CN105065563A - 动能缓冲吸收装置、动能吸收装置及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动能吸收装置、动能缓冲吸收装置及动能吸收装置的制作工艺，涉及缓冲机械领域，其中动能吸收装置包括第一固定端、第二固定端和条形阻断部，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔设置，每根所述条形阻断部的两个端部分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接。本实施例提供的动能吸收装置使得被减速物发生能量损耗，被减速物的动能相应减小，同时，根据冲量原理得知，被减速物的动能减小，速度相应减少，进而被减速物的冲击力也就相应下降。

Description

动能缓冲吸收装置、动能吸收装置及其制作工艺

技术领域

本发明涉及缓冲机械领域，具体而言，涉及一种动能吸收装置、动能缓冲吸收装置及动能吸收装置的制作工艺。

背景技术

物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速度平方乘积的一半。因此，质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，具有的动能就越大。由此可见，即使很小质量的物体，在极高的速度下也会具有极高的能量。

一方面，我们可以利用动能，例如射钉枪，通过利用射钉枪给予内部的钉子一个极高的速度，使得钉子具有极高的动能，能够顶入装修结构内，实现快速的连接，大大提高了安装效率。

但更多的情况是动能会给我们带来诸多不便，其中最大的问题就是动能的变化会带来巨大的冲量，产生巨大的冲击力，对我们使用的结构造成破坏，使用的一些结构和例如将一个砝码用一根丝线固定，然后将砝码高抛让其自由落体，当砝码掉落至丝线极限长度时，砝码速度突降为零，动能全部转化为丝线的势能，对丝线产生巨大冲量及冲击力，很容易将丝线拉断，尤其是对一些弹性较差的丝线。为了避免动能变化产生的冲击力对我们所使用的结构造成破坏，现有技术中大多采用提高结构的材料强度来抵抗冲击力，避免结构产生破坏，但是研发高强度材料成本高昂同时研发周期长，不适合大面积推广使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种动能吸收装置、动能缓冲吸收装置及动能吸收装置的制作工艺，以改善上述问题。

本发明提供的一种动能吸收装置，包括第一固定端、第二固定端和条形阻断部，多根所述条形阻断部沿动能方向依次设置，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔设置，每根所述条形阻断部的两个端部分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接。

以上所述的动能吸收装置，优选地，多根所述条形阻断部均与动能方向位于同一平面。多根所述条形阻断部均与被减速物的动能方向位于同一平面，条形阻断部在受到被减速物的的动能冲击形变的时候，条形阻断部产生一个反作用力作用在被减速物上。由于力是有方向的矢量，多根所述条形阻断部均与被减速物的动能方向位于同一平面，反作用力的方向与条形阻断部所处在同一平面上，将这样可以增加反作用力在被减速物上对抵消动能的做功，被减速物的动能消耗更快，更有利于被减速物减速缓冲，减少冲击力。

以上所述的动能吸收装置，优选地，多根所述条形阻断部平行设置，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔的距离相等。间隔的距离相等使得条形阻断部在设置安装的时候更加容易和方便，大大提高了动能吸收装置安装效率，同时，间隔的距离相等，安装时的误差也更容易检测出，便于及时调整，大大减小安装误差，提高动能吸收装置的装配精度。

以上所述的动能吸收装置，优选地，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔的距离小于等于l_min，其中下角标n+1为大于等于1的整数；

其中，任意两根相邻的所述条形阻断部沿动能方向长度分别为L_n和L_n+1，

l_min为任意两根所述条形阻断部之间间隔的距离，

∮％为条形阻断部的断裂伸长率。任意两根相邻的所述条形阻断部的之间间隔的距离大于等于l_min能够保证每根条形阻断部在受到被减速物的冲击时，完全形变，在被拉伸断裂之前，不会接触到相邻的条形阻断部，这样能够保证每根条形阻断部完全拉伸到极限，然后断裂，使得每根条形阻断部断裂的能量都源自被减速物的动能的转化，相同条件下，可以减少所需条形阻断部的数量，从而降低制造加工难度和生产成本，便于动能吸收装置的批量化生产。

