CN113984330B - 一种推摇板式造波及波浪表征实验台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推摇板式造波及波浪表征实验台及方法，包括水池槽，在水池槽的一端安装固定机架，在固定机架内安装伺服电机，伺服电机与减速器相连，减速器与直齿轮等速器相连，直齿轮等速器的输出轴驱水平设置，驱动偏心轮转动，所述的偏心轮通过上下设置的连杆与推波板可拆式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复运动，或者偏心轮的下部通过连杆与推波板可拆式连接，推波板的上部通过销轴与固定机架上部可拆卸式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复摆动；在水池槽顶部和另一端均安装导轨，在所述导轨上安装有滑块，在所述的滑块上安装有激光测量装置和计时装置。该装置结构简单、操作方便、成本低，有着良好的应用和市场价值。

Description

一种推摇板式造波及波浪表征实验台及方法

技术领域

本发明属于一种对波浪模拟及测量的实验装置及方法，具体而言，是一种新型的推摇板式造波及对波浪测量的实验装置及方法。

背景技术

现有的波浪模拟实验装置绝大数只能通过摇板式造波机模拟深水域的波浪或通过推板式造波机模拟浅水域的波浪，然后通过测量模块对模拟的波浪进行测量，然而这些试验仍然存在一些不足之处：

1.设备模拟波浪的方式比较单一，无法运用多种模拟波浪的方法进行模拟波浪。

2.对模拟波浪频率的调节比较复杂，无法对比出不同情况下，模拟波浪之间的不同。

3.对模拟波浪的波长测量比较复杂，无法简便的得到其波长的数据。

4.对模拟波浪的波高测量比较欠缺，无法测量出波高的相关的数据。

5.对模拟波浪的周期测量需要专门仪器测量，测量不方便。

5.传动模块和动力模块在工作时间过长的情况下，可能会受潮。

6.实验人员只能通过肉眼观察到模拟波浪的衰减规律，没有相关数据加以证明。

虽然在专利申请号为201611086680.9的专利中，公开了一种组合式造波设备，但是该设备的电机频繁正反转会造成电机内部的损坏，使其功率下降，减少电机的寿命。两个电机要达到同步旋转很困难，同步性差；齿轮齿条频繁往复运动会造成应力变化大，磨损大，轮齿强度降低，减少其寿命。实验装置的传动模块和动力模块容易受潮而发生腐蚀，影响其寿命。

发明内容

本发明的目的是在于提供推板式造波和摇板式造波的基础上，在解决上述不足之处，在水池槽中进行波浪的模拟并测量出模拟波浪的数据。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种推摇板式造波及波浪表征实验台，包括水池槽，在水池槽的一端安装固定机架，在固定机架内安装伺服电机，伺服电机与减速器相连，减速器与直齿轮等速器相连，直齿轮等速器的输出轴驱水平设置，驱动偏心轮转动，所述的偏心轮通过上下设置的连杆与推波板可拆式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复运动，或者偏心轮的下部通过连杆与推波板可拆式连接，推波板的上部通过销轴与钢架上部可拆卸式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复摆动；在所述的水池槽顶部和另一端均安装导轨，在所述导轨上安装有滑块，在所述的滑块上安装有激光测量装置和计时装置。

作为进一步的技术方案，在水池槽的底部设有可升降的支撑模块。

作为进一步的技术方案，在水池槽上安装有防水板。

作为进一步的技术方案，在水池槽端部还安装有排水阀。

作为进一步的技术方案，在所述的导轨上有刻度值。

作为进一步的技术方案，在水池槽顶部的导轨和端部的导轨上各安装有两个滑块，其中一个滑块上安装一个激光测量模块，另一个滑块安装基板，激光测量模块发射激光到安装基板，测量波浪的波长和波高。

第二方面，本发明还提出来了一种利用所述的推摇板式造波及波浪表征实验台进行水平推板式造波的方法，如下：

偏心轮通过上下设置的连杆与推波板连接；向水池槽中注入一定量的水，确定推波板所需要的运动频率，通过改变伺服电机上的交流频率来改变推波板的运动频率，打开伺服电机，伺服电机驱动减速器，减速器驱动直齿轮等速器，直齿轮等速器通过两个输出轴传递两个大小相同方向相反的速度，经过偏心轮和连杆将速度传递给推波板，推波板经过往复移动产生了会改变水的运动状态的力，产生模拟波浪；

调节水池槽上端的两个测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪两端波峰的位置，并固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，即模拟波浪的波长，当第一段波峰到达第一个激光测量装置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个激光测量装置时，计时器结束计时，从而测出其周期，然后调节水池槽端部的测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪的波谷和波峰位置，固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，该刻度差为模拟波浪的波高。

