截流试验设备 技术领域 本发明属于水利水电工程的模型试验领域， 特别涉及一种用于龙口合龙的截流模 型试验设备。
背景技术 水利工程中的截流试验须进行模型试验， 而模型试验应保证与现场的相似性， 就 截流模型试验而言， 主要是保证截流材料的抛投强度和龙口出口损失量与现场的相似性。 现有截流模型实验中， 由于无专用的截流试验设备， 截流材料的抛投强度受人工的影响很 大， 只能将龙口合龙到固定的宽度后， 来测量并研究龙口段的水力学参数， 因而不能清楚的 获得合龙过程中的水流情况及有关参数， 不能准确的模拟出合龙过程中抛投料的流失量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种截流试验设备， 以消除截流模型试验中人为因素的影 响， 保证截流材料的抛投强度和龙口出口损失量与现场的相似性， 并获得合龙过程中的完 整信息。
本发明所述截流试验设备由输料装置、 投料装置和控制装置组成 ； 所述输料装置 为履带输送机 ； 所述投料装置包括料仓， 吊杆， 带动吊杆纵向运动、 横向运动和转动的驱动 系统， 料仓由仓体、 与仓体下部铰连的底板和安装在仓体上的电磁铁构成， 料仓至少为四 个， 沿支架的周边等间距安装， 各料仓至支架中心的距离相等， 吊杆与所述支架的中心部位 连接， 在驱动系统的驱动下， 可带着料仓转动， 沿纵向 ( 试验模型戗堤方向 ) 和横向 ( 垂直 于试验模型戗堤的方向 ) 移动 ； 所述控制装置包括计算机、 电脑开关控制器、 调频电机控制 器， 电脑开关控制器的一端与计算机连接， 另一端与安装在料仓仓体上的电磁铁连接， 调频 电机控制器的一端与计算机连接， 另一端与所述驱动系统中的调频电机连接。
本发明所述截流试验设备的投料装置中， 各料仓至支架中心的距离为试验模型戗 堤宽度的二分之一。
本发明所述截流试验设备， 其带动吊杆纵向运动、 横向运动和转动的驱动系统有 多种结构形式， 从简化结构、 便于加工的角度考虑， 优选以下结构 ：
所述驱动系统包括导轨、 第一齿条、 第一齿轮、 第一传动轴、 第二齿条、 第二齿轮、 第二传动轴、 矩形桁架、 连接套、 第一调频电机、 第二调频电机和第三调频电机。 各部件和构 件的组装方式 ： 导轨为两根， 两导轨平行安装， 它们之间的间距为试验模型戗堤的宽度 ； 第 一齿条为两条， 分别固定在两根导轨上 ； 第一传动轴为两根， 相隔一间距平行于矩形桁架的 横边架安装在矩形桁架上 ； 第一齿轮为四个， 分别安装在两根第一传动轴的两端， 与第一齿 条组成传动副， 第一调频电机为两台或四台， 其动力输出轴分别与两根第一传动轴连接 ； 第 二齿条为两条， 分别固定在矩形桁架的两横边架上 ； 第二传动轴为一根， 第二齿轮为两个， 两第二齿轮分别安装在第二传动轴的两端， 与第二齿条组成传动副 ； 第二调频电机为一台 或两台， 其动力输出轴与第二传动轴连接 ； 连接套安装在第二传动轴上， 第三调频电机为一台， 安装在连接套内， 其动力输出轴与吊杆连接。
使用时， 将本发明所述截流试验设备驱动系统中的两根导轨固定在试验模型戗堤 的两侧， 矩形桁架的横边架垂直于导轨放置。 以实际工程的设计抛投强度为依据， 根据试验 模型比例确定料仓的容积， 调整驱动系统中各调频电机的转速。为了保证整个截流试验过 程中截流材料的连贯性， 由计算机对履带输送机输送的截流材料量进行控制。整个截流试 验过程中， 截流材料的输送和抛投均由计算机控制和记录。
本发明具有以下有益效果 ：
1、 整个截流试验过程中全部实行自动化， 料仓在试验模型戗堤的位置及截流材料 的抛投料均由计算机控制， 从而保证了截流材料的抛投强度和龙口出口损失量与现场的相 似性， 避免了人为因素带来的误差。
2、 截流试验过程中能够准确获得龙口各个宽度下的水力学参数以及龙口下游段 的截流材料损失量， 从而对现场的备料提供可靠依据。
3、 截流试验设备结构简单， 操作简便， 具有很好的适应性。 附图说明
图 1 是本发明所述截流试验设备的一种结构示意图 ； 图 2 是本发明所述截流试验设备中连接套、 第三调频电机、 吊杆和料仓的组装示意图 ； 图 3 是本发明所述截流试验设备中齿轮齿条传动副的结构示意图 ；
