CN116129725A - 一种火山碎屑沉积模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学设备技术领域，且公开了一种火山碎屑沉积模拟装置及方法，其中的一种火山碎屑沉积模拟装置包括壳体、透明箱、两个限位组件、调节机构、升降板、锥形壳和多个摄像头，所述壳体的顶部和透明箱的顶部均呈开口设置，且透明箱活动安装在壳体内。本发明设计合理，能够根据需要进行水上火山碎屑沉积模拟和水下火山碎屑沉积模拟，同时便于直观的观察升降板上火山喷发后不同位置碎屑沉积的厚度，且在多个摄像头的配合下能够配合外置多媒体设备方便学生观看火山喷发的过程，从而能够有效的对教学效果进行提升，同时也便于研究水上、水下火山碎屑搬运及沉积模式，为多因素控制下湖盆沉积模拟提供火山供源。

Description

一种火山碎屑沉积模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种火山碎屑沉积模拟装置及方法。

背景技术

火山是岩浆喷发形成的，由熔岩和火山碎屑组成的地貌景观，通常火山形状为锥形，主要由火山锥、火山口和喷出口组成，有水上火山、水下火山。在进行教学时，一般会通过模拟的方式向学生们展示火山喷发的情况，传统的火山喷发模拟装置是设置在一个透明的箱子内，然后在箱子内放置模拟火山爆发的装置来进行模拟操作，然后对模拟火山爆发时产生的碎屑沉积进行观察和依次测量，火山爆发模拟完成后对距离喷发口位置不同距离的不同粒度的碎屑和灰尘等物质的沉积厚度进行依次测量时存在工作量较大，具有一定的繁琐性，同时由于演示过程中需要学生在一定的距离外进行观察，并且所观察的角度相对固定，影响观察与测量，因此，我们提出了一种火山碎屑沉积模拟装置及方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的缺点，而提出的一种火山碎屑沉积模拟装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种火山碎屑沉积模拟装置，包括壳体、透明箱、两个限位组件、调节机构、升降板、锥形壳和多个摄像头；

所述壳体的顶部和透明箱的顶部均呈开口设置，且透明箱活动安装在壳体内，所述壳体的底部固定安装有两个防滑条，所述升降板密封滑动安装在透明箱的侧壁上，所述锥形壳固定安装在升降板上，所述调节机构设置在透明箱上，所述透明箱上固定安装有注水管和排水管，且注水管和排水管上均固定安装有控制阀；

所述升降板的顶侧固定安装有多个刻度尺一、多个刻度尺二和多个刻度尺三，多个刻度尺一均与透明箱的侧壁滑动接触，两个限位件设置在壳体的两侧，且两个限位件均与透明箱相连接，所述壳体的内壁上设置有缓冲组件，所述缓冲组件与透明箱相连接。

优选的，所述调节机构包括调节电机、驱动齿轮、从动齿轮、两个调节丝杠、两个螺套二、皮带和两个带轮，透明箱的底部内壁上转动安装有两个调节丝杠，两个调节丝杠，两个调节丝杠的底端均延伸至透明箱的下方并分别固定套设有带轮，两个带轮上传动连接有同一个皮带，透明箱的底部固定安装有调节电机，调节电机的输出轴延伸至透明箱内并固定套设有驱动齿轮，位于左侧的调节丝杠上固定套设有从动齿轮，驱动齿轮与从动齿轮相啮合，升降板上固定安装有两个螺套二，两个调节丝杠分别螺纹安装在对应的螺套二内。

优选的，所述透明箱的两侧内壁上均固定安装有U形块，两个调节丝杠的顶端分别转动安装在对应的U形块上。

优选的，所述限位组件包括限位丝杆、螺套一和调节轮，壳体的两侧均固定安装有螺套一，螺套一内螺纹安装与限位丝杆，限位丝杆的一端延伸至壳体外并固定套设有调节轮，透明箱的两侧均开设有限位螺孔，限位丝杆远离调节轮的一端螺纹安装在对应的限位螺孔内。

优选的，所述限位丝杆上转动安装有L形挡板，L形挡板与壳体的顶侧滑动接触，且L形挡板与透明箱相抵接。

优选的，所述缓冲组件包括多个阻尼弹簧一和多个阻尼弹簧二，透明箱的底部和壳体的侧壁上分别固定安装有多个阻尼弹簧一和多个阻尼弹簧二，多个阻尼弹簧一远离透明箱的一端与壳体的底部内壁固定连接，多个阻尼弹簧二远离壳体的一端均与透明箱固定连接。