第三方面，本发明还提出来了一种利用所述的推摇板式造波及波浪表征实验台进行水平摇板式造波的方法：

偏心轮的下部通过连杆与推波板连接，推波板的上部通过销轴与固定机架上部连接；向水池槽中注入一定量的水，确定推波板所需要的运动频率和幅度，通过调节连杆的长度来调节推波板的摇幅，通过改变伺服电机上的交流频率来改变推波板的运动频率，打开伺服电机，伺服电机驱动减速器，减速器驱动直齿轮等速器，直齿轮等速器经过下端的输出轴将速度传递给偏心轮，再经过偏心轮和连杆将速度传递给推波板，推波板经过往复摆动会产生改变水的运动状态力，从而产生了模拟波浪；

调节水池槽上端的两个测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪两端波峰的位置，并固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，即模拟波浪的波长，当第一段波峰到达第一个激光测量装置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个激光测量装置时，计时器结束计时，从而测出其周期，然后调节水池槽端部的测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪的波谷和波峰位置，固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，该刻度差为模拟波浪的波高。

本发明有益效果是：

1.本实验装置通过同一套驱动装置既实现了推板式造波又实现了摇板式造波，整体结构简单，操作方便；采用偏心轮传动模块驱动推波板进行周期性的往复摇动或移动；本实验装置可以通过模拟波浪的波场、波高、周期的衰减，来确定其衰减规律。

3.本实验装置中，安装于水池槽最上端的测量模块，可以分别移动两个测量滑块于两个相邻的波峰，然后紧螺母固定，通过测量激光在测量导轨上的刻度值所指的数值，就是模拟波浪的波长。安装于水池槽最上端的测量模块，可以分别移动两个测量滑块于两个相邻的波峰，然后紧螺母固定，然后当第一段波峰到达第一个测量激光定位位置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个测量激光定位位置时，计时器结束计时，从而测出其周期。安装于水池槽最右端的测量模块，可以分别移动两个测量滑块于波峰和波谷，然后紧螺母固定，通过测量激光在测量导轨上的刻度值所指的数值，就是模拟波浪的波高。

2.本实验装置可以通过调节伺服电机的频率来对形成的模拟波浪频率进行调节。本实验装置的电机仅仅正转，对电机造成的危害低，采用齿轮传动，传动装置寿命长。通过减速器来使伺服电机的高速转速进行降速，得到适合传动模块的转速。该实验装置还设有防水板，对传动模块和动力模块具有保护作用。

附图说明

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

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的俯视图。

图5为本发明的水池槽示意图。

图6为本发明的测量模块示意图。

图7为本发明的方刚架示意图。

图8为本发明的传动模块示意图。

图9为本发明的传动模块的正视图。

图10为本发明的传动模块的侧视图。

图11为本发明的传动模块的俯视图。

图12为本发明的在摇板状态下的结构示意图。

图中：1方刚架，2减速器，3带轮，4水池槽，5伸缩机架，6排水阀，7推波板,8连杆，9直齿轮等速器，10固定机架，11偏心轮，12伺服电机，13测量滑块，14测量激光，15测量导轨，16防水板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，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。

结合图1到图12，本发明所提供的是一种推摇板式造波及波浪表征实验台，其总体结构如图1所示，包括动力模块、传动模块、测量模块、排水模块、支撑模块五部分，该实验台造波系统是使推波板位于水中，通过偏心轮和连杆进行驱动，使得推波板在水中往复移动或往复摆动，从而使水的运动状态发生改变，进而产生波浪；然后通过调节测量模块，进而测量出模拟波浪的各种数据，使得整个装置合为一体，在方刚架前端设有通孔，可以用来调节模拟波浪的方式。

其中，上述的动力模块主要是由伺服电机12构成；

传动模块主要是由减速器2、直齿轮等速器9、偏心轮11、连杆8、推波板7构成；

测量模块主要是由测量滑块13、测量激光14、测量导轨15构成；

排水模块主要是由排水阀6构成；

支撑模块主要是由固定机架10、方刚架1、伸缩机架5构成。

各个部件的连接关系以及对应的位置关系如下：

进一步具体的结合如图8所示，造波机构主要是由动力模块和传动模块组成，具体是由伺服电机12、带轮3、减速器2、固定机架10、直齿轮等速器9、偏心轮11、连杆8、推波板7构成；伺服电机12通过螺栓连接固定在固定机架10上，带轮3通过轴键固定在伺服电机12和减速器2上，而伺服电机12和减速器2是通过带传动的方式进行传动的，减速器2是通过螺栓连接固定在固定机架10上，直齿轮等速器9也是通过螺栓连接固定在固定机架10上，减速器2和直齿轮等速器9通过减速器2的输出轴进行传动，而偏心轮11通过键固定在直齿轮等速器9的轴上，并且通过圆螺母来固定偏心轮11；当用于模拟推板造波装置时，偏心轮11通过上下设置的连杆与推波板可拆式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复运动；当用于模拟摇板造波装置时，偏心轮11的下部通过连杆与推波板7可拆式连接，推波板7的上部通过销轴与方钢架1上部可拆卸式连接，驱动推波板7沿着水池槽的长度方向往复摆动.

