全文摘要
本实用新型公开了一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，包括模型箱；在模型箱内底部设置岩土体，岩土体上设置模拟海工结构物，水置于模型箱内岩土体上部；造波单元；滑动组件同连杆之间的转动连接，连杆同摇板结构之间的转动连接，完成从液压缸到摇板结构的动力传递与运动实现，解决摇板摆动过程中摇板与液压缸活塞杆之间存在的角度差问题；通过滑动组件解决摇板摆动过程中，摇板与连杆的连接位置同液压缸的活塞杆之间存在的高度差问题，并通过中继滑块结构实现滑动与转动的集成，实现组合传动单元滑动装置与转动装置同摇板结构摆动运动的自适应匹配，实现了液压缸的活塞杆与摇板之间的运动解耦。
主设计要求
1.一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，辅助支撑式波浪模拟发生装置包括：模型箱；在模型箱内底部设置岩土体，岩土体上设置模拟海工结构物，水置于模型箱内岩土体上部；用于向模拟海工结构物所处方向制造波浪的造波单元；造波单元包括：用于为波浪发生提供动力的液压动力单元；液压动力单元包括液压缸和伺服阀；用于直接作用于水并产生波浪的摇板结构；摇板结构的一端可转动连接在模型箱上，其特征在于，造波单元还包括用于将液压动力单元的单向动力输出转换为适应摇板结构摆动时所需要的不断变换方向的动力输出的组合传动单元，液压动力单元的动力输出端与组合传动单元的动力输入端连接，组合传动单元的动力输出端与摇板结构连接。
设计方案
1.一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，辅助支撑式波浪模拟发生装置包括：
模型箱；在模型箱内底部设置岩土体，岩土体上设置模拟海工结构物，水置于模型箱内岩土体上部；
用于向模拟海工结构物所处方向制造波浪的造波单元；
造波单元包括：
用于为波浪发生提供动力的液压动力单元；液压动力单元包括液压缸和伺服阀；
用于直接作用于水并产生波浪的摇板结构；摇板结构的一端可转动连接在模型箱上，其特征在于，造波单元还包括用于将液压动力单元的单向动力输出转换为适应摇板结构摆动时所需要的不断变换方向的动力输出的组合传动单元，液压动力单元的动力输出端与组合传动单元的动力输入端连接，组合传动单元的动力输出端与摇板结构连接。
2.根据权利要求1所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于：辅助支撑式波浪模拟发生装置还包括支撑架，支撑架置于模型箱内底部，并与岩土体上部平齐，摇板结构的下端与支撑架上部可转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于，组合传动单元包括：
连杆；
滑动组件；液压缸的活塞杆与滑动组件连接，滑动组件的一处与连杆的一端可转动连接，连杆的另一端与摇板结构的一侧面可转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于，滑动组件包括：
中继滑动结构；
滑动导轨；滑动导轨安装在支撑架上部，中继滑动结构在滑动导轨内滑动，液压缸的活塞杆与中继滑动结构的一端连接，中继滑动结构与连杆的一端可转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于，液压缸的活塞杆、滑动导轨均水平设置。
6.根据权利要求4或5所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于：在摇板结构的一侧面上设置有第一转轴支座，在连杆的第二端设置有轴孔，第一转轴支座与连杆的第二端通过第一转动销轴可转动连接；在中继滑动结构的上部设置有第二转轴支座，在连杆的第一端设置有轴孔，第二转轴支座与连杆的第一端通过第二转动销轴可转动连接；在中继滑动结构上远离摇板结构的一端设置有第三转轴支座，在液压缸的活塞杆上连接有杆端球面连接结构，液压缸的活塞杆通过杆端球面连接结构与中继滑动结构连接。
