铰刀施工模拟实验装置，解决现有技术中的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种铰刀施工模拟实验装置，其包括：

实验池；

机架，其包括机架本体和脚架，所述脚架架设于所述实验池上方，所述机架本体安装于所述脚架；

升降组件，其包括滑动件和升降驱动件，所述升降驱动件安装于所述机架本体，所述升降驱动件输出端连接所述滑动件，所述升降驱动件驱动所述滑动件沿竖直方向上滑动；

调角组件，其包括转动件、摆杆、转动驱动件和摆动驱动件，所述转动件可转动地安装于所述滑动件，所述摆杆一端铰接于所述转动件，所述摆杆另一端延伸进所述实验池，所述转动驱动件输出端连接所述转动件，其驱动所述转动件转动，所述摆杆驱动件输出端连接所述摆杆，所述摆动驱动件驱动所述摆杆相对所述转动件摆动；

刀头组件，其包括刀头座和刀头电机，所述刀头座安装于所述摆杆的自由端，所述刀头电机安装于所述刀头座。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：实验池内盛放用于模拟施工环境的淤泥，而机架架设于实验池上方，用于承载其它组件。滑动件沿竖直方向上滑动设置于机架本体，同时升降驱动件可驱动滑动件往复滑动，而转动件可转动地安装于滑动件，同时摆杆一端固定于转动件之上，而摆杆的另一端延伸进实验池，同时装设有刀头组件。在升降驱动件的驱动下，刀头可随滑动件进行升降，而在摆动驱动件的驱动下，可改变摆杆的倾斜角度，进而改变刀头的旋进角度，而转动驱动件可驱动转动件转动，从而可以带动刀头环绕转动件的转动中心进行转动，进而改变刀头的旋进方向。对于刀头的旋转速度，可直接利用刀头电机的转速进行调整。利用本发明所提供的铰刀施工模拟实验装置，可使铰刀在不同旋进角度和不同旋转速度下进行模拟施工，从而通过实验获得铰刀的最佳旋进角度和旋转速度。

附图说明

图1是本发明实施例的铰刀施工模拟实验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的铰刀施工模拟实验装置俯视结构示意图；

图3是本发明实施例的机壳内部剖视结构示意图；

图4是本发明实施例的滑动件和升降齿轮间的配合结构示意图；

图5是本发明实施例的转动驱动件的半剖示意图；

图6是本发明实施例的转动驱动件的俯视半剖示意图；

图7是本发明实施例的传动筒和连接部之间的配合结构示意图；

图8是本发明实施例的传动筒和连接部之间的局部配合结构示意图；

图9是本发明实施例的摆杆和摆动驱动件之间的结构示意图；

图10是本发明实施例的摆杆结构示意图；

图11是本发明实施例的螺杆和机架本体之间的配合结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种铰刀施工模拟实验装置，其包括：实验池100、机架200、升降组件300、调角组件400、刀头组件500和平移组件600，实验池100用于盛放模拟实验的用的淤泥，机架200包括机架本体210和脚架220，脚架220架设于实验池100上方，而机架本体210安装于脚架220，刀头组件500带有一旋转的清淤铰刀延伸进实验池100，升降组件300用于控制刀头组件500升降，调角组件400用于改变刀头组件500的旋进角度，刀头组件500用于安装刀头并驱动刀头转动，平移组件600用于驱动机架本体210相对脚架220滑动。

实验池100，其用于收容实验所需的淤泥，其具体外形尺寸可根据实际情况进行适应性调整，同时对于实验池的成型材质，此处也不做具体要求，能保证良好的结构强度和池体的密封性即可。

机架200，其包括机架本体210和脚架220，脚架220架设于实验池100上方，机架本体210安装于脚架220，此外，为了对传动部件进行支撑和保护，机架本体210上形成有机壳211，且机壳211内含有收容空间。在本实施例中，脚架220底端固定于实验池100的上边沿，同时脚架220的顶端形成有一支撑框，在支撑框相对的两边上开设有导向槽，而机架本体210两端分别形成一导向键，两个导向键分别嵌设于两个导向槽之中，从而使机架本体210可在脚架220上滑动，机架本体210在其滑动方向上开设有螺孔212。

为了驱动机架本体210在水平方向上滑动，还增设有平移组件600，平移组件600包括螺杆610和平移电机620，如图11所示，螺杆610可转动的安装于脚架220，且螺杆610和螺孔212配合，平移电机620驱动螺杆610转动，进而驱动机架本体210水平滑动。

倘若单一平移电机620和单一螺杆610无法提供足够的推动力，平移组件600可同时采用两个螺杆610和两个平移电机620，两个螺杆610并排设置，两个平移电机620分别驱动两个螺杆610转动。