进一步的，在所述推波板7底部安装两个轮子，用来支撑推波板和减少其往复运动的摩擦力。

如图6所示，测量机构是由测量模块组成，具体是由测量滑块13、测量激光14、测量导轨15构成，其中测量滑块13是通过加紧螺母来固定在测量导轨15上，并且测量滑块13上设有计时器，而通过松螺母来移动测量滑块13，在测量导轨15上设有刻度值，每一刻度值代表100mm，测量导轨15最左端刻度为0，然后向右端的刻度值逐渐增大，并且在位于水池槽4顶部的测量导轨15上安装两个测量滑块13，其中一个测量滑块13上安装激光测量装置14，另一个测量滑块上安装基板；通过这种方式能很快读出模拟波浪的波长和波高。通过水池槽4上方的测量滑块13上的测量激光14定位两个相邻的波峰可以测出模拟波浪的周期。图6是为安装在水池槽4右端的测量机构，其只能测出模拟波浪的波高，具体设置方式与上部的测量机构相同，在此就不进行赘述了。

如图5所示，防水板16安装在水池槽4正上方，测量导轨15是分别安装在水池槽4的上端和右端，安装水池槽上端的测量滑块13能测量出模拟波浪的波长和周期，而安装在最右端的测量滑块13能测量出模拟波浪的波高。

伸缩机架5通过螺钉连接来固定在水池槽底部的，并且水池槽是由五个伸缩机架5来支撑的。排水模块中的排水阀6安装在水池槽4的最右下段，是通过螺钉连接来固定的。

本实施例公开的水池槽包括PVC板、固定架、防水板、边板、底板，所述的底板与PVC板和边板呈垂直连接，防水板与边板呈垂直连接，所述的PVC板之间的连接处和PVC板和边板连接处设有固定架，固定架下端面与底板相连接，使所述的PVC板和边板依次闭环连接呈长方体形状，其底部与底板相连接。

进一步的，上述的直齿轮等速器9是由两个完全相同的直齿轮组成，偏心轮是通过直齿轮箱上轴上的圆螺母来固定；连杆呈圆柱状；推波板与连杆用销轴连接。

进一步的，所述的排水阀与水池槽用螺钉连接来达到固定的目的。

进一步的，所述的支撑架由方钢构成，它通过螺钉连接与水池槽连接。

进一步的，所述的方刚架由不同型号的方钢组成，并且方刚架前端设有通孔，通过销与推波板连接，通过销的有无来对形成波浪的方式进行切换。

本发明的水平推板式造波机构工作步骤简述如下：

首先，在调节伸缩机架5使水池槽4达到适宜的高度，然后向水池槽4中注入一定量的水，确定推波板7所需要的运动频率，通过改变伺服电机12上的交流频率来改变推波板7的运动频率，随后打开伺服电机12，伺服电机12通过带传动将速度传递给减速器2，减速器2由输出轴将速度传递给直齿轮等速器9，直齿轮等速器9只改变速度方向不改变速度大小，随后通过两个输出轴传递两个大小相同方向相反的速度，再经过偏心轮11和连杆8将速度传递给推波板7，推波板7经过往复移动产生了会改变水的运动状态的力，从而产生了模拟波浪，随后调节水池槽4上端的两个测量滑块13，使两个测量滑块13位于模拟波浪两端波峰的位置，然后加紧螺母使测量滑块13固定，然后读出测量激光14所指再测量导轨15上的刻度值就是一段模拟波浪的波长，然后当第一段波峰到达第一个测量激光14定位位置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个测量激光14定位位置时，计时器结束计时，从而测出其周期，然后调节水池槽4右端的两给测量滑块12，使两个测量滑块12位于模拟波浪的波谷和波峰位置，然后加紧螺母使测量滑块13固定，然后读出测量激光14所指再测量导轨15上的刻度值就是模拟波浪的波高。

