CN103901185B - 纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，包括减振橡胶垫，激振机构、位移机构均设于减振橡胶垫上，准直机构设于位移机构上且位于激振机构上方，加速度传感器设于激振机构上。本发明还提供了一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量方法，通过激振机构夹持纺织材料，由位移机构调节高低位置的准直机构限定激振机构的振动方向，通过激振机构的激振器驱动固接约束杆的激振平台、纺织材料和半球垂直往复振动，由安装在激振平台和半球上的加速度传感器感应加速度的变化，完成测量。本发明可为纺织材料与人体接触的振动交互作用提供平稳的球形压缩振动测试，获得客观、有效的纺织材料振动传递性能测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及纺织精密测量仪器技术领域，尤其是一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置及其方法，实现纺织材料压缩振动作用下的球形压缩振动测量，适于间隔织物、层合织物、三维机织物、三维针织物、非织物、复合织物、泡沫或海绵及其复合物的球形压缩振动传递性测量。
背景技术
随着我国老龄化社会的来临，老人的健康舒适性成为科技发展的攻关课题之一，尤其是越来越多的老人由于体质虚弱和行动不便，需借助轮椅进行室内、外的活动。然而传统的轮椅采用表面为皮革或布料+内层为泡沫或海绵材料的椅材结构设计，不透气、不透汽、不散热，经长时间的人-椅交互动态压缩摩擦，产生的热量和湿度不易散去而集聚，老人会感觉热湿不舒适，经过一段时间就容易产生压疮或溃疡。据此，一种新型结构的纺织材料，由间隔丝连接上、下表面层织物构成的三维织物，即间隔织物，由于中间层的大量空隙，在人-椅的动态压缩作用过程中，类似“鼓风”效应进行热、湿的传递，赋予人的良好舒适性与健康，其关键就是人-间隔织物-椅(或床)间的人-间隔织物的交互作用时动态的压缩振动力学行为，是运动过程中人感觉舒适的主要性能；另外，更为精准地是，人臀部与间隔织物间的压缩振动交互，类似球-间隔织物间的动态压缩，为了优化和设计动态舒适性佳、指导和改进间隔织物的结构，有必要分析纺织材料在球形压缩力作用下的振动传递性能，并研制一种纺织材料球形压缩振动性能测量的装置与方法。
目前还未见有专门适用于纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置及其国家标准方法，而是采用传动的振动测量装置，可借鉴汽车平顺性试验的方法，将试样放置于振动平台上(张鄂许林安刘中华李晓玲，多自由度坐姿人体上体系统动力学建模与振动特性研究，工程设计学报，2008,15(4)，244-249；汽车平顺性随机输人行驶试验方法，国家标准GB/T4970-1996；汽车平顺性试验方法，国家标准GB/T4970-2009)，在平台上放置一定质量的球，通过平台和球的振动测试来类似表征纺织材料的振动传递性能。但间隔织物的边界是自由状态，振动过程中易滑移；而且，间隔织物所选的间隔丝具有较强的压缩刚度，抵抗压缩变形的能力强，且压缩夹头与间隔织物间的摩擦阻力小，当间隔织物压缩振动时，间隔织物极易在压缩振动平台表面滑动，严重影响振动加速度的测量。故需要发明一种可避免振动过程中间隔织物滑移的装置与方法，实现振动的精准测量。
因此本发明专利在于发明一种专门用于纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置及其方法，实施压缩振动作用下的纺织材料振动性能的分析，可为减振间隔织物的优劣提供测试方法，并指导减振间隔织物的结构设计，开发性能优良的功能产品，并明晰间隔织物结构与振动性能的关系，也需要对间隔织物实施平稳的球形压缩振动传递性能测量装置改进，实现精准、客观的有效测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置及其方法，防止压缩振动作用下纺织材料在水平方向发生的滑动位移，并防止振动半球在振动过程中的倾斜和随机转动，影响测试结果，可对纺织材料与球形物件或与人体的压缩振动交互作用下的振动传递性能进行逼真表征，实现压缩振动传递实验结果稳定的测量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：包括减振橡胶垫，激振机构、位移机构均设于减振橡胶垫上，准直机构设于位移机构上且位于激振机构上方，加速度传感器设于激振机构上；