升降组件300，其包括滑动件310和升降驱动件320，滑动件310沿竖直方向上滑动设置于机架本体210，升降驱动件320输出端连接滑动件310，驱动滑动件310相对机架本体往复滑动。

对于升降驱动件320的实施方式，现有技术中由多种方式可以借鉴，诸如液压缸、气缸以及直线电机等。将液压缸的缸体固定于机架本体210，使液压缸的输出端连接滑动件310，同样的气缸的安装方式和液压缸的安装方式大致相同。而直线电机亦然，将直线电机的导轨固定于机架本体210，使直线电机的输出端连接滑动件310，值得注意的是，直线电机的导轨延伸方向应当和滑动件310一致。

同样的转动驱动件430和摆动驱动件440同样有多种常规的驱动方式可供选择，但在本实施例中，为了使降驱动件320、转动驱动件430和摆动驱动件440可以协调工作，优选采用如下的实施方式：

如图3和图4所示，升降驱动件320包括升降电机321和升降齿轮322，滑动件310外壁沿竖直方向上开设有齿槽311，升降电机321安装于机架本体210，升降齿轮322套设于升降电机321的输出端，且升降齿轮322与齿槽311啮合。升降电机321带动升降齿轮322转动，通过升降齿轮322和齿槽311之间的配合关系，进而在升降齿轮322的带动下使滑动件310滑动。同时由于升降电机321固定于机架本体210，可一定程度上避免升降电机321的振动传递到滑动件310之上，从而保证了滑动件310可以平稳工作。对于升降电机321和升降齿轮322之间的连接关系，可根据实际的安装空间进行适应性调整，在本实施例中，升降电机321的输出端利用联轴器连接一延长轴323，而升降齿轮322套设于延长轴323之上。

值得注意的是，为了避免升降电机321停机后，滑动件310在重力的作用下滑落，升降电机321内含升降减速器，所述升降减速器具有自锁功能。利用升降电机321减速器的自锁功能，避免升降电机321停机后滑动件310滑落。同样的，对于升降电机321和升降齿轮之间的传动机构提供自锁功能，也能起到防止滑动件310滑落的效果。

调角组件400，其包括转动件410、摆杆420、转动驱动件430和摆动驱动件440，转动件410可转动地安装于滑动件310，摆杆420一端铰接于转动件410，摆杆420另一端延伸进实验池100，转动驱动件430输出端连接转动件410，其驱动转动件410转动，摆动驱动件440驱动摆杆420相对转动件410摆动。

如图3所示，滑动件310为竖直放置的筒状结构，转动件410包括转动轴411、底座412和连接部413，转动轴411自由转动的内置于滑动件310，底座412固定于转动轴411靠近实验池100的一端，连接部413固定于转动轴411远离实验池100的一端，转动驱动件430输出端连接连接部413。

转动驱动件430的设计应当考虑到滑动件310是需要进行竖直方向上的滑动，因此转动驱动件430不能影响到滑动件310的竖直方向上的滑动，容易想到的是，可以使转动驱动件430的动力源随滑动件310进行滑动，但动力源工作所产生的振动会直接传递到滑动件310上，因此会影响滑动件310的稳定性。因此转动驱动件430的驱动方式本实施例优选如下方式：转动驱动件430包括转动电机431和传动筒432，如图7和图8所示，传动筒432可转动地安装于机架本体110，且传动筒432内壁沿轴线方向上开设有滑槽432a，连接部413滑动内置于传动筒432，且连接部413外壁形成滑键413a，滑键413a滑动设置于滑槽432a，转动电机431驱动传动筒432转动。在本实施例中，转动电机的输出端装设有齿轮434，而传动筒432外部套设有涡轮433，齿轮434和涡轮433相啮合，从而完成了转动电机431和传动筒432之间的传动连接。

传动筒432和连接部413之间的传动关系本质上可概括为，传动筒432可驱动连接部413转动，同时传动筒432还不限制连接部413相对传动筒432滑动。因此对于传动筒432和连接部413之间的配合应不局限于键槽配合。譬如将连接部413的截面设计成多边形或椭圆形，同时传动筒432的内壁贴合连接部413，从而同样满足要求。

如图9和图10所示，对于摆动驱动件440的设计本实施例优选采用液压缸，液压缸一端铰接于转动件410，液压缸另一端铰接摆杆420。为了减少液压缸和摆杆420所占用的空间，本实施例使摆杆420沿摆杆420的延伸方向上开设有收容槽421，收容槽421中部设置有连接筋422，连接筋422两端分别连接收容槽421的两侧壁，液压缸一端铰接于转动件410，液压缸另一端铰接于连接筋422。

