本发明涉及海洋工程和港口与近海工程实验研究领域，特别涉及一种推摇组合式造波机。
背景技术
在海洋工程和港口与近海工程实验研究领域，由于地理因素以及海洋环境的复杂性与不确定性，户外实地实验往往具有一定的风险。研究人员通常采用实验室水槽造波技术来模拟海洋波浪，波浪的模拟是一种重要的实验手段，而造波机是进行水槽实验的必备实验装置。根据造波板运动形式的不同，可以分为推板式和摇板式造波机。推板式造波机通过造波板沿水平方向的平推运动实现波浪的模拟；摇板式造波机通过造波板绕底部铰链摇摆运动实现波浪的模拟。推板式和摇板式造波机由于造波原理不同，波形也各有特点，他们分别应用于不同的实验环境，推板式造波机适合浅水域造波，摇板式造波机适合深水域造波，由于实验要求的复杂性和多样性，在实验需要不同的波浪时，单一运动形式的造波机已不能满足要求，只能采取更换造波机的方法，提高了实验成本。而现阶段已有的推摇组合式造波机，在进行平推和摇摆工作模式切换过程中，需要进行手动切换，降低了实验效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可在平推、摇摆方式中自动切换，实验效率高的推摇组合式造波机。
本发明主要包括导轨支架、造波板机构、丝杠螺母机构、切换卡扣、后座、第二伺服电机、主动轮、从动轮、联轴器、第一伺服电机、轴承、导轨支架凸台、导轨支架主体、导轨支撑架、螺栓孔、导轨、第一导向槽、第一丝杠孔、第二丝杠孔、导轨支撑架内端面、造波板、支撑座、造波架、第二导向槽、转轴、三脚架、切换轴孔、第一导轨孔、造波架底部通孔、丝杠、螺母座、丝杠前端、丝杠后端、螺母座前端面、导杆、第二导轨孔、支耳、卡扣主体、切换轴、卡扣第一端面、卡扣第二端面、后座顶部横梁和后座前端面。
其中，后座为方形框体，后座设有后座前端面，后座的顶部之间设有横梁。导轨支架的导轨支撑架一端固定在后座的上部。在导轨支撑架上开有两组导轨孔和第二丝杠孔，第二丝杠孔与第一丝杠孔的位置相对应。导轨支架凸台上开有第一丝杠孔和两个导轨孔。第一伺服电机固定在后座横梁上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与丝杠后端相连，丝杠通过导轨支撑架的对应的第二丝杠孔延伸至导轨支撑架的外部，并穿过螺母座中部的通孔，插接在导轨支架凸台的第一丝杠孔内，丝杠的前端外部套接轴承。两根导轨的一端固定在导轨支撑架的导轨孔内，两根导轨穿过造波架的第一导轨孔和螺母座的第二导轨孔，另一端插接在导轨支架凸台的导轨孔内。螺母座呈凸字形，螺母座上设有一组支耳，支耳上开有通孔，在通孔内插接导杆，在螺母座上设有通孔和一组第二导轨孔。两个导杆的自由端分别插接在造波板机构的第二导向槽内。切换卡扣包括两个卡扣主体和切换轴，切换轴上过盈连接两个卡扣主体，切换轴的两端分别插接在导轨支架的第一导向槽内，并延伸至第一导向槽的外部，穿过造波板机构的支撑座切换轴孔。切换轴的一端与从动轮相连，从动轮与主动轮相互啮合，主动轮的中部套接在第二伺服电机的输出端，第二伺服电机固定在造波板机构的三脚架上。
造波板机构包括转轴、造波板、第二导向槽、支撑座、三脚架、造波架。造波架为方形框体，在造波架的一侧底部设有两个通孔，在通孔内插接转轴，在转轴上套接造波板。在造波板的上部设有两个竖直的第二导向槽，两个第二导向槽呈倒u字型且相互平行。在造波架的另一侧的上部设有两个支撑座，在支撑座上设有与导轨相配合的第一导轨孔，支撑座上开有与切换卡扣的切换轴相配合的切换轴孔。在支撑座上部的外侧设有三脚架，三脚架用于支撑第二伺服电机。
导轨支架包括导轨支架主体、导轨支架支撑架和导轨支架凸台。导轨支架主体为方形框体，在导轨支架主体的两侧面设有第一导向槽，在导轨支架主体的两端的下部分别固定导轨支撑架和导轨支架凸台，在导轨支架凸台上设有用于与水槽边界固定的螺栓孔。导轨支架支撑架为方形框体。
本发明在使用时，造波板机构的初始位置(即零点)是：造波板与造波架之间未发生相对转动，且造波架与后座前端面刚好接触。
定义眼睛面对第2伺服电机的输出轴端面，逆时针方向旋转为正转，顺时针方向旋转为反转。
