物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于領(lǐng)域水力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)施，具體涉及一種物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，包括龍門框架、設(shè)置于龍門框架下方的透明水箱、出水物體牽引裝置以及由工控計(jì)算機(jī)控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。出水物體牽引裝置包括相互轉(zhuǎn)動(dòng)配合的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪套接設(shè)置在支座的連接軸上，主動(dòng)輪與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)輪與連接軸端部設(shè)置的電磁鐵塊之間配合設(shè)置復(fù)位彈簧，用于牽引出水物體出水的牽引索與設(shè)置在龍門框架橫梁上的一組滾輪繞接后與從動(dòng)輪相連。實(shí)驗(yàn)時(shí)，由工控計(jì)算機(jī)控制預(yù)設(shè)物體出水速度，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從動(dòng)輪與主動(dòng)輪在電機(jī)的帶動(dòng)下同速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)出水物體以相同的速度出水，從而達(dá)到出水物體以恒定速度出水的效果。
【專利說明】
物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)施，具體涉及一種物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]物體出入水問題廣泛存在于軍事、工程、日常生活等眾多領(lǐng)域，如潛射導(dǎo)彈、反潛導(dǎo)彈、高速魚雷、返回艙入水、潛艇入水、飛機(jī)水面迫降、運(yùn)動(dòng)員跳水等，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面均具有重要價(jià)值，一直以來都是船舶和海洋工程領(lǐng)域中十分重要的研究課題。物體出水過程雖然只是一個(gè)非常短暫的瞬態(tài)過程，但這個(gè)短暫的過程明顯的特點(diǎn)，涉及強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)及破碎、湍流與漩渦、物體的運(yùn)動(dòng)與變形、物體與水的耦合相互作用等，使得此過程在運(yùn)動(dòng)體整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中占有極其重要的地位，在很大程度上決定了運(yùn)動(dòng)體是否能穩(wěn)定的從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)。例如:當(dāng)物體出水速度較小時(shí)，由于粘性作用的影響，物體將帶動(dòng)液體自由面產(chǎn)生嚴(yán)重變形。由于出入水問題涉及到的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，現(xiàn)有的理論分析方法不能很好地對(duì)此物理過程準(zhǔn)確分析，因此目前主要采用大量實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬技術(shù)來測(cè)量預(yù)報(bào)近似數(shù)據(jù)。而實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)常常又被用來與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比以驗(yàn)證數(shù)值模擬技術(shù)準(zhǔn)確性。因此物體出水實(shí)驗(yàn)研究對(duì)出入水問題的研究具有重要意義。1983年，Greenhow等人利用水平圓柱開展了圓柱出水、入水實(shí)驗(yàn)以觀察圓柱體在出水、入水過程中所引起的液體自由表面變形的不同。這些現(xiàn)有的物體出水實(shí)驗(yàn)裝置一般采用重物下落帶動(dòng)繩索牽引方式，速度往往不加控制。雖然出水物體形狀及其出水速度對(duì)出水物體影響極大，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，物體以恒定速度出水的實(shí)驗(yàn)尚未開展。因此目前迫切需要一種能夠以恒定速度將不同形狀物體穩(wěn)定拉出水面的實(shí)驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠以恒定速度將不同形狀物體穩(wěn)定拉出水面的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括龍門框架、設(shè)置于龍門框架下方的透明水箱、出水物體牽引裝置以及由工控計(jì)算機(jī)控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述出水物體牽引裝置包括相互轉(zhuǎn)動(dòng)配合的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，所述主動(dòng)輪和從動(dòng)輪套接設(shè)置在支座的連接軸上，所述主動(dòng)輪與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述從動(dòng)輪與連接軸端部設(shè)置的電磁鐵塊之間配合設(shè)置復(fù)位彈簧，用于牽引出水物體出水的牽引索與設(shè)置在龍門框架橫梁上的一組滾輪繞接后與從動(dòng)輪相連。