7.根据权利要求4所述的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，其特征在于：在滑动导轨和支撑架之间还设置有辅助支撑结构。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于波浪模拟发生技术领域，具体涉及一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置。
背景技术
超重力场下的波浪模拟试验装置是在超重力模拟试验技术下，基于缩比效应模拟产生不同波高、幅值、频率的波浪，进行波浪对相关结构作用与破坏机理的研究与试验。波浪模拟发生装置主要用于产生波浪，是整个波浪模拟试验装置的关键部分。目前，波浪模拟发生装置根据推动水体的造波板的运动形式分为摇板式和推板式波浪模拟发生装置。香港科技大学的推板式波浪模拟发生装置，由液压缸推动造波板产生波浪。新加坡国立大学与浙江大学的摇板式波浪模拟装置类似，通过曲柄连杆经滑动机构使造波板摆动以产生波浪。
推板式波浪模拟发生装置由于其采用造波板整体移动推动水体的形式，高g值下造波板承受的水体载荷作用较大，并且水深不同处水体重力不同现象在高水深、高g值状况下更加明显，会对整体移动的造波板产生力矩作用。因此，推板式结构不适用于高g值、高水深、大幅值波浪的模拟。
摇板式造波装置通过造波板往复摆动推动水体产生波浪，相比于推板式结构，推动水体时造波板所承受的载荷较小。目前的摇板式波浪模拟装置采用电机驱动曲柄连杆与滑动结构实现造波板的摆动，连接结构较为复杂，传力路径长，高g值超重力环境下，其复杂的传力结构容易产生变形而阻碍动力与运动的传递的现象。且电机在高g值离心场下其工作状态不稳定，现阶段电机结构以及其安装方式布局亦无法进行调整。
为了解决以上问题我方研发出了一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，辅助支撑式波浪模拟发生装置包括：
模型箱；在模型箱内底部设置岩土体，岩土体上设置模拟海工结构物，水置于模型箱内岩土体上部；
用于向模拟海工结构物所处方向制造波浪的造波单元；
造波单元包括：
用于为波浪发生提供动力的液压动力单元；液压动力单元包括液压缸和伺服阀；
用于直接作用于水并产生波浪的摇板结构；摇板结构的一端可转动连接在模型箱上，造波单元还包括用于将液压动力单元的单向动力输出转换为适应摇板结构摆动时所需要的不断变换方向的动力输出的组合传动单元，液压动力单元的动力输出端与组合传动单元的动力输入端连接，组合传动单元的动力输出端与摇板结构连接。
通过模型箱、模型箱内部实验器件、液压动力单元、组合传动单元、摇板结构的共同作用，实现了在离心环境下的波浪模拟发生；且组合传动单元的设置能有效地减小液压缸的活塞杆的伸出长度，增强超重力场下液压缸的活塞杆的刚度。
具体地，辅助支撑式波浪模拟发生装置还包括支撑架，支撑架置于模型箱内底部，并与岩土体上部平齐，摇板结构的下端与支撑架上部可转动连接。
具体地，组合传动单元包括：
连杆；
滑动组件；液压缸的活塞杆与滑动组件连接，滑动组件的一处与连杆的一端可转动连接，连杆的另一端与摇板结构的一侧面可转动连接。
通过液压缸、液压缸的活塞杆、滑动组件、连杆、摇板结构之间的连接结构，特别地是滑动组件同连杆之间的转动连接，连杆同摇板结构之间的转动连接，完成从液压缸到摇板结构的动力传递与运动实现，解决摇板摆动过程中摇板与液压缸活塞杆之间存在的角度差问题。
进一步地，滑动组件包括：
中继滑动结构；
滑动导轨；滑动导轨安装在支撑架上部，中继滑动结构在滑动导轨内滑动，液压缸的活塞杆与中继滑动结构的一端连接，中继滑动结构与连杆的一端可转动连接。
通过滑动组件解决摇板摆动过程中，摇板与连杆的连接位置同液压缸的活塞杆之间存在的高度差问题，并通过中继滑块结构实现滑动与转动的集成，实现组合传动单元滑动装置与转动装置同摇板结构摆动运动的自适应匹配，实现了液压缸的活塞杆与摇板之间的运动解耦。
优选地，液压缸的活塞杆、滑动导轨均水平设置。
水平设置的活塞杆和滑动导轨，保证了需要最少的力即可达到最大的波浪模拟发生效果。
优选地，在摇板结构的一侧面上设置有第一转轴支座，在连杆的第二端设置有轴孔，第一转轴支座与连杆的第二端通过第一转动销轴可转动连接；在中继滑动结构的上部设置有第二转轴支座，在连杆的第一端设置有轴孔，第二转轴支座与连杆的第一端通过第二转动销轴可转动连接；在中继滑动结构上远离摇板结构的一端设置有第三转轴支座，在液压缸的活塞杆上连接有杆端球面连接结构，液压缸的活塞杆通过杆端球面连接结构与中继滑动结构连接。
