一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法，包括試驗水渠、液壓千斤頂、沖箱、傳動桿、凸輪軸和高速攝像機。通過調整液壓千斤頂，控制造波機的高度，從而調節沖箱最大入水深度，與電動機轉軸連接的凸輪軸，作用為控制沖箱工作時的行程。筒狀沖箱后側布設槽型導軌，緊貼試驗水渠后壁；沖箱設計為圓筒狀，通過與水面的撞擊產生波浪，沖箱圓弧狀構造產生的波浪更接近天然波浪。通過綜合控制沖箱最大入水深度、行程和頻率，實現調節波浪波高、波長和周期的功能。電動機轉動帶動沖箱上下運動產生波浪，透過鋼化玻璃側壁可以直接觀察產生的波浪特征，水渠外部固定高速攝像機進行波浪信息的實時獲取，將信息傳送至海浪譜顯示器。
【專利說明】
一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法。
【背景技術】
[0002]海底滑坡是常見的一種海洋災害，通過波浪對淺水區海底巖質邊坡穩定性影響模型試驗，研究在不同邊坡坡度與結構面傾角條件下海底巖質邊坡在波浪作用下坡面壓力的變化規律，結構面內孔隙水壓力、應力、位移的分布規律以及受波浪影響的變化規律和結構面兩側邊界水流的變化情況，結合試驗結果探討巖質邊坡在波浪作用下的破壞過程，指導穩定性分析方法以及邊坡防護技術的建立。相應的波浪模擬實驗裝置應運而生，以往的造波裝置多為板狀造波結構，造波板的往復運動會產生反射波，試驗水渠中反射波的存在會使期望的入射波場發生畸變，使模擬的波浪失真，從而影響模型試驗結果的精確度，這是長期困擾波浪模型試驗的難題。部分造波裝置采用鼓風機制造波浪，存在波浪模擬頻率低、控制精度不高等固有缺陷。目前，尚沒有能夠有效消除反射波影響，并且能夠實時控制波浪振幅、頻率、相位的造波裝置。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為克服上述現有造波裝置的不足，提供一種液壓控制沖箱式造波裝置。本發明的凸輪軸連接傳動桿帶動沖箱運動，球鉸的安裝釋放了對沖箱的左右約束，筒狀沖箱的圓形表面與水面直接作用產生波浪，沖箱在面向試驗區的一側制造波浪，背側與水渠后壁緊密貼合。試驗水渠外側的高速攝像機通過透明鋼化玻璃側壁，實時記錄沖箱與水面作用產生的波浪。液壓控制器控制液壓千斤頂的升降，調節電動機框架的高程和沖箱的工作行程，實現了實時控制波浪振幅、頻率、相位，控制精度大大提高。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]—種液壓控制沖箱式造波裝置，包括試驗水渠和一個安裝在試驗水渠側壁上的沖箱，所述的沖箱通過一個球鉸與一個傳動桿相連，所述傳動桿的動力端與一個凸輪軸相連，所述的凸輪軸電動機的輸出軸相連，所述的電動機通過一套液壓驅動裝置驅動其上、下移動，通過調節電動機的高程以及轉動頻率，實現了實時控制波浪振幅、頻率、相位。
[0006]進一步的，所述的試驗水渠的左右兩側為透明的鋼化玻璃，其中一側的鋼化玻璃外設有一個攝像機，所述的攝像機與海浪譜顯示器相連。電動機轉動帶動沖箱上下運動產生波浪，透過鋼化玻璃側壁可以直接觀察產生的波浪特征，水渠外部固定高速攝像機進行波浪信息的實時獲取，將信息通過數據連接線傳送至海浪譜顯示器。
[0007]進一步的，所述的電動機安裝在一個框架上，在框架的底部安裝液壓驅動裝置驅動框架上下運動；電動機的轉動頻率可調，通過綜合控制沖箱最大入水深度、行程和頻率，實現調節波浪波高、波長和周期的功能。
[0008]進一步的，所述的液壓驅動裝置包括四個安裝在框架四個角上的液壓千斤頂，所述的液壓千斤頂的升降由液壓控制器控制；
[0009]電動機框架由液壓千斤頂控制可以上下移動，從而調節沖箱最大入水深度，與電動機轉軸連接的凸輪軸，作用為控制沖箱工作時的行程，電動機的轉動頻率可調，通過綜合控制沖箱最大入水深度、行程和頻率，實現調節波浪波高、波長和周期的功能。
[0010]進一步的，所述的沖箱為筒狀結構，與水面的撞擊面為圓弧形，其頂面為水平面，背面為垂直面;通過與水面的撞擊產生波浪，由于沖箱圓弧狀構造產生的波浪更接近天然波浪。
[0011]進一步的，所述的試驗水渠后方設有兩個槽型軌道，沖箱緊貼水渠后壁順應軌道上下運動，在另一側產生波浪；
[0012]筒狀沖箱后側布設槽型導軌，緊貼試驗水渠后壁，沖箱上部由一球鉸與傳動桿相連，球鉸的設計有效的防止了沖箱上下運動時與試驗水渠側壁的左右碰撞。
[0013]進一步的，所述的電機轉軸上加設有托環，轉軸的末端通過一個固定支架固定;有效避免了因為電動機轉軸過長導致的電動機晃動。