[0005]進(jìn)一步的，所述從動(dòng)輪內(nèi)部開設(shè)有與復(fù)位彈簧相配合的空腔。
[0006]進(jìn)一步的，所述主動(dòng)輪包括與設(shè)置于電機(jī)上的電機(jī)轉(zhuǎn)頭嚙合配合的齒輪。
[0007]進(jìn)一步的，所述主動(dòng)輪上設(shè)置有主動(dòng)輪鎖定桿，所述從動(dòng)輪上設(shè)置有與主動(dòng)輪鎖定桿相配合的從動(dòng)輪鎖定桿。
[0008]進(jìn)一步的，所述電磁鐵塊和從動(dòng)輪相對(duì)的面均打磨為粗糙面。
[0009]進(jìn)一步的，所述滾輪至少為兩個(gè)。
[0010]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括由工控計(jì)算機(jī)控制連接的激光發(fā)射器、高速攝像儀和/或高速照相機(jī)。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述從動(dòng)輪上開設(shè)有繞線凹槽。
[0012]進(jìn)一步的，所述龍門框架橫梁上設(shè)置有與出水物體相配合的緩沖墊。
[0013]進(jìn)一步的，所述緩沖墊為倒漏型緩沖橡膠圈。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
1.本發(fā)明采用出水物體牽引裝置來實(shí)現(xiàn)出水物體的以恒定速度穩(wěn)定出水，其中牽引索的一端與出水物體相連，另一端繞過橫梁上的滾輪后固定于繞線凹槽。由工控計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速，由電機(jī)轉(zhuǎn)頭帶動(dòng)主動(dòng)輪上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)過程中，從動(dòng)輪隨主動(dòng)輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引索也以相同的速度纏繞于從動(dòng)輪上的繞線凹槽內(nèi)。同時(shí)，出水物體被牽引索以該速度拉出水面。由此可見，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，出水物體的出水速度是保持恒定的，并且通過工控計(jì)算機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)，因而本發(fā)明可以在恒定的出水速度下更加穩(wěn)定真實(shí)地模擬物體出水情況。
[0015]2.本發(fā)明所述主動(dòng)輪上設(shè)置有主動(dòng)輪鎖定桿，所述從動(dòng)輪上設(shè)置有與主動(dòng)輪鎖定桿相配合的從動(dòng)輪鎖定桿，可有效避免轉(zhuǎn)動(dòng)過程中從動(dòng)輪和主動(dòng)輪的分離，使得從動(dòng)輪隨主動(dòng)輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016]3.本發(fā)明所述從動(dòng)輪內(nèi)部設(shè)有與復(fù)位彈簧相配合的空腔，空腔內(nèi)部與復(fù)位彈簧直接接觸面為光滑面，可大大降低摩擦作用。由于從動(dòng)輪正對(duì)電磁鐵塊的面為粗糙面，若復(fù)位彈簧與該粗糙面直接接觸，會(huì)使得轉(zhuǎn)動(dòng)過程中復(fù)位彈簧與從動(dòng)輪摩擦力過大影響從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，同時(shí)易于引發(fā)部件磨損問題，影響使用壽命。
[0017]4.本發(fā)明所述電磁鐵塊和從動(dòng)輪相對(duì)的面均打磨為粗糙面，從動(dòng)輪在粗糙面所帶來的巨大摩擦力的作用下迅速降速，在短時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)動(dòng)。
[0018]5.本發(fā)明所述龍門框架橫梁上設(shè)置有倒漏型緩沖橡膠圈，使得出水物體在與該倒漏型緩沖橡膠圈的碰撞中柔性減速，避免其與橫梁的直接碰撞。相比于其他形狀的緩沖墊，倒漏型緩沖橡膠圈具有更加良好的柔性減速效果。
[0019]6.本發(fā)明所述龍門支架橫梁上同時(shí)設(shè)置至少兩個(gè)滾輪，可使得第一個(gè)滾輪與出水物體之間的牽引索和第二個(gè)滾輪與繞線凹槽之間的牽引索處于豎直狀態(tài)，并且保持兩滾輪之間的牽引索處于水平狀態(tài)，從而保證出水物體可以豎直出水，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。同時(shí)，還可使得牽引索更加方便地纏繞于繞線凹槽上，有效減少摩擦。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明出水物體牽引裝置工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明出水物體牽引裝置非工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中，I是龍門框架;2是緩沖墊;3是滾輪;4是電磁鐵塊;5是從動(dòng)輪;6是牽引索；7是出水物體;8是透明水箱;9是數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)；10是電機(jī)；11是連接軸；12是支座；13是主動(dòng)輪；14是工控計(jì)算機(jī)；15是復(fù)位彈簧；16是主動(dòng)輪鎖定桿；17是從動(dòng)輪鎖定桿；18是電機(jī)轉(zhuǎn)頭;19是齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明包括龍門框架1、設(shè)置于龍門框架I下方的透明水箱8、出水物體牽引裝置以及由工控計(jì)算機(jī)14控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9。