CN219800357U - 一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，属于坝体模型领域，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型、移动山体模型A和移动山体模型B，所述装置还包括用于测量坝体模型右端沿X方向受力的拉力测量组件，拉力测量组件的一端设置在移动山体模型B上，拉力测量组件与坝体模型的右端固定连接；所述装置还包括用于测量模型右端沿Y方向受力的压力测量组件，压力测量组件设置在移动山体模型B上；压力测量组件与拉力测量组件沿Y方向抵接。本装置能直观地计算出坝体模型右端所受到的力，更有利于教学。
Description
技术领域
本实用新型涉及拱坝教学模型领域，具体涉及一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置。
背景技术
拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁。也指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑，是一个空间壳体结构。
目前，为了能方便教学，发明人研究出一种拱坝教学演示模型并已经公开，公开号为CN115862457A。该现有技术中包括左侧山体模型、右侧山体模型以及坝体模型，右侧山体模型又包括移动山体模型A和移动山体模型B，移动山体模型B相对滑动地设置在移动山体模型A上，坝体模型的左端固定在左侧山体模型上，坝体模型的右端相对滑动地设置在移动山体模型B上，移动山体模型B的滑动方向、坝体模型的滑动方向一致。
上述坝体模型在模拟坝肩稳定试验时，通过第二伸缩杆的前后伸缩，使移动山体模型B相对于移动移动山体模型A产生位移，此过程中，滑块在滑动轨道中产生一定距离的滑动，利用机器视觉仪器观察坝体模型在移动山体模型B移动下的位移情况和形变情况，传至LED大屏展示，用于模拟坝肩稳定教学。
坝肩失稳，意思是坝肩处所能受到的推力大于坝肩所能承受的最大压力，坝肩发生的滑动破坏现象。现有专利的教学模型，由于没有压力计量装置，所以学生只能粗略地观察到坝肩失稳现象，并不能获知坝肩失稳时的坝肩所受压力的大小。因此为了方便学生在模拟坝肩稳定试验中，知道坝肩所受压力大小，发明人在现有专利进一步进行了研究。
实用新型内容
为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，其为了解决如何在模拟坝肩稳定时，供学生获知坝肩的受力大小的技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型、移动山体模型A和移动山体模型B，其特征在于，所述装置还包括用于测量坝体模型右端沿X方向受力的拉力测量组件，拉力测量组件的一端设置在移动山体模型B上，拉力测量组件与坝体模型的右端固定连接；所述装置还包括用于测量模型右端沿Y方向受力的压力测量组件，压力测量组件设置在移动山体模型B上；压力测量组件与拉力测量组件沿Y方向抵接。
进一步地，所述拉力测量组件包括弹簧、连接板和位移传感器，弹簧的一端固定在移动山体模型B上，连接板的一端固定在弹簧的另一端，弹簧能沿X方向伸缩；连接板沿X方向延伸设置；位移传感器固定在沙盘上，位移传感器的拉杆与连接板的另一端固定连接。
利用位移传感器监测坝体模型的右端在X方向上的位移，从而根据位移量计算出弹簧受到的拉力，弹簧的受到的拉力就是坝体模型在X方向上的受力。通过弹簧、连接板和位移传感器这样简单的结构，使整个装置结构简单。
进一步地，所述压力测量组件包括传力板；传力板的一端设有铰接座，传动板相对转动的设置在铰接座上，铰接座固定在移动山体模型B上；传力板的另一端设有压力传感器，压力传感器沿Y方向的左端与传力板抵接，压力传感器固定在移动山体B上。
坝体模型右端受到的沿Y方向的力，通过传力板作用在压力传感器上，从而利用压力传感器监测到Y方向上的力，压力传感器监测的力，即为坝体模型在Y方向上受到的力。
进一步地，所述传力板处于连接板的右方；传力板和连接板之间设有若干个滚球，各个滚球沿X方向并列设置，滚球相对地两端分别与连接板和传力板抵接，滚球能沿X方向滚动。
通过滚球的滚动，减少连接板和传力板之间的摩擦力，让坝体模型受到的X方向上的力尽可能地减少，让坝体模型在X方向上的受力能完全地作用在弹簧形变上，让计算的坝肩失稳现象下的力更准确。
