一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，包括有空氣壓縮機(jī)、機(jī)械推動裝置和計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)包括有控制單元、測量單元和計(jì)算機(jī)，所述機(jī)械推動裝置上設(shè)置有第一、第二接近開關(guān)并連接至測量單元，空氣壓縮機(jī)上設(shè)置有壓力傳感器并連接至測量單元，所述控制單元的信號輸出端用信號電纜連接至機(jī)械推動裝置的控制端，空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣輸出端與機(jī)械推動裝置連通。本發(fā)明裝置通過測量系統(tǒng)獲取機(jī)械推動裝置的工作參數(shù)，進(jìn)而通過控制單元控制機(jī)械推動裝置工作，設(shè)置兩個(gè)接近開關(guān)使裝置能夠精確控制滑坡速度、行程等項(xiàng)模擬參數(shù)，滿足不同滑坡體的高精度模擬。本發(fā)明作為一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于模擬控制系統(tǒng)。
【專利說明】
一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬控制系統(tǒng)，尤其是一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)有關(guān)庫區(qū)或河道的滑坡體滑坡模擬多采用玻璃球活動板、滑動面鋪設(shè)鋼軌配合小車下滑、水泥砂漿滑動面配合滑動箱下滑等方法，并在滑動區(qū)域安裝示波儀、電接觸點(diǎn)、行程開關(guān)等，通過測試滑坡體下滑過程中不同位置的速度信號，再換算成下滑速度。由分析，上述的滑坡體滑坡模擬方法得出的滑坡體下滑速度對于位于庫水位水面上方的滑坡體下滑模擬是較準(zhǔn)確的，而模擬庫水位水面以下的滑坡體下滑過程，則會產(chǎn)生較大的誤差。
[0003]在滑坡體方量較大、庫區(qū)河道較狹窄的滑坡體下滑將會在庫區(qū)內(nèi)產(chǎn)生巨大的涌浪，危及庫區(qū)兩岸坡、擋水大壩、大壩下游建筑物等的安全，需對滑坡體滑坡后的涌浪影響進(jìn)行研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是:提供一種操作方便、速度控制準(zhǔn)確性高的滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，包括有空氣壓縮機(jī)、機(jī)械推動裝置和計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)包括有控制單元、測量單元和計(jì)算機(jī)，所述測量單元通過信號電纜線連接至計(jì)算機(jī)，所述機(jī)械推動裝置上設(shè)置有第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)，所述空氣壓縮機(jī)上設(shè)置有壓力傳感器，所述第一接近開關(guān)的信號輸出端、第二接近開關(guān)的信號輸出端和壓力傳感器的信號輸出端均用信號電纜線連接至測量單元的信號輸入端，所述控制單元的第一信號輸出端子用信號電纜線連接至機(jī)械推動裝置的控制端，所述控制單元的第二信號輸出端子連接至空氣壓縮機(jī)的控制端，所述空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣輸出端與機(jī)械推動裝置連通。
[0006]進(jìn)一步，所述機(jī)械推動裝置包括有氣缸、推桿以及與推桿連接的推板、傾斜度調(diào)整裝置、推桿支撐裝置和底座，所述機(jī)械推動裝置的壓縮空氣輸入端還設(shè)置有換向控制閥，所述換向控制閥通過氣管連通空氣壓縮機(jī)，所述控制單元的信號輸出端通過信號電纜連接至換向控制閥的控制端。
[0007]進(jìn)一步，所述第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)分別設(shè)置于機(jī)械推動裝置的底座兩端。
[0008]進(jìn)一步，所述第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)的位置可調(diào)整，用于設(shè)定推桿的行程。
[0009]進(jìn)一步，所述換向控制閥為對壓縮氣體進(jìn)行導(dǎo)向的電磁閥。
[0010]進(jìn)一步，所述傾斜度調(diào)整裝置的角度調(diào)整范圍為O?35°。