以上所述的动能吸收装置，优选地，多根所述条形阻断部的长度沿动能方向依次增加，任意两根所述条形阻断部的两个端部对应连接。采用这种结构的条形阻断部的设置方式，由于任意两根所述条形阻断部的两个端部是对应连接，这样，多根条形阻断部的两个端部均对应，不需要占用大量的体积就能够将多根条形阻断部的两个端部与第一固定端和第二固定端连接，节省了动能吸收装置的体积，便于动能吸收装置在狭小空间内的安装和使用。

以上所述的动能吸收装置，优选地，多根所述条形阻断部为n+1根，n≧1且为正整数，所述条形阻断部为纤维束，n+1根所述纤维束的长度沿动能方向依次增加，n+1根所述纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L、L₁、L₂…L_n-1和L_n满足下列关系式，

L₁＝ΔL×∮％

L₂＝(L+ΔL₁)×∮％

…

L_n＝(L+ΔL₁+…+ΔL_n-1)×∮％

其中ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度，符合公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)

公式中，F为恒力且F＝E×S×∮％，

其中，E为纤维束的材料的拉伸模量

∮％为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度。

采用这样设置，能够准确设计和控制动能缓冲装置采用纤维束作为条形阻断部时，所需要的纤维束根数及每根纤维束的长度，提高制造精度，同时降低制造成本。

最为主要的是采用这种长度设置的条形阻断部，能够实现相邻的条形阻断部的连续断裂而实现相邻的条形阻断部无缝对接，在前一根条形阻断部要断裂而未断裂之时，被减速物已经运动到相邻的下一根条形阻断部要开始受力而未开始受力处。前一根条形阻断部断裂时，在可以忽略的极短时间内，被减速物立刻受到相邻的条形阻断部的阻拦力，这样使得被减速物受到多根条形阻断部的连续力的阻挡做功，持续消耗被减速物的动能而不会使得被减速物与单根条形阻断部产生较大的冲量，从而使得被减速物和条形阻断部都受到较大的冲击力。

以上所述的动能吸收装置，优选地，所述条形阻断部弯曲呈“U”形，所述弯曲呈“U”形的条形阻断部的开口端的两端分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接。弯曲呈“U”形的条形阻断部较其他形状弯曲的条形阻断部的受力状态更好，弯曲呈“U”形的条形阻断部的开口端的受力方向与动能方向接近，受到被减速物的力主要为沿动能方向的力，实现了弯曲呈“U”形的条形阻断部的形变主要为拉伸形变，减少弯曲呈“U”形的条形阻断部受到的剪力，保证了弯曲呈“U”形的条形阻断部通过拉伸形变和反作用力的配合实现对被减速物的动能的消耗，从而达到对被减速物更好的缓冲作用。

以上所述的动能吸收装置，优选地，每根所述条形阻断部包括断裂部，所述断裂部为每根所述条形阻断部的中部，用于与被减速物接触并断裂，所述断裂部与动能方向相互垂直。将条形阻断部的断裂部设置在中部，同时断裂部与动能反向垂直设置，在当被减速物与断裂部接触的时候，受力的方向与动能方向对应相反，并且受到条形阻断部的两个端部对中部断裂部的受力更加平均，能够将大部分条形断裂部受到的被减速物的反作用力源自被减速物的动能的转化上，实现快速的对被减速物进行减速缓冲。

以上所述的动能吸收装置，优选地，所述条形阻断部为纤维。

以上所述的动能吸收装置，优选地，所述条形阻断部为阻断带。

以上所述的动能吸收装置，优选地，所述动能吸收装置还包括旋转卡接结构，所述旋转卡接结构包括棘轮和卡块，所述卡块包括盖板和两个握爪，所述盖板的一侧设置两个握爪，所述握爪相邻设置，所述握爪外侧为圆弧形，所述握爪内侧为平面，所述平面相对设置，所述平面上设有多个不规则凸棱和凹槽，所述凸棱和凹槽相互对应，所述握爪的靠近盖板一端的外廓尺寸大于所述握爪远离盖板一端的外廓尺寸，握爪的外廓尺寸渐变，所述棘轮设有多个棘齿，所述棘轮开设有沿棘轮径向贯穿的通孔，所述棘轮的中部设有轴向通孔，所述通孔与所述握爪外侧相匹配，用于容纳所述握爪。