摇摆造波模式：在造波板机构处于初始位置时，给第二伺服电机正向通电，第二伺服电机启动并正转，通过齿轮组带动切换轴反转，当旋转至卡扣第二端面与导轨支撑架内端面接触时，第二伺服电机关闭，此时造波机切换至摇摆造波模式，第一伺服电机启动，通过丝杠将运动传递给螺母座，由于卡扣第二端面与导轨支撑架内端面的作用关系，螺母座在沿导轨运动过程中，导杆与第二导向槽产生相对滑动，造波板由于导杆的作用关系与造波架分离并产生相对转动。
平推造波模式：在造波板机构处于初始位置时，给第二伺服电机反向通电，第二伺服电机启动并反转，通过齿轮组带动切换轴正转，此时卡扣第二端面与导轨支撑架内端面分离，当旋转至卡扣第一端面与螺母座前端面接触时，第二伺服电机关闭，此时造波机切换至平推造波模式，第1伺服电机启动，通过丝杠将运动传递给螺母座，由于卡扣第一端面与螺母座前端面的作用关系，螺母座将带动造波架跟随造波板一起沿导轨运动，切换轴沿第一导向槽滑动，此时导杆不会与第二导向槽产生相对滑动，造波板不会与造波架产生相对转动。
“平推—摇摆—平推”组合造波模式：首先造波机处于平推造波模式，在完成一个平推运动周期后，造波板机构将回到初始位置，第二伺服电机启动并正转切换至摇摆造波模式，第二伺服电机关闭，此时将进行摇摆造波，在完成一个摇摆运动周期后，造波机构回到初始位置。第二伺服电机启动并反转切换至平推造波模式，第二伺服电机关闭，此时将进行平推造波，通过以上组合运动，实现了“平推—摇摆—平推”组合造波过程。
“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合造波模式与“平推—摇摆—平推”组合造波模式原理相同。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：通过一套丝杠螺母传动机构可以实现造波板平推和摇摆两种运动；通过切换卡扣能自动的、迅速的、精准的完成平推和摇摆两种运动模式的切换；由于平推和摇摆所造出波的波形特征不同，通过“平推—摇摆—平推”、“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合式造波可以造出更符合实验要求的波形。
附图说明
图1是本发明的导轨支架三维示意图；
图2是本发明的丝杠螺母机构三维示意图；
图3是本发明的造波板机构三维示意图；
图4是本发明的切换卡扣三维示意图；
图5是本发明的后座三维示意图；
图6是本发明的造波板机构初始位置右视图；
图7是本发明的平推造波三维示意图；
图8是本发明的摇摆造波三维示意图；
图9是本发明的平推造波右视图；
图10是本发明的摇摆造波右视图；
图中：1.导轨支架，2.造波板机构，3.丝杠螺母机构，4.切换卡扣，5.后座，6.第2伺服电机，71.主动轮，72.从动轮，8.联轴器，9.第1伺服电机，10.轴承，11.导轨支架凸台，12.导轨支架主体，13.导轨支撑架，111.螺栓孔，112.导轨，121.第一导向槽，113.第一丝杠孔，131.第二丝杠孔，132.导轨支撑架内端面，21.造波板，22.支撑座，23.造波架，211.第二导向槽，212.转轴，221.三脚架，222.切换轴孔，223.第一导轨孔，234.造波架底部通孔，31.丝杠，32.螺母座，311.丝杠前端，312.丝杠后端，321.螺母座前端面，322.导杆，323.第2导轨孔，324.支耳，41.卡扣主体，42.切换轴，411.卡扣第1端面，412.卡扣第二端面，51.后座顶部横梁，52.后座前端面。
具体实施方式
