[发明专利]一种设置河流动床水工模型的方法

摘要

本发明涉及一种设置河流动床水工模型的方法，其IPC国际专利分类号E02B 1/02，属于水利领域。本发明利用高压气囊驱动器的高压冲力使取样探针瞬间插入淤积泥沙中，同时液氮容器的液氮快速进入取样探针内，完成床沙保真取样过程；采用水平移动机械手和垂直移动机械手分别沿着水平和垂直导轨运动，能够精确地控制取样位置；由于高压气囊驱动器的尺寸一定，取样探针的下落距离可由垂直移动机械手在垂直导轨的初始位置确定。本发明实现了动床模型床沙断面的实时保真采样，同时采样的效率大大提高，对试验数据的精确与完善具有极大的促进作用。

主权项

一种设置河流动床水工模型方法，其特征在于，动床水工模型试验床沙实时保真取样时，包括以下步骤：(一)布设动床模型和取样设备：所述动床模型的河床内有淤积泥沙(1)，河床水底和所述淤积泥沙(1)之间设有交换层泥沙(3)；所述取样设备包括支架(6)、水平横梁(5)、取样探针(4)、高压气囊驱动器(9)、垂直控制台支柱(10)、液氮容器(16)、高压气体容器(18)和控制器(14)；其中，所述支架(6)设置在所述动床模型的两侧，所述水平横梁(5)固定安装在所述支架(6)上，所述水平横梁(5)上设有水平导轨；所述垂直控制台支柱(10)的底部固定在水平移动机械手(8)上，所述水平移动机械手(8)设置在所述水平导轨上，并能够沿着所述水平导轨移动；所述垂直控制台支柱(10)上设有垂直导轨(24)和垂直移动机械手(26)，所述垂直移动机械手(26)能够沿着所述垂直导轨(24)上下移动，所述垂直移动机械手(26)上固定有支承台，所述支承台侧面设有支承横梁，所述支承横梁远离所述支承台的一端设有一个高压气囊驱动器固定扣环(31)，用于固定所述高压气囊驱动器(9)；所述高压气囊驱动器(9)上部依次通过高压气体输送控制阀门(30)、高压气体输送管线(22)和高压容器控制阀门(20)与所述高压气体容器(18)连接，下部通过取样机械手(7)和所述取样探针(4)连接；垂直控制台支柱顶端(28)设有高压气体输送管线挂钩(29)，所述高压气体输送管线挂钩(29)上设有若干挂环，所述高压气体输送管线(22)穿过所述挂环悬挂在所述高压气体输送管线挂钩(29)上；所述水平移动机械手(8)上设有水平位移传感器(27)，所述垂直移动机械手(26)上设有垂直位移传感器(25)，所述水平位移传感器(27)和所述垂直位移传感器(25)通过位移控制信号线(11)与所述控制器(14)连接，分别用于控制所述水平移动机械手(8)和所述垂直移动机械手(26)的移动距离；所述取样探针(4)为中空的双层结构，包括外层的真空腔(42)和内层的液氮腔(43)，所述液氮腔(43)的上端设有出气孔和液氮进口，所述出气孔通过出气孔阀门(41)与所述控制器(14)连接，所述液氮进口通过液氮输送管线(23)和液氮电控阀门(15)与所述液氮容器(16)连接；所述液氮电控阀门(15)、高压气体输送控制阀门(30)和高压容器控制阀门(20)分别与所述控制器(14)连接；所述高压气囊驱动器(9)内部设有活塞(92)，所述活塞将所述高压气囊驱动器(9)的内部空间分为上部的高压气囊腔(91)和下部的低压腔(94)，所述活塞下部设有弹簧(97)，所述活塞(92)通过驱动器连杆(93)与所述取样机械手(7)固定连接；所述高压气囊驱动器(9)顶部设有与所述高压气囊腔(91)连通的出气孔和进气孔，所述进气孔通过所述高压气体输送控制阀门(30)与所述高压气体输送管线(22)连通，所述出气孔通过高压气囊出气孔阀门(95)与所述控制器(14)连接；所述低压腔(94)的底部设有低压腔防撞底座(96)；(二)取样操作：控制器(14)控制垂直移动机械手(26)向上移动到所述垂直导轨(24)的顶端，带动高压气囊驱动器(9)和取样探针(4)上升到最高点；控制器(14)控制水平移动机械手(8)沿着水平导轨在水平横梁(5)上移动到预定取样位置；根据预定取样位置的取样深度，控制器(14)控制垂直移动机械手(26)向下移动，将取样探针(4)设定在预定高度；控制器(14)打开所述高压容器阀门(20)，向所述高压气囊驱动器(9)供气，高压气体产生瞬间的高压动力驱动取样探针(4)瞬间插入淤积泥沙(1)中，同时打开取样探针(4)的所述出气孔阀门(41)和液氮电控阀门(15)，在取样探针(4)内的空气排出的同时向取样探针(4)内输送液氮，液氮产生的低温通过取样探针(4)的内壁将所取样的泥沙瞬间冰冻，形成泥沙取样样本；控制器(14)关闭所述液氮电控阀门(15)和所述高压容器阀门(20)，打开所述高压气囊出气孔阀门(95)，使高压气囊驱动器(9)内的高压气体排出，弹簧(97)顶起活塞(92)，使得驱动器连杆(93)提起所述取样机械手(7)，将取样探针(4)提起；控制器(14)控制垂直移动机械手(26)向上移动到所述垂直导轨(24)的顶端，带动高压气囊驱动器(9)和取样探针(4)上升到最高点；控制器(14)控制水平移动机械手(8)沿着水平导轨在水平横梁(5)上移动到起点位置，将取样探针(4)从取样机械手(7)上取下，送到实验室进行处理。