减速缓冲装置及减速缓冲方法与流程

1.本公开属于制动技术领域，特别涉及一种减速缓冲装置及减速缓冲方法。


背景技术：

2.在船舶领域，经常需要对一些长条柱状的运动物体(水下设备)进行制动减速的相关性能试验，以观察运动物体在不同速度下的运动状态。
3.相关技术中，当需要对运动物体进行制动减速的相关性能试验时，一般将运动物体在运动过程中，直接与缓冲阻尼器进行碰撞，以实现运动物体的减速制动。
4.由于需要运动物体与缓冲阻尼器直接相撞，这样运动物体可能会因为碰撞而发生损坏，进而影响运动物体的使用。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种减速缓冲装置，可以对运动物体制动，但同时又可以避免运动物体发生碰撞。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种减速缓冲装置，所述减速缓冲装置包括减速筒、多个减速环；
7.所述减速筒的两端分别具有开口；
8.所述多个减速环位于所述减速筒内，且所述多个减速环沿所述减速筒的轴向间隔布置，所述多个减速环中各所述减速环的外环壁与所述减速筒的内壁连接，所述减速环的内环壁用于与待减速制动的运动物体的外壁之间形成环形间隙，以通过所述环形间隙约束所述减速筒内的流体而对所述运动物体进行减速。
9.在本公开的又一种实现方式中，所述多个减速环等间距布置，且相邻两个所述减速环之间的距离小于所述运动物体的长度。
10.在本公开的又一种实现方式中，相邻两个所述减速环之间的距离为所述运动物体的长度的一半。
11.在本公开的又一种实现方式中，所述环形间隙与所述减速环的内径之间的比值不大于5％。
12.在本公开的又一种实现方式中，所述减速缓冲装置还包括多个导轨，所述多个导轨均为直线型；
13.所述多个导轨位于所述减速环内，且所述多个导轨以所述减速环的中心为中心周向间隔布置，所述导轨的延伸方向与所述减速筒的轴向相同，所述多个导轨中各导轨的外壁与所述减速环的内壁连接。
14.在本公开的又一种实现方式中，各所述减速环的上具有多个凹槽；
15.所述凹槽与所述导轨一一对应布置；
16.所述凹槽的槽壁为所述减速环的内环壁的一部分，所述导轨的外壁与在对应的所述凹槽的槽壁连接，且所述导轨凸出于所述减速环的弧形壁。
17.在本公开的又一种实现方式中，所述导轨包括同轴顺次连接的多个连接杆，各所述减速环与每个所述导轨中的至少一个连接杆连接。
18.在本公开的又一种实现方式中，所述减速筒包括多个连接筒，所述多个连接筒同轴布置且顺次连接，各所述减速环与所述多个连接筒的至少一个连接。
19.在本公开的又一种实现方式中，所述减速筒还包括至少两个底座；
20.所述至少两个底座位于所述减速筒的同一侧，所述至少两个底座沿所述减速筒的轴向间隔布置，所述底座与所述减速筒的外壁连接。
21.在本公开的又一种实现方式中，本实施例还提供一种减速缓冲方法，所述减速缓冲方法采用以上所述的减速缓冲装置实现，所述减速缓冲方法包括：
22.在运动物体的移动路径上布置减速缓冲装置，以对经过所述减速缓冲装置的运动物体进行减速。
23.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
24.当使用本公开实施例提供的减速缓冲装置在对运动物体进行减速制动试验时，由于该减速缓冲装置包括减速筒和多个减速环，且该减速筒的两端分别具有开口，所以能够使得运动物体通过减速筒的一端的开口进入到减速筒内，同时运动物体通过减速筒的另一端的开口出来。当运动物体进入到减速筒内移动时，位于运动物体前方的流体需要从环形间隙中流动到运动物体的后方。减速筒内部设有多个减速环，且减速环与运动物体的外壁之间形成环形间隙，环形间隙的存在，使得流体流动面积减小，经过环形间隙的流体的流动速度就会增大。由于流体是逆着运动物体移动的方向流动，所以当流体的流动速度增大时，流体经过运动物体后方时相对运动物体前方的速度就会增大，根据伯努利原理，运动物体后方的压力减小，前方的压力增大，这样就会使得运动物体每经过一次减速环，流体对运动物体的阻力就会增大，最终能够快速对运动物体进行减速缓冲。
