專利名稱：一種河工模型試驗的推移質加沙裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利水電工程河工模型試驗技術領域，特別涉及河工模型試驗的推移質加沙裝置。
背景技術：
在大量的水利水電工程建設中，河道中的推移質運動具有重要的影響，如航道整治、引水口防沙、電站機組磨損等均與推移質的運動密切相關。對于重要的水利水電工程都需要進行河工模型試驗，而推移質的運動規律和對工程的影響是重要的研究內容。在河工模型試驗中，需要將推移質泥沙按模型相似比尺換算的輸沙率過程加入到模型中。傳統的推移質加沙裝置主要采用皮帶機。如圖1所示，皮帶機主要由支架11、電機12、傳動帶(或傳動齒輪)13、皮帶轉輪14和皮帶15組成。電機12通過傳動帶13驅動皮帶轉輪14轉動，皮帶15在轉輪14的驅動下運動，將皮帶15上的推移質泥沙加入到模型河道17中。在試驗過程中，需要將某一時段內加入模型河道的推移質泥沙16-1均勻鋪在皮帶15上，鋪沙長度等于在規定的時間內皮帶15運動的距離，由此即可在規定時間內均勻完成加沙過程。在鋪好前一個時段的泥沙16-1后，繼續在其后面鋪放后一個時段內需要加入的泥沙16-2。由于推移質輸沙率往往隨時間改變，所以每個時段的鋪沙長度和厚度各不相同；此外，由于皮帶長度有一定的限制，一次操作只能鋪1 2個時段的沙樣，所以需要專人管理鋪沙。在河工模型試驗中，推移質泥沙的級配(指不同粒徑顆粒的分配情況)往往也會隨時間變化，因此，需要先將模型沙分成不同粒徑的若干組，再根據各個試驗時段的級配需求由人工配制成預定級配后，再由皮帶機加入到模型河道中。顯然，傳統的皮帶機加沙方法操作比較復雜，當試驗條件變的更復雜時，該方法對人工操作的需求量更大。

發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，設計出一種河工模型試驗的推移質加沙裝置，該裝置具有自動化程度高、精度高、對復雜試驗條件適應能力強等優點，具有極其重要的生產應用和推廣價值。本發明設計的一種河工模型試驗的推移質加沙裝置，其特征在于，該裝置主要由支架、盛沙容器、節流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節流閥的開度獲得沙的單位時間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實現輸沙率的自動控制。所述盛沙容器可由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口。所述節流閥可主要由固定支板、線軸承、螺桿和閘板組成，該固定支板為一塊L形板，與所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的豎板上預留有圓孔；該間板為另一 L形板，固定支板放置在間板上；線軸承一端插入固定支板的圓孔中，另一端頂在間板的豎板上；其中，閘板的豎板的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿相連接；通過旋轉螺桿實現水平鋼板伸縮，進而控制盛沙容器底部出口的開口大小。閘板的水平板伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等。所述輸沙率自動控制平臺可主要由升降平臺、計算機、步進電機、變速齒輪、皮帶轉輪和皮帶組成，該自動控制平臺支撐在支架的底部框架上；升降平臺主要由一塊安裝板、兩塊前后豎直擋板組成；安裝板連接在兩豎直擋板之間，步進電機安裝在安裝板上并與計算機相連，計算機內安裝步進電機的串口控制程序，實現對步進電機轉速的自動控制；變速齒輪由驅動齒輪和從動齒輪構成，驅動齒輪與步進電機的轉軸相連，從動齒輪與皮帶轉輪相連；皮帶轉輪兩端通過軸承與升降平臺上的前后擋板連接；皮帶套接在皮帶轉輪上，在皮帶轉輪的驅動下運動。本發明裝置的特點及有益效果本發明裝置在計算機控制下，可以實現自動、精確地加沙，多套裝置組合應用，可以實現各試驗時段不同級配組合的自動加沙。本發明裝置具有自動化程度高、精度高、對復雜試驗條件適應能力強等優點，具有極其重要的生產應用和推廣價值。