龍門框架I的橫梁上焊接或者螺紋固定設(shè)置有一組滾輪3，滾輪3至少為兩個(gè)，其中一個(gè)滾輪3設(shè)置于透明水箱8的上方，以保證出水物體7可豎直出水。第二個(gè)滾輪3設(shè)置于工作狀態(tài)中從動(dòng)輪5所處位置的上方。為進(jìn)一步以減少牽引索6與從動(dòng)輪5之間的摩擦，在從動(dòng)輪5上開設(shè)有繞線凹槽，繞線凹槽上設(shè)有牽引索連接孔，第二個(gè)滾輪3設(shè)置于工作狀態(tài)中從動(dòng)輪5上的繞線凹槽的牽引索連接孔所處位置的上方。牽引索6的一端固定在牽引索連接孔上，另一端依次繞過滾輪3后與出水物體7相連。為了防止出水物體7在出水速度較快時(shí)由于慣性作用與橫梁產(chǎn)生撞擊，于是在橫梁內(nèi)側(cè)正對(duì)出水物體7的位置設(shè)置緩沖墊2。緩沖墊2的形狀和厚度等根據(jù)需要設(shè)定，可以為立方體及其他不規(guī)則形狀的緩沖墊，只要能使得出水物體7柔性降速即可，本發(fā)明中緩沖墊2優(yōu)選為倒漏型緩沖橡膠圈。本發(fā)明透明水箱8對(duì)于材質(zhì)無過多要求，可以為玻璃水箱或者透明塑料水箱，只要能達(dá)到所需要的觀察要求即可。本發(fā)明中對(duì)于出水物體7的形狀沒有限制，使得本發(fā)明的應(yīng)用范圍更廣。
[0024]本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9包括由工控計(jì)算機(jī)14控制的激光發(fā)射器、高速攝像儀和/或高速照相機(jī)。為使得實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的采集更加方便準(zhǔn)確，可將透明水箱8放置于支架上，激光發(fā)射器通過激光導(dǎo)臂將激光發(fā)射頭置于透明水箱8下方。此外，需說明的是，本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9不限于本發(fā)明所列出內(nèi)容，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑鲈O(shè)或縮減數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
[0025]本發(fā)明出水物體牽引裝置主要包括相互轉(zhuǎn)動(dòng)配合的主動(dòng)輪13和從動(dòng)輪5，主動(dòng)輪13通過軸承等設(shè)置在連接軸11上靠近電機(jī)10的一側(cè)。電機(jī)10與主動(dòng)輪13之間可采用帶傳動(dòng)或者嚙合等方式來傳動(dòng)。本發(fā)明優(yōu)選主動(dòng)輪13的齒輪19與電機(jī)10的電機(jī)轉(zhuǎn)頭18嚙合配合，由電機(jī)轉(zhuǎn)頭18帶動(dòng)齒輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，可使得速度的控制更加精準(zhǔn)，保證出水物體7定速出水。從動(dòng)輪5設(shè)置于主動(dòng)輪13和電磁鐵塊4之間，套接在連接軸11上，從動(dòng)輪5與連接軸11端部設(shè)置的電磁鐵塊4之間配合設(shè)置復(fù)位彈簧15。主動(dòng)輪13和從動(dòng)輪5之間可采用多種配合方式，如摩擦配合、卡合等，只要使得從動(dòng)輪5可隨主動(dòng)輪13同速轉(zhuǎn)動(dòng)即可。如圖3所示，本發(fā)明中，主動(dòng)輪13上設(shè)置有主動(dòng)輪鎖定桿16，所述從動(dòng)輪5上設(shè)置有與主動(dòng)輪鎖定桿16相配合的從動(dòng)輪鎖定桿17，其中主動(dòng)輪鎖定桿16為縱向結(jié)構(gòu)，從動(dòng)輪鎖定桿17為橫向結(jié)構(gòu)，從而使得從動(dòng)輪5隨主動(dòng)輪13而轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)輪5內(nèi)部開設(shè)有與復(fù)位彈簧15相配合的空腔，復(fù)位彈簧15的一部分位于從動(dòng)輪5的內(nèi)部空腔中，空腔內(nèi)部與復(fù)位彈簧15相接觸的端面為光滑平面，以減少從動(dòng)輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與復(fù)位彈簧15之間的摩擦。復(fù)位彈簧15與從動(dòng)輪5和連接軸11之間均不固定。為使實(shí)驗(yàn)即將結(jié)束時(shí)，從動(dòng)輪5能夠快速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將電磁鐵塊4和從動(dòng)輪5相對(duì)的面均打磨為粗糙面。
[0026]使用時(shí)，首先利用工控計(jì)算機(jī)14控制電磁鐵塊4通電，從而將出水物體牽引裝置的從動(dòng)輪5吸引到電磁鐵塊4 一側(cè)，此時(shí)復(fù)位彈簧15處于高強(qiáng)度壓縮狀態(tài)，從動(dòng)輪5與主動(dòng)輪13脫離。工控計(jì)算機(jī)14控制激光發(fā)射器、高速照相機(jī)和/或高速攝像儀等開始工作，待各種數(shù)據(jù)采集單元穩(wěn)定工作后，實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)需要在工控計(jì)算機(jī)14上輸入實(shí)驗(yàn)需要的出水速度，工控計(jì)算機(jī)14控制電機(jī)10開始按照預(yù)定速度恒速旋轉(zhuǎn)，在電機(jī)轉(zhuǎn)頭18的帶動(dòng)下，主動(dòng)輪13開始按預(yù)定速度恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。