优选的，所述锥形壳的顶部开设有喷射口，锥形壳的底部开设有放置口，且放置口内螺纹安装有封盖。

优选的，所述透明箱的底部和壳体的底部分别开设有小圆形口和大圆形口，且小圆形口、大圆形口和锥形壳位于同一竖直轴线上。

优选的，所述透明箱的顶部两侧均开设有U形槽，两个U形槽内均转动安装有转动杆，两个转动杆上均固定安装有顶盖。

本发明还提供了一种火山碎屑沉积模拟装置的方法，包括以下步骤：

S1：首先接通电源，旋下锥形壳底部的封盖并将用于进行火山模拟的燃料和不同粒度的碎屑颗粒放置在锥形壳内，然后通过封盖关闭放置口，通过调节轮转动限位丝杆使其从限位螺孔内旋出，从而能够使L形挡板与透明箱脱离接触，通过调节电机控制驱动齿轮带动从动齿轮转动，同时在带轮和皮带的配合下能够使两个调节丝杠同步转动，从而能够使升降板向上运动，在刻度尺一、刻度尺二和刻度尺三的配合下能够将顶盖向上顶起并使其基于对应的转动杆为中心进行偏转，从而能够将两个顶盖打开。

S2：当需要进行水下火山碎屑沉积模拟时，通过调节电机、驱动齿轮、从动齿轮、调节丝杠、螺套二、带轮和皮带的配合下将升降板向下调节至适合的位置，然后通过注水管向透明箱内注入适量的水，使液面淹没锥形罩上的喷射口上方的适合高度，然后点燃锥形壳内的燃料来实现火山爆发的模拟，在进行火山喷发模拟的同时在爆发产生的冲击力作用下能够使放置在锥形壳内的不同粒度的碎屑颗粒、灰尘等物质一并喷发出来，喷出的碎屑颗粒和灰尘等物质落下后沉积在升降板上，然后通过刻度尺一、刻度尺二和刻度尺三能够对升降板上不同位置的碎屑沉积量进行观察和测量。

S3：当需要进行水上火山碎屑沉积模拟操作时，通过调节电机配合调节丝杠控制升降板调节至与排水管位置，然后打开排水管上的控制阀，从而能够将透明箱内的水排出，并将升降板向下调节后再次向透明箱内注入适量的水，然后更换上锥形罩内的燃料，再次点燃燃料，从而能够实现水上火山碎屑沉积模拟实验操作。

与现有技术相比，本发明中提供了一种火山碎屑沉积模拟装置及方法，具备以下有益效果：

(1)通过调节组件的作用下能够控制升降板进行升降，从而能够带动锥形壳同步运动，进而便于根据实际教学需要进行水上火山或水下火山碎屑沉积模拟操作，同时通过缓冲组件配合壳体还能模拟出火山喷发时产生的振动，从而能够提高模拟效果。

(2)通过刻度尺一、刻度尺二、刻度尺三的配合下便于直接观察出升降板上不同位置碎屑沉积的厚度，同时通过多个摄像头能够从不同的位置对透明箱内的火山喷发模拟过程进行摄录，从而能够在搭配外置多媒体设备的情况下方便进行教学操作，且在限位组件的作用下能够根据需要对透明箱的位置进行固定，从而能够控制是否对火山喷发时产生的振动进行模拟。

(3)通过设置的大圆形口、小圆形口、放置口和封盖的配合下便于对锥形壳内用于模拟火山喷发场景的燃料进行更换和添加，从而能够提高锥形壳的重复利用率。

本发明设计合理，能够根据需要进行水上火山碎屑沉积模拟和水下火山碎屑沉积模拟，同时便于直观的观察升降板上火山喷发后不同位置碎屑沉积的厚度，且在多个摄像头的配合下能够配合外置多媒体设备方便学生观看火山喷发的过程，从而能够有效的对教学效果进行提升，同时也便于研究水上、水下火山碎屑搬运及沉积模式，为多因素控制下湖盆沉积模拟提供火山供源。

附图说明

图1为本发明提出的一种火山碎屑沉积模拟装置的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种火山碎屑沉积模拟装置的剖视结构示意图；