图 4 是图 3 的侧视图 ；
图 5 是本发明所述截流试验设备中控制装置的结构框图。
图中， 1- 导轨、 2- 第一齿轮、 3- 第一齿条、 4- 第一调频电机、 5- 桁架、 6- 第二齿 轮、 7- 第二齿条、 8- 第二调频电机、 9- 连接套、 10- 吊杆、 11- 料仓、 12- 支架、 13- 截流材料、 14- 传送带、 15- 传动轮、 16- 第四调频电机、 17- 第一传动轴、 18- 第二传动轴、 19- 第三调频 电机、 20- 电磁铁、 21- 料仓仓体、 22- 料仓底板。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明所述截流试验设备作进一步说明。
本实施例为某水电站截流模型试验， 该水电站截流设计流量在 727m3/s， 采用左岸 导流洞进行导流， 截流过程中落差最大达到 7m， 龙口的最大流速 7.45m/s。根据上述数据进 行截流模型试验， 试验模型戗堤的宽度为 75cm、 长度为 300cm， 料仓的容积为 4×2.5×2cm3， 抛投时间间隔为 3 料仓 /min。
本实施例中， 截流试验设备的结构如图 1、 图 5 所示， 由输料装置、 投料装置和控制 装置组成。所述输料装置为履带输送机， 主要由传送带 14、 传动轮 15、 第四调频电机 16 构 成 ( 有市售商品 )， 安装在便于向料仓送料处。所述投料装置包括料仓 11、 吊杆 10 和驱动 系统 ； 料仓 11 由仓体 21、 与仓体下部铰连的底板 22 和安装在仓体上的电磁铁 20 构成， 料 仓 11 为四个， 沿 “十字” 形支架 12 的周边安装， 各料仓至支架中心的距离相等， 均为试验模 型戗堤宽度的二分之一 ； 驱动系统中， 导轨 1 为两根， 两导轨固定在试验模型戗堤的两侧且 相互平行， 它们之间的间距为试验模型戗堤的宽度 ； 第一齿条 3 为两条， 分别固定在两根导轨1上； 矩形桁架 5 是一连接件， 其横边架垂直于导轨放置 ； 第一传动轴 17 为两根， 相隔一 间距平行于矩形桁架的横边架安装在矩形桁架 5 上 ； 第一齿轮 2 为四个， 分别安装在两根第 一传动轴 17 的两端， 与第一齿条 3 组成传动副， 第一调频电机 4 为四台， 其动力输出轴分别 与两根第一传动轴的两端连接 ； 第二齿条 7 为两条， 分别固定在矩形桁架的两横边架上 ； 第 二传动轴 18 为一根， 第二齿轮 6 为两个， 两第二齿轮 6 分别安装在第二传动轴的两端， 与第 二齿条 7 组成传动副 ； 第二调频电机 8 为两台， 其动力输出轴分别与第二传动轴两端连接 ； 连接套 9 安装在第二传动轴上， 第三调频电机 19 为一台， 安装在连接套 9 内 ； 吊杆 10 的一 端与所述支架 12 的中心部位连接， 其另一端与第三调频电机 19 连接。所述控制装置包括 计算机、 电脑开关控制器、 调频电机控制器， 计算机为一般 PC 机， 电脑开关控制器选用电脑 RS232 串口控制智能多路开关控制器 ( 产品规格 J_COM-01)， 调频电机控制器选用 PCI 运动 控制卡 ( 型号 PCI1010) ； 电脑开关控制器为一套， 其信号输入端与计算机连接， 其信号输出 端分别与安装在各料仓仓体上的电磁铁 20 连接， PCI 运动控制卡为七个， 各 PCI 运动控制 卡的一端分别与计算机连接， 它们的另一端分别与各自对应的调频电机连接。
使用时， 操作计算机， 第一调频电机 4 即可带动第一传动轴 17 转动， 从而使矩形桁 架带着吊杆和料仓沿导轨移动， 第二调频电机 8 即可带动第二传动轴 18 转动， 从而带着吊 杆和料仓沿矩形桁架 5 的横边架移动， 第三调频电机 19 即可带动吊杆和料仓转动， 使料仓 到达装料位置或所要求的投料位置， 第四调频电机 16 即可带动传动轮 15 转动， 使履带输送 机输送截流材料 13， 电磁铁即可通电或断电， 实现装料与抛投料。