[0014]進一步的，上述裝置的試驗方法，包括以下步驟:
[0015](I)安裝試驗水渠的鋼化玻璃側壁，鋼化玻璃與試驗水渠接觸部分，利用加壓密封處理技術實現兩者的緊密貼合。
[0016](2)向試驗水渠內部注入一定量的水，啟動液壓控制裝置，由液壓千斤頂將電動機框架提升到水面以上一定高度。
[0017](3)啟動電動機開關并調節轉動頻率，由轉軸凸輪軸帶動傳動桿，球鉸的設計使沖箱3沿導軌上下運動，避免了與試驗水渠側壁的碰撞。
[0018](4)打開高速攝像機，對波浪的產生過程進行實時拍攝記錄，將拍攝信息利用數據連接線傳送至海浪譜顯示器，得到波浪波高、波長和周期信息。
[0019](5)為得到不同波高、波長和周期的波浪，調節液壓控制器13和電動機11頻率，重復上述步驟即可。
[0020]本發明的有益效果如下:
[0021]本發明較以往造波裝置有了更強的綜合應用能力。與前人單板造波裝置相比，本發明利用沖箱代替板狀造波結構，沖箱后側布設槽型導軌，緊貼試驗水渠右壁，造波過程有效的消除了反射波影響，由圓弧結構產生的波形更加符合天然波浪特征。試驗水渠一側安裝透明玻璃，由水渠外面固定的高速攝像機可以實時記錄波浪形態，將信息實時傳輸到海浪譜顯示器上。電動機的轉動頻率可調，通過綜合控制沖箱最大入水深度、行程和頻率，實現調節波浪波高、波長和周期的功能。本發明與鼓風式造波裝置相比控制精度大大提高，使試驗過程更加真實可信，試驗結果與實際研究環境更加接近。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發明的原理不意圖；
[0024]圖中:1.試驗水渠;2.鋼化玻璃;3.沖箱;4.球鉸;5.傳動桿;6.轉軸;7.凸輪軸;8.固定支架;9.托環；10.液壓千斤頂；11.電動機；12.導軌；13.液壓控制器；14.數據連接線；15.高速攝像機;16.海浪譜顯示器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0026]如圖1所示，一種液壓控制沖箱式造波裝置，包括試驗水渠I;鋼化玻璃2;沖箱3;球鉸4;傳動桿5;轉軸6;凸輪軸7;固定支架8;托環9;液壓千斤頂10;電動機11;導軌12;液壓控制器13;數據連接線14;高速攝像機15;海浪譜顯示器16;具體的結構如下:
[0027]沖箱3通過一個球鉸與一個傳動桿相連，傳動桿的動力端通過一個凸輪軸7驅動其上下運動，所述的凸輪軸7與電動機11的輸出軸相連，由電動機11驅動其旋轉，所述的電動機11通過一套液壓驅動裝置驅動其上、下移動，通過調節電動機的高程以及轉動頻率，實現了實時控制波浪振幅、頻率、相位。
[0028]本發明通過調整液壓千斤頂，控制造波機的高度，從而調節沖箱3最大入水深度，與電動機轉軸連接的凸輪軸7，作用為控制沖箱3工作時的行程。
[0029]電動機轉軸設有凸輪軸7，這一構造在滿足試驗需要的情況下，極大簡化了傳動裝置的復雜性。轉軸與造波體用傳動桿5相連，傳動桿下部由一球鉸固定在造波體上，球鉸的設計有效的避免了傳動桿運動所造成的沖箱與水渠側壁的左右碰撞。
[0030]試驗水渠I的左右兩側為透明的鋼化玻璃2，其中一側的鋼化玻璃2外設有一個攝像機，的攝像機與海浪譜顯示器相連。試驗水渠側壁由透明鋼化玻璃制作，鋼化玻璃外側固定高速攝像機對波浪產生過程進行實時拍攝。將拍攝信息傳送至與攝像機相連的海浪譜顯示器上，即可得到波浪波高、波長和周期等參數。
[0031]電動機11安裝在一個框架上，在框架的底部安裝液壓驅動裝置驅動框架上下運動。
[0032]液壓驅動裝置包括四個安裝在框架四個角上的液壓千斤頂10，液壓千斤頂10的升降由液壓控制器控制。
[0033]沖箱3為筒狀結構，與水面的撞擊面為圓弧形，其頂面為水平面，背面為垂直面。試驗水渠后方設有兩個槽型軌道12，沖箱緊貼水渠后壁順應軌道上下運動，在另一側產生波浪。
[0034]造波體采用圓弧狀沖箱，沖箱3在面向試驗區的一側制造波浪，背側與水渠壁緊密貼合，這種設計使得背側不會產生反射波的影響，有效的將反射波影響降到最低。
[0035]為有效避免因為電動機轉軸6過長導致的電動機11晃動，加設托環9和固定支架8予以固定;電機轉軸上加設有托環9，轉軸的末端通過一個固定支架8固定。
[0036]上述裝置試驗水渠I的側壁利用鋼化玻璃2裝配，鋼化玻璃側壁2外側固定高速攝像機15，對試驗過程進行實時拍攝。液壓控制器13和液壓千斤頂10控制電動機框架11的升降，
[0037]電動機轉軸6與凸輪軸7—體化設計，帶動傳動桿5的運動，傳動桿5下端通過球鉸4與沖箱3相連，球鉸4有效的避免了沖箱3工作時與試驗水渠I側壁的碰撞。