圖1為傳統的推移質皮帶機加沙方式示意圖；圖2為本發明的河工模型試驗的推移質加沙裝置的整體結構示意圖；圖3為本發明的河工模型試驗的推移質加沙裝置的支架實施例示意圖；圖4為本發明的河工模型試驗的推移質加沙裝置的盛沙容器實施例示意圖；圖5為本發明的河工模型試驗的推移質加沙裝置的節流閥實施例示意圖；圖6為本發明的河工模型試驗的推移質加沙裝置的輸沙率自動控制平臺實施例示意具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。本發明提出的一種河工模型試驗的推移質加沙裝置，如圖1所示主要由支架2、盛沙容器3、節流閥4和輸沙率自動控制平臺5構成；其中，盛沙容器焊接在支架頂端，盛沙容器底部出口處安裝節流閥；輸沙率自動控制平臺安裝在盛沙容器底部出口的下方，該裝置應用時安裝在河工模型河道17上方。上述裝置各部分的具體實施方式
及功能結合各附圖分別說明如下本裝置的支架2由規格為50mmX50mmX5mm的角鋼焊接成框架結構，其實施例結構如圖3所示，包括由4根水平角鋼21、22焊接成的底層框架，框架的四個角分別焊接1根直立角鋼23，其中，各直立角鋼23的頂端用于焊接盛沙容器，水平角鋼21、22分別為支架底層框架的長和寬。支架的長寬高與盛沙容器相適應；本實施例的支架的長、寬、高分別為480mm、450mm、450mm。本裝置的盛沙容器3由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口 ；其實施例為一鐵箱，如圖4所示，鐵箱上半部分為矩形31，下半部分為楔形32，鐵箱底部開有一矩形漏沙口 33，矩形鐵桶31的底部四個拐角分別與角鋼23的上端面焊接。盛沙容器的容積可根據試驗規模進行調整，本實施例的盛沙容器的容積為0. 6m3，盛沙容器底部矩形漏沙口 33的尺寸可根據支架尺寸和試驗規模等綜合確定，本實施例的漏沙口尺寸為300mmX50mm。本發明的上述盛沙容器3和支架2的具體形狀只用于舉例，盛沙容器的形狀可以包括上可以半部分為其它任意形狀的容器，例如截面為正方形、多邊形，或圓筒狀或橢圓筒狀等，下半部分為與上半部分相連接并向下漸縮小且底部開口的任意形狀；整個盛沙容器的尺寸根據試驗需求確定。本裝置的節流閥4主要由固定支板41、線軸承42、螺桿43和閘板44組成，實施例的結構如圖5所示。固定支板由兩塊相互垂直的鋼板41-1和41-2焊接而成的L形板，與盛沙容器的下半部楔形外壁焊接，鋼板41-2上預留兩個圓孔，用于安裝線軸承42。閘板也是由兩塊鋼板44-1、44-2垂直焊接成L形板，固定支板放置在間板上；線軸承42 —端插入固定支板的鋼板41-2的圓孔中，另一端頂在閘板44的豎直鋼板44-2上；其中，閘板44的豎直鋼板44-2的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿43相連接。通過旋轉螺桿43實現水平鋼板44-1伸縮，進而控制盛沙容器底部出口 33的開口大小。本實施例的閘板的水平鋼板44-1伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等，為300mm。本實施例的輸沙率自動控制平臺5的結構如圖6所示；主要由升降平臺51、計算機52、步進電機53、變速齒輪M、皮帶轉輪55和皮帶56組成，該自動控制平臺支撐在支架2的底部框架上。升降平臺51由兩塊豎直前后擋板51-1、四塊支撐板51-2、一塊側面擋板51-3(也可省略)和一塊安裝板51-4，共八塊厚度為IOmm的鋼板焊接而成，兩塊支撐板51-2分別焊接在前后擋板51-1外側上，支撐板51-2中心打孔用于連接升降螺桿51_5，升降螺桿51-5的底部支撐在支架的底部框架23上，安裝板51-4焊接在兩豎直擋板51_1之間，步進電機安裝在安裝板上并與計算機相連，計算機內安裝步進電機的串口控制程序，實現對步進電機轉速的自動控制；本實施例選用的步進電機為無錫惠斯通電機科技有限公司生產的86BYGH401型電機。變速齒輪M由驅動齒輪和從動齒輪構成，驅動齒輪54-1與步進電機轉軸連接；從動齒輪M-2與皮帶轉輪55相連；驅動齒輪M-I與從動齒輪M-2的轉速比為2 1。皮帶轉輪55由外徑為50mm的空心鋼管制成，皮帶轉輪55兩端通過軸承與升降平臺上的兩豎直擋板51-1連接，皮帶轉輪55轉速由從動齒輪M-2控制。皮帶56由寬度為400mm的耐磨膠袋制成，皮帶套接在皮帶轉輪55上，在轉輪55的驅動下運動。