申请/专利权人：中国工程物理研究院总体工程研究所

申请日：2019-01-23

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109556826B

主分类号：G01M10/00

分类号：G01M10/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.04.26#实质审查的生效;2019.04.02#公开

摘要：本发明公开了一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，传动结构在波浪模拟过程中始终位于液体上方，避免了装置位于液体中对于波浪模拟产生的干扰，避免了超重力场下传动装置长期置于液体中因腐蚀等影响结构寿命与传动效果的问题，提高了结构的使用寿命；通过合理布局与结构设计，实现连缸部件的第二端与连板部件的第一端的转动连接处的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，实现摇板结构由中位向左、右极限位置摆动过程分别对应的液压缸行程相等，从而简化了液压缸行程的控制方式，使其更易实现，同时能够更好的保证波浪模拟效果。

主权项：1.一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，并行导向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，组合传动单元安装在模型箱内最高水位的上部，组合传动单元的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上；组合传动单元包括连缸部件和连板部件，连缸部件的第一端与液压缸的活塞杆连接，连缸部件的第二端与连板部件的第一端可转动连接，且转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，连板部件的第二端与摇板结构连接；连板部件包括：滑动杆；滑动杆的下端固定安装在摇板结构的上端；滑动支撑结构；滑动支撑结构套装在滑动杆上，并沿滑动杆上下滑动；转动销轴；转动销轴垂直固定安装在滑动支撑结构的侧壁，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴上，连缸部件与转动销轴垂直。