两个所述旋转卡接结构分别设置在所述第一固定端和所述第二固定端上，所述第一固定端和所述第二固定端设有与所述棘轮相配合的内齿轮。

以上所述的动能吸收装置，优选地，所述动能吸收装置还包括纤维束固定结构，所述纤维束固定结构包括底座、圆台和端盖，所述底座的顶面设有容纳所述圆台的凹槽，所述底座的底面设有用于容纳所述纤维束的通孔，所述通孔与所述凹槽连通，所述圆台的锥面锲入所述凹槽内，所述圆台的锥面与所述凹槽的表面贴合，所述端盖罩扣在所述底座的顶面外，所述圆台设置在所述端盖与所述底座之间，所述圆台伸入凹槽的端面与所述凹槽的底面之间具有间隙，通过间隙能够避免所述圆台将纤维束压断，所述端盖与所述底座螺纹连接，所述纤维束固定结构分别相对设置在所述第一固定端和所述第二固定端上。

本发明还提供一种动能缓冲吸收装置，包括滑动卡接部和以上所述的动能吸收装置，所述滑动卡接部设有与以上所述的动能吸收装置的所述条形阻断部配合的卡接结构，所述滑动卡接部与被减速物连接，所述条形阻断部与被减速物的动能方向相交。采用本发明提供的动能缓冲吸收装置能够利用滑动卡接部与被减速物连接，当被减速物高速运动，经过第一固定端和第二固定端之间的时候，滑动卡接部上的卡接结构会与第一固定端和第二固定端之间的条形阻断部接触相交，然后卡接结构拉动条形阻断部发生拉伸形变，直至条形阻断部断裂，在这个过程中，消耗被减速物的动能，实现被减速物快速稳定的减速，减少被减速物的冲击力。

本发明还提供一种以上所述动能吸收装置的制作工艺，包括步骤：

S1.拟定所需纤维束根数，纤维束根数为n+1，n≧1且为正整数，

S2.选定纤维束，确定纤维束的材料的拉伸模量E、纤维束的材料的断裂伸长率∮％、纤维束的横截面的面积S，

S3.确定被减速物的动能W的方向和大小，

S4.确定最短的纤维束的长度L，

S5.将S1-S4中确定值带入公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)中，拟定符合公式的ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n，

其中，ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度

F为恒力且F＝E×S×∮％

E为纤维束的材料的拉伸模量

∮％为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度，

S6.根据ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n确定n+1根所述纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L₁、L₂…L_n-1和L_n计算公式如下，

L₁＝ΔL×∮％

L₂＝(L+ΔL₁)×∮％

…

L_n＝(L+ΔL₁+…+ΔL_n-1)×∮％，

S7.将任意两根所述纤维束的两个端部对应连接，然后将n+1根所述纤维束分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接，所述第一固定端与所述第二固定端之间的距离小于等于L，

S8.布置所述第一固定端和所述第二固定端，所述第一固定端与第二固定端的连线与动能方向相交。

通过这种方法对动能吸收装置进行设计和制造，能够在采用纤维束作为条形阻断部时，根据选用的纤维束的特性，能够快速准确的计算出依次递增的多根纤维束的长度，提高了动能吸收装置的生产效率，同时能够保证对被减速物的动能进行消耗，实现被减速物的快速高效的减速缓冲。

相对于现有技术，本发明提供的一种动能吸收装置、动能缓冲吸收装置及动能吸收装置的制作工艺包括以下有益效果：本发明提供的动能吸收装置利用第一固定端和第二固定端之间架设条形阻断部，条形阻断部的架设方向与被减速物的动能方向相交，因此当被减速物经过第一固定端和第二固定端之间时，会经过条形阻断部，条形阻断部会阻挡被减速物，当被减速物与条形阻挡部接触后，引起条形阻断部的拉伸形变，甚至超过条形阻挡部的拉伸极限并断裂，在条形阻断部的拉伸形变这个过程中，被减速物对条形阻断部做功，被减速物发生能量损耗，被减速物的动能相应减小，同时，根据冲量原理得知，被减速物的动能减小，速度相应减少，进而被减速物的冲击力也就相应下降。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明第一实施例提供的动能吸收装置的轴测示意图；

