基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，它包括模型底部框架，所述模型底部框架上设有槽底钢板、遮雨棚，所述模型底部框架倾斜设置，所述模型底部框架的两侧边均设置有脚踏板，脚踏板固定板，脚踏板套管，脚踏板活动板。本实用新型克服了以往做模型试验重复建设不必要模型的弊端，节约试验成本，自动保持走道水平的设计解决了试验土槽两边走道随着模型升高而升高的缺点，自动开合遮雨棚解决了试验降雨前要人工费时费力覆盖坡面的效率短板，减小面积的集流口和壤中流采集管的安装创新性的解决了以往试验中未能很好解决的问题。
【专利说明】基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可变宽度、可变坡度的坡面土壤侵蚀模型，该土壤侵蚀模型的走道可以随着坡面的升降永远保持水平状态，模型的上部有自动开合的遮雨棚可以防止填好模型沙的坡面在率定降雨的时候将坡面冲毁，同时，模型的出口处有壤中流采集管，同时集流口较之以前的模型集流口变窄变小，避免了以往试验中较大面积的集流口上的降雨对整个坡面产生径流的影响。
【背景技术】
[0002]目前，很多坡面侵蚀试验模型尽管有一部分是可以调节坡度的，但是没有可以调节坡面宽度的模型，而随着模拟技术的逐渐成熟和科学研究越来越复杂的要求，现在很多研究需要变换坡面模型的宽度，从而可以分析不同宽度坡面对坡面产流产沙的影响，这就迫切要求模型的宽度能变化来满足研究的需求。同时，坡面模型很多时候要求要能调节坡度，这个技术已经成熟，可以利用在模型底部安装液压升降系统实现坡度的调节；研究同时要求随着坡度的调节，坡面的走道要求能永远保持水平的状态以满足试验人员测量的需求；研究中，坡面模型填土完成后要率定降雨器的雨强是否符合要求，但是降雨很容易将坡面破坏，为了防止坡面被破坏就必须用塑料布覆盖，但是目前一般采用的人工用塑料布覆盖坡面的办法非�：氖狈浅Ｂ榉常枰恢帜茏远蚩蘸系母哺窍低常谑匝榭贾奥识ㄓ昵渴蹦茏远蘸辖旅嫱耆哺牵涤晔痹蚰艽蚩挥跋旖涤�。以往，没有模型专门收集过坡面模型的壤中流变化情况，本实用新型创新性的实用新型了可以收集坡面模型壤中流的装置，本实用新型通过在模型集流口的面板上设置收集壤中流的洞口，洞口在不使用时用橡皮塞塞�。毙枰占乐辛魇保蚩鹌と⒔乐辛魇占芘∪肼菟靠诩纯伞Ｗ詈螅颐嵌云旅婺Ｐ偷募骺谧隽烁慕酝募骺谑侨切危婊洗螅岽蟠笤黾悠旅娴某杏昝婊嵊跋炱旅娌木读髂嗌沉浚滞ü慕蠼骺诘拿婊蟠笏跣。跎倭硕钔饨涤昝婊跃读髂嗌车挠跋�。
实用新型内容
[0003]为克服以往研究中坡面模型宽度不可调节，需要重复建设很多个不同宽度模型钢槽的弊端，以及以往模型没有壤中流观测通道，没有遮雨棚可以自动化覆盖坡面土壤减少降雨率定时土壤被破坏的弊端，以及集流口面积过大，承雨面积会影响径流泥沙量的弊端，本实用新型设计了一种新型的土壤侵蚀模型可解决以上弊端，本实用新型可以调节土壤侵蚀模型的宽度，可以调节模型的坡度，模型两边的走道可以在坡度变化时保持水平状态，同时走道外部有可以打开可以闭合的遮雨棚防止试验前降雨对坡面的破坏，模型的集流口也进行了改进，面积变�。骺谙旅娴哪Ｐ兔姘宕τ腥乐辛魅⊙爸檬占乐辛鞯谋浠榭觯臼涤眯滦涂晌Ｐ偷母咝е馗蠢米龀鼋洗蠊毕�。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，它包括设置由工字钢架焊接而成的模型底部框架，所述模型底部框架上设置有槽底钢板，模型底部框架两边设置有遮雨棚，四周用模型挡板围成槽状结构；所述槽底钢板的上下两端面上沿槽底钢板宽度方向分别设置有若干个均布设置的变宽度凹槽，槽底钢板宽度方向的两端各设置有变宽度隔板，所述变宽度隔板的两端通过设置的凸起插接在槽底钢板的变宽度凹槽内，形成宽度调节结构，且变宽度隔板之间通过三道侧边防裂铁丝连接固定；沿所述槽底钢板长度方向的槽底钢板面上对称设置有两道由若干个均布设置的变长度凹槽组成的变长度插接带，变长度隔板通过底部设置的凸起插接在槽底钢板的变长度凹槽内，形成长度调节机构；所述模型底部框架以倾斜的方式设置，其下端铰接在底座上，上端通过两个同步液压缸支撑；所述模型底部框架的两侧边均设置有脚踏板，脚踏板固定板，脚踏板套管，脚踏板活动板，脚踏板活动板马达组成可以自动保持水平的走道，所述脚踏板固定端固定在模型底部框架上，所述脚踏板一端通过脚踏板套管与脚踏板固定板铰接，另一端与脚踏板活动板铰接，脚踏板活动板由脚踏板活动板马达驱动来调整脚踏板的保持水平状态。