图3为本发明提出的一种火山碎屑沉积模拟装置的A部分的结构示意图。

图中：1、壳体；101、螺套一；102、防滑条；11、阻尼弹簧一；12、阻尼弹簧二；13、限位丝杆；14、调节轮；15、L形挡板；2、透明箱；201、限位螺孔；21、顶盖；22、注水管；23、排水管；3、升降板；31、调节丝杠；311、U形块；312、螺套二；32、带轮；33、皮带；34、从动齿轮；35、调节电机；36、驱动齿轮；4、锥形壳；5、刻度尺一；6、刻度尺二；7、刻度尺三；8、摄像头。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-3，一种火山碎屑沉积模拟装置，包括壳体1、透明箱2、升降板3、锥形壳4和多个固定安装在透明箱2外侧且朝向透明箱2内部进行摄录用的摄像头8，所述壳体1的顶部和透明箱2的顶部均呈开口设置，且透明箱2活动安装在壳体1内，所述壳体1的底部固定安装有两个防滑条102，能够避免在进行模拟操作时壳体1的稳定性，所述升降板3密封滑动安装在透明箱2的侧壁上，所述锥形壳4固定安装在升降板3上，透明箱2的底部内壁上转动安装有两个调节丝杠31，两个调节丝杠31，两个调节丝杠31的底端均延伸至透明箱2的下方并分别固定套设有带轮32，两个带轮32上传动连接有同一个皮带33，透明箱2的底部固定安装有调节电机35，调节电机35的输出轴延伸至透明箱2内并固定套设有驱动齿轮36，位于左侧的调节丝杠31上固定套设有从动齿轮34，驱动齿轮36与从动齿轮34相啮合，升降板3上固定安装有两个螺套二312，两个调节丝杠31分别螺纹安装在对应的螺套二312内，能够根据需要控制升降板3进行升降，从而便于通过锥形壳4配合透明箱2进行水上火山和水下火山的模拟操作，所述透明箱2上固定安装有注水管22和排水管23，且注水管22和排水管23上均固定安装有控制阀，所述升降板3的顶侧固定安装有多个刻度尺一5、多个刻度尺二6和多个刻度尺三7，多个刻度尺一5均与透明箱2的侧壁滑动接触，方便直观的观察升降板3上不同位置的碎屑沉积厚度，壳体1的两侧均固定安装有螺套一101，螺套一101内螺纹安装与限位丝杆13，限位丝杆13的一端延伸至壳体1外并固定套设有调节轮14，透明箱2的两侧均开设有限位螺孔201，限位丝杆13远离调节轮14的一端螺纹安装在对应的限位螺孔201内，能够对透明箱2的位置进行限定，透明箱2的底部和壳体1的侧壁上分别固定安装有多个阻尼弹簧一11和多个阻尼弹簧二12，多个阻尼弹簧一11远离透明箱2的一端与壳体1的底部内壁固定连接，多个阻尼弹簧二12远离壳体1的一端均与透明箱2固定连接，从而能够在限位丝杆13解除对透明箱2的限位时，可在通过锥形罩进行火山爆发模拟时更好的模拟因地震引起的振动。

本实施例中，所述透明箱2的两侧内壁上均固定安装有U形块311，两个调节丝杠31的顶端分别转动安装在对应的U形块311上，能够对调节丝杠31提供支撑，所述限位丝杆13上转动安装有L形挡板15，L形挡板15与壳体1的顶侧滑动接触，且L形挡板15与透明箱2相抵接，能够配合限位丝杆13对透明箱2进行限位和固定，同时还能降低杂物进入壳体1内的概率。

本实施例中，所述锥形壳4的顶部开设有喷射口，锥形壳4的底部开设有放置口，且放置口内螺纹安装有封盖，方便向锥形壳4内放置用于模拟火山爆发使用的燃料，同时方便对锥形壳4内的用于模拟火山喷发用的燃料进行更换和添加操作。

本实施例中，所述透明箱2的底部和壳体1的底部分别开设有小圆形口和大圆形口，且小圆形口、大圆形口和锥形壳4位于同一竖直轴线上，便于对锥形壳4上的封盖进行操作，同时方便向锥形壳4内放置用于模拟火山爆发的燃料，所述透明箱2的顶部两侧均开设有U形槽，两个U形槽内均转动安装有转动杆，两个转动杆上均固定安装有顶盖21，能够在使用完成后对透明箱2顶部的开口进行封闭。

本实施例还提供了一种火山碎屑沉积模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：首先接通电源，旋下锥形壳4底部的封盖并将用于进行火山模拟的燃料和不同粒度的碎屑颗粒放置在锥形壳4内，然后通过封盖关闭放置口，通过调节轮14转动限位丝杆13使其从限位螺孔201内旋出，从而能够使L形挡板15与透明箱2脱离接触，通过调节电机35控制驱动齿轮36带动从动齿轮34转动，同时在带轮32和皮带33的配合下能够使两个调节丝杠31同步转动，从而能够使升降板3向上运动，在刻度尺一5、刻度尺二6和刻度尺三7的配合下能够将顶盖21向上顶起并使其基于对应的转动杆为中心进行偏转，从而能够将两个顶盖21打开。

