推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置及方法，屬于水利工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]推移質(zhì)是沿河床滑動(dòng)、滾動(dòng)及跳動(dòng)前進(jìn)的泥沙，由于其運(yùn)動(dòng)規(guī)律極其復(fù)雜，目前推移質(zhì)起動(dòng)流速計(jì)算及輸沙率理論仍不完善，主要還是采用試驗(yàn)方法研究推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)。大江大河中，推移質(zhì)是塑造河床形態(tài)的主要因素，與河床演變、河道整治、航道工程密切相關(guān)，因此，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量推移質(zhì)試驗(yàn)，研究推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其河床演變情況。目前推移質(zhì)試驗(yàn)中主要采用稱重及人工加沙方法，首先計(jì)算原型一定時(shí)間內(nèi)推移質(zhì)總量，再根據(jù)相似比尺，獲取模型試驗(yàn)中推移質(zhì)量，稱重后采用人工方法將沙加入水流中，加沙時(shí)需要選擇加沙斷面，人為根據(jù)試驗(yàn)流速在斷面寬度方向調(diào)整加沙速率。該方法雖然保證了模型和原型加沙總量一致，但由于人工加沙在時(shí)間上不連續(xù)，無(wú)法保障試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)加沙的均勻性，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況不符;另外，人工加沙自動(dòng)化程度低，工作量大，因此，有必要開(kāi)發(fā)一種推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了推移質(zhì)試驗(yàn)加沙的自動(dòng)化，保障了試驗(yàn)中加沙的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置及方法，通過(guò)控制器控制出沙開(kāi)關(guān)，自動(dòng)完成加沙，保障了試驗(yàn)工程加沙的均勻性。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，包括支架、滑動(dòng)裝置和沙箱，所述支架上安裝有絲桿，絲桿上套有沿絲桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置通過(guò)不銹鋼絲與沙箱連接，不銹鋼絲中部設(shè)有壓力傳感器，不銹鋼絲處于自然垂直狀態(tài)，沙箱頂部平面處于水平面，其包含進(jìn)沙口和出沙口，出沙口設(shè)有出沙開(kāi)關(guān)。
[0005]作為優(yōu)選，所述滑動(dòng)裝置通過(guò)螺紋與絲桿配合，在支架上設(shè)有一對(duì)與絲桿平行的導(dǎo)桿，滑動(dòng)裝置設(shè)有通孔套在導(dǎo)桿上。
[0006]作為優(yōu)選，所述壓力傳感器為兩個(gè)，沿沙箱中心線對(duì)稱布置，壓力傳感器與控制器相連，控制器控制電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]作為優(yōu)選，所述出沙開(kāi)關(guān)為電磁鐵式吸合開(kāi)關(guān)，出沙開(kāi)關(guān)與控制器信號(hào)連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述沙箱下邊界為倒圓錐體形，倒圓錐體形的傾角Θ小于推移質(zhì)泥沙水下休止角。
[0009]基于上述的推移質(zhì)試驗(yàn)自動(dòng)加沙方法，包括以下步驟:
[0010](I)壓力傳感器測(cè)量沙箱重量，兩支壓力傳感器受力分別為F1O和F2Q，則沙箱初始重量To為:
[0011]To= (F10+F20)/g
[0012](2)將推移質(zhì)泥沙經(jīng)進(jìn)沙口加入沙箱，加沙完畢兩支壓力傳感器受力分別為F11和F21，則沙箱中泥沙重量T1S:
[0013]Ti= (F11+F21)/g_(F1+F2o)/ g
[0014](3)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)沙箱沿絲桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷面加沙，加沙過(guò)程中根據(jù)試驗(yàn)流速、斷面長(zhǎng)度調(diào)整絲桿運(yùn)動(dòng)速度，，同時(shí)控制出沙開(kāi)關(guān)打開(kāi)，泥沙流出；實(shí)時(shí)重復(fù)過(guò)程
(2)實(shí)時(shí)獲取沙箱泥沙新重量Tn，則推移質(zhì)泥沙加沙量△ T為:
[0015]AT = T1-Tn
[0016](4)控制器對(duì)比目標(biāo)加沙量與實(shí)際加沙量△ T，當(dāng)實(shí)際加沙量等于目標(biāo)加沙量時(shí)，控制器控制出沙開(kāi)關(guān)閉合，停止加沙，完成加沙工作。
[0017]有益效果:本發(fā)明的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，通過(guò)絲桿帶動(dòng)滑動(dòng)裝置移動(dòng)，自動(dòng)完成斷面加沙，并根據(jù)流速大小、斷面長(zhǎng)度，調(diào)整沿?cái)嗝孢\(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)斷面連續(xù)加沙和均勻加沙；；控制器根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)沙箱的重力變化，控制出沙開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉，達(dá)到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加沙的目的，自動(dòng)化程度高。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為沙箱的傾角示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，包括支架6、滑動(dòng)裝置5和沙箱3，支架6上安裝有絲桿7，絲桿7上套有沿絲桿7往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)裝置5，滑動(dòng)裝置5通過(guò)不銹鋼絲與沙箱3連接，不銹鋼絲中部設(shè)有壓力傳感器4，不銹鋼絲處于自然垂直狀態(tài)，沙箱3頂部平面處于水平面，沙箱3包含進(jìn)沙口 I和出沙口，出沙口設(shè)有出沙開(kāi)關(guān)2。
[0022]在本發(fā)明中，滑動(dòng)裝置5通過(guò)螺紋與絲桿7配合，在支架6上設(shè)有一對(duì)與絲桿7平行的導(dǎo)桿，滑動(dòng)裝置5設(shè)有通孔套在導(dǎo)桿上。壓力傳感器4為兩個(gè)，兩個(gè)壓力傳感器4均與控制器9相連，控制器9控制電機(jī)8帶動(dòng)絲桿7轉(zhuǎn)動(dòng)。出沙開(kāi)關(guān)2為電磁鐵式吸合開(kāi)關(guān)，出沙開(kāi)關(guān)2與控制器9信號(hào)連接，當(dāng)加沙量達(dá)到要求時(shí)，控制器9控制出沙開(kāi)關(guān)2閉合。