25.由于该减速缓冲装置在对运动物体进行减速制动时，只需将运动物体从减速筒内的一端运动到另一端，无需发生碰撞，这样就可以避免运动物体因为发生碰撞而损坏的问题。
26.也就是说，本公开实施例提供的减速缓冲装置，利用运动物体进入减速筒内后产生的前后压差，对运动物体进行减速制动，减速过程平缓，无机械撞击，对运动物体无损伤。
附图说明
27.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本公开实施例提供的减速缓冲装置的结构示意图；
29.图2是本公开实施例提供的减速缓冲装置的不包括减速筒的结构示意图；
30.图3是本公开实施例提供的减速缓冲装置的使用状态图；
31.图4是图1的左视图；
32.图5是本公开实施例提供的减速环的左视图；
33.图6是本公开实施例提供的减速缓冲方法的流程图。
34.图中各符号表示含义如下：
35.1、减速筒；11、连接筒；12、加强筋；13、底座；
36.2、减速环；21、凹槽；
37.3、环形间隙；
38.4、导轨；41、连接杆；
39.100、运动物体。
具体实施方式
40.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
41.为了更为清楚的说明本公开实施例提供的减速缓冲装置，这里优先对流体力学的一些相关知识进行简单说明。
42.物体相对于流体运动时会产生流体阻力，流体阻力为逆物体运动方向的阻力。流体阻力主要有粘滞阻力、压差阻力和兴波阻力三种，而物体浸在水中运动受到的阻力是粘滞阻力和压差阻力。
43.粘滞阻力是在流体缓慢流过静止的物体或者物体在流体中运动时因流体内各部分流动的速度不同造成的阻力，粘滞阻力的大小与物体的运动速度成正比。流体与物体之间存在相互运动是产生粘滞阻力的必要条件。
44.当流体在运动时遇到物体，流体会被物体分开，从物体的不同侧面流过，如果流体具有一定的粘性，则靠近物体外表面的那部分流体的速度将减慢，而在物体的后面(前面与后面相对，后面指向前面为物体的运动方向)一侧形成“真空”地带，离物体较远处的流体将向这个“真空”地带补充，此时物体前后两部分流体内单位体积分子数不同，物体前、后侧面受到流体的压力不同产生压力差，使得物体受到流体的阻力，这种阻力称为压差阻力。
45.压差阻力是物体前后面出现压力差的结果。压差阻力的大小与流体的密度、物体的速度有关。物体前后侧面受到不同的流体压力是产生压差阻力的必要条件。
46.本实施例中，为了方便撰写，后续将粘滞阻力和压差阻力统一称为流体阻力。
47.本公开实施例提供的减速缓冲装置便是利用运动物体在水中运动时所受到水对运动物体的流体阻力，而对运动物体进行减速制动。
48.本公开实施例提供了一种减速缓冲装置，如图1所示，减速缓冲装置包括减速筒1。减速筒1的两端分别具有开口。
49.图2是本公开实施例提供的减速缓冲装置的不包括减速筒的结构示意图，结合图2，减速缓冲装置还包括多个减速环2，多个减速环2位于减速筒1内，且多个减速环2沿减速筒1的轴向间隔布置，多个减速环2中各减速环2的外环壁与减速筒1的内壁连接，减速环2的内环壁用于与待减速制动的运动物体的外壁之间形成环形间隙3，以通过环形间隙3约束减速筒1内的流体而对所述运动物体进行减速。
50.当使用本公开实施例提供的减速缓冲装置在对运动物体进行减速制动试验时，由于该减速缓冲装置包括减速筒1和多个减速环2，且该减速筒1的两端分别具有开口，所以能够使得运动物体通过减速筒1的一端的开口进入到减速筒1内，同时运动物体通过减速筒1的另一端的开口出来。当运动物体进入到减速筒1内移动时，位于运动物体前方的流体需要
从环形间隙3中流动到运动物体的后方。减速筒1内部设有多个减速环2，且减速环2与运动物体的外壁之间形成环形间隙3，环形间隙3的存在，使得流体流动面积减小，经过环形间隙的流体的流动速度就会增大。由于流体是逆着运动物体移动的方向流动，所以当流体的流动速度增大时，流体经过运动物体后方时相对运动物体前方的速度就会增大，根据伯努利原理，运动物体后方的压力减小，前方的压力增大，这样就会使得运动物体每经过一次减速环2，流体对运动物体的阻力就会增大，最终能够快速对运动物体进行减速缓冲。
