本发明专利技术公开了一种雨滴冲击模拟装置，其包括支架、雨滴生成单元和测力单元，雨滴生成单元中的液滴生成器安装于支架的上端下侧，液滴生成器具有一液滴输出端，测力单元包括驱动升降件和测力件，驱动升降件安装于支架的下端，驱动升降件的升降端与测力件固定连接，且测力件位于液滴输出端的正下方；本发明专利技术提供的雨滴冲击模拟装置，借助雨滴自由下落的速度和驱动升降件带动测力件上升的速度，以在较低的高度环境下，使自由下落的雨滴在特定的速度下撞击测力件，以取得冲击力数值，从而模拟实际中雨滴冲击地面的试验，利于土壤侵蚀、水土保持的进一步研究。
【技术实现步骤摘要】
一种雨滴冲击模拟装置
本专利技术涉及土壤侵蚀、水土保持研究的试验
，具体地为一种雨滴冲击模拟装置。
技术介绍
雨滴的击溅打击作用是裸露地期土壤侵蚀的主要动力，雨滴冲击动能对钙、镁、钠钙和钠镁在土壤中渗透率有很大影响，当雨滴冲击动能上升时，土壤板结程度也相应增加，并且雨滴冲击力对嫩叶的作用会直接影响农作物的产量和质量，因此雨滴冲击力和冲击动能是选择喷灌设备的重要影响因素之一，也是精准灌溉重要参数之一。如图1所示，若在室内模拟直径为4mm的雨滴的冲击试验，水滴滴落的高度至少需要11m的高度，以此在水滴的自由落体中达到相应的速度后测得雨滴的冲击力，然而，10m以上的高度对试验的场地要求较高，且在水滴的下落过程中易受风力等阻碍并产生漂移，使得下落的雨滴很难准确冲击在压电式力传感器上，难以精准的测得并获取雨滴下落的冲击力数据。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种雨滴冲击模拟装置，以在较低的高度下进行雨滴冲击的模拟试验，克服了常规模拟试验中场地难以满足要求且雨滴冲击力值难以取得的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种雨滴冲击模拟装置,包括：支架；雨滴生成单元，所述雨滴生成单元包括液滴生成器，所述液滴生成器安装于所述支架的上端，所述液滴生成器具有一液滴输出端，所述液滴输出端竖直朝下；测力单元，所述测力单元包括驱动升降件和测力件，所述驱动升降件安装于所述支架的下端，所述驱动升降件具有一升降端，所述测力件与所述升降端固定连接，且所述测力件位于所述液滴输出端的下方，所述测力件用于与所述液滴输出端输出的雨滴撞击并测得所述雨滴下落撞击所述测力件的冲击力。本专利技术提供的一种雨滴冲击模拟装置，具有以下有益效果：借助雨滴自由下落的速度和驱动升降件带动测力件上升的速度，以实现在较低的高度环境下，使自由下落的雨滴达到实际的雨滴冲击速度，且因雨滴自由下落的高度较低，雨滴几乎不会产生漂移，从而使雨滴更加精准的下落至测力件并取得冲击力数值，更加贴合实际中雨滴冲击土壤、地面的试验，利于土壤侵蚀、水土保持的进一步研究。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是现有不同直径下的雨滴自由落体时的速度和下落高度；图2是本专利技术提供的一种雨滴冲击模拟装置一实施方式的结构示意图；图3是本专利技术4mm直径雨滴自由落体时一实施方式的时间-速度-下降高度曲线图；图4是本专利技术驱动升降件的升降端运动时一实施方式的时间-速度曲线图；图5是本专利技术控制器与雨滴生成单元、测力单元间一实施方式的控制逻辑图；图6是三位五通电磁阀与无杆气缸连接一实施方式的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。如图2-4所示，该雨滴冲击模拟装置包括支架1、雨滴生成单元2和测力单元3。雨滴生成单元2包括液滴生成器21，液滴生成器21安装于支架1的上端下侧，液滴生成器21具有一液滴输出端，该液滴输出端竖直朝下，以生成试验用的雨滴并在其重力作用下朝下方坠落，进而模拟特定直径下的雨滴的冲击。测力单元3包括驱动升降件31和测力件32，驱动升降件31安装于支架1的下端，驱动升降件31具有一升降端，测力件32与升降端固定连接，且测力件32位于液滴输出端的正下方，测力件32用于与液滴输出端输出的雨滴撞击并测得雨滴下落撞击测力件32时的冲击力。下面以直径4mm的雨滴为例进行阐释说明，其他直径的雨滴同理，请同时参阅图1和图3，具体而言，4mm直径的雨滴，若仅在其重力作用下自由落体，其落至测力件32上时的最终速度需达到8.5m/s，雨滴所需的自由落体的高度至少为11m。