本发明的水平摇板式造波机构工作步骤简述如下，对应的结构如图12所示：

首先，在调节伸缩机架5使水池槽4达到适宜的高度，然后向水池槽4中注入一定量的水，再然后用销轴将方刚架1前端和推波板7的上端固定，撤掉连接推波板7上端的连杆8，具体结构参加图12，确定推波板7所需要的运动频率和幅度，通过调节连杆8的长度来调节推波板7的摇幅，通过改变伺服电机12上的交流频率来改变推波板7的运动频率，随后打开伺服电机12，伺服电机12通过带传动将速度传递给减速器2，减速器2由输出轴将速度传递给直齿轮等速器9，直齿轮等速器9经过下端的输出轴将速度传递给偏心轮11，再经过偏心轮11和连杆8将速度传递给推波板7，推波板7经过往复摆动会产生改变水的运动状态力，从而产生了模拟波浪，随后调节水池槽4上端的两个测量滑块13，使两个测量滑块13位于模拟波浪两端波峰的位置，然后加紧螺母使测量滑块13固定，然后读出测量激光14所指再测量导轨15上的刻度值就是一段模拟波浪的波长，然后当第一段波峰到达第一个测量激光14定位位置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个测量激光14定位位置时，计时器结束计时，从而测出其周期，调节水池槽4右端的两给测量滑块12，使两个测量滑块12位于模拟波浪的波谷和波峰位置，然后加紧螺母使测量滑块13固定，然后读出测量激光14所指再测量导轨15上的刻度值就是模拟波浪的波高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种推摇板式造波及波浪表征实验台，包括水池槽，其特征在于，在水池槽的一端安装固定机架，固定机架顶部设有钢架，在固定机架内安装伺服电机，伺服电机与减速器相连，减速器与直齿轮等速器相连，直齿轮等速器的输出轴驱水平设置，直齿轮等速器通过两个输出轴传递两个大小相同方向相反的速度，驱动偏心轮转动；

所述的偏心轮通过上下设置的连杆与推波板可拆式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复运动，或者偏心轮的下部通过连杆与推波板可拆式连接，推波板的上部通过销轴与钢架上部可拆卸式连接，驱动推波板沿着水池槽的长度方向往复摆动；

在所述的水池槽顶部和另一端均安装导轨，所述导轨上有刻度值；

在水池槽顶部的导轨和端部的导轨上各安装有两个滑块，其中一个滑块上安装一个激光测量装置，另一个滑块安装基板，在滑块上还安装有计时器；

进行水平推板式造波具体步骤，包括：偏心轮通过上下设置的连杆与推波板连接；向水池槽中注入一定量的水，确定推波板所需要的运动频率，通过改变伺服电机上的交流频率来改变推波板的运动频率，打开伺服电机，伺服电机驱动减速器，减速器驱动直齿轮等速器，直齿轮等速器通过两个输出轴传递两个大小相同方向相反的速度，经过偏心轮和连杆将速度传递给推波板，推波板经过往复移动产生了会改变水的运动状态的力，产生模拟波浪；调节水池槽上端的两个测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪两端波峰的位置，并固定测量滑块，读出激光测量装置测量的值，即为模拟波浪的波长；当第一段波峰到达第一个激光测量装置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个激光测量装置时，计时器结束计时，从而测出其周期，然后调节水池槽端部的测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪的波谷和波峰位置，固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，该刻度差为模拟波浪的波高；

进行水平摇板式造波具体步骤，包括：偏心轮的下部通过连杆与推波板连接，推波板的上部通过销轴与固定机架上部连接；向水池槽中注入一定量的水，确定推波板所需要的运动频率和幅度，通过调节连杆的长度来调节推波板的摇幅，通过改变伺服电机上的交流频率来改变推波板的运动频率，打开伺服电机，伺服电机驱动减速器，减速器驱动直齿轮等速器，直齿轮等速器经过下端的输出轴将速度传递给偏心轮，再经过偏心轮和连杆将速度传递给推波板，推波板经过往复摆动会产生改变水的运动状态力，从而产生了模拟波浪；调节水池槽上端的两个测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪两端波峰的位置，并固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，即模拟波浪的波长，当第一段波峰到达第一个激光测量装置时，计时器开始计时，第二段相邻波峰到达第二个激光测量装置时，计时器结束计时，从而测出其周期，然后调节水池槽端部的测量滑块，使两个测量滑块位于模拟波浪的波谷和波峰位置，固定测量滑块，读出激光测量装置之间刻度差，该刻度差为模拟波浪的波高。

2.如权利要求1所述的推摇板式造波及波浪表征实验台，其特征在于，在水池槽的底部设有可升降的支撑模块。

3.如权利要求1所述的推摇板式造波及波浪表征实验台，其特征在于，在水池槽上安装有防水板。

4.如权利要求1所述的推摇板式造波及波浪表征实验台，其特征在于，在水池槽端部还安装有排水阀。