51.由于该减速缓冲装置在对运动物体进行减速制动时，只需将运动物体从减速筒1内的一端运动到另一端，无需发生碰撞，这样就可以避免运动物体因为发生碰撞而损坏的问题。
52.也就是说，本公开实施例提供的减速缓冲装置，利用运动物体进入减速筒1内后产生的前后压差，对运动物体进行减速制动，减速过程平缓，无机械撞击，对运动物体无损伤。
53.当然，可以通过设置不同数量的减速环2，便可以对运动物体减速至任一个速度，进而满足测试要求。该减速缓冲装置结构简单，制作方便，加工成本低廉，适用性强。
54.本实施例中，以上所说的运动物体100为细长柱状的结构件，且为水下设备。也就是说，在对运动物体进行减速制动试验的相关试验时(参见图3)，预先将减速筒1完全置于水中，然后在进行相关试验。
55.再次参见图1，可选地，减速筒1包括多个连接筒11，多个连接筒11同轴布置且顺次连接，各减速环2与多个连接筒11中的至少一个连接。
56.将减速筒1设置为多个顺次连接的连接筒11，这样一方面可以降低减速筒1的加工成本，另一方面也可以通过改变连接筒11的数量便可对应改变减速筒1的长度，提高减速筒1的适用性。
57.本实施例中，连接筒11的一端设置内螺纹，另一端设置外螺纹，且连接筒11的内螺纹与连接筒11的外螺纹相互匹配。相邻两个连接筒11之间通过螺纹可拆卸地方式连接在一起。
58.这样能够这样能提高相邻两个连接筒11之间的连接强度，同时又可以方便相邻两个连接筒11之间的拆装。
59.当然，相邻两个连接筒11之间也可以采用其他连接方式，比如卡箍、螺钉等。本公开对此不做限制。
60.示例性地，连接筒11为管柱结构件。将连接筒11选用管柱结构件，这样可以采用成品钢管直接进行加工制作，降低连接筒11的加工成本。同时又可以使得连接筒11的内周壁为圆弧形，以便与减速环2的外环壁连接。
61.继续参见图1，可选地，减速筒1还包括多个加强筋12，多个加强筋12沿减速筒1的轴向相互间隔布置，各个加强筋12与多个连接筒11的中至少一个连接筒11的外壁连接。
62.加强筋12用于增加整个减速筒1的强度，以便提高减速筒1的结构稳定性。
63.示例性地，加强筋12与对应的减速筒1的外壁通过焊接的方式连接在一起，这样能够这样能提高加强筋12与对应的连接筒11之间的连接强度。
64.本实施例中，加强筋12为弧形状，加强筋12的内弧面与对应的连接筒11的外壁相贴合。当然，加强筋12的结构也可以为其他类型，比如加强筋12为条形状，只要能够提高减速筒1的结构强度，满足试验要求，本公开对此不做限制。
65.继续参见图1，可选地，减速筒1还包括至少两个底座13，至少两个底座13位于减速筒1的同一侧，至少两个底座13沿减速筒1的轴向间隔布置，底座13与减速筒1的外壁连接。
66.在上述实现方式中，底座13用于支撑减速筒1，以使得减速筒1能够置于合适的位置。
67.本实施例中，底座13与连接筒11之间采用焊接的方式连接在一起，这样能够保证底座13与连接筒11之间的连接强度。
68.本公开实施例中，在试验时，将减速筒1完全置于水中是通过底座13与水中其他固定物相连，而将减速筒1进行固定。
69.再次参见图2，可选地，多个减速环2等间距布置，且相邻两个减速环2之间的距离小于运动物体的长度。
70.将多个减速环2等间距布置，这样能够使得减速环2对运动物体进行均匀减速，使得运动物体能够稳定的降速。另外，相邻两个减速环2之间的距离小于运动物体的长度，这样能够使得运动物体在移动时始终有一个减速环2位于运动物体的外周壁，进而提高减速环2对运动物体的减速效率。
71.本实施例中，相邻两个减速环2之间的距离为运动物体的长度的一半。这样能够使得运动物体运动至某一个位置时，运动物体的头部、中部和尾部均有对应的减速环2对其减速，使得运动物体受到的阻力增大，提高减速效果。
