CN115637672B - 一种应用于岸坡水位变化的造波装置及造波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于岸坡水位变化的造波装置及造波方法,属于港工试验技术领域，包括：用于模拟波浪波谱产生的造波机；使造波机沿岸坡升降的滑动组件；驱动所述造波机沿所述滑动组件移动的起重设备；其中，所述起重设备根据水位高度使所述造波机定位于所述滑动组件,该应用于岸坡水位变化的造波装置，通过卷扬机自动将所述造波机的底座桁架通过固定安装好的岸坡导轨副沿着河堤岸坡的坡度方向升降，使得推波板前的水深满足造波要求，实现了随着时间的变化，按照旧造波数据需求的调整推波板位置，对造波装置的组合结构改进，造波机、滑动组件施加涂层保护、热喷涂金属保护、阴极保护等防腐蚀措施。

Description

一种应用于岸坡水位变化的造波装置及造波方法

技术领域

本发明属于港工试验技术领域，具体涉及一种应用于岸坡水位变化的造波装置。

背景技术

波浪的产生是海洋自然现象，在波浪试验研究中，波浪波谱的准确模拟产生是开展相关试验研究的首要前提,如何准确模拟产生相应的波浪波谱则是试验准确性的关键,一般都是采用固定式的造波机在水体中通过控制造波板的运动模拟产生波浪，而在某些试验场合，随着潮汐规律的变化，试验段的水位也会随之变化，这就会导致造波板前的水深产生变化，进一步则会导致造波能力的急剧变化，严重影响波浪模拟的准确性；

就目前常用的模拟产生波浪波谱的方式而言，采用的方式都是在试验水池或者海河岸边中通过建设固定平台式造波机控制造波板的往复运动来实现波浪波谱的模拟产生，也就是在近岸打地基建设钢混平台，再将造波机固定安装在平台上，进行造波模拟，多年来，这种波浪的模拟产生方式由于结构简单，便于实现稳定运动控制等因素一直被广泛采用，然而，这种简单的结构方式也伴随存在一些缺点，主要表现为：A、需要造波板有足够的高度，即为了适应水位的变化需要使得推波板前的水深尽量满足造波要求的水深范围，而且在枯季或涝季可能会出现水位低于推波板或高于推波板的情况，导致无法正常造波，甚至因淹没损坏造波机；B、水下钢筋混凝土平台的建设成本高，维护时须通过建设围堰排干造波机周围的水体，由于常年淹没在水中会因生锈腐蚀等因素导致造波机寿命较短；C、水下钢筋混凝土平台的建设会破坏海堤护岸本身的结构；因此，需要研发一种应用于岸坡水位变化的造波装置来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于岸坡水位变化的造波装置，以解决造波装置无法适应水位的变化使推波板前的水深达不到造波要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：包括：