本裝置的計算機52為普通個人計算機，計算機配置滿足CPU性能不低于Intel奔騰4處理器、內存不低于512M、主板配備標準PCI插槽、操作系統版本不低于Windows XP即可，主板PIC插槽上安裝AD轉換卡用于和步進電機連接、計算機內安裝根據步進電機說明書編寫的串口控制程序，實現對步進電機53轉速的自動控制。本實施例的計算機配置為Intel奔騰E5700CPU、2G內存、技嘉G31M-ES2C主板、北京雙諾測控技術有限公司AC6616型號AD轉換卡、Windows XP操作系統，控制程序根據步進電機說明書提供的命令集，采用Visual C#語言編寫。本實施例的一種河工模型試驗的推移質加沙裝置的工作原理說明如下盛放在盛沙容器的推移質泥沙16，在重力作用下通過底部出口 33自動滑落到皮帶56上，單位時間滑落量可以通過手動調節節流閥的開度進行控制。滑落在皮帶上的推移質泥沙在步進電機53的帶動下被輸送到模型河道中，通過計算機52控制步進電機的轉速可以實現輸沙率的自動控制。在試驗過程中，如果需要隨時間不斷改變推移質泥沙的輸沙率，可以按照事先標定好的電機轉速與輸沙率之間的對應關系，將輸沙率隨時間的變化過程換算為電機轉速隨時間的變化過程，通過計算機52控制電機轉速隨時間的變化過程，即可實現全自動精確加沙。如果在試驗過程中需要對推移質泥沙的級配進行調整，可以同時使用多套加沙裝置，將不同粒徑的泥沙分別盛放在不同的加沙裝置中，通過分別控制每個加沙裝置在任意時刻的輸沙率，即可自動實現推移質泥沙級配隨時間的變化。
權利要求
1.一種河工模型試驗的推移質加沙裝置，其特征在于，該裝置主要由支架、盛沙容器、節流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節流閥的開度獲得沙的單位時間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實現輸沙率的自動控制。
2.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述盛沙容器由連成一體的上下兩部分組成，上半部的上端口敞開，下半部向下漸縮小且底部開有漏沙口。
3.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述節流閥主要由固定支板、線軸承、螺桿和閘板組成，該固定支板為一塊L形板，與所述盛沙容器的下半部外壁焊接，固定支板的豎板上預留有圓孔；該閘板為另一 L形板，固定支板放置在閘板上；線軸承一端插入固定支板的圓孔中，另一端頂在閘板的豎板上；其中，閘板的豎板的中心開有攻絲螺孔，用于和螺桿相連接；通過旋轉螺桿實現水平鋼板伸縮，進而控制盛沙容器底部漏沙口的開口大小。閘板的水平板伸縮的距離與盛沙容器底部出口的長度相等。
4.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述輸沙率自動控制平臺主要由升降平臺、計算機、步進電機、變速齒輪、皮帶轉輪和皮帶組成，該自動控制平臺支撐在支架的底部框架上；升降平臺主要由一塊安裝板、兩塊前后豎直擋板組成；安裝板連接在兩豎直擋板之間，步進電機安裝在安裝板上并與計算機相連，計算機內安裝步進電機的串口控制程序，實現對步進電機轉速的自動控制；變速齒輪由驅動齒輪和從動齒輪構成，驅動齒輪與步進電機的轉軸相連，從動齒輪與皮帶轉輪相連；皮帶轉輪兩端通過軸承與升降平臺上的前后擋板連接；皮帶套接在皮帶轉輪上，在皮帶轉輪的驅動下運動。
全文摘要
本發明涉及一種河工模型試驗的推移質加沙裝置，屬于水利水電工程河工模型試驗技術領域，該裝置主要由支架、盛沙容器、節流閥、輸沙率自動控制平臺四部分組成，其中，盛沙容器安裝在支架上部，用于盛沙并使沙在重力作用下從底部漏沙口自動滑落出；節流閥安裝在盛沙容器底部漏沙口處，通過控制節流閥的開度獲得沙的單位時間滑落量；輸沙率自動控制平臺位于盛沙容器的下方且支撐在支架的底部上，用于實現輸沙率的自動控制。本發明具有自動化程度高、精度高、對復雜試驗條件適應能力強等優點，具有極其重要的生產應用和推廣價值。
文檔編號E02B1/02GK102561252SQ20111041816
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者任海濤, 李丹勛, 王興奎, 陳啟剛, 陳槐 申請人:清華大學