本实施例中，为了实现雨滴在较低的高度(即支架1的高度为3m)内实现雨滴下落的最终速度，即8.5m/s，并撞击至测力件32上端面以测得冲击力数值，需将雨滴的下落速度分为两部分，一部分是液滴生成器21生成的雨滴在其重力下的自由落体速度v1，另一部分是在驱动升降件31的驱动下上移的测力件32的上升速度v2，只需保证自由落体速度v1的绝对值和上升速度v2的绝对值之和大于等于8.5m/s即可，本实施例中自由落体速度v1的绝对值为5m/s，上升速度v2的绝对值为3.5m/s，下面对此速度雨滴下降的高度与测力件32的上升高度之和进行说明：雨滴由生成至下落冲击测力件32的下降的高度确定为1.5m，其冲击测力件32的自由落体速度v1为5m/s，其耗时0.57s(因雨滴下落过程中会受到阻力，故雨滴的自由落体速度v1和耗时根据现有的试验及理论推导得出，亦即图3所示)；为了保证在0.57s的时刻，使得雨滴与测力件32发生冲击，需先启动驱动升降件31，并带动测力件32上移0.36s时，启动液滴生成器21，具体地讲：在驱动升降件31的驱动下，驱动升降件31的升降端带动测力件32先加速上升，而后匀速上升，最后减速并停止，测力件32由初速度为0加速至上升速度v2为3.5m/s的过程中，其耗时0.4s，测力件32的上升高度为0.7m，为了保证雨滴与匀速下的测力件32发生碰撞和冲击，测力件32继续匀速运动，使得测力件32在上升高度1.5m时与下落的雨滴发生碰撞，整个过程，测力件32的上升总耗时为0.93s，上升总耗时0.93s减去测力件32率先上移的0.36s，刚好与雨滴下落的耗时0.57s相同，即实现了在0.57s内，雨滴的自由落体速度v1的绝对值为5m/s，测力件32的上升速度v2的绝对值为3.5m/s，且雨滴下降的高度和测力件32的上升高度之和维持在3m以内，在较低的总高度下，下落的雨滴几乎不会产生漂移，测试结果精准，更符合实际中雨滴的冲击效果。优选地，测力件32为压电式力传感器，压电式力传感器的型号优选YDL-1压电石英力传感器。优选地，驱动升降件31包括一无杆气缸311和推块312，无杆气缸311固定安装于支架1的下端左侧，无杆气缸311的内部设置有滑块，该滑块即为驱动升降件31的升降端，推块312与滑块固定连接，测力件32固定安装于推块312的上端。优选地，支架1为可伸缩支架，支架1包括一固定架11和伸缩架12，伸缩架12可伸缩的安装于固定架11，液滴生成器21安装于伸缩架12的上端下侧，无杆气缸311安装于固定架11的下端上侧，通过对支架1进行微调，以使得该雨滴冲击模拟装置在较低的高度下，可以进行更多的雨滴冲击模拟试验，即模拟不同直径的雨滴进行冲击模拟。优选地，雨滴生成单元2还包括对射式光电开关22，对射式光电开关22对称安装于支架1的上端下侧，且两个对射式光电开关22分别位于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雨滴冲击模拟装置，其特征在于,包括：/n支架；/n雨滴生成单元，所述雨滴生成单元包括液滴生成器，所述液滴生成器安装于所述支架的上端，所述液滴生成器具有一液滴输出端，所述液滴输出端竖直朝下；/n测力单元，所述测力单元包括驱动升降件和测力件，所述驱动升降件安装于所述支架的下端，所述驱动升降件具有一升降端，所述测力件与所述升降端固定连接，且所述测力件位于所述液滴输出端的下方，所述测力件用于与所述液滴输出端输出的雨滴撞击并测得所述雨滴下落撞击所述测力件的冲击力。/n
【技术特征摘要】
1.一种雨滴冲击模拟装置，其特征在于,包括：
支架；
雨滴生成单元，所述雨滴生成单元包括液滴生成器，所述液滴生成器安装于所述支架的上端，所述液滴生成器具有一液滴输出端，所述液滴输出端竖直朝下；
测力单元，所述测力单元包括驱动升降件和测力件，所述驱动升降件安装于所述支架的下端，所述驱动升降件具有一升降端，所述测力件与所述升降端固定连接，且所述测力件位于所述液滴输出端的下方，所述测力件用于与所述液滴输出端输出的雨滴撞击并测得所述雨滴下落撞击所述测力件的冲击力。
2.根据权利要求1所述的雨滴冲击模拟装置，其特征在于：所述测力件为压电式力传感器。
3.根据权利要求2所述的雨滴冲击模拟装置，其特征在于：所述驱动升降件包括一无杆气缸和推块，所述无杆气缸固定安装于所述支架的下端，所述无杆气缸的内部设置有滑块，所述推块与所述滑块固定连接，所述压电式力传感器固定安装于所述推块的上端。
4.根据权利要求3所述的雨滴冲击模拟装置，其特征在于：所述支架为可伸缩支架，所述支架包括一固定架和伸缩架，所述伸缩架可伸缩的安装于所述固定架，所述液滴生成器安装于所述伸缩架的上端下侧，所述无杆气缸的底端竖直固定安装于所述固定架的下端上侧。
5.根据权利要求3所述的雨滴冲击模拟装置，其特征在于：所述雨滴生成单元还包括对射式光电开关，所述对射式光电开关对称安装于所述支架的上端下侧，且两个所述对射式光电开关分别位...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊辉，刘旗，史丽娟，范志顺，张建军，杨志红，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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