全文数据：一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置技术领域本发明属于波浪模拟发生技术领域，具体涉及一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置。背景技术超重力场下波浪模拟试验装置由波浪模拟发生装置、吸波装置、水位控制装置和模型箱等组成，主要是基于缩比效应研究波浪对相关结构物的作用与破坏机理，为海洋环境研究与海洋资源开发与应用等提供模拟试验与验证平台。波浪模拟发生装置主要用于产生不同水深、波高与频率的波浪，是波浪模拟试验装置的关键组成部分。目前，国内外关于超重力场下波浪模拟试验装置的研究较少，波浪模拟发生装置根据驱动液体的板的运动形式分为推板式和摇板式两种。推板式波浪模拟发生装置主要通过液压缸驱动推板进而推动模型箱中的水体产生波浪，如香港科技大学的推板式波浪模拟装置。摇板式波浪模拟发生装置主要是动力单元经传动结构驱动摇板摆动进而产生波浪。动力单元有电机驱动、液压驱动等形式，如浙江大学和新加坡国立大学的摇板式波浪模拟装置采用电机作为动力单元，通过圆盘与连杆组成的曲柄连杆与滑动机构使摇板摆动进而推动水体产生波浪。推板式波浪模拟发生装置采用推板整体往复运动的方式推动水体，推板承受载荷较大，且容易因不同液位下液体重力不同在推动时产生不平衡力矩作用，恶化推板受载情况，因此推板式波浪模拟发生结构不适用于在高水深、幅值下的波浪模拟。摇板式波浪模拟发生装置采用摇板摆动的形式推动水体，摇板绕底部转轴转动，其推动水体时所承受的载荷较小，且摇板受高水深下不同液位液体重力不同产生的载荷影响较小，相比与推板式波浪模拟发生装置，其更适应于高水深、大幅值下的波浪模拟。当前的摇板式波浪模拟发生装置采用曲柄连杆与滑动机构结合的形式实现运动解耦与动力传递，该结构形式较为复杂，经过多级连接，传力路径较长，在超重力场下更容易出现因变形而导致的结构卡死现象。为了解决以上问题我方研发出了一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置。发明内容本发明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并行导向式波浪模拟发生装置。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，并行导向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，组合传动单元安装在模型箱内最高水位的上部，组合传动单元的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上。本申请中的传动结构在波浪模拟过程中始终位于液体上方，避免了装置位于液体中对于波浪模拟产生的干扰，避免了超重力场下传动装置长期置于液体中因腐蚀等影响结构寿命与传动效果的问题，提高了结构的使用寿命。具体地，组合传动单元包括连缸部件和连板部件，连缸部件的第一端与液压缸的活塞杆连接，连缸部件的第二端与连板部件的第一端可转动连接，且转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，连板部件的第二端与摇板结构连接。本申请通过合理布局与结构设计，实现连缸部件的第二端与连板部件的第一端的转动连接处的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，实现摇板结构由中位向左、右极限位置摆动过程分别对应的液压缸行程相等，从而简化了液压缸行程的控制方式，使其更易实现，同时能够更好的保证波浪模拟效果；作为一种优选，摇板结构的上端中部设置有缺口；连板部件包括滑动导轨、滑块、销轴连接结构、转动销轴，滑动导轨安装在摇板结构的侧面，滑块在滑动导轨上限位滑动，销轴连接结构的一端连接在滑块上，转动销轴安装在摇板结构的缺口中，销轴连接结构的另一端伸入摇板结构的缺口并用于固定转动销轴，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴上，连缸部件与转动销轴垂直，转动销轴的轴心线在摇板结构的厚度中心面上。采用液压缸驱动摇板结构的摆动，连板部件集成滑动结构与转动结构，采用较简单的结构实现传动与运动解耦，简化了传力路径与传动结构；进一步地，销轴连接结构包括组合成L型结构的销轴支撑结构和销轴固定结构，销轴支撑结构固定连接在滑块上，销轴支撑结构的一侧边与销轴固定结构的一端固定连接，销轴固定结构的另一端伸入摇板结构的缺口内，转动销轴固定在销轴固定结构上，转动销轴与销轴固定结构垂直。更进一步地，滑动导轨、滑块、销轴连接结构均为两个，两个滑动导轨、两个滑块、两个销轴连接结构均以摇板结构的竖向中心线对称安装，转动销轴固定安装在两个销轴连接结构之间。通过对称布置的方式分散受载，优化了结构的承载情况，使得传力更加顺畅。作为另一种优选，连板部件包括：滑动杆；滑动杆的下端固定安装在摇板结构的上端；滑动支撑结构；滑动支撑结构套装在滑动杆上，并沿滑动杆上下滑动；转动销轴；转动销轴垂直固定安装在滑动支撑结构的侧壁，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴上，连缸部件与转动销轴垂直。采用液压缸驱动摇板结构的摆动，连板部件集成滑动结构与转动结构，采用较简单的结构实现传动与运动解耦，简化了传力路径与传动结构；进一步地，滑动杆通过连接夹板固定安装在摇板结构的上端。进一步地，滑动支撑结构的内部设置有滑动轴承，滑动轴承套装在滑动杆上，并沿滑动杆上下滑动。更进一步地，滑动杆、滑动支撑结构均为两个，两个滑动杆、两个滑动支撑结构均以摇板结构的竖向中心线对称安装，转动销轴固定安装在两个滑动支撑结构的侧壁之间。通过对称布置的方式分散受载，优化了结构的承载情况，使得传力更加顺畅。优选地，连缸部件为杆端球面连接结构。本发明的有益效果在于：本发明的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置：1、本申请中的传动结构在波浪模拟过程中始终位于液体上方，避免了装置位于液体中对于波浪模拟产生的干扰，避免了超重力场下传动装置长期置于液体中因腐蚀等影响结构寿命与传动效果的问题，提高了结构的使用寿命。2、通过合理布局与结构设计，实现连缸部件的第二端与连板部件的第一端的转动连接处的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，实现摇板结构由中位向左、右极限位置摆动过程分别对应的液压缸行程相等，从而简化了液压缸行程的控制方式，使其更易实现，同时能够更好的保证波浪模拟效果。附图说明图1为本发明中实施例1的主视图；图2为本发明中实施例1的左视图；图3为本发明中实施例1的俯视图；图4为本发明中实施例2的主视图；图5为本发明中实施例2的左视图；图6为本发明中实施例2的俯视图。