转轴支座与转动销轴的匹配设计，保证了连杆分别与摇板结构和中继滑动结构的可靠转动连接。
优选地，在滑动导轨和支撑架之间还设置有辅助支撑结构。
辅助支撑结构为整个组合传动结构提供了辅助支撑，增强了传动结构刚性，使运动与动力传递更加顺畅；还进一步地优化了传动结构的受力情况，增强整个造波系统传动结构在超重力场下抵御变形的能力，降低因传动机构发生变形导致的运动阻滞与卡死的风险。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置：滑动组件同连杆之间的转动连接，连杆同摇板结构之间的转动连接，完成从液压缸到摇板结构的动力传递与运动实现，解决摇板摆动过程中摇板与液压缸活塞杆之间存在的角度差问题；通过滑动组件解决摇板摆动过程中，摇板与连杆的连接位置同液压缸的活塞杆之间存在的高度差问题，并通过中继滑块结构实现滑动与转动的集成，实现组合传动单元滑动装置与转动装置同摇板结构摆动运动的自适应匹配，实现了液压缸的活塞杆与摇板之间的运动解耦。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中组合传动单元的主视图；
图3为本实用新型中组合传动单元的俯视图。
图中：1—液压缸；11—活塞杆；12—杆端球面连接结构；2—组合传动单元；21—第一转轴支座；22—连杆；23—中继滑动结构；24—滑动导轨；25—第一转动销轴；26—第二转轴支座；27—第二转动销轴；28—第三转轴支座；3—模型箱；4—摇板结构；5—岩土体；6—支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
实施例1，如图1所示：
一种超重力场下的辅助支撑式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，辅助支撑式波浪模拟发生装置包括：
模型箱3；在模型箱3内底部设置岩土体5，岩土体5上设置模拟海工结构物，水置于模型箱3内岩土体5上部；模型箱3固定在离心机吊篮中，通过离心机的旋转提供超重力场环境；
用于向模拟海工结构物所处方向制造波浪的造波单元；
造波单元包括：
用于为波浪发生提供动力的液压动力单元；液压动力单元包括液压缸1和伺服阀；液压动力单元采用旋转接头同地面的供油装置连接，实现超重力场下液压缸1动力的稳定输出。
用于直接作用于水并产生波浪的摇板结构4；摇板结构4的一端可转动连接在模型箱3上，造波单元还包括用于将液压动力单元的单向动力输出转换为适应摇板结构4摆动时所需要的不断变换方向的动力输出的组合传动单元2，液压动力单元的动力输出端与组合传动单元2的动力输入端连接，组合传动单元2的动力输出端与摇板结构4连接。
通过模型箱3、模型箱3内部实验器件、液压动力单元、组合传动单元2、摇板结构4的共同作用，实现了在离心环境下的波浪模拟发生；且组合传动单元2的设置能有效地减小液压缸1的活塞杆11的伸出长度，增强超重力场下液压缸1的活塞杆11的刚度。在具体工作过程中，造波单元动作，造成模拟波浪，并且波浪向模拟海工结构物推进，通过拍打、冲击等动作作用与模拟海工结构物进行实验。
实施例2，如图1所示：
本实施例与实施例1的区别在于，辅助支撑式波浪模拟发生装置还包括支撑架6，支撑架6置于模型箱3内底部，并与岩土体5上部平齐，摇板结构4的下端与支撑架6上部可转动连接，摇板结构4还包括了位于摇板底部的转动轴、转轴支座和摇板组成，转轴支座安装在支撑架6上，摇板的转动轴穿过转轴支座上的转孔，从而可以实现摇转摆动。
实施例3，如图2和图3所示：
本实施例与实施例2的区别在于，组合传动单元2包括：
连杆22；
滑动组件；液压缸1的活塞杆11与滑动组件连接，滑动组件的一处与连杆22的一端可转动连接，连杆22的另一端与摇板结构4的一侧面可转动连接。
通过液压缸1、液压缸1的活塞杆11、滑动组件、连杆22、摇板结构4之间的连接结构，特别地是滑动组件同连杆22之间的转动连接，连杆22同摇板结构4之间的转动连接，完成从液压缸1到摇板结构4的动力传递与运动实现，解决摇板摆动过程中摇板与液压缸1活塞杆11之间存在的角度差问题。