图2是本发明第二实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；

图3是本发明第三实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；

图4是本发明第四实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；

图5是本发明第五实施例提供的动能吸收装置的旋转卡接机构的部分结构的剖视示意图；

图6是本发明第五实施例提供的动能吸收装置的旋转卡接机构的剖视示意图；

图7是本发明第六实施例提供的动能缓冲吸收装置的侧视示意图；

图8是本发明第七实施例提供的动能吸收装置的纤维束固定机构剖视示意图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：第一固定端101，第二固定端102，条形阻断部103，卡块包括盖板104，两个握爪105，棘轮106，径向通孔107，轴向通孔108，底座109，圆台110，端盖111，滑动卡接部201，卡接结构202。

附图中的箭头表示被减速物的动能方向。

具体实施方式

现有技术中大多采用提高结构的材料强度来抵抗冲击力，避免结构产生破坏，但是研发高强度材料成本高昂同时研发周期长，不适合大面积推广使用。

本发明提供了一种动能吸收装置、动能缓冲吸收装置及动能吸收装置的制作工艺来改善上述问题。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明中第一、第二、第三等均为区别示意，并不是限定。

图1是本发明第一实施例提供的动能吸收装置的轴测示意图；如图1所示，本发明第一实施例提供的动能吸收装置包括第一固定端101、第二固定端102和条形阻断部103，多根条形阻断部103沿动能方向依次设置，任意两根相邻的条形阻断部103之间间隔设置，每根条形阻断部103的两个端部分别与第一固定端101和第二固定端102连接。

本实施例提供的动能吸收装置利用第一固定端101和第二固定端102之间架设条形阻断部103，条形阻断部103的架设方向与被减速物的动能方向相交，因此当被减速物经过第一固定端101和第二固定端102之间时，会经过条形阻断部103，条形阻断部103会阻挡被减速物，当被减速物与条形阻挡部接触后，引起条形阻断部103的拉伸形变，甚至超过条形阻挡部的拉伸极限并断裂，在条形阻断部103的拉伸形变这个过程中，被减速物对条形阻断部103做功，被减速物发生能量损耗，被减速物的动能相应减小，同时，根据冲量原理得知，被减速物的动能减小，速度相应减少，进而被减速物的冲击力也就相应下降。

经过多根条形阻断部103对被减速物动能的消耗，被减速物的动能经过大量消耗，大大降低，进而使得被减速物的速度和冲击力也大大降低，达到了快速高效地对被减速物进行减速缓冲的作用。在进行减速缓冲过程中，由于采用多根条形阻断部103配合，逐步消减被减速物的动能，而不是瞬时一次性降低大量动能，降低了被减速物在最后停止时的冲量，冲量降低相应的冲击力也降低，保证了被减速物及相连结构不被瞬时的巨大冲击力冲击损毁。

在动能吸收装置实际生产过程中，第一固定端101和第二固定端102并无特定形状，可以安装在任何结构基础上，同时可以与结构基础一体化制造，便于提高结构基础与动能吸收装置的牢固性。

图2是本发明第二实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；如图2所示，本发明第二实施例提供的动能吸收装置在第一实施例的基础上，进一步地，多根条形阻断部103均与动能方向位于同一平面。

多根条形阻断部103均与被减速物的动能方向位于同一平面，条形阻断部103在受到被减速物的的动能冲击形变的时候，条形阻断部103产生一个反作用力作用在被减速物上。由于力是有方向的矢量，多根条形阻断部103均与被减速物的动能方向位于同一平面，反作用力的方向与条形阻断部103所处在同一平面上，将这样可以增加反作用力在被减速物上对抵消动能的做功，被减速物的动能消耗更快，更有利于被减速物减速缓冲，减少冲击力。

同时，多根条形阻断部103平行设置，任意两根相邻的条形阻断部103之间间隔的距离相等。任意两根相邻的条形阻断部103之间间隔的距离小于等于l_min，其中下角标n+1为大于等于1的整数。

其中，任意两根相邻的条形阻断部103沿动能方向长度分别为L_n和L_n+1。

l_min为任意两根条形阻断部103之间间隔的距离。

∮％为条形阻断部103的断裂伸长率。

任意两根相邻的条形阻断部103之间间隔的距离相等使得条形阻断部103在设置、安装的时候更加容易和方便，大大提高了动能吸收装置生产效率，同时，间隔的距离相等，安装时的误差也更容易检测出，便于及时调整，大大减小动能吸收装置安装误差，提高动能吸收装置的装配精度。