图中：1—液压缸；11—液压缸活塞杆；22—滑动导轨；23—滑块；25—销轴支撑结构；26—杆端球面连接结构；27—销轴固定结构；28—转动销轴；29—滑动支撑结构；210—滑动杆；211—连接夹板；3—模型箱；4—支撑架；5—岩土体；6—摇板结构。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1-6所示，一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，并行导向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；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；用于直接作用于水并产生波浪的摇板结构6；摇板结构6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6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6连接，组合传动单元安装在模型箱3内最高水位的上部，组合传动单元的转动轴心线在摇板结构6的厚度中心面上。本申请中的传动结构在波浪模拟过程中始终位于液体上方，避免了装置位于液体中对于波浪模拟产生的干扰，避免了超重力场下传动装置长期置于液体中因腐蚀等影响结构寿命与传动效果的问题，提高了结构的使用寿命。区别于上述结构，组合传动单元包括连缸部件和连板部件，连缸部件的第一端与液压缸1的活塞杆连接，连缸部件的第二端与连板部件的第一端可转动连接，且转动轴心线在摇板结构6的厚度中心面上，连板部件的第二端与摇板结构6连接。本申请通过合理布局与结构设计，实现连缸部件的第二端与连板部件的第一端的转动连接处的转动轴心线在摇板结构6的厚度中心面上，实现摇板结构6由中位向左、右极限位置摆动过程分别对应的液压缸1行程相等，从而简化了液压缸1行程的控制方式，使其更易实现，同时能够更好的保证波浪模拟效果；作为实施例1，如图1-3所示：摇板结构6的上端中部设置有缺口；连板部件包括滑动导轨22、滑块23、销轴连接结构、转动销轴28，滑动导轨22安装在摇板结构6的侧面，滑块23在滑动导轨22上限位滑动，销轴连接结构的一端连接在滑块23上，转动销轴28安装在摇板结构6的缺口中，销轴连接结构的另一端伸入摇板结构6的缺口并用于固定转动销轴28，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴28上，连缸部件与转动销轴28垂直，转动销轴28的轴心线在摇板结构6的厚度中心面上。采用液压缸1驱动摇板结构6的摆动，连板部件集成滑动结构与转动结构，采用较简单的结构实现传动与运动解耦，简化了传力路径与传动结构；此实施例采用滑动导轨22、滑块23结构实现直线滑动，通过销轴连接结构实现滑块23同转动销轴28的连接。通过转动销轴28解决摇板结构6摆动过程中摇板结构6与液压缸活塞杆11之间存在的角度差问题，通过滑动结构解决摇板结构6摆动过程中摇板同液压缸活塞杆11之间存在的高度差问题，通过销轴支撑结构25与销轴固定结构27实现滑动副与转动副的集成，实现液压缸活塞杆11与摇板结构6之间的运动解耦。摇板结构6主要由位于摇板底部的转动轴、转轴支座和摇板组成。摇板侧面同滑动导轨22连接，底部通过转轴支座同支撑架4固定连接，从而实现在液压缸活塞杆11往复运动下绕摇板底部转轴的往复摆动。摇板上端中部设置缺口，为转动销轴28以及其安装与固定结构预留空间，以实现转动销轴28的轴心线在摇板结构6的厚度中心面上，从结构设计与布置形式上保证了摇板从中位到左、右极限位置摆动所对应的液压缸1运动行程相等。进一步地，销轴连接结构包括组合成L型结构的销轴支撑结构25和销轴固定结构27，销轴支撑结构25固定连接在滑块23上，销轴支撑结构25的一侧边与销轴固定结构27的一端固定连接，销轴固定结构27的另一端伸入摇板结构6的缺口内，转动销轴28固定在销轴固定结构27上，转动销轴28与销轴固定结构27垂直。通过销轴支撑结构25和销轴固定结构27实现滑块23结构同转动销轴28的连接。更进一步地，滑动导轨22、滑块23、销轴连接结构均为两个，两个滑动导轨22、两个滑块23、两个销轴连接结构均以摇板结构6的竖向中心线对称安装，转动销轴28固定安装在两个销轴连接结构之间。转动销轴28通过销轴支撑结构25和销轴固定结构27将对称布置于液压缸活塞杆11两侧的滑块23结构连接起来，通过对称布置的方式分散受载，优化了结构的承载情况，使得传力更加顺畅。在此实施例中，滑动结构实现形式为采用滑块23—导轨实现直线滑动，承载力大；在摇板中心开槽，适用于摇板长度长的情况。作为实施例2，如图4-6所示：连板部件包括：滑动杆210；滑动杆210的下端固定安装在摇板结构6的上端；滑动支撑结构29；滑动支撑结构29套装在滑动杆210上，并沿滑动杆210上下滑动；转动销轴28；转动销轴28垂直固定安装在滑动支撑结构29的侧壁，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴28上，连缸部件与转动销轴28垂直。此处，采用滑动支撑结构29与滑动杆210实现直线滑动。此处优选在转动销轴28与滑动支撑结构29之间设置有转轴支撑结构，转轴支撑结构优选为锁紧螺母，在滑动支撑结构29为转轴支撑结构提供支撑与固定，从而实现了转动结构同滑动结构的连接，采用液压缸1驱动摇板结构6的摆动，连板部件集成滑动结构与转动结构，采用较简单的结构实现传动与运动解耦，简化了传力路径与传动结构；优选地，滑动杆210通过连接夹板211固定安装在摇板结构6的上端。优选地，滑动支撑结构29的内部设置有滑动轴承，滑动轴承套装在滑动杆210上，并沿滑动杆210上下滑动。滑动轴承的设置，使得滑动支撑结构29与滑动杆210之间的直线滑动更加顺畅，减少了磨损。优选地，滑动杆210、滑动支撑结构29均为两个，两个滑动杆210、两个滑动支撑结构29均以摇板结构6的竖向中心线对称安装，转动销轴28固定安装在两个滑动支撑结构29的侧壁之间。转动销轴28通过滑动支撑结构29将对称布置于活塞杆两侧的滑动结构连接起来，实现并行滑动与转动。通过对称布置的方式分散受载，优化了结构的承载情况，使得传力更加顺畅。通过转动销轴28解决摇板摆动过程中摇板与液压缸活塞杆11之间存在的角度差问题，通过并行滑动结构解决摇板摆动过程中摇板同液压缸活塞杆11之间存在的高度差问题，通过滑动支撑结构29实现滑动副与转动副的集成，实现液压缸活塞杆11与摇板之间的运动解耦。摇板上方同滑动杆210连接，底部通过转轴支座同支撑架4固定连接，从而实现在液压缸活塞杆11往复运动下绕摇板底部转轴的往复摆动。本实施例中，采用滑动轴承—滑动杆210实现直线滑动，承载较小；适用于，摇板不需开槽，且摇板长度较短的情况。在实施例1和实施例2中，连缸部件均可优选为杆端球面连接结构26。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