激振机构包括激振器，激振器下端通过减振器设于减振橡胶垫上，激振器上端连接激振平台，激振平台上设有约束杆，使用时，纺织材料由约束杆上穿过并靠自重压在激振平台上，纺织材料上置有半球；激振平台和半球上设有加速度传感器；
位移机构包括支架，支架设于减振橡胶垫上，丝杆一端套接在支架上，丝杆另一端设有旋转手柄；
准直机构包括L形梁，L形梁一端套接在位移机构的丝杆上，L形梁另一端连接固接杆上端，固接杆下端设有固接圆盘，固接圆盘中心下方设有准直杆；准直机构在位移机构的驱动下向下移动时，准直杆可以插入激振机构的半球上的空心圆孔内。
优选地，所述激振平台上表面为半径≥32cm的圆形，所述约束杆在所述激振平台上呈半径≥30cm的圆周分布，所述约束杆的数量为4～72个。
优选地，所述约束杆为不锈钢材料制成的直径为0.1～1mm的圆柱形针。
优选地，所述加速度传感器的测量范围为0～5000m/s2，所述加速度传感器的分辨率≤0.01m/s2。
优选地，所述激振器驱动所述激振平台垂直上下振动，振动频率范围为0～2000Hz，振幅范围为±1～±10mm；所述激振平台上放置的负载范围为0.1～20Kg。
优选地，所述半球直径为5～60cm，所述半球由不锈钢材料、聚四氟乙烯材料或聚氨酯材料制成。
优选地，所述半球上表面中心至下开有未贯穿的空心圆孔，空心圆孔直径为1～1.5mm，空心圆孔高度大于20mm；空心圆孔在半球表面呈圆周分布，空心圆孔的数量为2～12个。
优选地，所述准直杆为不锈钢材料制成的直径为0.2～1mm的圆柱形杆；所述准直杆的轴中心线与插入的所述半球的空心圆孔的轴中心线平行，所述准直杆与插入的所述半球的空心圆孔的空间垂直距离≤0.1mm。
本发明还提供一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量方法，其特征在于：采用上述纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，具体步骤包括：
第一步：将纺织材料由激振机构的约束杆上穿过并靠自重压在激振平台上，由约束杆夹持纺织材料的边界；
第二步：将半球靠自重放置于纺织材料上，在激振平台和半球上安置加速度传感器；转动旋转手柄使丝杆转动，带动L形梁、固接杆、固接圆盘和准直杆垂直下移，调准半球使准直杆插入半球上的空心圆孔内；
第三步：激振器振动驱动激振平台垂直上下振动，位于激振平台上的纺织材料和半球也随之振动；安置于激振平台上的加速度传感器获得激振平台的输入加速度，安置于半球上的加速度传感器获得半球的输出加速度，完成纺织材料的球形压缩振动传递性能测量。
优选地，所述纺织材料为间隔织物、层合织物、三维机织物、三维针织物、非织物、复合织物、泡沫或海绵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明尤其是创新地设计了可用于人体与纺织材料的振动交互作用模拟测量，为交通工具(火车、飞机、汽车、轮椅、自行车等)上舒适性纺织材料的筛选提供了科学的评价方法，为优化纺织材料的压缩振动传递性能与结构的关系提供了测试装置和方法；
2.本发明涉及的纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，实现了纺织材料球形压缩振动过程中的边界固定的测量装置，解决了压缩振动过程中纺织材料在振动作用下的水平滑移的测量技术问题，建立了科学的表征手段；
3.本发明尤其采用准直方法，创新地实现了振动半球的垂直方向振动，解决了纺织材料的振动传递过程中传递件(即纺织材料上承载的半球或其他物件等)的滑移的测量技术问题，实现了纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量方法；
4.整个装置结构精巧，可实现简易、便捷、稳定的纺织材料，尤其是间隔织物的球形压缩振动传递性能测试。
附图说明
图1为本发明提供的纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置示意图；
图2为激振机构示意图；
图3为固接约束杆的激振平台的斜视图；
图4为激振机构与减振橡胶垫、纺织材料的衔接示意图；
图5为准直机构的示意图；
图6为准直机构与激振平台、纺织材料及半球的衔接示意图；
图7为半球的俯视图；
图8为半球的剖视图；