在图1至图10的本发明的示意简图中，后座为方形框体，后座设有后座前端面52，后座的顶部之间设有横梁51。导轨支架的导轨支撑架一端固定在后座5的上部。在导轨支撑架上开有两组导轨孔和第二丝杠孔131，第二丝杠孔与第一丝杠孔的位置相对应。导轨支架凸台11上开有第一丝杠孔113和两个导轨孔。第一伺服电机9固定在后座横梁上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与丝杠后端312相连，丝杠通过导轨支撑架的对应的第二丝杠孔延伸至导轨支撑架的外部，并穿过螺母座中部的通孔，插接在导轨支架凸台11的第一丝杠孔113内，丝杠的前端外部套接轴承10。两根导轨112的一端固定在导轨支撑架的导轨孔内，两根导轨穿过造波架的第一导轨孔和螺母座的第二导轨孔，另一端插接在导轨支架凸台11的导轨孔内。螺母座呈凸字形，螺母座上设有一组支耳324，支耳上开有通孔，在通孔内插接导杆322，在螺母座上设有通孔和一组第二导轨孔323。两个导杆的自由端分别插接在造波板机构的第二导向槽内。切换卡扣4包括两个卡扣主体41和切换轴42，切换轴上过盈连接两个卡扣主体，切换轴的两端分别插接在导轨支架的第一导向槽内，并延伸至第一导向槽的外部，穿过造波板机构的支撑座切换轴孔222。切换轴的一端与从动轮72相连，从动轮与主动轮71相互啮合，主动轮71的中部套接在第二伺服电机6的输出端，第二伺服电机固定在造波板机构的三脚架上。
造波板机构包括转轴212、造波板21、第二导向槽211、支撑座22、三脚架221、造波架23。造波架为方形框体，在造波架的一侧底部设有两个通孔234，在通孔内插接转轴212，在转轴上套接造波板21。在造波板的上部设有两个竖直的第二导向槽211，两个第二导向槽呈倒u字型且相互平行。在造波架的另一侧的上部设有两个支撑座22，在支撑座上设有与导轨112相配合的第一导轨孔223，支撑座上开有与切换卡扣4的切换轴42相配合的切换轴孔222。在支撑座上部的外侧设有三脚架221，三脚架用于支撑第二伺服电机6。
导轨支架包括导轨支架主体、导轨支架支撑架和导轨支架凸台。导轨支架主体12为方形框体，在导轨支架主体的两侧面设有第一导向槽121，在导轨支架主体的两端的下部分别固定导轨支撑架13和导轨支架凸台11，在导轨支架凸台上设有用于与水槽边界固定的螺栓孔111。导轨支架支撑架13为方形框体。
造波板机构2的初始位置(即零点)是：造波板21与造波架23之间未发生相对转动，且造波架23与后座前端面52刚好接触，如图6所示。
定义眼睛面对第2伺服电机6的输出轴端面，逆时针方向旋转为正转，顺时针方向旋转为反转。
摇摆造波模式：在造波板机构2处于初始位置时，给第2伺服电机6正向通电，第2伺服电机6启动并正转，通过齿轮组7带动切换轴42反转，当旋转至卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132接触时，第2伺服电机6关闭，此时造波机切换至摇摆造波模式，第1伺服电机9启动，通过丝杠31将运动传递给螺母座32，由于卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132的作用关系，螺母座32在沿导轨112运动过程中，导杆322与第2导向槽211产生相对滑动，造波板21由于导杆322的作用关系与造波架23分离并产生相对转动。
平推造波模式：在造波板机构2处于初始位置时，给第2伺服电机6反向通电，第2伺服电机6启动并反转，通过齿轮组7带动切换轴42正转，此时卡扣第2端面412与导轨支撑架内端面132分离，当旋转至卡扣第1端面411与螺母座前端面321接触时，第2伺服电机6关闭，此时造波机切换至平推造波模式，第1伺服电机9启动，通过丝杠31将运动传递给螺母座32，由于卡扣第1端面411与螺母座前端面321的作用关系，螺母座32将带动造波架23跟随造波板21一起沿导轨112运动，切换轴42沿第1导向槽121滑动，此时导杆322不会与第2导向槽211产生相对滑动，造波板21不会与造波架23产生相对转动。
“平推—摇摆—平推”组合造波模式：首先造波机处于平推造波模式，在完成一个平推运动周期后，造波板机构2将回到初始位置，第二伺服电机6启动并正转切换至摇摆造波模式，第二伺服电机6关闭，此时将进行摇摆造波，在完成一个摇摆运动周期后，造波机构2回到初始位置。第二伺服电机6启动并反转切换至平推造波模式，第二伺服电机6关闭，此时将进行平推造波，通过以上组合运动，实现了“平推—摇摆—平推”组合造波过程。
“摇摆—平推—摇摆”、“平推—摇摆—摇摆”、“摇摆—平推—平推”组合造波模式与“平推—摇摆—平推”组合造波模式原理相同。