[0006]所述模型底部框架的倾斜角度可在5-35度之间进行调节。
[0007]所述遮雨棚由PE彩条布制成。遮雨棚的一端固定在走道两边的铁杆上，另一端固定在10.5m长的弧形遮雨棚滑动轨道上，轨道的两端有电动马达可以带动遮雨棚的滑动杆的一端使遮雨棚上升或下降从而带动遮雨棚的打开和闭合来保护填好土的坡面。
[0008]所述模型底部框架的下部模型挡板上设置有用白铁皮打制而成的T型集流口，T型集流口下方的模型挡板上开有两排收集壤中流采集孔，每一排有8个采集孔，间隔均为10cm，试验不需要采集壤中流时用橡皮塞堵�。枰痹蚺∪胩崆白急负玫拇菸频牟杉懿杉�。
[0009]更具体的说:坡面土壤侵蚀模型由底座、液压升降系统、长10m、宽1.02m、深60cm的钢槽、可以保持水平状态的宽50cm的走道、走道外的可自动打开闭合的遮雨棚、壤中流收集装置、T字形的集流口(以往的集流口都为三角形)等部分组成。
[0010]模型的坡度变化是由位于底座上的液压系统托举来变换模型的坡度的，模型的坡度可以在5-35度之间进行调节，试验前随着液压系统的托举将模型托高至试验要求的坡度是停止液压系统，同时将土槽后面用20公分直径的空心钢管做二次保护。钢槽的底部是1m长、1.02m宽、3cm厚的钢板,钢板的上下两端每隔5cm各有一个长5cm的，宽0.5cm,深1.5cm的凹槽,土槽两边的钢板厚0.5cm且首尾两端有各有一个长5cm的，宽0.5cm,深
1.5cm的凸起，正好可以卡进钢槽首尾底部钢板的凹槽，通过将两条钢板首位的凸起卡进不同位置的凹槽就可调节土壤侵蚀模型的宽度。同时，如果需要做不同长度的模型试验时，将不同宽度的高60cm的隔离钢板插入模型底部的每隔Im分布有两个的凹槽即可隔离出所需长度模型。模型两边的走道可以在坡度升降时自动保持水平以利于试验数据的观测，走道是由50cm*50cm的脚踏板组成，脚踏板的一段用套管套在固定在模型钢板的钢筋上以致其可以自由旋转，另一端则用拐角钢筋固定于另一条与模型底部平行的钢筋上，这根钢筋在顶部马达的带动下随着模型的升降会适当缓慢前后移动使脚踏板保持水平状态。走道的两边有自动伸缩遮雨棚，遮雨棚材料用PE彩条布制成，遮雨棚的一端固定在走道两边的铁杆上，另一端固定在10.5m长的弧形遮雨棚滑动轨道上，轨道的两端有电动马达可以带动遮雨棚的滑动杆的一端使遮雨棚上升或下降从而带动遮雨棚的打开和闭合来保护填好土的坡面。模型的集流口用白铁皮打制而成，采用Im宽但仅有3cm长的汇流口，出流口则是一个筒状从而最大限度地减少额外承雨面积的降雨量对收集到的径流泥沙的影响，集流口下面的模型挡板上开有两排收集壤中流采集孔，每一排有8个采集孔，间隔均为10cm，试验不需要采集壤中流时用橡皮塞堵住，需要时则拧入提前准备好的带螺纹的采集管采集。
[0011]本实用新型的有益效果是，克服了以往做不同长度、宽度以及坡度的模型试验要重复建设很多不必要的模型的弊端，大大节约了试验成本；自动保持走道水平的设计也解决了以往试验土槽两边走道会随着模型升高而升高的缺点，使试验人员更安全高效的采集数据；自动开合遮雨棚则解决了以往试验降雨之前要人工费时费力覆盖坡面的效率短板；减小面积的集流口和壤中流采集管的安装则创新性的解决了以往试验中未能很好解决的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型俯视图
[0013]图2是基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型侧视图