进一步地，所述连接板包括第一竖板，第一竖板的上端和下端分别固定连接有第一横板和第二横板；所述传力板包括第二竖板，第二竖板的上端和下端分别固定连接有第三横板和第四横板；滚球的上端同时与第一横板和第三横板的下边缘抵接，滚球的下端同时与第二横板和第四横板的上边缘抵接。
可以对滚球限位，防止滚球从连接板或者传动板的上端或者下端脱离。
有益效果：
本装置能计算坝体模型在X方向和Y方向受到的力，通过合力计算，可以计算出坝体模型右端坝肩受到的合力，相比于现有专利，本装置对坝肩受到的力有更直观的数据，规避了现有专利笼统地观察坝体模型移动，却不知道坝体模型受到的力的情况，更有利于教学。
附图说明
图1是本装置整体的结构示意图；
图2是连接板和传力板的位置连接结构示意图；
图3是连接板、传力板和滚球沿图1中Y方向的剖断图。
1、坝体模型；2、左侧山体模型；3、移动山体模型A；4、移动山体模型B；5、推杆；6、弹簧；7、连接板；8、位移传感器；9、传力板；10、滚球；71、第一竖板；72、第一横板；73、第二横板；91、第二竖板；92、第三横板；93、第四横板；11、支座；12、压力传感器；
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
见图1，一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，包括沙盘、坝体模型1、左侧山体模型2和右侧山体模型，左侧山体模型2固定在沙盘上，坝体模型1的左端固定在左侧山体模型2上，右侧山体模型包括移动山体模型A3和移动山体模型B4，移动山体模型B4相对滑动地设置在沙盘上，滑动方向沿图1中Y方向。移动山体模型A3相对滑动地设置在移动山体模型B4上，滑动方向沿图1中X方向。移动山体模型B4上固定有推杆5，推杆5的伸缩杆与移动山体模型A3固定连接，用于推动移动山体模型A3移动。图1中X方向和Y方向相互垂直。
见图2和图3，本装置还包括弹簧6、连接板7和位移传感器8，其他实施例中弹簧6、连接板7和位移传感器8也可以用拉力计代替，弹簧6的一端固定在移动山体模型B4上，弹簧6的另一端固定在连接板7的一端，弹簧沿图1中X方向伸缩；连接板7的端面形状为“匚”形，坝体模型1的右端固定连接在连接板7左表壁的中部位置，连接板7沿图1中X方向延伸设置，位移传感器8设置在连接板7的另一端，位移传感器8包括但不限于使用型号BTL6-A110-M1800-A1-S115BTL0RHH的位移传感器8，位移传感器8固定在沙盘上，位移传感器8的拉杆与连接板7固定连接，拉杆的轴线沿图1中X方向。拉杆是位移传感器8的组成构件之一，用于与被测物体连接。
见图2，该装置还包括传力板9，传力板9设置在连接板7沿图1中Y方向的右方，传力板9与连接板7之间设有多个滚球10，多个滚球10沿图1中X方向并列设置。传力板9的端面形状为“匚”形，见图3，连接板7和传力板9的开口均朝向滚球10，滚球10沿Y方向的两端分别与连接板7和传力板9抵接。滚球10能相对于连接板7滚动，滚球10也能相对于传力板9滚动。
见图3，以图1中X方向看，连接板7包括第一竖板71，以及分别固定在第一竖板71上端和下端的第一横板72和第二横板73。同样的，传力板9包括第二竖板91，以及分别固定第二竖板91上端和下端的第三横板92和第四横板93。前述滚球10的上端同时与第一横板73和第三横板92的下边缘抵接，滚球10的下端同时与第二横板73和第四横板93的上边缘抵接。滚球10的左端与第一竖板71的右表壁抵接，滚球10的右端与第二竖板91的左表壁抵接。
见图2，前述传力板9的一端设有支座11，支座11固定在移动山体模型B4上，传力板9转动连接在支座11上，传力板9的转动轴线垂直于图2纸面，传力板9能相对于支座11转动；传力板9的另一端设有压力传感器12，压力传感器12与移动山体模型B4固定连接，压力传感器12用于监测传力板9在Y方向上的受力大小，传力板9抵接在压力传感器12的沿Y方向的左端，压力传感器12的右端固定在移动山体模型B4上。压力传感器12包括但不限于使用型号为CYT-206的压力传感器12。
本装置的使用过程是