[0011]進(jìn)一步，所述空氣壓縮機(jī)為活塞容積型空氣壓縮機(jī)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明裝置通過測量系統(tǒng)獲取機(jī)械推動裝置的工作參數(shù)，進(jìn)而通過控制單元控制機(jī)械推動裝置工作，尤其是設(shè)置兩個(gè)接近開關(guān)使裝置能夠精確控制推桿行程等，可滿足對不同滑坡體的高精度模擬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2為本發(fā)明裝置中機(jī)械推動裝置上的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0016]參照圖1和圖2說明本發(fā)明的具體實(shí)施方法:
[0017]水庫岸坡的不穩(wěn)定巖體滑坡和滑坡體的方量、重量、坡度、滑移速度等有關(guān)。為了研究水庫岸坡滑坡的危害及防治對策，非常有必要在人為設(shè)定上述滑坡參數(shù)的條件下，模擬庫岸滑坡的發(fā)生。
[0018]滑坡模擬系統(tǒng)必須具備以下性能:
[0019](I)有足夠大的推動力，約2500kg推力；
[0020](2)滑坡體足夠大的滑動速度，約2m/s ；
[0021](3)可根據(jù)滑坡的坡度調(diào)整推動的角度；
[0022](4)滑坡體的滑動速度根據(jù)試驗(yàn)需要可調(diào)；
[0023](5)推動的行程根據(jù)試驗(yàn)需要可調(diào)；
[0024](6)模擬試驗(yàn)結(jié)果，如滑坡重量、速度、行程、坡度等數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄并顯
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[0025]參照圖1，本發(fā)明一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，包括有空氣壓縮機(jī)、機(jī)械推動裝置和計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)包括有控制單元、測量單元和計(jì)算機(jī)，所述測量單元通過信號電纜線連接至計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械推動裝置上設(shè)置有第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)，所述空氣壓縮機(jī)上設(shè)置有壓力傳感器，所述第一接近開關(guān)的信號輸出端、第二接近開關(guān)的信號輸出端和壓力傳感器的信號輸出端均用信號電纜連接至測量單元的信號輸入端，所述控制單元的第一信號輸出端子用信號電纜線連接至機(jī)械推動裝置的控制端，所述控制單元的第二信號輸出端子連接至空氣壓縮機(jī)的控制端，所述空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣輸出端與機(jī)械推動裝置連通。
[0026]空氣壓縮機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的動力來源，是將電動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能的裝置。本系統(tǒng)采用活塞容積型中壓空氣壓縮機(jī)，其原理是通過壓縮空氣體積，即增加單位體積內(nèi)氣體的分子密度，達(dá)到提高壓縮空氣的壓力的目的。也可以將空氣壓縮機(jī)的作用看作是電動機(jī)的機(jī)械能對時(shí)間的積分，將相對較小的機(jī)械能累積至一個(gè)能滿足生產(chǎn)需要的較大的壓力能。其具體指標(biāo)如下:
[0027](I)壓強(qiáng):1.225MPa (即 12.5kg/cm2)；
[0028](2)功率-J.5kff ；
[0029](3)空氣流量:0.9m3/min。
[0030]本發(fā)明采用空氣壓縮機(jī)加氣缸推桿系統(tǒng)的組合形式，既能達(dá)到性能要求，產(chǎn)生大推力和高的滑動速度，同時(shí)成本又相對低廉。
[0031]參照圖2，所述機(jī)械推動裝置包括有氣缸、推桿以及與推桿連接的推板、傾斜度調(diào)整裝置、推桿支撐裝置和底座，所述機(jī)械推動裝置的壓縮空氣輸入端還設(shè)置有換向控制閥，所述換向控制閥通過氣管連通空氣壓縮機(jī)，所述控制單元的信號輸出端通過信號電纜連接至換向控制閥的控制端。
[0032]其中換向控制閥由對壓縮氣體進(jìn)行導(dǎo)向、受220V電壓控制的電磁閥組成，決定氣缸中推桿的啟動、停止和運(yùn)行方向。
[0033]壓縮空氣經(jīng)換向控制閥導(dǎo)向后充滿氣缸的一端，此時(shí)推桿所受的推力等于壓縮空氣的壓強(qiáng)乘以氣缸的橫截面面積。本具體實(shí)施例中，系統(tǒng)中氣缸的半徑R = 8cm，所以其橫截面面積A = 3.1416X82 = 201.06cm2,按采用的空氣壓縮機(jī)所能提供的最大壓強(qiáng)為
