CN113267322B - 一种连续可调的内波造波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续可调的内波造波装置，针对现有的造波装置以固定频率及摆幅进行造波的方式，无法满足实验室在无需频繁更换实验设备就可进行多种摆动频率及摆动幅度的要求，通过连续升降机构沿升降框架上固定的滑轨做升降运动；造波及波幅调整机构更换不同宽度的造波板，造波板固定于升降框架之上，从而带动造波板沿芯轴做回转运动；以及摆幅调整机构采用调整回转轮盘上与回转中心的距离来实现调整造波板的振幅。该连续可调的内波造波装置具有造波中心高度连续可调，振动幅度连续可调，造波板直径可更换，同时具备造波振动频率可调功能。可用于实验水池内需要多种内波波形的试验场合，为高校及科研院所提供多用途的试验设备。
Description
技术领域
本发明属于实验室制造内波的技术领域，尤其涉及一种连续可调的内波造波装置。
背景技术
在造波水池，分层流水池等的流体力学试验中，有许多造波的需求是在水面上的波形，并且经常需要改变造波的频率、波幅、造波板摆幅等。为了得到更加全面的实验数据，若采用不同的造波机构来实现，则实验成本和实验周期将大幅增加，因此提高经济性和实验效率成为实验设备努力的方向。
在分层流水池中，通常根据需要来制造连续内波，每次实验的造波需求都有所不同，这就需要用不同的造波设备来实验，既不经济也严重影响了实验的效率。
通常的造波装置容易实现固定造波中心高度，当改变水面高度时需更换造波设备，以及固定频率和振幅的运动，而对于一些多用途的实验需求，如单一分层水池需要不同振幅的波形等，此时实验受到限制，无法通过原设备完成实验。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续可调的内波造波装置，实现摆动幅度连续可调，且摆动中心高度连续可调，在不需要频繁更换实验设备的情况下满足多种不同造波需求。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种连续可调的内波造波装置，包括：连续升降机构、造波及波幅调整机构、摆幅调整机构；
所述连续升降机构通过丝杆千斤顶升降部件驱动，沿升降框架上固定的滑轨做升降运动；
所述造波及波幅调整机构通过伺服电机及传动连杆驱动，可装配不同宽度的造波板；所述造波板固定于升降框架上，升降框架带动所述造波板沿造波板的芯轴做回转运动，生成内波；
所述摆幅调整机构通过驱动连杆与所述造波及波幅调整机构中的造波板连接，所述摆幅调整机构中设有调整丝杆及移动滑块，当移动滑块在调整丝杆上滑动时，移动滑块到回转中心的距离随之变化，带动造波板的摆角变化，实现调整造波板的摆幅。
根据本发明一实施例，所述连续升降机构包括升降框架、驱动电机、涡轮蜗杆升降机、升降滑板、直线导轨及滑块、升降固定座；
所述升降框架的底端固设于所述升降固定座上，所述升降框架的内侧设置多套所述直线导轨及滑块，所述升降滑板与所述直线导轨及滑块配合连接，所述直线导轨及滑块为所述升降滑板提供升降导向；
所述驱动电机与所述涡轮蜗杆升降机电连接，所述涡轮蜗杆升降机的丝杆连接所述升降滑板，驱动所述升降滑板沿所述升降框架做升降运动。
根据本发明一实施例，所述连续升降机构还包括接近开关，所述接近开关与所述涡轮蜗杆升降机电连接，为所述涡轮蜗杆升降机移动提供保护并进行零点标定。
根据本发明一实施例，所述造波及波幅调整机构包括主体框架、驱动连杆、传动轴、传动轴承座、联轴器、减速机、传动底座、伺服电机、升降座板、造波板；
所述主体框架通过所述升降座板安装于所述连续升降机构的升降滑板上，所述伺服电机固设于所述传动底座上，所述减速机与所述伺服电机相连，并通过所述联轴器、传动轴承座及传动轴与所述摆幅调整机构连接，所述摆幅调整机构通过所述驱动连杆与所述造波板连接。
根据本发明一实施例，所述摆幅调整机构包括底座板、盖板、盖板螺栓、刻度尺、指针、移动滑块、调整丝杆、丝杆定位板、连杆端头螺栓；