[0038]上述液壓控制沖箱式造波裝置的試驗方法，包括以下步驟:
[0039](I)安裝試驗水渠I的鋼化玻璃側壁2，鋼化玻璃2與試驗水渠I接觸部分，利用加壓密封處理技術實現兩者的緊密貼合。
[0040](2)向試驗水渠I內部注入一定量的水，啟動液壓控制裝置13，由液壓千斤頂10將電動機框架11提升到水面以上一定高度。
[0041 ] (3)啟動電動機11開關并調節轉動頻率，由轉軸凸輪軸7帶動傳動桿5，球鉸4的設計使沖箱3沿導軌12上下運動，避免了與試驗水渠I側壁的碰撞。
[0042](4)打開高速攝像機15，對波浪的產生過程進行實時拍攝記錄，將拍攝信息利用數據連接線傳送至海浪譜顯示器16，得到波浪波高、波長和周期信息。
[0043]水渠I外部高速攝像機15對波浪產生過程拍攝記錄，通過數據連接線與海浪譜顯示器16相連，根據顯示信息實時調節液壓控制器13，對沖箱3工作高程進行調節，實現對波浪的控制。
[0044](5)為得到不同波高、波長和周期的波浪，調節液壓控制器13和電動機11頻率，重復上述步驟即可。
[0045]本發明用透明鋼化玻璃代替側壁的試驗水渠，可通過透明窗觀察造波過程中波浪的剖面圖，由試驗水渠外側安裝的高速攝像機獲取波浪的實時信息，通過數據連接線將信息顯示在海浪譜顯示器上。造波系統中由液壓控制器調節液壓千斤頂，從而控制電動機框架升降，由此調節與凸輪軸相連接的沖箱工作入水深度，達到制造不同波形的目的。筒狀沖箱后側布設槽型導軌，緊貼試驗水渠后壁，沖箱上部由一球鉸與傳動桿相連，保證了沖箱在豎直方向的穩定運動。
[0046]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，包括試驗水渠和一個安裝在試驗水渠側壁上的沖箱，所述的沖箱通過一個球鉸與一個傳動桿相連，所述傳動桿的動力端通過一個凸輪軸驅動其上下運動，所述的凸輪軸與電動機的輸出軸相連，由電動機驅動其旋轉，所述的電動機通過一套液壓驅動裝置驅動其上、下移動，通過調節電動機的高程以及轉動頻率，實現了實時控制波浪振幅、頻率、相位。2.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的試驗水渠的左右兩側為透明的鋼化玻璃，其中一側的鋼化玻璃外設有一個攝像機，所述的攝像機與海浪譜顯示器相連。3.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的電動機安裝在一個框架上，在框架的底部安裝液壓驅動裝置驅動框架上下運動。4.如權利要求1或3所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的液壓驅動裝置包括四個安裝在框架四個角上的液壓千斤頂，所述的液壓千斤頂的升降由液壓控制器控制。5.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的沖箱為筒狀結構，與水面的撞擊面為圓弧形，其頂面為水平面，背面為垂直面。6.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的試驗水渠后方設有兩個槽型軌道，沖箱緊貼水渠后壁順應軌道上下運動，在另一側產生波浪。7.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置，其特征在于，所述的電機轉軸上加設有托環，轉軸的末端通過一個固定支架固定。8.如權利要求1所述的液壓控制沖箱式造波裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)安裝試驗水渠的鋼化玻璃側壁，鋼化玻璃與試驗水渠接觸部分，利用加壓密封處理技術實現兩者的緊密貼合； (2)向試驗水渠內部注入一定量的水，啟動液壓控制裝置，由液壓千斤頂將電動機框架提升到水面以上一定高度； (3)啟動電動機開關并調節轉動頻率，由轉軸凸輪軸帶動傳動桿，球鉸的設計使沖箱3沿導軌上下運動，避免了與試驗水渠側壁的碰撞； (4)打開高速攝像機，對波浪的產生過程進行實時拍攝記錄，將拍攝信息利用數據連接線傳送至海浪譜顯示器，得到波浪波高、波長和周期信息； (5)為得到不同波高、波長和周期的波浪，調節液壓控制器13和電動機11頻率，重復上述步驟即可。
【文檔編號】G01N3/02GK105823698SQ201610164488
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】許振浩, 潘東東, 林鵬, 黃鑫, 孫超群, 陳紅賓, 何樹江, 屠文峰, 劉聰
【申請人】山東大學