1.225MPa(即 12.5kg/cm2)計(jì)算,推桿所受的最大推力 P = 201.06X 12.5 = 2513.3kg。因此，本模擬系統(tǒng)能產(chǎn)生的最大推力為2513.3kg，推桿行程為1.6m。
[0034]在推桿行程的兩端各安裝一個(gè)接近開關(guān)，作為控制推桿行程的行程開關(guān)，同時(shí)兼作推桿啟動和停止的信號輸出開關(guān)，以計(jì)算推桿完成整個(gè)行程所需的時(shí)間及推桿運(yùn)行的速度?？砂词褂眯枰ㄟ^改變開關(guān)的位置來設(shè)定推桿的行程。
[0035]傾斜度調(diào)整裝置調(diào)整整個(gè)機(jī)械裝置的角度，以推動不同坡度的岸坡滑坡體。轉(zhuǎn)動手柄用于調(diào)整整個(gè)裝置角度。本具體實(shí)施例中，系統(tǒng)的角度調(diào)整范圍為O?35° ;若滑坡體坡面角度Θ >35°，則安裝基座面傾斜度I= θ-35°。
[0036]本發(fā)明裝置的計(jì)算機(jī)對壓縮空氣的壓力、推桿行程的起始和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行測量，對正向和反向運(yùn)行、啟動和停止、加壓和停止加壓進(jìn)行控制。
[0037]本具體實(shí)施例中，采用KYB18系列壓力變送器測量空氣壓縮機(jī)氣缸內(nèi)的壓力，用帶隔離的16位AD轉(zhuǎn)換卡采集數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)將采集的實(shí)時(shí)壓力值Ptl與設(shè)定的壓力值Pd比較，如果Ptl < Pd，控制380V交流接觸器處于閉合(接通)狀態(tài)，繼續(xù)對空氣壓縮機(jī)加壓；否則斷開交流接觸器，停止對空氣壓縮機(jī)加壓。
[0038]KYB18系列壓力變送器的主要性能指標(biāo)如下:
[0039](I)測量介質(zhì):與316不銹鋼兼容的各種液體、氣體或蒸汽；
[0040](2)輸出:4 ?20mADC( 二線制)；
[0041 ] (3)工作電壓:14?36VDC ( 二線制)。
[0042]本裝置中將兩個(gè)接近開關(guān)作為行程開關(guān)使用。接近開關(guān)的原理如下:
[0043]當(dāng)金屬物體進(jìn)入其感知范圍時(shí)(例如1mm)，接近開關(guān)的輸出狀態(tài)發(fā)生改變，計(jì)算機(jī)采集到該變化狀態(tài)后，控制其執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成所需的控制動作，如停止正在發(fā)生的運(yùn)動等(如果接近開關(guān)的輸出端有足夠的驅(qū)動能力，則可以和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如繼電器等)直接相連，自動完成控制動作，無需計(jì)算機(jī)介入。和傳統(tǒng)行程開關(guān)相比，接近開關(guān)除了具備非接觸的優(yōu)點(diǎn)外，其余功能完全等同)。
[0044]當(dāng)和推桿一起運(yùn)行的滑動架的檢測點(diǎn)進(jìn)入起始接近開關(guān)的感知范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)記下起始時(shí)間h ;當(dāng)進(jìn)入結(jié)束接近開關(guān)的感知范圍時(shí)，記下結(jié)束時(shí)間h，并控制換向控制閥同時(shí)關(guān)閉正反向閥門，中止推桿運(yùn)動。推桿走完該設(shè)定的行程L，所需的時(shí)間為Atzt1-ty其運(yùn)行速度V為:
[0045]V = L/ Δ t
[0046]接近開關(guān)有紅、黑、藍(lán)三條連接線，紅線和藍(lán)線分別接24VDC的“ + ”和黑和藍(lán)分別接D1卡(數(shù)據(jù)采集)的相應(yīng)DI輸入端的“ + ”和“一”。
[0047]D1卡的DO輸出繼電器的觸點(diǎn)只能承受115V的交流電壓，而換向控制閥的控制電壓為220V，因此，在輸出繼電器和220V之間加一個(gè)控制電壓24V、觸點(diǎn)承受電壓220V的繼電器。當(dāng)控制正向運(yùn)行時(shí)，D1卡控制正向運(yùn)行的觸點(diǎn)閉合，相應(yīng)的24V電壓接通，220V電壓加至換向控制閥的正向控制端，壓縮空氣至氣缸起始端的氣管開通，氣體推動推桿正向運(yùn)行；當(dāng)控制反向運(yùn)行時(shí)，D1卡控制反向運(yùn)行的觸點(diǎn)閉合，相應(yīng)的24V電壓接通，220V電壓加至換向控制閥的反向控制端，壓縮空氣至氣缸末端的氣管開通，氣體推動推桿往回運(yùn)行；當(dāng)控制停止時(shí)，D1卡控制正向、反向運(yùn)行的觸點(diǎn)都斷開，壓縮空氣至氣缸起始端和末端的氣管都關(guān)閉，推桿停止運(yùn)行。