摆杆420可相对转动件410摆动，同时摆杆420还可以随转动件410转动，此外在滑动件310的带动下，摆杆420可在垂直方向上进行滑动。而固定于摆杆420自由端的刀头组件500，即可借此改变旋进方向和旋进角度。

刀头组件500，其包括刀头座510和刀头电机520，刀头座510安装于摆杆420的自由端，刀头电机520安装于刀头座510。

实验池100内盛放用于模拟施工环境的淤泥，而机架200架设于实验池上方，用于承载其它组件。滑动件310沿竖直方向上滑动设置于机架本体210，同时升降驱动件320可驱动滑动件310往复滑动，而转动件410可转动地安装于滑动件310，同时摆杆420一端固定于转动件410之上，而摆杆420的另一端延伸进实验池100，同时装设有刀头组件500。在升降驱动件300的驱动下，刀头可随滑动件310进行升降，而在摆动驱动件440的驱动下，可改变摆杆420的倾斜角度，进而改变刀头的旋进角度，而转动驱动件430可驱动转动件410转动，从而可以带动刀头环绕转动件的转动中心进行转动，进而改变刀头的旋进方向。对于刀头的旋转速度，可直接利用刀头电机520的转速进行调整。利用本发明所提供的铰刀施工模拟实验装置，可使铰刀在不同旋进角度和不同旋转速度下进行模拟施工，从而通过实验获得铰刀的最佳旋进角度和旋转速度。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，包括：

实验池；

机架，其包括机架本体和脚架，所述脚架架设于所述实验池上方，所述机架本体安装于所述脚架；

升降组件，其包括滑动件和升降驱动件，所述升降驱动件安装于所述机架本体，所述升降驱动件输出端连接所述滑动件，所述升降驱动件驱动所述滑动件沿竖直方向上滑动；

调角组件，其包括转动件、摆杆、转动驱动件和摆动驱动件，所述转动件可转动地安装于所述滑动件，所述摆杆一端铰接于所述转动件，所述摆杆另一端延伸进所述实验池，所述转动驱动件输出端连接所述转动件，其驱动所述转动件转动，所述摆杆驱动件输出端连接所述摆杆，所述摆动驱动件驱动所述摆杆相对所述转动件摆动；

刀头组件，其包括刀头座和刀头电机，所述刀头座安装于所述摆杆的自由端，所述刀头电机安装于所述刀头座。

2.根据权利要求1所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述转动驱动件包括转动电机和传动筒，所述传动筒可转动地安装于所述机架本体，所述转动件包括连接部，所述传动筒可滑动套设于所述连接部，所述转动电机输出端连接所述传动筒，所述转动电机驱动所述传动筒转动。

3.根据权利要求2所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述滑动件为竖直放置的筒状结构，所述转动件还包括转动轴和底座，所述转动轴自由转动的内置于所述滑动件，所述转动轴一端连接所述连接部，所述转动轴另一端连接所述底座，所述摆杆一端铰接于所述底座。

4.根据权利要求3所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述升降驱动件包括升降电机和升降齿轮，所述滑动件外壁沿竖直方向上开设有齿槽，所述升降电机安装于所述机架本体，所述升降齿轮套设于所述升降电机的输出端，且所述升降齿轮与所述齿槽啮合。

5.根据权利要求2所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述滑动件外壁沿竖直方向上开设有齿槽，所述升降电机安装于所述机架本体，所述升降齿轮套设于所述升降电机的输出端，且所述升降齿轮与所述齿槽啮合。

6.根据权利要求1所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述摆动驱动件采用液压缸，所述液压缸一端铰接于所述转动件，所述液压缸另一端铰接所述摆杆。

7.根据权利要求6所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述摆杆沿摆杆的延伸方向上开设有收容槽，所述收容槽中部设置有连接筋，所述连接筋两端分别连接所述收容槽的两侧壁，所述液压缸一端铰接于所述转动件，所述液压缸另一端铰接于所述连接筋。

8.根据权利要求1所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，还包括平移组件，所述脚架底端固定于所述实验池边缘，其顶端形成一支撑框，所述机架本体滑动设置于所述支撑框，且所述机架本体沿其滑动方向上开设有螺孔，所述平移组件包括螺杆和平移电机，所述螺杆可转动的安装于所述脚架，且所述螺杆和所述螺孔配合，所述平移电机驱动所述螺杆转动。

9.根据权利要求8所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述平移组件包括两个螺杆和两个平移电机，两个所述螺杆并排设置，两个所述平移电机分别驱动两个所述螺杆转动。

10.根据权利要求8所述的铰刀施工模拟实验装置，其特征在于，所述支撑框相对的两边上开设有导向槽，所述机架本体两端分别形成一导向键，两个所述导向键分别滑动设置于两个所述导向槽。

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