实施例4，如图2和图3所示：
本实施例与实施例3的区别在于，滑动组件包括：
中继滑动结构23；
滑动导轨24；滑动导轨24安装在支撑架6上部，中继滑动结构23在滑动导轨24内滑动，液压缸1的活塞杆11与中继滑动结构23的一端连接，中继滑动结构23与连杆22的一端可转动连接。
通过滑动组件解决摇板摆动过程中，摇板与连杆22的连接位置同液压缸1的活塞杆11之间存在的高度差问题，并通过中继滑块结构实现滑动与转动的集成，实现组合传动单元2滑动装置与转动装置同摇板结构4摆动运动的自适应匹配，实现了液压缸1的活塞杆11与摇板之间的运动解耦。
实施例5，如图2所示：
本实施例与实施例4的区别在于，液压缸1的活塞杆11、滑动导轨24均水平设置。
水平设置的活塞杆11和滑动导轨24，保证了需要最少的力即可达到最大的波浪模拟发生效果。
实施例6，如图2和图3所示：
本实施例与实施例4或实施例5的区别在于，在摇板结构4的一侧面上设置有第一转轴支座21，在连杆22的第二端设置有轴孔，第一转轴支座21与连杆22的第二端通过第一转动销轴25可转动连接；在中继滑动结构23的上部设置有第二转轴支座26，在连杆22的第一端设置有轴孔，第二转轴支座26与连杆22的第一端通过第二转动销轴27可转动连接；在中继滑动结构23上远离摇板结构4的一端设置有第三转轴支座28，在液压缸1的活塞杆11上连接有杆端球面连接结构12，液压缸1的活塞杆11通过杆端球面连接结构12与中继滑动结构23连接。
液压缸1工作时候，液压缸1的活塞杆11伸出时，推动中继滑动结构23沿滑动导轨24滑动，此时连杆22处于水平姿态，摇板结构4处于竖直姿态，在活塞杆11的推动作用下推动摇板结构4，摇板结构4推动水模拟产生波浪；随着摇板结构4与水平方向的夹角减小，连杆22对应地进行位置调整，直至液压缸1的活塞杆11行程结束；此时活塞杆11缩回，摇板结构4被往回拉，直至垂直状态，完成一套动作。
转轴支座与转动销轴的匹配设计，保证了连杆22分别与摇板结构4和中继滑动结构23的可靠转动连接。
实施例7，如图2所示：
本实施例与实施例4的区别在于，在滑动导轨24和支撑架6之间还设置有辅助支撑结构。
辅助支撑结构为整个组合传动结构提供了辅助支撑，增强了传动结构刚性，使运动与动力传递更加顺畅。
本装置采用静压支承液压缸1通过组合传动结构驱动摇板摆动的方式，以组合传动结构并辅以辅助支撑的结构形式实现了动力的传递和运动的解耦，与以往传动路径长且结构复杂的传动结构相比，其受离心场变形导致机构卡死的影响更小，更容易保证传动机构的刚性与稳定性；
针对超重力场下波浪模拟发生装置中组合传动单元2的连接形式与结构特点，充分考虑传动机构刚性与稳定性，为组合传动结构设计了辅助支撑结构。组合传动与辅助支撑的形式，一方面能够减小液压缸1活塞杆11的伸出长度，增强超重力场下液压缸1杆的刚度；另一方面，通过辅助支承结构支撑中继滑动结构23，增强了整个传动结构抵御变形的能力，从而使得液压缸1到摇板的动力传递更加顺畅、准确，更好的保证波浪模拟效果。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920113265.0
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:51(四川)
授权编号:CN209148244U
授权时间:20190723
主分类号:G01M 10/00
专利分类号:G01M10/00
范畴分类:31J;
申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所
第一申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所
申请人地址:621908 四川省绵阳市绵山路64号
发明人:李心耀;王鑫磊;尹娇妹;冉光斌;尹鹏;宋琼;黎启胜
第一发明人:李心耀
当前权利人:中国工程物理研究院总体工程研究所
代理人:杨春
代理机构:11340
代理机构编号:北京天奇智新知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计