一种点阵式可调节人工造浪板装置及方法与流程

本发明涉及一种点阵式可调节人工造浪板装置及方法。

背景技术：

波浪是海洋流体受外力作用，呈现的一种周期性运动，其对海洋生物生长环境、海岸线移、海底地貌等影响巨大，因此研究海浪如何运动非常必要，目前研究海浪的途径有三种：现场观测方法、实验室人工造浪研究、理论分析研究，由于海浪的运行特征多变及现场环境恶劣，现场观测方法需耗费大量的人力物力且研究进展缓慢。理论分析方法受限于海浪运行机理的复杂性。因此，很多问题都依赖实验室模拟研究，采用人工造浪方式模拟不同类型的波浪，研究波浪的运行机理。

目前人工造浪研究多集中在造浪机类型、造浪机的驱动控制等方面研究，随着技术的不断发展，对海浪的模拟试验精度要求越来越高，考虑到人工造浪板迎水面形状会对海浪模拟的真实性的影响，本发明提出一种点阵式可调节造浪板迎水面的人工造浪板装置。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有人工造浪技术模拟精度问题，提供一种点阵式可调节造浪板迎水面的人工造浪板装置，实现对人工浪的精确模拟，并能够根据要求任意更换可变形造浪板，重复利用，较制造多个一次成型造浪板，降低了制造成本。

本发明技术解决方案：

本发明的一种人工造浪装置，包括：液压泵(1)、液压管路(2)、液压支杆(3)、造浪板迎水面(4)、支撑板(5)、连接件(6)、液压控制系统(7)；造浪板迎水面(4)为可任意变形的造浪板迎水面；液压控制系统(7)控制液压泵(1)为不同液压管路(2)供给所需压力，为所述液压支杆(3)高度提供压力，将所述造浪板迎水面(4)固定于液压支杆(3)上形成所需造浪迎水面形状，所有液压支杆(3)以点阵形式拟合出所需曲面形状，该曲面即为造浪板的迎水面；所述支撑板(5)上用于固定液压支杆(3)；连接件(6)将支撑板与电机驱动平台连接，电机平台为造浪板提供所需动力。

确定造浪板迎水面(4)的形状要求，获得每个液压支杆(3)的所需高度信息，并作为控制信号输入液压控制系统(7)，完成每个液压支杆的控制完成，获得液压支杆所需高度的压力支持。

所述液压杆(3)顶部支撑部件设计为半球体形状的磁性材料，这种形状满足受力均匀、不易被腐蚀特点，为任意形状造浪板迎水面提供支撑。

采用螺栓固定方式将液压支杆(3)固定在支撑板(5)上，多个液压支杆(3)均匀分布在支撑板(5)上，用于支撑不同形状的造浪板迎水面，根据对造浪板迎水面(4)的精度要求，增加或减少液压支杆(3)的数目。

所述造浪板迎水面(4)为含铁且可任意变形的材料，选择此材料的目的是可与液压支杆的磁性半球顶端的配合固定，既简单易操作，又能减少造浪板的整体结构重量。

所述连接件(6)将支撑板(5)与电机驱动平台连接时，连接件(6)焊接在支撑板(5)上，并通过螺栓将连接件(6)与电机拖动平台连接。

本发明的另一技术方案：人工造浪的方法，包括以下步骤：

步骤1：结合所需海浪类型及造浪池形状，计算获得造浪板迎水面所需形状；

步骤2：根据造浪板迎水面形状要求，获得每个液压支杆的高度数据，将所述高度数据作为控制信号输入液压控制系统，分别独立完成每个液压支杆的控制，供给液压支杆所需高度的压力，完成液压支杆高度确定；

点阵式拟合造浪板迎水面步骤：

(1)支撑板均匀分布着若干液压支杆，液压支杆均处于最大收缩状态的长度，假设所有液压支杆高度组成一个阵列其中，每个t在阵列中位置对应液压支杆在支撑板(5)的位置，t代表液压支杆处于最大收缩状态的长度，液压支杆个数与造浪板面积、曲面形状复杂性有关；