[0014]图中1.槽底钢板，2.变宽度凹槽，3.变宽度隔板，4.变长度隔板，5.变长度凹槽，6.结合处螺丝，7侧边防裂铁丝，8.脚踏板，9.遮雨棚的PE彩条布，10.遮雨棚的固定端，11.遮雨棚的滑动杆，12.遮雨棚的弧形滑动轨道，13.遮雨棚的电动马达，14.变宽度凹槽，
15钢槽下挡板，16.汇流口，17.T形集流口，18.壤中流采集孔，19.壤中流采集管，20.底座，21.液压缸，22.二次保护钢管，23.脚踏板固定板，24.脚踏板移动端，25.脚踏板套管，26.脚踏板活动板，27.脚踏板活动板马达，28模型底部框架。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型以下将结合附图做进一步描述:
[0016]如图1、图2所示，一种基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，它包括设置由工字钢焊接而成的模型底部框架28，所述模型底部框架上设置有槽底钢板1，模型底部框架上部设置有遮雨棚，四周用模型挡板围成槽状结构；所述槽底钢板的上下两端面上沿槽底钢板宽度方向分别设置有若干个均布设置的变宽度凹槽2，槽底钢板宽度方向的两端各设置有变宽度隔板3，所述变宽度隔板的两端通过设置的凸起插接在槽底钢板的变宽度凹槽内，形成宽度调节结构，且变宽度隔板之间通过三道侧边防裂铁丝7连接固定；沿所述槽底钢板长度方向的槽底钢板面上对称设置有两道由若干个均布设置的变长度凹槽5组成的变长度插接带，变长度隔板4通过底部设置的凸起插接在槽底钢板的变长度凹槽内，形成长度调节机构；所述模型底部框架以倾斜的方式设置，其下端铰接在底座20上，上端通过两个同步液压缸21支撑；所述模型底部框架的两侧边均设置有脚踏板8，脚踏板固定板23，脚踏板套管25，脚踏板活动板26，脚踏板活动板马达27组成可以自动保持水平的走道，所述脚踏板固定端固定在模型底部框架上，所述脚踏板一端通过脚踏板套管与脚踏板固定板铰接，另一端与脚踏板活动板铰接，脚踏板活动板由脚踏板活动板马达驱动来调整脚踏板的保持水平状态。
[0017]所述模型底部框架的倾斜角度可在5-35度之间进行调节。
[0018]所述遮雨棚由PE彩条布制成，遮雨棚的一端固定在走道两边的铁杆上，另一端固定在10.5m长的弧形遮雨棚滑动轨道上，轨道的两端有电动马达可以带动遮雨棚的滑动杆的一端使遮雨棚上升或下降从而带动遮雨棚的打开和闭合来保护填好土的坡面。
[0019]所述模型底部框架的下部模型挡板上设置有用白铁皮打制而成的T型集流口，T型集流口下方的模型挡板上开有两排收集壤中流采集孔，每一排有8个采集孔，间隔均为10cm，试验不需要采集壤中流时用橡皮塞堵�。枰痹蚺∪胩崆白急负玫拇菸频牟杉苊准�。
[0020]基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型，其试验设备由1.槽底钢板，
3.变宽度隔板，4.变长度隔板，6.结合处螺丝，7侧边防裂铁丝，8.脚踏板，9.遮雨棚的PE彩条布，10.遮雨棚的固定端，11.遮雨棚的滑动杆，12.遮雨棚的弧形滑动轨道，13.遮雨棚的电动马达，15钢槽下挡板，16.汇流口，17.T形集流口，18.壤中流采集孔，19.壤中流采集管，20.底座，21.液压系统，22.二次保护钢管，23.脚踏板固定端，24.脚踏板移动端，25.脚踏板套管，26.脚踏板活动钢筋，27.脚踏板活动钢筋马达，28模型底部框架等组成。
[0021]槽底钢板I长10m，宽1.02m,厚3cm，固定于28模型底部框架上，模型底部框架长1m,宽2m，用20cm厚的工字钢焊接而成，28模型底部框架的着地端通过螺丝连接于20底座部位，另一端则通过底座右端的液压升降系统的升降来改变模型的坡度，模型的坡度可以在5-45度之间进行调节，坡度调节完成后，为了确保液压系统的稳定及试验的安全，在调节好坡度后的28模型底部框架的右端用200cm直径的0.5cm厚的22.二次保护钢管进行二次加固以确保安全。，根据试验的要求调节好坡度后，再根据试验要求调节坡面模型的宽度和长度，坡面的宽度和长度确定好之后，只需要将左右两边的60cm高的3.变宽度隔板下部的突起卡进2.变宽度凹槽(上)，14.变宽度凹槽(下)，然后将60cm高的4.变长度隔板下部的突起卡进5.变长度凹槽，此时左右两边的60cm高的3.变宽度隔板、60cm高的
