一种移动式自动控制模拟降雨装置的制造方法

本发明属于土壤侵蚀试验技术领域，具体涉及一种移动式自动控制模拟降雨装置。

背景技术：
模拟降雨试验可以重复再现一定条件下的水蚀过程，加深对降雨侵蚀过程机理的认识。目前用于模拟降雨试验的降雨装置分为室内模拟天然降雨和野外便携式模拟天然降雨装置。用于室内的模拟降雨装置技术已经很成熟，一般是把模拟降雨装置在室内降雨大厅架设到一定高度，通过改变操作方式来模拟不同情况的天然降雨。而受野外试验条件的限制，对模拟降雨装置的灵活性、便携性和自动控制性提出了更高的要求。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种移动式自动控制模拟降雨装置，解决了现有技术中存在的模拟降雨装置灵活性不高、过程控制需要大量人力及因降雨装置固定而不可移动造成资源浪费的问题。本发明所采用的技术方案是，一种移动式自动控制模拟降雨装置，包括设置在供水系统出水端的若干模拟降雨装置，供水系统以及每个模拟降雨装置均连接有自动控制系统，自动控制系统包括上位机IPC，上位机IPC又与计算机控制器PCC连接，计算机控制器PCC分别连接有CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和数字量混合模块，CPU模块又与上位机通讯模块连接。本发明的特点还在于，供水系统具体结构为：包括沿进水方向依次设置在供水管道上的压力罐、管道泵、流量调节阀、压力传感器以及管道过滤装置，压力罐和管道泵之间设置有变频器，变频器还与自动控制系统连接，压力罐之前的进水端处还设置有潜水泵，管道过滤装置之后的供水管道若干支路，每条支路进水口均设置有手阀，每个手阀之后的支路上均设置有2个模拟降雨装置，管道泵还与控制系统的数字量混合模块相连，流量调节阀同时与模拟量输出模块、模拟量输入模块相连，压力传感器与模拟量输入模块相连。每条支路上的2个模拟降雨装置交错设置。模拟降雨装置具体结构为：包括竖直设置在支架上的若干供水竖管，每个供水竖管的顶部都装有喷头，每个供水竖的底部设置有电磁阀，电磁阀与自动控制系统的数字量混合模块相连，支架底部设置有底盘，底盘下面设置有前轮和后轮，底盘、前轮、后轮共同构成简易小车原理，实现将模拟降雨装置移动，前轮上还通过铰链连接有手拉杆，手拉杆和底盘之间通过弹簧连接，支架上还设置有脚支架，用以将整个模拟降雨装置平稳的支撑在地面上，支架与若干供水竖管之间水平设置有旋转轴，旋转轴转动能够带动设置在旋转轴上的若干供水竖管随之旋转，实现多个模拟降雨装置之间的喷头距离进行微调，提高降雨均匀性，旋转轴上设置有锥形管，锥形管与供水系统的供水管道出水口连接。若干供水竖管相互平行。供水竖管的数量为3～5个。若干供水竖管的中间位置处还垂直设置有固定横杆，固定横杆起固定供水竖管的作用。本发明的有益效果是，一种移动式自动控制模拟降雨装置，可自由移动、组合，通过自动控制系统可实现各降雨时段的电磁阀的启闭及对应压力的自动调整、降雨持续时间的自由设定，因而能够大大减少雨强切换时间，相邻两个降雨时段之间的切换间隔时间仅有短暂的几秒。附图说明图1是本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中模拟降雨装置左视图；图2是本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中模拟降雨装置前视图；图3是本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中多个模拟降雨装置单元组合示意图；图4是本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中电磁阀与喷头局部放大图；图5是本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中自动控制系统结构示意图。图中，1.电磁阀，2.供水竖管，3.喷头，4.锥形管，5.旋转轴，6.支架，7.脚支架，8.后轮，9.固定横杆，10.弹簧，11.手拉杆，12.前轮，13.底盘，14.模拟降雨装置，15.手阀，16.供水系统，17.压力传感器，18.流量调节阀，19.管道泵，20.供水管道，21.压力罐，22.潜水泵，23.管道过滤装置，24.自动控制系统，25.变频器，26.计算机控制器PCC，27.CPU模块，28.模拟量输入模块，29.模拟量输出模块，30.数字量混合模块，31.上位机通讯模块，32.上位机IPC。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置，包括设置在供水系统16出水端的若干模拟降雨装置14，供水系统16以及每个模拟降雨装置14均连接有自动控制系统24，结构如图5所示，自动控制系统24包括上位机IPC32，上位机IPC32又与计算机控制器PCC26连接，计算机控制器PCC26分别连接有CPU模块27、模拟量输入模块28、模拟量输出模块29和数字量混合模块30，CPU模块27又与上位机通讯模块31连接。