[发明专利]一种实验用造波装置

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程试验研究领域，特别涉及一种在水槽或水池内生成波浪的装置。

背景技术

波浪运动对于堤岸、码头、海洋设施等水中建筑物的稳定性有重要影响，是河口、海岸地区泥沙输移的动力来源之一，是船舶航行综合性能的制约因素。在水槽或水池内进行波浪模拟的物理模型试验，需采用造波系统产生人工模拟波浪。

在机械式造波机中，按其扰水器形式的不同又可以分为不同的类型，目前，机械式造波机的扰水器多采用摇板结构，称为“摇板式造波机”。摇板式造波机主要由驱动机构(作用臂PA)和扰水器机构(摇板OA)两大部分组成，摇板OA在作用臂PA的控制下往复运动，通过控制A点的频率和振幅，从而在水槽或水池中产生模拟所需的规则波或不规则波MN，如图1所示。近年来出现了双摇板式和蛇形摇板式造波机。双摇板式即扰水器为上下铰接的两块板，可分别控制运行；蛇形摇板式造波机即扰水器为一组相互独立的摇板，利用各单块摇板运动时的相位差产生较为复杂的模拟波浪。相对于单摇板式造波机，双摇板式和蛇形摇板式造波机在模拟复杂波浪方面有了较大的进步，但受摇板本身的局限性，在浅水造波和多向不规则波造波方面仍略显不足。

为了能够在小水深工作时亦能够产生足够的波高，可以将摇板改为推板，推板平行往复运动，即可产生波浪。

随着波浪模拟技术的发展，试验模拟所需的波浪越来越复杂和多样性，实验人员对造波机的要求越来越高，包括波浪模拟的精度和多样性方面。

但是，现有的摇(推)板扰水器运动形式单一，单块板仅能进行摇摆运动或平推运动，不能适应越来越复杂的实验环境的要求。尤其是在制造三维不规则波、非线性波和极端波浪方面，现有机械式造波机的造波性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种改进的实验用造波装置，能够进行复杂扰水运动，从而可以产生更加复杂的模拟波浪，以满足不同试验研究的需求。该装置具有适应能力强、模拟精度高、稳定性好和易于控制等优点，具有极其重要的生产应用和推广价值。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的一种实验用造波装置，其特征在于，该装置包括控制单元、造波单元和支架三部分，该造波单元由多组造波结构组成蛇形推波板机构，能够进行复杂扰水运动；该支架为造波单元提供受力支撑，使得造波单元各组造波结构连成一体；控制单元提供动力输出并控制装置运动频率；

所述支架主要由滑轨、左横梁、中横梁、转轮支撑板、右横梁、侧板、皮带轮轴组成；左横梁、右横梁与两块侧板围成一框架结构，中横梁两端固定在侧板内壁上，皮带轮轴横跨在中横梁上，皮带轮轴两端通过轮轴支架固定在两块侧板，多根滑轨相互平行置于左横梁与中横梁之间，而多个转轮支撑板相互平行置于中横梁与右横梁之间；

所述造波单元主要由多组造波结构组成，每组造波结构主要由两块推波板、推杆、四个箱式直线轴承、连杆、悬臂杆、转轮、皮带轮及三角皮带组成，其中转轮由凸轮、凹轮相互咬合而成；推杆上端连接四个箱式直线轴承和连杆的一端，四个箱式直线轴承分别沿两根相邻的滑轨同步滑动，连杆另一端与悬臂杆一端相连接，悬臂杆另一端固定在凹轮上，转轮固定在转轮支撑板上，三角皮带的两端分别连接转轮和皮带轮；不同组的造波结构的相邻两块推波板之间通过孔槽连接，且具有重叠变形自由度。

所述支架还可包括下部支撑结构，该下部支撑结构置于上述框架结构的下面，该下部支撑结构由四根支撑脚和四根水平向支撑横梁组成，下部支撑结构各连接处均焊接而成。

所述控制单元可由脉冲发生器、电机驱动器、电源、步进电机和变速器组成；其中脉冲发生器与电机驱动器连接，电源分别与脉冲发生器和电机驱动器相连，为其提供电力输入，电机驱动器与步进电机相连，步进电机的输出轴与变速器的输入端相连，变速器输出端与固定皮带轮的皮带轮轴相连，变速器输出的扭矩传动至固定皮带轮的皮带轮轴上。

本发明装置的特点及有益效果：

本发明装置采用“蛇形”推波板机构，单块推波板平面倾斜角度可变，多块推波板相互组合使得推波板前沿可以形成比较光顺的曲线；由于造波装置的转轮设计了凸轮、凹轮咬合机构，可以在不同转轮之间实现多种组合，使得推波板前沿线形成多种曲线，实现了一机多用。

上述机械造波装置结构稳定，精度高，造波能力强，可以更好地满足实验环境对模拟各种复杂工况波浪的要求，具有极高的实用性和可推广性。

附图说明

图1为传统摇板式造波机的扰水器工作原理示意图；

图2为本发明造波机实施例；