(2)根据造浪板迎水面形状要求，计算出每个液压支杆所需增加的高度数据，组成一个阵列c行列数一致的阵列其中，阵列中每个xmn对应液压支杆所需增加的高度数据。

(3)液压控制系统(7)控制液压泵为液压支杆高度增加提供所需压力，最终液压支杆所形成的阵列即为通过点阵拟合出的造浪板迎水面曲面形状。

步骤3：完成每个液压支杆高度确定后，所有液压支杆采用点阵方式拟合出所需曲面形状，用于固定造浪板的迎水面，完成液压支杆的固定功能设计；

步骤4：造浪板迎水面的形状确定，基于步骤2、步骤3所述，完成对每个液压支杆的高度确定，通过点阵的方式拟合出一个曲面，该曲面即为造浪板的迎水面，按照拟合出的曲面形状固定造浪板迎水面，造浪板迎水面采用磁性固定方式，造浪板迎水面材料应含有铁金属材料，形成造浪板迎水面形状；

步骤5：造浪板的装配，上述四个步骤完成造浪板迎水面的造型，将所有液压支杆固定在支撑板上，连接件与支撑板固定连接，通过连接件将可调节造浪板迎水面的人工造浪板结构固定连接在电机拖动平台上。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的机械装置能够根据不同浪型、浪高等波浪特性，通过自动精确调整液压支杆高度，满足所需造浪板形状，相较于多个一次成型的造浪板，不仅能够提高人工造浪板形状精度，还能够降低人工成本。

(2)本发明的机械装置采用改变液压支杆高度的方式，完成对造浪板形状的改变，充分利用液压装置易实现精度高；易实现往复直线运动；操作简单方便；反应速度快等特点，可实现人工造浪板形状的快速变换。

(3)本发明采用液压控制系统，实现对液压支杆的控制，不能能够实现液压系统的自动化控制，还能够对液压系统的远程控制。

附图说明

图1为本发明一种人工造浪装置示意图；

图2人工造浪装置液压支杆布局图；

图3为本发明中液压支杆执行流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明一种人工造浪装置，包括液压泵1、液压管路2、液压支杆3、造浪板迎水面4、支撑板5、连接件6和液压控制系统7。

以图1所示造浪板迎水面形状形成为例说明本发明的具体实现过程。

1.如图1所示造浪板迎水面形状，分析获得每个液压支杆的高度数据。

2.按照步骤1获得的高度数据，液压泵执行压力供给，为液压支杆执行高度数据提供压力支撑，执行流程如图3所示，具体：将获得的所需液压支杆的高度信息输入控制系统，控制系统将该信息处理后输入液压驱动器，液压驱动器驱动液压泵完成液压支杆工作，将完成后液压支杆高度输入判断器，判断是否满足所需高度，如不满足将差值输入控制系统，继续执行上述步骤，如满足结束进程。

3.完成步骤2所示液压支杆高度数据后，采用点阵方式拟合出图1造浪板迎水面曲面形状(本发明不限定液压支杆个数，依据人工造浪板尺寸和所需完成的曲面复杂程度确定最少所需液压支杆个数)。并采用特殊方式固定造浪板的迎水面，本发明液压杆顶部支撑部件使用磁性材料的半球体，该形状满足受力均匀、不易被腐蚀、结构简单易操作等特点，可以为任意形状造浪板迎水面提供支撑。

以图1所示的造浪板形状，说明如何通过点阵方式拟合出所需造浪板迎水面步骤：

(1)根据造浪曲面形状及造浪板具体尺寸要求，确定选用图2所示液压支杆个数及分布方式，所有液压支杆均匀分布于支撑板上，形成8x15阵列，液压支杆均处于最大收缩状态的长度，因此初始高度组成一个8x15阵列c，其中阵列中的位置及数值，代表图2中液压支杆的位置和高度数单位：厘米，阵列意义同上所述。

(2)根据图1造浪板迎水面形状要求，计算出每个液压支杆所需增加的高度数据，组成一个行列数与c一致的阵列，

(3)液压控制系统(7)控制液压泵为液压支杆高度增加提供所需压力，最终液压支杆所形成的阵列即为通过点阵拟合出的造浪板迎水面曲面形状。

4.按照步骤3所述点阵方式拟合出的曲面形状，固定造浪板迎水面(因采用磁性固定方式，造浪板迎水面材料应含有铁金属材料)，形成与图1造浪板迎水面一致形状(可依据曲面精度要求、拟合函数和成本要求，增加或减少液压支支杆，但不得低于最少液压杆数目，否则无法完成曲面造型，若曲面精度要求低且要求低成本的情况下，可保证曲面拟合函数所需最少点的情况下，减少对曲面造型影响不大的液压支杆个数)液压支杆个数与造浪板面积、曲面形状复杂性有关。

5.造浪板的装配，上述四步完成造浪板迎水面的造型，将所有液压支杆固定在支撑板上，连接件与支撑板固定连接，通过连接件将可调节造浪板迎水面的人工造浪结构固定连接在电机拖动平台上。