S2：当需要进行水下火山碎屑沉积模拟时，通过调节电机35、驱动齿轮36、从动齿轮34、调节丝杠31、螺套二312、带轮32和皮带33的配合下将升降板3向下调节至适合的位置，然后通过注水管22向透明箱2内注入适量的水，使液面淹没锥形罩上的喷射口上方的适合高度，然后点燃锥形壳4内的燃料来实现火山爆发的模拟，在进行火山喷发模拟的同时在爆发产生的冲击力作用下能够使放置在锥形壳4内的不同粒度的碎屑颗粒、灰尘等物质一并喷发出来，喷出的碎屑颗粒和灰尘等物质落下后沉积在升降板3上，然后通过刻度尺一5、刻度尺二6和刻度尺三7能够对升降板3上不同位置的碎屑沉积量进行观察和测量。

S3：当需要进行水上火山碎屑沉积模拟操作时，通过调节电机35配合调节丝杠31控制升降板3调节至与排水管23位置，然后打开排水管23上的控制阀将透明箱2内的水排出，并控制升降板3向下调节后再次向透明箱2内注入适量的水，然后更换上锥形罩内的燃料，再次点燃燃料，从而能够实现水上火山碎屑沉积模拟实验操作，通过设置的多个摄像头8能够从不同的方向对火山爆发模拟的情况进行摄录。

工作原理：首先接通电源，启动调节电机35，在调节电机35、驱动齿轮36、从动齿轮34、带轮32和皮带33的配合下能够控制升降板3进行升降，从而能够对锥形壳4的高度进行调节，通过注水管22向透明箱2内升降板3的上方注入适量的水并点燃用于模拟火山爆发的燃料，能够进行水中火山爆发碎屑沉积情况，同时可根据需要对锥形壳4喷射口上方的水深进行调节，从而便于模拟水下不同深度的火山爆发情况，也可在不向透明箱2内注水的情况下进行普通火山爆发的模拟，有效的提高了该装置的适用性，通过多个阻尼弹簧一11和多个阻尼弹簧二12的配合下能够模拟火山爆发时的振动，从而能够有效的提高模拟效果，通过刻度尺一5、刻度尺二6和刻度尺三7的配合下能够观察升降板3上不同位置的碎屑沉积厚度，通过设置的摄像头8能够对火山爆发模拟情况进行摄录，并配合外置多媒体设备对火山爆发模拟的情况进行播放，从而能够使更多的学生能够直观的观察到火山爆发模拟情况，同时便于研究水上、水下火山碎屑搬运及沉积模式，为多因素控制下湖盆沉积模拟提供火山供源。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

Claims (10)

1.一种火山碎屑沉积模拟装置，包括壳体(1)、透明箱(2)、两个限位组件、调节机构、升降板(3)、锥形壳(4)和多个摄像头(8)；

所述壳体(1)的顶部和透明箱(2)的顶部均呈开口设置，且透明箱(2)活动安装在壳体(1)内，所述壳体(1)的底部固定安装有两个防滑条(102)，所述升降板(3)密封滑动安装在透明箱(2)的侧壁上，所述锥形壳(4)固定安装在升降板(3)上，所述调节机构设置在透明箱(2)上，所述透明箱(2)上固定安装有注水管(22)和排水管(23)，且注水管(22)和排水管(23)上均固定安装有控制阀；

所述升降板(3)的顶侧固定安装有多个刻度尺一(5)、多个刻度尺二(6)和多个刻度尺三(7)，多个刻度尺一(5)均与透明箱(2)的侧壁滑动接触，两个限位件设置在壳体(1)的两侧，且两个限位件均与透明箱(2)相连接，所述壳体(1)的内壁上设置有缓冲组件，所述缓冲组件与透明箱(2)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述调节机构包括调节电机(35)、驱动齿轮(36)、从动齿轮(34)、两个调节丝杠(31)、两个螺套二(312)、皮带(33)和两个带轮(32)，透明箱(2)的底部内壁上转动安装有两个调节丝杠(31)，两个调节丝杠(31)，两个调节丝杠(31)的底端均延伸至透明箱(2)的下方并分别固定套设有带轮(32)，两个带轮(32)上传动连接有同一个皮带(33)，透明箱(2)的底部固定安装有调节电机(35)，调节电机(35)的输出轴延伸至透明箱(2)内并固定套设有驱动齿轮(36)，位于左侧的调节丝杠(31)上固定套设有从动齿轮(34)，驱动齿轮(36)与从动齿轮(34)相啮合，升降板(3)上固定安装有两个螺套二(312)，两个调节丝杠(31)分别螺纹安装在对应的螺套二(312)内。