所述底座板与盖板通过所述盖板螺栓固定，形成一空间，所述盖板上设置所述刻度尺、指针及移动滑块，所述指针与所述移动滑块通过所述连杆端头螺栓固连，所述刻度尺设于所述指针的上方，所述指针指向所述刻度尺；
所述空间内设置所述调整丝杆，所述调整丝杆的一端与所述移动滑块固连，所述调整丝杆的另一端与所述丝杆定位板连接，所述丝杆定位板固设与所述盖板的一侧。
根据本发明一实施例，所述连续升降机构的升降滑板的行程范围为0～1200mm。
根据本发明一实施例，所述造波及波幅调整机构的造波板的宽度范围为30cm～60cm。
根据本发明一实施例，所述摆幅调整机构调节造波板的摆动角度范围为0～±45°。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明一实施例中的连续可调的内波造波装置，针对现有的造波装置以固定频率及摆幅进行造波的方式，无法满足实验室在无需频繁更换实验设备就可进行多种振动频率及摆动幅度的要求，通过连续升降机构采用丝杆千斤顶升降机构驱动，沿升降框架上固定的滑轨做升降运动；造波及波幅调整机构采用伺服电机及传动连杆驱动，可更换不同宽度的造波板，造波板固定于升降框架之上，从而带动造波板做回转运动；以及摆幅调整机构采用调整回转轮盘上与回转中心的距离来实现调整造波板的摆幅。该内波造波装置具有造波中心高度连续可调，摆幅连续可调，造波板宽度可更换，同时具备造波振动频率可调功能。可用于实验水池内需要多种内波波形的试验场合，为高校及科研院所提供多用途的试验设备。
附图说明
图1为本发明一实施例中的连续可调的内波造波装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中的连续升降机构的结构示意图；
图3为本发明一实施例中的造波及波幅调整机构的结构示意图；
图4为本发明一实施例中的摆幅调整机构的结构示意图。
附图标记说明：
1：连续升降机构；101：驱动电机；102：涡轮蜗杆升降机；103：升降滑板；104：直线导轨及滑块；105：升降框架；106：升降固定座；2：造波及波幅调整机构；201：主体框架；202：驱动连杆；203：传动轴；204：传动轴承座；205：联轴器；206：减速机；207：传动底座；208：伺服电机；209：升降座板；210：造波板轴承座；211：造波板；3：摆幅调整机构；301：底座板；302：盖板；303：刻度尺；304：指针；305：移动滑块；306：调整丝杆；307：丝杆定位板；308：连杆端头螺栓；309：盖板螺栓。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的连续可调的内波造波装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
本实施例提供了一种连续可调的内波造波装置，请参看图1，该连续可调的内波造波装置包括：连续升降机构1、造波及波幅调整机构2及摆幅调整机构3，其中，连续升降机构1设于造波及波幅调整机构2的侧面，摆幅调整机构3与造波及波幅调整机构2连接，用于调整造波板的摆幅。该连续升降机构1通过丝杆千斤顶升降部件驱动，沿升降框架上固定的滑轨做升降运动；造波及波幅调整机构2通过伺服电机及传动连杆驱动，可装配不同宽度的造波板，该造波板固定于升降框架上，升降框架带动造波板沿芯轴做回转运动，生成内波；而摆幅调整机构3通过调整回转轮盘与回转中心的距离，实现调整造波板的摆幅。
具体的，请参看图2，连续升降机构1包括驱动电机101、涡轮蜗杆升降机102、升降滑板103、直线导轨及滑块104、升降框架105、升降固定座106。升降框架105的底端固设于升降固定座106上，升降框架105的内侧设置多套直线导轨及滑块104，升降滑板103与直线导轨及滑块104配合连接，直线导轨及滑块104为升降滑板103提供升降导向。驱动电机101与涡轮蜗杆升降机102电连接，涡轮蜗杆升降机102的丝杆连接升降滑板103，驱动升降滑板103沿升降框架105做升降运动。
