CN219891815U - 一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，属于拱坝教学模型领域，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。该模型能对坝体模型整个表面施加推力，让坝体模型模拟的水压力荷载形变情况，更趋近于现实中大坝在水压力荷载形变情况，有利于教学中学生理解。

Description

一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型

技术领域

本实用新型涉及拱坝教学模型领域，具体涉及一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型。

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。

上述拱坝教学演示模型在进行模拟水压力荷载时，利用推杆装置在坝体模型的上游面施加推力，让坝体模型的右端相对于移动山体模型B滑动，同时让坝体模型的中部位置产生形变，将坝体模型产生的变形情况传至LED大屏展示，用于教学。

但是，发明人模拟水压力荷载时发现，推杆装置的T形的推杆只与坝体模型的中部接触，也就是说，推杆装置的作用力只直接作用在坝体模型的中部位置。这就造成了坝体模型中部位置直接受到推杆装置产生的推力，受到的力很大，坝体模型的中部形变量明显；然而，坝体模型左右两侧却没有直接受力，而是在坝体模型中部位置受力产生位移后，坝体模型的中部位移对坝体模型的左右两侧产生拉拽力。该拉拽力，是推杆装置产生的推力经过坝体模型中部位置的消耗后变小产生的分力，该分力相比于推杆装置产生的推力已经衰减了，因此该分力对坝体模型两侧的形变也不明显。如需增加坝体模型两侧的形变量，又只能增加坝体模型中部位置受到的推力。

综上所述，就会在模拟水压力荷载时产生坝体模型中部位置因为推力很大而形变量过量，坝体模型左右侧形变量不足的情况，这与实际坝体模型水压力荷载时要形变的姿态不符，不利于教学。

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利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其为了解决如何在模拟水压力荷载时，使坝体模型的形变姿态合理的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。

进一步地，所述控制组件包括若干个充放气管，各个充放气管固定在限位板上，各个充放气管与气囊一一对应设置，各个充放气管与对应的气囊连通；每个充放气管均连接有气泵；所述控制组件还包括PLC控制器，PLC控制器与气泵连接。

利用气泵，可以实现每个气囊的自动充气；同时PLC控制器能记录每个气囊的充气量，该模型需要反复演示给同学看的话，PLC控制器只需按照记录的每个气囊的充气量，给对应地气囊充气即可，实现了充气自动化，和每次试验的充气量容易确定的好处。

进一步地，所述限位板朝向坝体模型的一端表壁与未受到水压力荷载时的坝体模型之间等间距设置，间距为a，a等于3cm。

之所以前述间距设计成3cm，是因为这个间距恰好可以将气囊固定在限位板上，同时3cm的间距，气囊8只需充少量的气体就可以膨胀对坝体模型产生推力，便于实现。

进一步地，所述限位板的高度与坝体模型的高度相等。

限位板的高度与坝体模型的高度相等，首先，能满足气囊按照空间的需求，其次，坝体模型对气囊的反作用力，也能很好地被限位板全面的承受。

进一步地，所述右侧山体模型包括移动山体模型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，所述坝体模型的一端固定在左侧山体模型上，坝体模型的另一端滑动连接在移动山体模型B上，移动山体模型A固定有用于驱动移动山体模型B移动的伸缩杆。

通过伸缩杆的伸缩，使移动山体模型B相对于移动山体A发生移动，可以模拟坝肩稳定，并展示给同学。

进一步地，所述移动山体模型A相对滑动地连接在沙盘上，沙盘上固定有用于驱动移动山体模型A移动的推杆。

通过推杆推着移动山体模型A移动，可以模拟温度载荷，并展示给同学。

有益效果：

本模型针对坝体模型的每个分体单元块，均通过单独地一个气囊充实现与其抵触，每个分体单元块产生的推力，均由气囊的充气量决定。相比于现有技术中，采用T形推杆对坝体模型中部施加推力，本模型对坝体模型的施力面更加全面，所模拟的坝体模型在水荷载下的位移，更贴近于实际中坝体在水荷载下的位移，更有利于学生在教学中理解。

附图说明

图1是本模型整体的结构示意图；

图2是坝体模型受水压力荷载移动后的俯视图；

图3是坝体模型受水压力荷载移动后的侧视图；

图4是限位板与坝体模型之间的位置关系俯视图。

1、左侧山体模型；2、坝体模型；3、移动山体模型A；4、移动山体模型B；5、伸缩杆；6、推杆；7、限位板；8、气囊。

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。

如图1所示，一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，包括沙盘、左侧山体模型1、坝体模型2和右侧山体模型，左侧山体模型1固定在沙盘上，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相对滑动地设置在移动山体模型A3上，滑动方向沿图1中X方向。移动山体模型A3相对滑动地设置在沙盘上，移动山体模型A3的滑动方向与移动山体模型B4的滑动方向不一致，移动山体模型A3的移动方向沿图1中Y方向；沙盘上固定有用于驱动移动山体模型A3移动的推杆6。