用于模拟波浪波谱产生的造波机；

使所述造波机沿岸坡升降的滑动组件；

驱动所述造波机沿所述滑动组件移动的起重设备；

其中，所述起重设备根据水位高度使所述造波机定位于所述滑动组件。

优选的，所述造波机包括：

推波板；

用于提供驱动力给所述推波板的驱动源；

与所述驱动源、所述推波板相连接，用于将所述驱动源的正反转动转换成所述推波板的摇摆运动的动力传输机构；

滑动连接于滑动组件上用于安装推波板、以及动力传输机构的底座桁架。

优选的，所述动力传输机构包括：

与所述驱动源输出端相连接的滚珠丝杆；

用于支撑所述滚珠丝杆的丝杆支撑座；

匹配于所述滚珠丝杆并随所述滚珠丝杆转动沿所述丝杆支撑座进行直线运动的直线滑台；

一端连接在所述直线滑台上的万向连杆；

所述万向连杆的另一端与所述推波板相连接。

优选的，所述万向连杆包括：

连杆；

装配于所述连杆两端的两个万向轴承；

其中，一所述万向轴承与直线滑台连接，另一万向轴承与所述推波板连接。

优选的，所述推波板通过固定铰支座与底座桁架连接，所述固定铰支座内嵌设有轴承，所述轴承使推波板沿轴承圆心作被动往复运动。

优选的，所述推波板装配于桁架，所述桁架包括：

至少一个桁架单元；

所述桁架单元包括：

第一支架；

与所述第一支架平行设置的第二支架；

与所述第一支架和第二支架相连接的第一横杆、第二横杆以及第三横杆；

所述第一支架、第二支架、第一横杆、第二横杆以及第三横杆构成三角式桁架结构。

优选的，所述第一横杆与万向连杆相连接，第三横杆与固定铰支座相连接，所述第三横杆与第二横杆之间配制推波板；

所述桁架单元均设置有可拼接连接工件，使多个桁架单元组成整体。

优选的，所述滑动组件包括：

沿岸坡的坡度布设的导轨；

滑动连接于所述导轨上的滑块；

将所述导轨固定于岸坡的固定座；

所述滑块固定连接于造波机，所述造波机与起重设备连接，所述造波机受起重设备驱动沿河堤岸坡的坡度方向升降，当起重设备运行停止时，所述造波机停止于导轨上。

优选的，所述丝杆支撑座包括两个支撑端板、两个支撑侧板，两个支撑侧板平行分布后固定于两个支撑端板之间，两个支撑端板内部贯穿设置有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆一端贯穿一侧的支撑端板与驱动源的输出端相连接，并与所述驱动源呈同轴分布，所述滚珠丝杆另一端贯穿过另一支撑端板，且所述滚珠丝杆上套设有匹配的直线滑台，所述直线滑台包括：滑台承载板、滑台连接板、滑台导轨、滑台滑块,所述滑台滑块与设置在所述两个支撑侧板上端面的滑台导轨滑动连接，且所述滑台导轨上均连接两个滑台滑块，四个滑台滑块之间通过滑台承载板固定，所述滑台承载板下方固定滑台连接板，所述滑台连接板套设于滚珠丝杆上，且滑台连接板与滑台承载板构成T型结构，所述滑台连接板的下部与万向连杆连接，所述支撑侧板的高度为支撑端板高度的4/5，所述滑台承载板安装后上端面与两个支撑端板的上端面齐平，所述滑台导轨的长度为支撑侧板长度为7/10，所述滑台连接板伸出支撑侧板后的长度与支撑侧板的高度相同。

本发明另提供一种应用于岸坡水位变化的造波装置的造波方法，包括：

当水位发生变化时，依据当前水文站点的水位高度，通过起重设备自动将所述造波机的底座桁架通过固定的滑动组件沿着河堤岸坡的坡度方向升降，使得推波板前的水深为推波板高度的0.7倍；

当驱动源在位置模式下工作时，电脑定时地采集推波板的位置信号与造波数据进行比较得到误差数据，此误差数据经调节运算后经运动控制卡的D/A口送出，对驱动源进行速度控制，驱动源随之转动，经滚珠丝杆作用变成直线运动，驱动直线滑台到所需要的位置，实现闭环伺服控制；

按造波数据确定推波板位置，直线滑台推动万向连杆，进而推动推波板及桁架沿固定铰支座的轴心前后摆动，产生波浪。

本发明的技术效果和优点：该应用于岸坡水位变化的造波装置，通过起重设备自动将所述造波机的底座桁架通过固定安装好的岸坡导轨副沿着河堤岸坡的坡度方向升降，使得推波板前的水深满足造波要求，实现了随着时间的变化，按照旧造波数据需求的调整推波板位置，对造波装置的组合结构改进，造波机、滑动组件施加涂层保护、热喷涂金属保护、阴极保护等防腐蚀措施，解决了传统固定平台式造波机装置存在的造波机寿命较短、破坏海堤护岸本身结构的问题，并应用于港工试验中的相关科研项目。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的左侧视图；

图3为本发明的45度视图a；

图4为本发明的45度视图b；

图5为本发明的驱动源、动力传输机构连接结构示意图；

图6为本发明的驱动源与直线滑台连接结构示意图；

图7为本发明造波方法的流程图；

图8为本发明的45度视图c；

图9为本发明造波机的结构示意图。

图中：100、造波机；200、滑动组件；300、起重设备；110、推波板；120、驱动源；130、动力传输机构；140、底座桁架；131、滚珠丝杆；132、直线滑台；132a、滑台承载板；132b、滑台连接板；132c、滑台导轨；132d、滑台滑块；133、丝杆支撑座；133a、支撑端板；133b、支撑侧板；113、万向连杆；113a、连杆；113b、万向轴承；400、固定铰支座；150、桁架；151a、第一支架；151b、第二支架；151c、第一横杆；151d、第二横杆；151e、第三横杆；210、导轨；220、滑块；230、固定座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1、图2中所示的一种应用于岸坡水位变化的造波装置，包括：