在实际应用中，该连续升降机构1通过升降固定座106安装实验水池的池壁上，升降框架105内侧设置四套直线导轨及滑块104，为左、右两套升降滑板103的升降提供导向。该两套升降滑板103对称布置，可作为造波及波幅调整机构2的安装底座。该连续升降机构采用两套套驱动电机101及涡轮蜗杆升降机102为驱动装置，涡轮蜗杆升降机102的丝杆连接升降滑板103，根据实验的造波高度，为升降滑板103沿垂直方向至可调范围内的任意位置提供驱动力。该连续升降机构还包括接近开关(图中未示出)，该接近开关与涡轮蜗杆升降机102电连接，为涡轮蜗杆升降机102的移动提供保护并进行零点标定，确保升降滑板103在行程范围内安全稳定运行。该升降滑板103的行程范围为0～1200mm。该连续升降机构1可两套成对设置，单套尺寸为0.5m×0.5m×2m(长×宽×高)。
请参看图3，造波及波幅调整机构2包括主体框架201、驱动连杆202、传动轴203、传动轴承座204、联轴器205、减速机206、传动底座207、伺服电机208、升降座板209、造波板轴承座210及造波板211。其中，主体框架201通过升降座板209安装于连续升降机构1的升降滑板103上，与连升降滑板103一同上下运动，实现高度连续可调的功能。伺服电机208固设于传动底座207上，该传动底座207固设于主体框架201上。减速机206与伺服电机208相连，减速机206通过同步带轮及同步带与联轴器205、传动轴承座204及传动轴203连接，传动轴203与摆幅调整机构3连接，摆幅调整机构3通过驱动连杆202与造波板211连接，使伺服电机208带动造波板211做回转运动。造波板211的芯轴通过固设于主体框架201上造波板轴承座210连接。
在实际应用中，造波及波幅调整机构2通过升降座板安装在连续升降机构1上，这样造波及波幅调整机构2可随升降机构进行升降。主体框架201采用方钢制作，具备足够的强度。一套伺服电机208，带动造波板运动，伺服电机208的转速连续可调，用以制造不同频率的波形，造波板的摆动频率的范围为0.01Hz～0.1Hz，其垂向位置的调节范围为0～0.8m。同时造波板可置换，来实现对波幅的调整，造波板宽度范围为30cm～60cm。造波及波幅调整机构2的外形尺寸为3.1m×0.65m×2m(长×宽×高)。造波板的宽度有30cm、45cm、60cm。
请参看图4，摆幅调整机构3包括底座板301、盖板302、刻度尺303、指针304、移动滑块305、调整丝杆306、丝杆定位板307、连杆端头螺栓308、盖板螺栓309；底座板301与盖板302通过盖板螺栓309固定，形成一空间。盖板302上设置刻度尺303、指针304及移动滑块305，指针304与移动滑块305通过连杆端头螺栓308固连，刻度尺303设于指针304的上方，指针304指向刻度尺303。在底座板301与盖板302形成的空间内设置调整丝杆306，该调整丝杆306的一端与移动滑块305通过连杆端头螺栓308固连，调整丝杆306的另一端与丝杆定位板307连接，该丝杆定位板307固设与盖板302的一侧。
实际应用中，该摆幅调整机构3采用回转轮盘，通过调整回转轮盘与回转中心的距离来实现造波板的振幅连续可调。为实现不同振幅的连续可调，可在伺服电机输出轴端设置调整装置，当移动滑块305在调整丝杆306上运动时，移动滑块305到回转中心的距离随之变化，即偏心距发生了变化，在伺服电机210转动时，驱动连杆202的升降长度发生变化，从而带动造波板211的振动幅度连续可调。为确保在造波板211运行过程中的稳定及振幅可视，摆幅调整机构3设置了刻度尺303和指针304，以及丝杆锁紧机构(丝杆定位板307)，丝杆的转动可通过手动操作。通过设置合适的滑动距离，确保造波板的摆动角度在0～±45°范围内。当需要改变造波板的摆动角度时，调整移动滑块305到旋转轴中心的距离来实现。造波板的摆动角度和偏心距的关系见下表。