见图2，模拟坝肩稳定试验中，当推杆5推动移动山体模型A3相对于移动山体模型B4沿X方向移动时，坝体模型1发生坝肩失稳现象，坝体模型1的右端也相对于移动山体模型B4沿X方向移动，由于连接板7与坝体模型1的右端固定连接，所以连接板7也相对于移动山体模型B4沿X方向移动，从而导致，弹簧6沿X方向被拉长，由于位移传感器8固定在沙盘上，所以连接板7移动会导致位移传感器8的拉杆产生位移。位移传感器8的拉杆位移量即弹簧6的伸长量，也是坝体模型1右端沿X方向的位移量，将弹簧6的伸长量乘以弹簧6的弹力系数，就可以计算出弹簧6在X方向受到的力P1，P1即坝体模型1右端在X方向上受到的分力。本装置计算P1时，忽略了摩擦力以及各个器件所产生的微小阻力。
连接板7相对于移动山体模型B4沿X方向移动过程中，连接板7与传力板9之间沿X方向产生相对位移，通过滚球10的滚动，实现连接板7相对于传力板9沿X方向移动的目的。
坝体模型1右端沿X方向移动的过程中，坝肩模型1的右端有沿Y方向移动的趋势，受限于滚球对坝肩模型1沿Y向的限制，坝体模型1会沿Y方向挤压连接板7，过程中，弹簧6会沿Y向产生微小形变，可以忽略。由于滚球10沿X方向的两端分别与连接板7和传力板9抵接，所以连接板7会将沿Y方向的力通过滚球10传递给传力板9，传力板9又压在压力传感器12上，压力传感器12监测到传力板9在Y方向上的受力P2，P2即坝体模型1右端在Y方向上受到的分力。通过将P1和P2合力，即可获知坝体模型1右端受力大小和风向。
坝肩模型1右端在坝肩失稳现象中，相比于现有技术，本装置可以对坝肩模型1右端的受力实现粗略的大小计算，更适合于教学。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型、移动山体模型A和移动山体模型B，其特征在于，所述装置还包括用于测量坝体模型右端沿X方向受力的拉力测量组件，拉力测量组件的一端设置在移动山体模型B上，拉力测量组件与坝体模型的右端固定连接；
所述装置还包括用于测量模型右端沿Y方向受力的压力测量组件，压力测量组件设置在移动山体模型B上；压力测量组件与拉力测量组件沿Y方向抵接。
2.根据权利要求1所述的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，其特征在于，所述拉力测量组件包括弹簧、连接板和位移传感器，弹簧的一端固定在移动山体模型B上，连接板的一端固定在弹簧的另一端，弹簧能沿X方向伸缩；连接板沿X方向延伸设置；位移传感器固定在沙盘上，位移传感器的拉杆与连接板的另一端固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，其特征在于，所述压力测量组件包括传力板；传力板的一端设有铰接座，传动板相对转动的设置在铰接座上，铰接座固定在移动山体模型B上；传力板的另一端设有压力传感器，压力传感器沿Y方向的左端与传力板抵接，压力传感器固定在移动山体B上。
4.根据权利要求3所述的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，其特征在于，所述传力板处于连接板的右方；传力板和连接板之间设有若干个滚球，各个滚球沿X方向并列设置，滚球相对地两端分别与连接板和传力板抵接，滚球能沿X方向滚动。
5.根据权利要求3所述的一种在拱坝模型中用于模拟坝肩稳定的装置，其特征在于，所述连接板包括第一竖板，第一竖板的上端和下端分别固定连接有第一横板和第二横板；所述传力板包括第二竖板，第二竖板的上端和下端分别固定连接有第三横板和第四横板；滚球的上端同时与第一横板和第三横板的下边缘抵接，滚球的下端同时与第二横板和第四横板的上边缘抵接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115862457A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-03-28 | 河海大学 | 一种拱坝教学演示模型 |
| CN115862457B (zh) * | 2022-12-15 | 2024-07-02 | 河海大学 | 一种拱坝教学演示模型 |
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2023
- 2023-05-20 CN CN202321225385.2U patent/CN219800357U/zh active Active
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