72.示例性地，减速环2为环板状结构件，减速环2采用标准钢板加工制作，这样不仅降低减速环2的加工成本，而且，也能够提高减速环2的加工制作效率。
73.可选地，环形间隙3与减速环2的内径之间的比值不大于5％。
74.在上述实现方式中，减速环2的内径为减速环2中对应的中心孔的内径(可参见图4中的d值)，环形间隙3与减速环2的内径之间的比值不大于5％。这样能够有效保证减速环2对运动物体的减速效果，进而确保能够在合理的时间内将运动物体减速至需要的值。
75.本实施例中，环形间隙3与运动物体的外圆半径之间的比值一般为5％。
76.示例性地，当运动物体的外圆半径为200mm，此时，环形间隙3的宽度可以为10mm。
77.也就是说，可以通过改变减速环2的内径的大小，以便对运动物体实现不同的减速制动效果。
78.一般来讲，减速环2的内径越小，环形间隙3越小，对运动物体形成的流体阻力越大，相应的，减速制动效果就越好。
79.试验中，已经确定运动物体制动后的速度以后，可通过流体力学计算，选取合适数量的减速环2。
80.当然，不仅减速环2的数量，而且相邻两个减速环2的间隔距离、减速筒1的长度等等，都可以根据流体力学计算得到。
81.本实施例中，通过以下方式计算运动物体经过一个减速环2受到的流体阻力。
82.示例性地，运动物体进入减速筒1内，运动物体经过减速环2时，流体力学模型可以等同为流体在薄款小孔内流动的情形，受到的流体阻力为：
[0083][0084]
其中，f为运动物体所受到的流体阻力，ρ为流体(本实施例中，流体为水)的密度；q
为流量；d为运动物体的直径；c为流量系数；a为减速环与运动物体之间形成的环形间隙的面积。
[0085]
本实施例中，c(流量系数)一般取0.6～0.62，根据环形间隙的面积与运动物体的截面积的比值略微调整。
[0086]
根据经验，当环形间隙的面积与运动物体的截面积的比值为0.1时，c为0.602，当环形间隙的面积与运动物体的截面积的比值为0.2时，c为0.615。
[0087]
本实施例中，环形间隙的面积与运动物体的截面积的比值不超过0.2。
[0088]
公式(1)中的q通过以下公式进行计算。
[0089][0090]
其中，q为流量，本实施中即为经过环形间隙时的流体流量；d为运动物体的直径；v为运动物体的速度。
[0091]
从公式(1)和(2)可以看出，运动物体受到的流体阻力与环形间隙的面积的平方呈负相关，即环形间隙的面积越大，运动物体受到的流体阻力越小，环形间隙的面积越小，运动物体受到的流体阻力越大。
[0092]
根据计算得到的阻力，结合冲量公式可以计算得到运动物体经过一个减速环后的减速加速度，从而迭代计算得到运动物体在减速筒1内的运动时经过n个减速环2所对应的减速规律，最终可以得到减速过程中所需要的最终运动的长度，即为减速筒的长度。根据减速筒的长度以及n个减速环，就可以确定相邻两个减速环的间距。
[0093]
图4是图1的左视图，结合图4，可选地，减速缓冲装置还包括多个导轨4。多个导轨4均为直线型。多个导轨4间隔的位于减速环2内，且多个导轨4以减速环2的中心为中心周向间隔布置，导轨4的延伸方向与减速筒1的轴向相同，多个导轨4围成的圆周大小与运动物体的外周大小相同。多个导轨4中各导轨4的外壁与减速环2的内环壁连接，导轨4的延伸方向与减速筒1的轴向相同。
[0094]
在上述实现方式中，多个导轨4用于围成一个圆周，以便通过该圆周与运动物体的外周贴合，进而限制运动物体在减速筒1内的运动范围，保证运动物体只能沿着导轨4限定的空间移动，防止运动物体与减速环2发生碰撞而影响减速效果。
[0095]
图5是本公开实施例提供的减速环的左视图，结合图5，可选地，各减速环2的上具有多个凹槽21。凹槽21与导轨4一一对应布置。凹槽21的槽壁为减速环2的内环壁的一部分，导轨4的外壁与在对应的凹槽21的槽壁连接，且导轨4凸出于减速环2的弧形壁。
[0096]
凹槽21用于容置导轨4，使得导轨4卡在减速环2上，这样可以进一步增加导轨4与减速环2之间的连接强度。