本实施例中的连续可调的内波造波装置可用于多种不同造波需求的工况，同时，由于该内波造波装置装置采用稳定的安装底座、直线导轨式导向结构、伺服驱动机构及安全措施，使其具有高度连续可调、摆幅连续可调、定位精度高、运行稳定可靠等优点。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种连续可调的内波造波装置，其特征在于，包括：连续升降机构、造波及波幅调整机构、摆幅调整机构；
所述连续升降机构通过丝杆千斤顶升降部件驱动，沿升降框架上固定的滑轨做升降运动；
所述造波及波幅调整机构通过伺服电机及传动连杆驱动，可装配不同宽度的造波板；所述造波板固定于升降框架上，升降框架带动所述造波板沿造波板的芯轴做回转运动，生成内波；
所述摆幅调整机构通过驱动连杆与所述造波及波幅调整机构中的造波板连接，所述摆幅调整机构包括底座板、盖板、盖板螺栓、刻度尺、指针、移动滑块、调整丝杆、丝杆定位板、连杆端头螺栓；所述底座板与盖板通过所述盖板螺栓固定，形成一空间，所述盖板上设置所述刻度尺、指针及移动滑块，所述指针与所述移动滑块通过所述连杆端头螺栓固连，所述刻度尺设于所述指针的上方，所述指针指向所述刻度尺；所述空间内设置所述调整丝杆，所述调整丝杆的一端与所述移动滑块固连，所述调整丝杆的另一端与所述丝杆定位板连接，所述丝杆定位板固设与所述盖板的一侧；当移动滑块在调整丝杆上滑动时，移动滑块到回转中心的距离随之变化，带动造波板的摆角变化，实现调整造波板的摆幅。
2.如权利要求1所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述连续升降机构包括升降框架、驱动电机、涡轮蜗杆升降机、升降滑板、直线导轨及滑块、升降固定座；
所述升降框架的底端固设于所述升降固定座上，所述升降框架的内侧设置多套所述直线导轨及滑块，所述升降滑板与所述直线导轨及滑块配合连接，所述直线导轨及滑块为所述升降滑板提供升降导向；
所述驱动电机与所述涡轮蜗杆升降机电连接，所述涡轮蜗杆升降机的丝杆连接所述升降滑板，驱动所述升降滑板沿所述升降框架做升降运动。
3.如权利要求2所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述连续升降机构还包括接近开关，所述接近开关与所述涡轮蜗杆升降机电连接，为所述涡轮蜗杆升降机移动提供保护并进行零点标定。
4.如权利要求1所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述造波及波幅调整机构包括主体框架、驱动连杆、传动轴、传动轴承座、联轴器、减速机、传动底座、伺服电机、升降座板、造波板；
所述主体框架通过所述升降座板安装于所述连续升降机构的升降滑板上，所述伺服电机固设于所述传动底座上，所述减速机与所述伺服电机相连，并通过所述联轴器、传动轴承座及传动轴与所述摆幅调整机构连接，所述摆幅调整机构通过所述驱动连杆与所述造波板连接。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述连续升降机构的升降滑板的行程范围为0～1200mm。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述造波及波幅调整机构的造波板的宽度范围为30cm～60cm。
7.如权利要求1至4中任意一项所述的连续可调的内波造波装置，其特征在于，所述摆幅调整机构调节造波板的摆动角度范围为0～±45°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A continuously adjustable internal wave generator Granted publication date: 20230502 Pledgee: Huangpu Sub branch of Bank of Shanghai Co.,Ltd. Pledgor: SHANGHAI ORIENTAL MARITIME ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000150 |