如图9所示，用于模拟波浪波谱产生的造波机100；造波机100包括：

推波板110；

用于提供驱动力给推波板110的驱动源120；本实施例中，驱动源120采用交流伺服电机作为造波机100的驱动设备，交流伺服电机控制和驱动系统由交流伺服放大单元，交流伺服电机驱动装置等组成；

与驱动源120、推波板110相连接，用于将驱动源120的正反转动转换成推波板110的摇摆运动的动力传输机构130；如图4-5所示，动力传输机构130包括：

与驱动源120输出端相连接的滚珠丝杆131；

用于支撑滚珠丝杆131的丝杆支撑座133；滚珠丝杆131将驱动源120的正反转动变换成经复的弧线运动，其导程为40mm，有效行程为650mm；

如图4-6所示，丝杆支撑座133包括两个支撑端板133a、两个支撑侧板133b，两个支撑侧板133b平行分布后固定于两个支撑端板133a之间，两个支撑端板133a内部贯穿设置有滚珠丝杆131，滚珠丝杆131一端贯穿一侧的支撑端板133a与驱动源120的输出端相连接，并与驱动源120呈同轴分布，滚珠丝杆131另一端贯穿过另一支撑端板133a，且滚珠丝杆131上套设有匹配的直线滑台132，直线滑台132包括：滑台承载板132a、滑台连接板132b、滑台导轨132c、滑台滑块132d,滑台滑块132d与设置在两个支撑侧板133b上端面的滑台导轨132c滑动连接，且各滑台导轨132c上均连接两个滑台滑块132d，四个滑台滑块132d之间通过滑台承载板132a固定，滑台承载板132a下方固定滑台连接板132b，滑台连接板132b套设于滚珠丝杆131上，且滑台连接板132b与滑台承载板132a构成T型结构，滑台连接板132b的下部与万向连杆113连接，支撑侧板133b的高度为支撑端板133a高度的4/5，滑台承载板132a安装后上端面与两个支撑端板133a的上端面齐平，滑台导轨132c的长度为支撑侧板133b长度为7/10，滑台连接板132b伸出支撑侧板133b后的长度与支撑侧板133b的高度相同；

匹配于滚珠丝杆131并随滚珠丝杆131转动沿丝杆支撑座133进行直线运动的直线滑台132；直线滑台132是将伺服电机的转动转换成直线运动的受力载体，为造波传送动力；

一端连接在直线滑台132的万向连杆113；如图4-9所示，万向连杆113，是在一根钢管两端安装鱼眼形万向轴承113b，是连接直线滑台132和推波板110及桁架150的动力传输机构130，其作用是将直线滑台132的直线往复运动转换成推波板110的摇摆运动；推波板110及桁架150，采用三角式桁架结构，以便在地面固定转动轴扩展推波板110长度至15米以上亦能保证刚性变形小于0.03mm。设计成每一节3米长，每一米配一个三角法兰，这样方便用螺栓拼接多节桁架结构，也方便拆散移动至不同位置；

万向连杆113包括：

连杆113a；

装配于连杆113a两端的两个万向轴承113b；

其中，一万向轴承113b与直线滑台132连接，另一万向轴承113b与推波板110连接。

万向连杆113的另一端与推波板110相连接。推波板110通过固定铰支座400与底座桁架140连接，固定铰支座400内嵌设有轴承，轴承使推波板110沿轴承圆心作被动往复运动，本实施例中，固定铰支座400固定在所述底座桁架140上，通过平面轴承与桁架150相连，能够固定好推波板110及桁架150的位置，通过平面轴承的圆心作被动往复运动；