[0097]
另外，导轨4凸出于减速环2的内环壁，这样能够使得导轨4对运动物体提供运动通道，限制运动物体在减速筒1内的运动范围，以避免运动物体与减速环2发生碰撞。
[0098]
本实施例中，凹槽21为半圆形状，这样能够通过圆弧结构与导轨4的外壁相互贴合在一起，确保二者之间的连接强度。
[0099]
本实施例中，导轨4与减速环2之间通过焊接的方式连接在一起。这样能提高导轨4与减速环2之间的连接强度。
[0100]
示例性地，多个导轨4可以为整体式结构件，该整体式结构件与减速环2中的凹槽
21进行嵌入式安装，并通过点焊等方式固定在一起，这样可以实现便携安装。
[0101]
当然，本实施例中，各个导轨4的结构可以为其他结构，比如，导轨4的横截面为方块与梯形组合在一起的不规则形状，只要导轨4能够与对应的凹槽21相匹配，且导轨4能够围成与运动物体外径等大的圆周即可，本公开实施例对此不做限制。
[0102]
本实施例中，导轨4均匀间隔布置在减速环2的内环壁上。这样能够使得导轨4对运动物体的整个外周均匀限制，减小运动物体与减速环2之间相撞的概率。
[0103]
示例性地，各个导轨4为管柱结构件。
[0104]
将导轨4选用管柱结构件，这样可以采用成品钢管直接进行加工制作，降低加工成本，同时又可以使得导轨4的外周壁为圆弧形。当导轨4与运动物体发生碰撞或者接触时，导轨4的圆弧形也不会对运动物体进行刮伤或者磨损，进而保护运动物体。
[0105]
本实施例中，导轨4的数量为四根，四根导轨4呈十字形布置在减速环2的内部。
[0106]
这样能够有效的对运动物体的四周进行限位，以防止运动物体与减速环2发生接触碰撞。
[0107]
再次参见图2，可选地，导轨4包括同轴布置且顺次连接的多个连接杆41，各减速环2与每个导轨4中的至少一个连接杆41连接。
[0108]
将导轨4设置为多个顺次连接的连接杆41，这样一方面可以降低导轨4的加工成本，另一方面也可以通过改变连接杆41的数量便可对应改变导轨4的长度，提高该减速缓冲装置的适用性。
[0109]
本实施例中，连接杆41的一端设置内螺纹，另一端设置外螺纹，且连接杆41的内螺纹与连接杆41的外螺纹相互匹配。相邻两个连接杆41之间通过螺纹可拆卸地方式连接在一起。
[0110]
这样一方面能提高相邻两个连接杆41之间的连接强度，同时也可以方便相邻两个连接杆41之间的拆装。
[0111]
当然，相邻两个连接杆41之间也可以采用其他连接方式，比如卡箍、螺钉等。本公开对此不做限制。
[0112]
本公开实施例还提供一种减速缓冲方法，如图6所示，该减速缓冲方法采用上述减速缓冲装置实现。减速缓冲方法包括：
[0113]
s601：在运动物体的移动路径上布置减速缓冲装置，以对经过减速缓冲装置的运动物体进行减速。
[0114]
试验中，在运动物体的移动路径上布置减速缓冲装置，使得运动物体从减速筒1的一端开口进入减速筒1内，运动物体进入到减速筒1内部，由于减速筒内部设有多个减速环2，且减速环2与运动物体的外壁之间形成环形间隙3，所以就会导致减速筒1内的气流的压力分布产生变化，这样就会使得运动物体的前后压力不同，以致对运动物体产生压差阻力，最终当运动物体从减速筒1内的另一端处的开口出来时，运动物体减速至某一个值，这样便可相应完成测试试验。
[0115]
本实施例中，试验中的减速缓冲装置根据运动物体的制动减速的相关性能试验参数进行设计。
[0116]
制动减速的相关性能试验参数包括：运动物体的初速度、运动物体的末速度、运动物体的外径、运动物体的长度等参数。
[0117]
本实施例中，运动物体进入到减速筒内进行减速制动时，运动物体经过一个减速环时受到的流体阻力可以通过公式(1)进行计算。
[0118]
根据运动物体所受到的流体阻力，便可灵活设计减速缓冲装置中，减速环的数量够、相邻两个减速环的间距、减速环的内径、减速筒长度等，进而最终设计减速缓冲装置。
[0119]
以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。