同时，任意两根相邻的条形阻断部103的之间间隔的距离小于等于l_min可以保证每根条形阻断部103在受到被减速物的冲击时，完全拉伸形变，在被拉伸断裂之前，不会接触到相邻的条形阻断部103。这样能够保证每根条形阻断部103完全拉伸到极限，然后断裂，在这个拉伸过程中不会受到其他相邻的条形阻断部103的外力作用，使得每根条形阻断部103拉伸至断裂所消耗的能量都尽可能的源自被减速物的动能的转化。

当任意两根相邻的条形阻断部103的之间间隔的距离等于l_min时，动能缓冲装置效果最好，能够实现相邻的条形阻断部103的连续断裂而实现相邻的条形阻断部103无缝对接，在前一根条形阻断部103要断裂而未断裂之时，被减速物已经运动到相邻的下一根条形阻断部103要开始受力而未开始受力处。前一根条形阻断部103断裂时，在可以忽略的极短时间内，被减速物立刻受到相邻的条形阻断部103的阻拦力，这样使得被减速物受到多根条形阻断部103的连续力的阻挡做功，持续消耗被减速物的动能而不会使得被减速物与单根条形阻断部103产生较大的冲量，从而使得被减速物和条形阻断部103都受到较大的冲击力。

如果相邻两根条形阻断部103之间的间隔长度小于设计值，会使得条形阻断部103在为未断裂之前就受到下一根相邻的条形阻断部103的阻力，使得被减速物受到的阻力增加，被减速物依旧受到较大的冲量；如果相邻两根条形阻断部103之间的间隔长度大于设计值，会使得条形阻断部103在完全断裂后，运动一段时间之后再受到相邻的下一根条形阻断部103的受力，这样使得被减速物受到条形阻断部103的阻挡的时间发生间断，导致被减速物受到的冲量增加，不利于被减速物的缓冲。

在被减速物动能和条形阻断部103的参数相同条件下，保证l_min的距离可以让每根条形阻断部103的拉伸断裂更加完全，减少所需条形阻断部103的数量，从而降低制造加工难度和生产成本，便于动能吸收装置的批量化生产。

图3是本发明第三实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；如图3所示，本发明第三实施例是在第一实施例的基础上，进一步地，多根条形阻断部103的长度沿动能方向依次增加，任意两根条形阻断部103的两个端部对应连接。

由于多根条形阻断部103的长度均不同，依次递增，而任意两根条形阻断部103的两个端部均对应连接，使得多根条形阻断部103连接后，形成“U”结构。

由于任意两根条形阻断部103的两个端部是对应连接，这样，多根条形阻断部103的两个端部均对应连接后只有两个端点，不需要占用大量的体积就能够将多根条形阻断部103的两个端部与第一固定端101和第二固定端102连接起来，节省了动能吸收装置的体积，便于动能吸收装置在狭小空间内的安装和使用。

为了保证动能吸收装置的动能吸收效果，设定多根条形阻断部103为n+1根，n≧1且为正整数，条形阻断部103为纤维束，纤维束可以为单丝纤维束，也可以为多丝纤维束，n+1根纤维束的长度沿动能方向依次增加，n+1根纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L、L₁、L₂…L_n-1和L_n满足下列关系式，

L₁＝ΔL×∮％

L₂＝(L+ΔL₁)×∮％

…

L_n＝(L+ΔL₁+…+ΔL_n-1)×∮％

其中ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度，符合公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)

公式中，F为恒力且F＝E×S×∮％，

其中，E为纤维束的材料的拉伸模量

∮％为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度。

采用这样设置，能够准确设计和控制动能缓冲装置采用纤维束作为条形阻断部103时，所需要的纤维束根数及每根纤维束的长度，提高制造精度，同时降低制造成本。

同时，本实施例中的每根条形阻断部103包括断裂部，断裂部为每根条形阻断部103的中部，用于与被减速物接触并断裂，断裂部与动能方向相互垂直。将条形阻断部103的断裂部设置在中部，同时断裂部与动能反向垂直设置，在当被减速物与断裂部接触的时候，受力点为断裂部，被减速物受到断裂部的反作用力的方向与动能方向对应相反，不会产生其他方向的分力，并且受到条形阻断部103的两个端部对中部的断裂部的拉力也更加平均，使得条形阻断部103拉伸断裂的能量绝大部分源自于被减速物的动能的转化，实现利用条形阻断部103的拉伸形变所需的能量来消耗被减速物的动能，实现对被减速物进行减速缓冲。