如图3所示，供水系统16具体结构为：包括沿进水方向依次设置在供水管道20上的压力罐21、管道泵19、流量调节阀18、压力传感器17以及管道过滤装置23，压力罐21和管道泵19之间设置有变频器25，变频器25还与自动控制系统24连接，压力罐21之前的进水端处还设置有潜水泵22，管道过滤装置23之后的供水管道20若干支路，每条支路进水口均设置有手阀15，每个手阀15之后的支路上均设置有2个模拟降雨装置14，管道泵19还与控制系统24的数字量混合模块30相连，流量调节阀18同时与模拟量输出模块29、模拟量输入模块28相连，压力传感器17与模拟量输入模块28相连。每条支路上的2个模拟降雨装置14交错设置。如图1、图2所示，模拟降雨装置14具体结构为：包括竖直设置在支架6上的若干供水竖管2，每个供水竖管2的顶部都装有喷头3，如图4所示，每个供水竖管2的底部设置有电磁阀1，电磁阀1与自动控制系统的数字量混合模块30相连，支架6底部设置有底盘13，底盘13下面设置有前轮12和后轮8，底盘13、前轮12、后轮8共同构成简易小车原理，模拟降雨装置14采用简易小推车设计，可自由移动、组合。通过自动控制系统可实现各降雨时段的电磁阀的启闭及对应压力的自动调整、降雨持续时间的自由设定，因而能够大大减少雨强切换时间，相邻两个降雨时段之间的切换间隔时间仅有短暂的几秒。前轮12上还通过铰链连接有手拉杆11，手拉杆11和底盘13之间通过弹簧10连接，支架6上还设置有脚支架7，用以将整个模拟降雨装置14平稳的支撑在地面上，支架6与若干供水竖管2之间水平设置有旋转轴5，旋转轴5转动能够带动设置在旋转轴5上的若干供水竖管2随之旋转，实现多个模拟降雨装置14之间的喷头3距离进行微调，提高降雨均匀性，旋转轴5上设置有锥形管4，锥形管4与供水系统的供水管道20出水口连接。若干供水竖管2相互平行，供水竖管2的数量为3～5个，若干供水竖管2的中间位置处还垂直设置有固定横杆9，固定横杆9起固定供水竖管2的作用，每条支路进水口均设置有手阀15，便于对单个供水支管以下管道的日常检修与维护及喷头调节刻度。流量调节阀18位于供水干管，便于对整个管道流量的调节。管道泵19也位于供水干管上，可以给模拟降雨装置14提供足够的供水流量及压力。潜水泵22位于供水系统最前端，将水供入压力罐21。压力罐21在某一压力区间内向后端恒压供水。管道过滤装置23安装在供水管的进水段上，防止泥沙、铁锈等杂质进入堵塞供水管道20甚至喷头3出水口。管道泵19位于供水干管，与压力传感器17和变频器25一起，除了给模拟降雨装置14提供足够的供水流量及压力，还可起调节压力、流量等作用。自动控制系统24通过变频器25控制电磁阀1、压力传感器17、阀门18和管道泵19，进而达到设定雨强的要求。具体工作过程为：先检测模拟降雨装置14喷头3是否堵塞，如有堵塞更换喷头或清理喷头，之后按设计将模拟降雨装置14进行多单元组合，确认供水系统正常供水；供电系统正常供电；再进行电磁阀工作状态检测、模拟降雨雨强率定。待调试完毕后即可将模拟降雨特性输入自动控制系统开展试验并获取所需数据。本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置，对天然雨滴的模拟采用经多年的反复试验开发最终研制出的下喷式X型系列喷头，其工作原理是，供水管道中的有压水流向下直射到喷头底部的碎流挡板后，沿全圆矢径方向从喷头体与碎流板之间的缝隙(一般将用于调节缝隙大小的碎流板的开度大小称为喷头开度，其大小决定于碎流盖板的螺帽开度)中射出。在供水压力适当的情况下，从X型喷头喷出的水流会围绕碎流板的光滑面形成弧状薄层水膜，水膜因水的重力和空气阻力作用破碎成大小不同的雨滴下落到地面。模拟降雨装置采用X型喷头作为雨滴发生装置。为了使研制的模拟降雨系统能够更好地模拟天然降雨过程，将四种不同孔径的X型喷头组合成一个模拟降雨装置单元，喷头直径分别为(1#喷头)、(2#喷头)、(3#喷头)、(4#喷头)，在每列模拟降雨装置单元中，相同孔径的喷头各有4个或5个不等。本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中，供电系统采用市电和备用柴油发电机组成，有效避免试验期间停电造成的影响，从锥形管4供水，经电磁阀1、供水竖管2到达喷头3，从喷头3喷出形成大小不同的雨滴下落到地面。固定横杆9起固定供水竖管2的作用。旋转轴5可以调节供水竖管2，使多个模拟降雨装置14之间的喷头距离进行微调，提高降雨均匀性等。前轮12、后轮8和底盘13组成一辆简易小车，手拉杆11通过铰链连接在小车上，同时弹簧10可将手拉杆在不用时收起。支架6将降雨部分与小车进行连接固定。本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置中，自动控制系统中计算机控制器PCC可以实现包括72个电磁阀的启闭控制、管内供水压力大小监控、压力控制及管道泵的启停等控制操作。计算机控制器PCC采用贝加莱的可编程计算机控制器(B&R2011系列)实现控制过程。它与现场阀门及仪表之间采用中间继电器及隔离设备进行连接，最终实现降雨系统的自动控制。本发明一种移动式自动控制模拟降雨装置，有效降雨面积可以根据实际需求进行组合，面积可以从几平米到上百平米；模拟降雨均匀性系数大于85％，具有较高的降雨稳定性，可重复性好；生成的模拟降雨雨滴谱、雨强与雨滴中值粒径关系均与天然降雨具有较高的相似性；通过自动控制，可模拟天然降雨的连续变雨强降雨过程；通过管道的卡扣式设计、基座的小推车设计等，是的模拟降雨装置的造价低、维护简便、拆装灵活。