权利要求：1.一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，安装在在离心机吊篮中，并行导向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，组合传动单元安装在模型箱内最高水位的上部，组合传动单元的转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上。2.根据权利要求1所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：组合传动单元包括连缸部件和连板部件，连缸部件的第一端与液压缸的活塞杆连接，连缸部件的第二端与连板部件的第一端可转动连接，且转动轴心线在摇板结构的厚度中心面上，连板部件的第二端与摇板结构连接。3.根据权利要求2所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：摇板结构的上端中部设置有缺口；连板部件包括滑动导轨、滑块、销轴连接结构、转动销轴，滑动导轨安装在摇板结构的侧面，滑块在滑动导轨上限位滑动，销轴连接结构的一端连接在滑块上，转动销轴安装在摇板结构的缺口中，销轴连接结构的另一端伸入摇板结构的缺口并用于固定转动销轴，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴上，连缸部件与转动销轴垂直，转动销轴的轴心线在摇板结构的厚度中心面上。4.根据权利要求3所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：销轴连接结构包括组合成L型结构的销轴支撑结构和销轴固定结构，销轴支撑结构固定连接在滑块上，销轴支撑结构的一侧边与销轴固定结构的一端固定连接，销轴固定结构的另一端伸入摇板结构的缺口内，转动销轴固定在销轴固定结构上，转动销轴与销轴固定结构垂直。5.根据权利要求3或4所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：滑动导轨、滑块、销轴连接结构均为两个，两个滑动导轨、两个滑块、两个销轴连接结构均以摇板结构的竖向中心线对称安装，转动销轴固定安装在两个销轴连接结构之间。6.根据权利要求2所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于，连板部件包括：滑动杆；滑动杆的下端固定安装在摇板结构的上端；滑动支撑结构；滑动支撑结构套装在滑动杆上，并沿滑动杆上下滑动；转动销轴；转动销轴垂直固定安装在滑动支撑结构的侧壁，连缸部件的第二端可转动套装在转动销轴上，连缸部件与转动销轴垂直。7.根据权利要求6所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：滑动杆通过连接夹板固定安装在摇板结构的上端。8.根据权利要求6所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：滑动支撑结构的内部设置有滑动轴承，滑动轴承套装在滑动杆上，并沿滑动杆上下滑动。9.根据权利要求6所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：滑动杆、滑动支撑结构均为两个，两个滑动杆、两个滑动支撑结构均以摇板结构的竖向中心线对称安装，转动销轴固定安装在两个滑动支撑结构的侧壁之间。10.根据权利要求2、3、4、6、7、8、9任一项所述的一种超重力场下的并行导向式波浪模拟发生装置，其特征在于：连缸部件为杆端球面连接结构。

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