推波板110装配于桁架150，桁架150包括：

至少一个桁架单元；

如图1-9所示，桁架单元包括：

第一支架151a；

与第一支架151a平行设置的第二支架151b；

与第一支架151a和第二支架151b相连接的第一横杆151c、第二横杆151d以及第三横杆151e；

第一支架151a、第二支架151b、第一横杆151c、第二横杆151d以及第三横杆151e构成三角式桁架结构。

第一横杆151c与万向连杆113相连接，第三横杆151e与固定铰支座400相连接，第三横杆151e与第二横杆151d之间配制推波板110；

桁架单元均设置有可拼接连接工件，使多个桁架单元组成整体，比如，桁架单元均设置有三角法兰，两个桁架单元通过三角法兰使用螺栓拼接，也可以两个桁架单元拼接时共用一个支架，节省材料；

滑动连接于滑动组件200用于安装推波板110、以及动力传输机构130的底座桁架140；底座桁架140是用不锈钢螺栓固定在由槽钢焊接成的框架上，框架安装在导轨副的轴承支承座上，能很轻巧地在导轨上沿着岸坡滑动，又没有横向的摆动；

使造波机100沿岸坡升降的滑动组件200；比如滑动组件200为导轨副，按照河堤岸坡的坡度大小，通过钢架结构平行安装在河堤上，分别确定坡度，能够使得导轨上的滑块按照河堤岸坡的坡度轨迹平稳的滑动；如图3所示，滑动组件200包括：

沿岸坡的坡度布设的导轨210；

滑动连接于导轨210的滑块220；

将导轨210固定于岸坡的固定座230；

滑块220固定连接于造波机100，造波机100与起重设备300连接，造波机100受起重设备300驱动沿河堤岸坡的坡度方向升降，当起重设备300运行停止时，造波机100停止于导轨210上；

驱动造波机100沿滑动组件200移动的起重设备300；起重设备300比如卷扬机，是固定在岸滩上边的起重设备，通过控制卷扬机的运转，将造波装置整体沿着岸坡的导轨副升降，并与水位高度匹配将之定位在合适的高度；

其中，起重设备300根据水位高度使造波机100定位于滑动组件200上。

本发明另提供一种应用于岸坡水位变化的造波装置的造波方法，如图7所示，包括：

当水位发生变化时，依据当前水文站点的水位高度，通过起重设备300自动将造波机100的底座桁架140通过固定的滑动组件200沿着河堤岸坡的坡度方向升降，使得推波板110前的水深为推波板110自身高度的0.7倍；

当驱动源120在位置模式下工作时，电脑定时地采集推波板110的位置信号与造波数据进行比较得到误差数据，此误差数据经调节运算后经运动控制卡的D/A口送出，对驱动源120进行速度控制，驱动源120随之转动，经滚珠丝杆131变成直线运动，驱动直线滑台132到所需要的位置，实现闭环伺服控制；

按造波数据确定推波板110位置，直线滑台132推动万向连杆113，进而推动推波板110及桁架150沿固定铰支座400的轴心前后摆动，产生波浪。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (6)