4.变长度隔板、60cm高的15钢槽下挡板就组成了一个所要求可变化坡度、长度、宽度的坡面土壤侵蚀土槽，然后在四条边的结合处都用6.结合处螺丝进行固定，同时为了坡面土槽填土后外撑力过大将钢板挤压变形，在坡面填土完成后，左右两边钢板的中间以及离两端50cm处有三条7侧边防裂铁丝固定防止钢板撑裂变形。
[0022]在坡面模型的两侧有可以自动保持水平的走道，该走道由8脚踏板，23.脚踏板固定端，24.脚踏板移动端，25.脚踏板套管，26.脚踏板活动钢筋，27.脚踏板活动钢筋马达组成。23.脚踏板固定端固定在28模型底部框架上,23.脚踏板固定端共由20块50cm长、50cm宽的钢制糙面防滑钢板组成，23.脚踏板固定端每隔50cm有一根固定的1.5cm直径、50cm长的钢条伸出，25.脚踏板固定端的套管即套在该钢条上，同时24.脚踏板移动端，则用可活动螺丝固定在26.脚踏板活动钢筋上，当模型的坡度进行变化时，27.脚踏板活动钢筋马达则随着坡度的变化由PLC控制单元进行自适应变化调整，通过带动24.脚踏板移动端前后缓慢移动来保持走道的永久水平状态。
[0023]当坡面土壤侵蚀模型一切准备就绪后，开始试验前的降雨系统调试工作，调试降雨器时，为了避免降雨对坡面的破坏需要将遮雨棚打开覆盖于坡面上，遮雨棚由两扇1m长、2m宽的9.遮雨棚的PE彩条布，两侧各有一个的10.遮雨棚的固定端，2根1m长的
11.遮雨棚的滑动杆，6根2m长的12.遮雨棚的弧形滑动轨道，12个焊接在12.遮雨棚的弧形滑动轨道两端的13.遮雨棚的电动马达组成。9.遮雨棚的PE彩条布一端固定在10.遮雨棚的固定端，另一端固定在11.遮雨棚的滑动杆上，当需要闭合左右两边的遮雨棚时，打开13.遮雨棚的电动马达逆时针旋转开关，马达带动11.遮雨棚的滑动杆沿着12.遮雨棚的弧形滑动轨道向上运动从而将9遮雨棚的PE彩条布闭合从而覆盖住坡面；当需要打开左右两边的遮雨棚时，打开13.遮雨棚的电动马达顺时针旋转开关，马达带动11.遮雨棚的滑动杆沿着12.遮雨棚的弧形滑动轨道向下运动从而将9遮雨棚的PE彩条布从坡面上移开从而可以开始降雨试验。
[0024]在降雨实验之前，还需要在15钢槽下挡板的16.汇流口处安装17.T形集流口，17.T形集流口其实是一个白铁皮打制而成的钝角三角形汇集槽，出流口处的角度为170度，17.T形集流口的宽度为lm，长度为3cm，高度为3cm，集流口是一个直径约3cm的铁皮管道，17.T形集流口均由白铁皮打制而成，在15钢槽下挡板上排列有两行18.壤中流采集孔，其直径为lcm，孔内有螺纹，每个18.壤中流采集孔的横向间距为10cm，纵向间距也为10cm，在不需要采集壤中流时，用橡皮塞将18.壤中流采集孔塞�。枰杉乐辛魇保∪氪菸频�19.壤中流采集管，届时用采样瓶收集壤中流样品以备分析。
[0025]在降雨实验开始后，为了避免降雨初期不稳定对坡面的破坏需要将遮雨棚打开覆盖于坡面上，打开13.遮雨棚的电动马达逆时针旋转开关，马达带动11.遮雨棚的滑动杆沿着12.遮雨棚的弧形滑动轨道向上运动从而将9遮雨棚的PE彩条布闭合从而覆盖住坡面；然后降雨几分钟后待降雨强度稳定之后开始试验计时，打开13.遮雨棚的电动马达顺时针旋转开关，马达带动11.遮雨棚的滑动杆沿着12.遮雨棚的弧形滑动轨道向下运动从而将9遮雨棚的PE彩条布从坡面上移开，待坡面降雨速度大于坡面入渗能力时，坡面径流产生，每隔Imin用径流桶接取一个径流泥沙样以备分析，同时试验人员每隔Imin会量测一个坡面径流的流速、流宽、流深等水力学参数。试验进行到一定阶段时，坡面模型可能会产生壤中流，壤中流会通过18.壤中流采集孔排出，此时用30ml左右的采样瓶进行编号采集2排16个采集孔中的壤中流样品以备分析。根据试验设计的要求控制降雨时间的长短，在降雨结束后为了避免降雨结束后残留降雨及降雨器的关闭反应期过长对坡面的破坏仍需要将遮雨棚打开覆盖于坡面上，打开13.遮雨棚的电动马达逆时针旋转开关，马达带动11.遮雨棚的滑动杆沿着12.遮雨棚的弧形滑动轨道向上运动从而将9遮雨棚的PE彩条布闭合从而覆盖住坡面。