3.根据权利要求2所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述透明箱(2)的两侧内壁上均固定安装有U形块(311)，两个调节丝杠(31)的顶端分别转动安装在对应的U形块(311)上。

4.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述限位组件包括限位丝杆(13)、螺套一(101)和调节轮(14)，壳体(1)的两侧均固定安装有螺套一(101)，螺套一(101)内螺纹安装与限位丝杆(13)，限位丝杆(13)的一端延伸至壳体(1)外并固定套设有调节轮(14)，透明箱(2)的两侧均开设有限位螺孔(201)，限位丝杆(13)远离调节轮(14)的一端螺纹安装在对应的限位螺孔(201)内。

5.根据权利要求4所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述限位丝杆(13)上转动安装有L形挡板(15)，L形挡板(15)与壳体(1)的顶侧滑动接触，且L形挡板(15)与透明箱(2)相抵接。

6.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述缓冲组件包括多个阻尼弹簧一(11)和多个阻尼弹簧二(12)，透明箱(2)的底部和壳体(1)的侧壁上分别固定安装有多个阻尼弹簧一(11)和多个阻尼弹簧二(12)，多个阻尼弹簧一(11)远离透明箱(2)的一端与壳体(1)的底部内壁固定连接，多个阻尼弹簧二(12)远离壳体(1)的一端均与透明箱(2)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述锥形壳(4)的顶部开设有喷射口，锥形壳(4)的底部开设有放置口，且放置口内螺纹安装有封盖。

8.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述透明箱(2)的底部和壳体(1)的底部分别开设有小圆形口和大圆形口，且小圆形口、大圆形口和锥形壳(4)位于同一竖直轴线上。

9.根据权利要求1所述的一种火山碎屑沉积模拟装置，其特征在于，所述透明箱(2)的顶部两侧均开设有U形槽，两个U形槽内均转动安装有转动杆，两个转动杆上均固定安装有顶盖(21)。

10.一种火山碎屑沉积模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：首先接通电源，旋下锥形壳(4)底部的封盖并将用于进行火山模拟的燃料和不同粒度的碎屑颗粒放置在锥形壳(4)内，然后通过封盖关闭放置口，通过调节轮(14)转动限位丝杆(13)使其从限位螺孔(201)内旋出，从而能够使L形挡板(15)与透明箱(2)脱离接触，通过调节电机(35)控制驱动齿轮(36)带动从动齿轮(34)转动，同时在带轮(32)和皮带(33)的配合下能够使两个调节丝杠(31)同步转动，从而能够使升降板(3)向上运动，在刻度尺一(5)、刻度尺二(6)和刻度尺三(7)的配合下能够将顶盖(21)向上顶起并使其基于对应的转动杆为中心进行偏转，从而能够将两个顶盖(21)打开。

S2：当需要进行水下火山碎屑沉积模拟时，通过调节电机(35)、驱动齿轮(36)、从动齿轮(34)、调节丝杠(31)、螺套二(312)、带轮(32)和皮带(33)的配合下将升降板(3)向下调节至适合的位置，然后通过注水管(22)向透明箱(2)内注入适量的水，使液面淹没锥形罩上的喷射口上方的适合高度，然后点燃锥形壳(4)内的燃料来实现火山爆发的模拟，在进行火山喷发模拟的同时在爆发产生的冲击力作用下能够使放置在锥形壳(4)内的不同粒度的碎屑颗粒、灰尘等物质一并喷发出来，喷出的碎屑颗粒和灰尘等物质落下后沉积在升降板(3)上，然后通过刻度尺一(5)、刻度尺二(6)和刻度尺三(7)能够对升降板(3)上不同位置的碎屑沉积量进行观察和测量。

S3：当需要进行水上火山碎屑沉积模拟操作时，通过调节电机(35)配合调节丝杠(31)控制升降板(3)调节至与排水管(23)位置，然后打开排水管(23)上的控制阀，从而能够将透明箱(2)内的水排出，并将升降板(3)向下调节后再次向透明箱(2)内注入适量的水，然后更换上锥形罩内的燃料，再次点燃燃料，从而能够实现水上火山碎屑沉积模拟实验操作。

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