图9为激振平台上安放纺织材料与半球后的俯视图。
具体实施方式
图1为本发明提供的纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置示意图，所述的纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置包括减振橡胶垫1、准直机构2、激振机构3、加速度传感器4和位移机构5。激振机构3、位移机构5均设于减振橡胶垫1上，准直机构2设于位移机构5上且位于激振机构3上方，加速度传感器4设于激振机构3上。
结合图2～图4，激振机构3由减振器31、激振器32、激振平台33、约束杆34和半球35构成，激振器32下端通过减振器31设于减振橡胶垫1上，激振器32上端固接激振平台33，激振平台33上固接有约束杆34，将纺织材料6由约束杆34上穿过并靠自重压在激振平台33上，由约束杆34夹持纺织材料6的边界，纺织材料6上方置有半球35。激振平台33和半球35上装有加速度传感器4，感应加速度的变化。结合图7和图8，半球上表面中心至下开有未贯穿的空心圆孔351。
位移机构5包括旋转手柄51、丝杆52和支架53，支架53设于减振橡胶垫1上，丝杆52一端套接在支架53上，另一端固装有旋转手柄51。
结合图5和图6，准直机构2由L形梁21、固接杆22、固接圆盘23和准直杆24构成，L形梁21一端套接在丝杆52上，L形梁21另一端连接固接杆22上端，固接杆22下端固接有固接圆盘23，在固接圆盘23中间下方设有准直杆24。结合图9，准直机构2在位移机构5的驱动下向下移动时，准直杆24可以插入半球35的空心圆孔351内。
纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置的测量方法，具体步骤包括：
第一步：将纺织材料6由激振机构3的约束杆34上穿过并靠自重压在激振平台33上，由约束杆34夹持纺织材料6的边界；
第二步：将半球35靠自重放置于纺织材料6上，在激振平台33和半球35上安置加速度传感器4；转动旋转手柄51使丝杆52转动，带动L形梁21、固接杆22、固接圆盘23和准直杆24垂直下移，调准半球35的空心圆孔351至准直杆24插入至一定深度位置；
第三步：激振器32振动驱动激振平台33垂直上下振动，位于激振平台上的纺织材料6和半球35也随之振动；安置于激振平台33上的加速度传感器4获得激振平台的输入加速度，安置于半球35上的加速度传感器4获得半球35的输出加速度，完成纺织材料的球形压缩振动传递性能测量。本发明的装置和方法可实现纺织材料平稳的球形压缩振动测试，获得客观、有效的纺织材料振动传递性能测试结果。
本发明的实施原理是通过激振机构3的约束杆34夹持纺织材料6，防止振动过程中纺织材料6的水平滑动；通过准直机构2的准直杆24限定激振机构3上的半球35仅能沿垂直方向振动，防止振动过程中半球35的随机振动；完成纺织材料6与半球35的约束后，即通过激振机构3的激振器32驱动激振平台33以设定的振动频率和振幅振动，安置于激振平台33上的加速度传感器4采集纺织材料6的输入激励加速度；放置于纺织材料6上半球35垂直往复振动，由安置于半球35上的加速度传感器4采集纺织材料6的输出激励加速度，从而实现通过分别安装在激振平台33和半球35上的加速度传感器4感应加速度的变化，完成纺织材料的压缩振动传递性能测量。本发明可实现纺织材料平稳的球形压缩振动测试，尤其是为纺织材料与人体接触的振动交互作用提供平稳的球形压缩振动模拟测试，获得客观、有效的纺织材料振动传递性能测试结果。
为使本发明更明显易懂，兹以几个优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
10mm厚经编间隔织物压缩振动传递性能测量。
约束杆34在激振平台33呈半径≥30cm的圆周分布，圆周上的约束杆34的数量为4个。约束杆34为不锈钢材料制成的直径为0.4mm的圆柱形针。激振平台33上表面为圆形，圆形半径≥32cm。
加速度传感器4的测量范围为0～100m/s2，分辨率≤0.01m/s2。
激振器32驱动激振平台33垂直上下振动，振动频率范围为0～50Hz，振幅范围为±8mm。激振平台33上放置的负载为4Kg。
半球35为不锈钢材料制成，半球35上表面中心至下开有4个未贯穿的空心圆孔351，空心圆孔351直径为1mm，空心圆孔351高度大于20mm。半球35的直径为10cm。