1.一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：包括：

用于模拟波浪波谱产生的造波机（100）；

使所述造波机（100）沿岸坡升降的滑动组件（200）；

驱动所述造波机（100）沿所述滑动组件（200）移动的起重设备（300）；

其中，所述起重设备（300）根据水位高度使所述造波机（100）定位于所述滑动组件（200）；

所述造波机（100）包括：

推波板（110）；

用于提供驱动力给所述推波板（110）的驱动源（120）；

与所述驱动源（120）、所述推波板（110）相连接，用于将所述驱动源（120）的正反转动转换成所述推波板（110）的摇摆运动的动力传输机构（130）；

滑动连接于所述滑动组件（200）上用于安装推波板（110）以及动力传输机构（130）的底座桁架（140）；所述动力传输机构（130）包括：

与所述驱动源（120）输出端相连接的滚珠丝杆（131）；

用于支撑所述滚珠丝杆（131）的丝杆支撑座（133）；

匹配于所述滚珠丝杆（131）并随所述滚珠丝杆（131）转动沿所述丝杆支撑座（133）进行直线运动的直线滑台（132）；

一端连接在所述直线滑台（132）上的万向连杆（113）；

所述万向连杆（113）的另一端与所述推波板（110）相连接；所述推波板（110）装配于桁架（150），所述桁架（150）包括：

至少一个桁架单元；

所述桁架单元包括：

第一支架（151a）；

与所述第一支架（151a）平行设置的第二支架（151b）；

与所述第一支架（151a）和第二支架（151b）相连接的第一横杆（151c）、第二横杆（151d）以及第三横杆（151e）；

所述第一支架（151a）、第二支架（151b）、第一横杆（151c）、第二横杆（151d）以及第三横杆（151e）构成三角式桁架结构；所述丝杆支撑座（133）包括两个支撑端板（133a）、两个支撑侧板（133b），两个支撑侧板（133b）平行分布后固定于两个支撑端板（133a）之间，两个支撑端板（133a）内部贯穿设置有滚珠丝杆（131），所述滚珠丝杆（131）一端贯穿一侧的支撑端板（133a）与驱动源（120）的输出端相连接，并与所述驱动源（120）呈同轴分布，所述滚珠丝杆（131）另一端贯穿过另一支撑端板（133a），且所述滚珠丝杆（131）上套设有匹配的直线滑台（132），所述直线滑台（132）包括：滑台承载板（132a）、滑台连接板（132b）、滑台导轨（132c）、滑台滑块（132d）,所述滑台滑块（132d）与设置在所述两个支撑侧板（133b）上端面的滑台导轨（132c）滑动连接，且所述滑台导轨（132c）上均连接两个滑台滑块（132d），四个滑台滑块（132d）之间通过滑台承载板（132a）固定，所述滑台承载板（132a）下方固定滑台连接板（132b），所述滑台连接板（132b）套设于滚珠丝杆（131）上，且滑台连接板（132b）与滑台承载板（132a）构成T型结构，所述滑台连接板（132b）的下部与万向连杆（113）连接，所述支撑侧板（133b）的高度为支撑端板（133a）高度的4/5，所述滑台承载板（132a）安装后上端面与两个支撑端板（133a）的上端面齐平，所述滑台导轨（132c）的长度为支撑侧板（133b）长度为7/10，所述滑台连接板（132b）伸出支撑侧板（133b）后的长度与支撑侧板（133b）的高度相同。

2.根据权利要求1所述的一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：所述万向连杆（113）包括：

连杆（113a）；

装配于所述连杆（113a）两端的两个万向轴承（113b）；

其中，一万向轴承（113b）与直线滑台（132）连接，另一万向轴承（113b）与所述推波板（110）连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：所述推波板（110）通过固定铰支座（400）与底座桁架（140）连接，所述固定铰支座（400）内嵌设有轴承，所述轴承使推波板（110）沿轴承圆心作被动往复运动。

4.根据权利要求1所述的一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：所述第一横杆（151c）与万向连杆（113）相连接，第三横杆（151e）与固定铰支座（400）相连接，所述第三横杆（151e）与第二横杆（151d）之间配制推波板（110）；

所述桁架单元均设置有可拼接连接工件，使多个桁架单元组成整体。

5.根据权利要求1所述的一种应用于岸坡水位变化的造波装置，其特征在于：所述滑动组件（200）包括：

沿岸坡的坡度布设的导轨（210）；

滑动连接于所述导轨（210）上的滑块（220）；

将所述导轨（210）固定于岸坡的固定座（230）；

所述滑块（220）固定连接于造波机（100），所述造波机（100）与起重设备（300）连接，所述造波机（100）受起重设备（300）驱动沿河堤岸坡的坡度方向升降，当起重设备（300）运行停止时，所述造波机（100）停止于导轨（210）上。

6.基于权利要求1-5任一项所述的一种应用于岸坡水位变化的造波装置的造波方法，其特征在于：包括：

当水位发生变化时，依据当前水文站点的水位高度，通过所述起重设备（300）自动将所述造波机（100）的底座桁架（140）通过固定的滑动组件（200）沿着河堤岸坡的坡度方向升降，使得推波板（110）前的水深为推波板（110）高度的0.7倍；

当驱动源（120）在位置模式下工作时，电脑定时地采集推波板（110）的位置信号与造波数据进行比较得到误差数据，此误差数据经调节运算后经运动控制卡的D/A口送出，对驱动源（120）进行速度控制，驱动源（120）随之转动，经滚珠丝杆（131）作用变成直线运动，驱动直线滑台（132）到所需要的位置，实现闭环伺服控制；

按造波数据确定推波板（110）位置，直线滑台（132）推动万向连杆（113），进而推动推波板（110）及桁架（150）沿固定铰支座（400）的轴心前后摆动，产生波浪。

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