[0048]若需進(jìn)一步提高推動速度，可不用換向控制閥，直接從空氣壓縮機(jī)和氣缸的起始端之間連接氣管，氣缸末端的閥門打開。此時(shí)計(jì)算機(jī)照樣能測出時(shí)間和速度。
[0049]計(jì)算機(jī)的工作流程如下:
[0050]首先進(jìn)行參數(shù)設(shè)定:依次輸入給定滑坡速度、滑坡體坡度、滑體重量、摩擦系數(shù)、行程后，再按確定。程序按下式計(jì)算所需壓力:
[0051]P = μ *cos Θ -W^sin θ +ma
[0052]= W( μ *cos θ -sin θ ) +ma
[0053]式中:P-所需推力，單位:Ν(牛頓)；W-滑體重量，單位:Ν(為公斤數(shù)Χ9.8)；Θ —滑體坡度；μ —摩擦系數(shù);m—滑體質(zhì)量，單位:kg ；a—加速度，單位:m/s2。
[0054]加速度a計(jì)算公式為:已知給定速度V、行程S、V0 = O,則時(shí)間t = S/V ;根據(jù)
S=^at +Vot，得:
[0055]a = 2S/t2 = 2V2/S
[0056]然后，由計(jì)算機(jī)按實(shí)測壓力計(jì)算出“估算加速度”和“估算速度”，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，交流接觸開關(guān)自動斷開，空氣壓縮機(jī)停止加壓；推桿向前運(yùn)行，計(jì)算機(jī)測出推桿實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)間并計(jì)算出推桿運(yùn)行速度，也即滑坡體滑動速度，并顯示出來。
[0057]以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:包括有空氣壓縮機(jī)、機(jī)械推動裝置和計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)包括有控制單元、測量單元和計(jì)算機(jī)，所述測量單元通過信號電纜線連接至計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械推動裝置上設(shè)置有第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)，所述空氣壓縮機(jī)上設(shè)置有壓力傳感器，所述第一接近開關(guān)的信號輸出端、第二接近開關(guān)的信號輸出端和壓力傳感器的信號輸出端均用信號電纜線連接至測量單元的信號輸入端，所述控制單元的第一信號輸出端子用信號電纜線連接至機(jī)械推動裝置的控制端，所述控制單元的第二信號輸出端子連接至空氣壓縮機(jī)的控制端，所述空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣輸出端與機(jī)械推動裝置連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述機(jī)械推動裝置包括有氣缸、推桿以及與推桿連接的推板、傾斜度調(diào)整裝置、推桿支撐裝置和底座，所述機(jī)械推動裝置的壓縮空氣輸入端還設(shè)置有換向控制閥，所述換向控制閥通過氣管連通空氣壓縮機(jī)，所述控制單元的信號輸出端通過信號電纜連接至換向控制閥的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)分別設(shè)置于機(jī)械推動裝置的底座兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)的位置可調(diào)整，用于設(shè)定推桿的行程。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述換向控制閥為對壓縮氣體進(jìn)行導(dǎo)向的電磁閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傾斜度調(diào)整裝置的角度調(diào)整范圍為O?35°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡體滑坡模擬控制系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣壓縮機(jī)為活塞容積型空氣壓縮機(jī)。
【文檔編號】G09B23/40GK104200732SQ201410324127
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】黃智敏, 吳華良, 付波, 鐘勇明, 陳卓英, 何小惠, 黃健東 申請人:廣東省水利水電科學(xué)研究院