[0023]如圖2所示，沙箱3下邊界為倒圓錐體形，倒圓錐體形的傾角Θ小于推移質(zhì)泥沙水下休止角。
[0024]基于上述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙方法，包括以下步驟:
[0025](I)壓力傳感器4測(cè)量沙箱3重量，兩支壓力傳感器4受力分別為Fiq和F2q，則沙箱3初始重量To為:
[0026]To= (F1+F2o)/g
[0027](2)將推移質(zhì)泥沙經(jīng)進(jìn)沙口 I加入沙箱3，加沙完畢兩支壓力傳感器4受力分別為F11和F21，則沙箱3中泥沙重量T1S:
[0028]Ti=(Fii+F2i)/g-(F1+F2o)/g
[0029](3)控制器9控制電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)沙箱3沿絲桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷面加沙，加沙過(guò)程中根據(jù)試驗(yàn)流速、斷面長(zhǎng)度調(diào)整絲桿運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)控制出沙開(kāi)關(guān)2打開(kāi)，泥沙流出；實(shí)時(shí)重復(fù)過(guò)程(2)實(shí)時(shí)獲取沙箱3泥沙新重量Tn，則推移質(zhì)泥沙加沙量AT為:
[0030]AT = T1-Tn
[0031]其中η為2，3，4，5........η；
[0032](4)控制器9對(duì)比目標(biāo)加沙量與實(shí)際加沙量A T，當(dāng)實(shí)際加沙量等于目標(biāo)加沙量時(shí)，控制器9控制出沙開(kāi)關(guān)2閉合，停止加沙，完成加沙工作。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，其特征在于:包括支架、滑動(dòng)裝置和沙箱，所述支架上安裝有絲桿，絲桿上套有沿絲桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置通過(guò)不銹鋼絲與沙箱連接，不銹鋼絲中部設(shè)有壓力傳感器，不銹鋼絲處于自然垂直狀態(tài)，沙箱頂部平面處于水平面，其包含進(jìn)沙口和出沙口，出沙口設(shè)有出沙開(kāi)關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，其特征在于:所述滑動(dòng)裝置通過(guò)螺紋與絲桿配合，在支架上設(shè)有一對(duì)與絲桿平行的導(dǎo)桿，滑動(dòng)裝置設(shè)有通孔套在導(dǎo)桿上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，其特征在于:所述壓力傳感器為兩個(gè)，沿沙箱中心線對(duì)稱布置，壓力傳感器與控制器相連，控制器控制電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，其特征在于:所述出沙開(kāi)關(guān)為電磁鐵式吸合開(kāi)關(guān)，出沙開(kāi)關(guān)與控制器信號(hào)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，其特征在于:所述沙箱下邊界為倒圓錐體形，倒圓錐體形的傾角Θ小于推移質(zhì)泥沙水下休止角。6.基于權(quán)利要求4所述的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置的加沙方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)壓力傳感器測(cè)量沙箱重量，兩支壓力傳感器受力分別為Fiq和F2q，則沙箱初始重量T0為:To= (F1+F2o)/g 其中g(shù)為重力加速度； (2)將推移質(zhì)泥沙由進(jìn)沙口加入沙箱，加沙完畢兩支壓力傳感器受力分別為F11和F21，則沙箱中泥沙重量!^為:Ti= (F11+F21)/ g_(F1+F2o)/g (3)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)沙箱沿絲桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷面加沙，加沙過(guò)程中根據(jù)試驗(yàn)流速、斷面長(zhǎng)度調(diào)整絲桿運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)控制出沙開(kāi)關(guān)打開(kāi)，泥沙流出；實(shí)時(shí)重復(fù)過(guò)程(2)實(shí)時(shí)獲取沙箱泥沙新重量τη，則推移質(zhì)泥沙加沙量DT為:DT = Tn-1-Tn 其中 η為2，3，4，5........η (4)控制器對(duì)比目標(biāo)加沙量與實(shí)際加沙量DT，當(dāng)實(shí)際加沙量等于目標(biāo)加沙量時(shí)，控制器控制出沙開(kāi)關(guān)閉合，停止加沙，完成加沙工作。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置及方法，該裝置包括支架、滑動(dòng)裝置和沙箱，所述支架上安裝有絲桿，絲桿上套有沿絲桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置通過(guò)不銹鋼絲與沙箱連接，不銹鋼絲中部設(shè)有壓力傳感器，不銹鋼絲在沙箱作用下處于自然垂直狀態(tài)，沙箱頂部平面處于水平面，其包含進(jìn)沙口和出沙口，出沙口設(shè)有出沙開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的推移質(zhì)試驗(yàn)斷面自動(dòng)加沙裝置，通過(guò)絲桿帶動(dòng)滑動(dòng)裝置移動(dòng)，自動(dòng)完成斷面加沙，并根據(jù)流速大小、斷面長(zhǎng)度，調(diào)整沿?cái)嗝孢\(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)斷面連續(xù)加沙和均勻加沙；控制器根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)沙箱的重力變化，控制出沙開(kāi)關(guān)開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加沙，自動(dòng)化程度高。
【IPC分類】G01M10/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105547641
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610055851
【發(fā)明人】晏成明, 蔣伯杰, 張軍, 楊栗晶, 劉曉燕
【申請(qǐng)人】廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日