待主動(dòng)輪13轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，工控計(jì)算機(jī)14控制電磁鐵塊4斷電停止工作，從動(dòng)輪5在復(fù)位彈簧15的作用下迅速朝向與主動(dòng)輪7運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)輪鎖定桿17與主動(dòng)輪鎖定桿16扣合，如圖2所示。此后，主動(dòng)輪13帶動(dòng)從動(dòng)輪5迅速達(dá)到同速旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)正式開始。從動(dòng)輪5旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)其上牽引索6迅速收攏，纏繞于從動(dòng)輪5的繞線凹槽中，從而牽引出水物體7豎直向上以預(yù)定恒定速度出水。由于牽引裝置動(dòng)力傳輸極快，使出水物體7可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)定恒定速度從而出水，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。出水物體7出水瞬間工控計(jì)算機(jī)14控制電磁鐵塊4通電工作，從動(dòng)輪5迅速被電磁鐵塊4吸附，與主動(dòng)輪13脫離。從動(dòng)輪5和電磁鐵塊4的接觸面均為粗糙面，因此兩者在巨大摩擦力的作用下迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。出水物體7在重力作用下減速上行并在與倒漏斗型緩沖橡膠圈的碰撞下柔性降速，停止運(yùn)動(dòng)，并最終懸掛在透明水箱8上方。此時(shí)，工控計(jì)算機(jī)14控制數(shù)據(jù)采集裝置停止工作，實(shí)驗(yàn)完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括龍門框架(I)、設(shè)置于龍門框架(I)下方的透明水箱(8)、出水物體牽引裝置以及由工控計(jì)算機(jī)(14)控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)，所述出水物體牽引裝置包括相互轉(zhuǎn)動(dòng)配合的主動(dòng)輪(13)和從動(dòng)輪(5)，所述主動(dòng)輪(13)和從動(dòng)輪(5 )套接設(shè)置在支座(12 )的連接軸(11)上，所述主動(dòng)輪(13 )與電機(jī)(1 )轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述從動(dòng)輪(5)與連接軸(11)端部設(shè)置的電磁鐵塊(4)之間配合設(shè)置復(fù)位彈簧(15)，用于牽引出水物體(7)出水的牽引索(6)與設(shè)置在龍門框架(I)橫梁上的一組滾輪(3)繞接后與從動(dòng)輪(5)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述從動(dòng)輪(5)內(nèi)部開設(shè)有與復(fù)位彈簧(15)相配合的空腔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述主動(dòng)輪(13)包括與設(shè)置于電機(jī)(10)上的電機(jī)轉(zhuǎn)頭(18)嚙合配合的齒輪(19)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述主動(dòng)輪(13)上設(shè)置有主動(dòng)輪鎖定桿(16)，所述從動(dòng)輪(5)上設(shè)置有與主動(dòng)輪鎖定桿(16)相配合的從動(dòng)輪鎖定桿(17)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述電磁鐵塊(4)和從動(dòng)輪(5)相對(duì)的面均打磨為粗糙面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述滾輪(3)至少為兩個(gè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)包括由工控計(jì)算機(jī)(14)控制連接的激光發(fā)射器、高速攝像儀和/或高速照相機(jī)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述從動(dòng)輪(5)上開設(shè)有繞線凹槽。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述龍門框架(I)橫梁上設(shè)置有與出水物體(7 )相配合的緩沖墊(2 )。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體定速出水實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述緩沖墊(2)為倒漏型緩沖橡膠圈。
【文檔編號(hào)】G09B23/12GK106097841SQ201610699032
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月22日 公開號(hào)201610699032.4, CN 106097841 A, CN 106097841A, CN 201610699032, CN-A-106097841, CN106097841 A, CN106097841A, CN201610699032, CN201610699032.4
【發(fā)明人】趙西增, 程都, 陳勇, 張大可, 林偉棟, 胡子俊
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)