准直杆24为不锈钢材料制成的圆柱形杆，圆柱形杆的直径为1mm。准直杆24的轴中心线与插入的半球35的空心圆孔351的轴中心线平行，空间垂直距离≤0.1mm。
实施例2
200mm厚层合织物压缩振动传递性能测量。
200mm厚层合织物由10块20mm厚间隔织物叠合而成。
约束杆34在激振平台33呈半径≥30cm的圆周分布，圆周上的约束杆34的数量为12个。约束杆34为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针。激振平台33上表面为圆形，圆形半径≥32cm。
加速度传感器4的测量范围为0～200m/s2，分辨率≤0.01m/s2。
激振器32驱动激振平台33垂直上下振动，振动频率范围为0～100Hz，振幅范围为±5mm。激振平台33上放置的负载为10Kg。
半球35为聚四氟乙烯材料制成，半球35上表面中心至下开有2个未贯穿的空心圆孔351，空心圆孔351直径为1.2mm，空心圆孔351高度大于20mm。半球35的直径为20cm。
准直杆24为不锈钢材料制成的圆柱形杆，圆柱形杆的直径为0.5mm。准直杆24的轴中心线与插入的半球35的空心圆孔351的轴中心线平行，空间垂直距离≤0.1mm。
实施例3
20mm厚机织间隔织物压缩振动传递性能测量。
约束杆34在激振平台33呈半径≥30cm的圆周分布，圆周上的约束杆34的数量为36个。约束杆34为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针。激振平台33上表面为圆形，圆形半径≥32cm。
加速度传感器4的测量范围为0～120m/s2，分辨率≤0.01m/s2。
激振器32驱动激振平台33垂直上下振动，振动频率范围为0～20Hz，振幅范围为±4mm。激振平台33上放置的负载为8Kg。
半球35为聚氨酯材料制成，半球35上表面中心至下开有3个未贯穿的空心圆孔351，空心圆孔351直径为1.5mm，空心圆孔351高度大于20mm。半球35的直径为40cm。
准直杆24为不锈钢材料制成的圆柱形杆，圆柱形杆的直径为0.8mm。准直杆24的轴中心线与插入的半球35的空心圆孔351的轴中心线平行，空间垂直距离≤0.1mm。
实施例4
40mm厚非织物压缩振动传递性能测量。
约束杆34在激振平台33呈半径≥30cm的圆周分布，圆周上的约束杆34的数量为12个。约束杆34为不锈钢材料制成的直径为0.2mm的圆柱形针。激振平台33上表面为圆形，圆形半径≥32cm。
加速度传感器4的测量范围为0～500m/s2，分辨率≤0.01m/s2。
激振器32驱动激振平台33垂直上下振动，振动频率范围为0～200Hz，振幅范围为±10mm。激振平台33上放置的负载为5Kg。
半球35为不锈钢材料制成，半球35上表面中心至下开有4个未贯穿的空心圆孔351，空心圆孔351直径为1mm，空心圆孔351高度大于20mm。半球35的直径为25cm。
准直杆24为不锈钢材料制成的圆柱形杆，圆柱形杆的直径为1mm。准直杆24的轴中心线与插入的半球35的空心圆孔351的轴中心线平行，空间垂直距离≤0.1mm。
实施例5
60mm厚海绵压缩振动传递性能测量。
约束杆34在激振平台33呈半径≥30cm的圆周分布，圆周上的约束杆34的数量为72个。约束杆34为不锈钢材料制成的直径为0.1mm的圆柱形针。激振平台33上表面为圆形，圆形半径≥32cm。
加速度传感器4的测量范围为0～4000m/s2，分辨率≤0.01m/s2。
激振器32驱动激振平台33垂直上下振动，振动频率范围为0～50Hz，振幅范围为±3mm。激振平台33上放置的负载为20Kg。
半球35为聚氨酯材料制成，半球35上表面中心至下开有2个未贯穿的空心圆孔351，空心圆孔351直径为1.2mm，空心圆孔351高度大于20mm。半球35的直径为50cm。
准直杆24为不锈钢材料制成的圆柱形杆，圆柱形杆的直径为0.2mm。准直杆24的轴中心线与插入的半球35的空心圆孔351的轴中心线平行，空间垂直距离≤0.1mm。
Claims (9)
1.一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：包括减振橡胶垫(1)，激振机构(3)、位移机构(5)均设于减振橡胶垫(1)上，准直机构(2)设于位移机构(5)上且位于激振机构(3)上方，加速度传感器(4)设于激振机构(3)上；