如图1所示，移动山体模型B4相对于移动山体模型A3滑动时，移动山体模型A3不滑动，移动山体模型A3固定有伸缩杆5，伸缩杆5的轴线与图1中X方向平行，伸缩杆5的伸缩端与移动山体模型B4固定连接，伸缩杆5用于驱动移动山体模型B4沿图1中X方向移动。

如图1所示，坝体模型2的左端固定在左侧山体模型1上，坝体模型2的右端滑动连接在移动山体模型B4上，坝体模型2的右端沿图1中X方向相对于移动山体模型B4滑动。左侧山体模型1和移动山体模型B4之间设有限位板7，限位板7的左端与左侧山体模型1固定连接，限位板7的右端与移动山体模型B4固定连接，限位板7处于坝体模型2上游面的一侧。限位板7朝向坝体模型2一端的表壁与坝体模型2不接触。

如图4所示，以图1的俯视图看，限位板7的形状与坝体模型2未承受水压力荷载时的形状一致，均为弧形。限位板7与未承受水压力荷载时的坝体模型2表壁等间距设置，间距为a，a为3cm；限位板7的上下高度，与坝体模型2的高度相等。

如图1和图4所示，本实施例的坝体模型2与公开号为CN115862457A的一种拱坝教学演示模型中的坝体模型2一样，坝体模型2包括若干个分体单元块，在此不再赘述。前述限位板7朝向坝体模型2一端的表壁上固定有若干个大小不同的气囊8，气囊8在本实施例中通过胶粘接在限位板7上，各个气囊8与坝体模型2的各个分体单元块一一对应设置。每个气囊8充气以后膨胀均会挤压对应地坝体模型2。

每个限位板7上均固定有若干个充放气管（未示出），各个充放气管与气囊8一一对应设置，每个充放气管均与气囊8连通，之所以前述间距设计成3cm，是因为这个间距恰好可以将气囊8固定在限位板7上，同时3cm的间距，气囊8只需充少量的气体就可以膨胀对坝体模型2产生推力。每个充放气管均连接有一个气泵（未示出），每个气泵共同连接有一个控制器，控制器采用PLC控制器。气泵包括但不限于采用CN-908型号的气泵，单位时间内的出气量为3L/min。本实施例中充放气管为三通管，一个出口与气囊连接，另一个出口与气泵连接，最后一个出口用螺塞密封。充气时，螺塞旋拧在充放气管上，另外两个出口用于给气囊充气；放气时，将螺塞从充气管上拧下，气囊中的气从原先有螺塞的出口处排出。

本模型的使用过程是：

第一步：预先设定坝体模型2在水压力荷载时的形变量。具体地，首先通过PLC控制各个气泵开启，各个气泵通过充放气管向对应的气囊8中充气。PLC控制器记录每个气泵的工作时间，由工作时间乘以前述气泵的单位时间内的出气量，可以推算每个出气囊8的充气量。

每个气囊8的充气量不相同，直至坝体模型2的姿态符合坝体模型2在水压力荷载时应该呈现的姿态，即图2和图3所展示的姿态（这个姿态凭操作人员的经验判断并调试，调试方式是改变各个气囊8的充气量）。此时，PLC控制器记录每个气泵的出气量。

具体的充气量规则是：每个气囊8从上至下给坝体模型2施加的压力逐渐增大，也就是说每个气囊8从上至下的充气量逐渐增大；同一高度的各个气囊8给坝体模型2施加的压力几乎相等，也就是同一高度的各个气囊8的充气量几乎相等。

第二步：需要演示坝体模型2承受水压力荷载给学生展示。具体地，按照第一步中PLC控制器记录的每个气泵的出气量，分别通过对应地气泵给气囊8充气，所有气囊8充气后，按照第一步中的姿态展示给同学（图2和图3）。

本模型利用多个气囊8给分体单元块分别施加挤压力，避免了现有技术中只对坝体中间位置施力的情况，使坝体模型2整个表面均能受力合理，让坝体模型2所展示出来的姿态，接近于自然界坝体受水压力荷载时的姿态，利于学生在教学中直管地了解坝体模型2在水压力荷载时的变化情况。

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 (6)

1.一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，其特征在于，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。

2.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述控制组件包括若干个充放气管，各个充放气管固定在限位板上，各个充放气管与气囊一一对应设置，各个充放气管与对应的气囊连通；每个充放气管均连接有气泵；所述控制组件还包括PLC控制器，PLC控制器与气泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述限位板朝向坝体模型的一端表壁与未受到水压力荷载时的坝体模型之间等间距设置，间距为a，a等于3cm。

4.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述限位板的高度与坝体模型的高度相等。

5.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述右侧山体模型包括移动山体模型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，所述坝体模型的一端固定在左侧山体模型上，坝体模型的另一端滑动连接在移动山体模型B上，移动山体模型A固定有用于驱动移动山体模型B移动的伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述移动山体模型A相对滑动地连接在沙盘上，沙盘上固定有用于驱动移动山体模型A移动的推杆。