[0026]降雨结束后，将收集到的坡面径流水力学参数如流速、流宽、流深录入电脑以备分析；同时将收集到的坡面流径流泥沙样进行称重、测量体积、将侵蚀土壤风干称重备分析，然后将收集到的壤中流径流泥沙样进行称重、测量体积、将侵蚀土壤风干称重备分析。至此,试验完成。
【权利要求】
1.一种基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，其特征在于:它包括设置由工字钢焊接而成的模型底部框架，所述模型底部框架上设置有槽底钢板，模型底部框架上部设置有遮雨棚，四周用模型挡板围成槽状结构；所述槽底钢板的上下两端面上沿槽底钢板宽度方向分别设置有若干个均布设置的变宽度凹槽，槽底钢板宽度方向的两端各设置有变宽度隔板，所述变宽度隔板的两端通过设置的凸起插接在槽底钢板的变宽度凹槽内，形成宽度调节结构，且变宽度隔板之间通过三道侧边防裂铁丝连接固定；沿所述槽底钢板长度方向的槽底钢板面上对称设置有两道由若干个均布设置的变长度凹槽组成的变长度插接带，变长度隔板通过底部设置的凸起插接在槽底钢板的变长度凹槽内，形成长度调节机构；所述模型底部框架以倾斜的方式设置，其下端铰接在底座上，上端通过两个同步液压缸支撑；所述模型底部框架的两侧边均设置有脚踏板，脚踏板固定板，脚踏板套管，脚踏板活动板，脚踏板活动板马达组成可以自动保持水平的走道，所述脚踏板固定端固定在模型底部框架上，所述脚踏板一端通过脚踏板套管与脚踏板固定板铰接，另一端与脚踏板活动板铰接，脚踏板活动板由脚踏板活动板马达驱动来调整脚踏板的保持水平状态。
2.如权利要求1所述的一种基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，其特征在于:所述模型底部框架的倾斜角度可在5-35度之间进行调节。
3.如权利要求1所述的基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，其特征在于:所述遮雨棚由PE彩条布制成，遮雨棚的一端固定在走道两边的铁杆上，另一端固定在10.5m长的弧形遮雨棚滑动轨道上，轨道的两端有电动马达可以带动遮雨棚的滑动杆的一端使遮雨棚上升或下降从而带动遮雨棚的打开和闭合来保护填好土的坡面。
4.如权利要求1所述的基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置，其特征在于:所述模型底部框架的下部模型挡板上设置有用白铁皮打制而成的T型集流口，T型集流口下方的模型挡板上开有两排收集壤中流的采集孔，每一排有8个采集孔，间隔均为10cm，试验不需要采集壤中流时用橡皮塞堵住，需要时则拧入提前准备好的带螺纹的采集管采集。
【文档编号】G01N33/24GK204116336SQ201420639320
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】申震洲, 姚文艺, 李占斌, 李鹏, 肖培青, 荆新爱, 李勉, 伍艳, 吕秀环, 鲁克新, 程圣东, 徐国策, 于国强, 杨吉山, 王玲玲, 杨春霞, 焦鹏, 冉大川, 孔祥兵, 左仲国, 杨二, 康玲玲, 陈江南, 黄静, 龚昭, 李莉, 鲍宏喆, 陈丽, 董飞飞, 孙维营, 杨雪芹, 付凌, 李伟伟, 陈伟伟, 王军涛, 景明, 陈润梅 申请人:西安理工大学, 黄河水利委员会黄河水利科学研究院
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