激振机构(3)包括激振器(32)，激振器(32)下端通过减振器(31)设于减振橡胶垫(1)上，激振器(32)上端连接激振平台(33)，激振平台(33)上设有约束杆(34)，使用时，纺织材料(6)由约束杆(34)上穿过并靠自重压在激振平台(33)上，纺织材料(6)上置有半球(35)；激振平台(33)和半球(35)上设有加速度传感器(4)；
位移机构(5)包括支架(53)，支架(53)设于减振橡胶垫(1)上，丝杆(52)一端套接在支架(53)上，丝杆(52)另一端设有旋转手柄(51)；
准直机构(2)包括L形梁(21)，L形梁(21)一端套接在位移机构(5)的丝杆(52)上，L形梁(21)另一端连接固接杆(22)上端，固接杆(22)下端设有固接圆盘(23)，固接圆盘(23)中心下方设有准直杆(24)；准直机构(2)在位移机构(5)的驱动下向下移动时，准直杆(24)可以插入激振机构(3)的半球(35)上的空心圆孔(351)内。
2.如权利要求1所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述激振平台(33)上表面为半径≥32cm的圆形，所述约束杆(34)在所述激振平台(33)上呈半径≥30cm的圆周分布，所述约束杆(34)的数量为4～72个。
3.如权利要求1所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述约束杆(34)为不锈钢材料制成的直径为0.1～1mm的圆柱形针。
4.如权利要求1所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述加速度传感器(4)的测量范围为0～5000m/s2，所述加速度传感器(4)的分辨率≤0.01m/s2。
5.如权利要求1所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述激振器(32)驱动所述激振平台(33)垂直上下振动，振动频率范围为0～2000Hz，振幅范围为±1～±10mm；所述激振平台(33)上放置的负载范围为0.1～20Kg。
6.如权利要求1所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述半球(35)直径为5～60cm，所述半球(35)由不锈钢材料、聚四氟乙烯材料或聚氨酯材料制成。
7.如权利要求6所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述半球(35)上表面中心至下开有未贯穿的空心圆孔(351)，空心圆孔(351)直径为1～1.5mm，空心圆孔(351)高度大于20mm；空心圆孔(351)在半球(35)表面呈圆周分布，空心圆孔(351)的数量为2～12个。
8.如权利要求7所述的一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，其特征在于：所述准直杆(24)为不锈钢材料制成的直径为0.2～1mm的圆柱形杆；所述准直杆(24)的轴中心线与插入的所述半球(35)的空心圆孔(351)的轴中心线平行，所述准直杆(24)与插入的所述半球(35)的空心圆孔(351)的空间垂直距离≤0.1mm。
9.一种纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量方法，其特征在于，采用权利要求1～8中任一项所述的纺织材料平稳的球形压缩振动传递性能测量装置，具体步骤包括：
第一步：将纺织材料(6)由激振机构(3)的约束杆(34)上穿过并靠自重压在激振平台(33)上，由约束杆(34)夹持纺织材料(6)的边界；
第二步：将半球(35)靠自重放置于纺织材料(6)上，在激振平台(33)和半球(35)上安置加速度传感器(4)；转动旋转手柄(51)使丝杆(52)转动，带动L形梁(21)、固接杆(22)、固接圆盘(23)和准直杆(24)垂直下移，调准半球(35)使准直杆(24)插入半球(35)上的空心圆孔(351)内；
第三步：激振器(32)振动驱动激振平台(33)垂直上下振动，位于激振平台(33)上的纺织材料(6)和半球(35)也随之振动；安置于激振平台(33)上的加速度传感器(4)获得激振平台(33)的输入加速度，安置于半球(35)上的加速度传感器(4)获得半球(35)的输出加速度，完成纺织材料(6)的球形压缩振动传递性能测量。
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