最为主要的是采用这种长度设置的条形阻断部103，能够实现相邻的条形阻断部103的连续断裂而实现相邻的条形阻断部103无缝对接，在前一根条形阻断部103要断裂而未断裂之时，被减速物已经运动到相邻的下一根条形阻断部103要开始受力而未开始受力处。前一根条形阻断部103断裂时，在可以忽略的极短时间内，被减速物立刻受到相邻的条形阻断部103的阻拦力，这样使得被减速物受到多根条形阻断部103的连续力的阻挡做功，持续消耗被减速物的动能而不会使得被减速物与单根条形阻断部103产生较大的冲量，从而使得被减速物和条形阻断部103都受到较大的冲击力。

如果每根条形阻断部103的长度大于设计值，会使得条形阻断部103在为未断裂之前就受到下一根相邻的条形阻断部103的阻力，使得被减速物受到的阻力增加，被减速物依旧受到较大的冲量；如果每根条形阻断部103的长度小于设计值，会使得条形阻断部103在完全断裂后，运动一段时间之后再受到相邻的下一根条形阻断部103的受力，这样使得被减速物受到条形阻断部103的阻挡的时间发生间断，导致被减速物受到的冲量增加，不利于被减速物的缓冲。

为了验证本实施例的效果，研发人员进行长期实验，下述实验均以上述公式为参照，考虑到纤维滑移、单丝受力不均等情况，加大了纤维用量，实验结果值较理论值偏大，除去测量误差的影响，实验结果符合预期。

对照实验1

用质量为3.28Kg的法码(用φ2mm的钢绳，钢绳的额定拉力为200Kg)做自由落体运动，高程为10米，实验结果为钢绳断，测得的最大冲击力力1100Kg。

实验2

动能吸收装置中条形阻断为50根，其中每根条形阻断部103为1000根单丝纤维组成，其中L最短纤维束长度为110mm的PBO纤维束(每束为1000根单丝，E为280Gpa，∮％为2.5，单丝直径为17微米)，多根纤维束间隔布置，弯曲呈“U”形，任意两根相邻纤维束之间间隔2.5mm排列，纤维束两端收陇并压紧(使单丝无相对滑移)。

把动能吸收装置架设在对照实验1的装置上，第一固定端101和第二固定端102与对照实验组连接，调整本实施例的动能吸收装置的位置，使被减速物的冲击力作用在纤维束的中心，即将钢绳的路径设置在弯曲呈“U”形的中心，重复对照实验实验，砝码自由落体，钢绳对纤维束冲击，将50组纤维束全部拉断，钢绳不断，测得的最大冲击力为98Kg。此时仍有少量自由落体产生的动能未消耗掉，但己达预期效果。

实验3

将PBO纤维束改为60根，其余实验条件不变，重复实验2，实验结果为钢绳不断，60组纤维束未全断(8组未断)，测得的最大冲击力为55Kg。此时砝码自由落体产生的动能己全部消耗完，转换为PBO纤维束的势能，己达预期效果。

实验4

动能吸收装置中条形阻断为50根，其中每根条形阻断部103为1000根单丝纤维组成，其中L最短纤维束长度为110mm的对位芳纶纤维束(每束为1000根单丝，E为109Gpa，∮％为2.4单丝直径为17微米)，多根纤维束间隔布置，弯曲呈“U”形，每束纤维间隔2.5mm排列，纤维束两端收陇并压紧(使单丝无相对滑移)。

把动能吸收装置架设在对照实验1的装置上，第一固定端101和第二固定端102与对照实验组连接，调整动能吸收装置的位置，使被减速物的冲击力作用在纤维束的中心，即将钢绳的路径设置在弯曲呈“U”形的中心，重复对照试验实验，砝码自由落体，钢绳对纤维束冲击，50组纤维束全断，测得的最大冲击力为290Kg。此时仍有大量自由落体产生的动能未消耗掉。

实验5

将对位芳纶纤维束改为100根，其余实验条件不变，重复实验4，实验结果为钢绳不断，100组纤维束未全断(10组未断)，测得的最大冲击力为30Kg。此时自由落体产生的动能己全部消耗完，己达预期效果。

通过实验可以得出，本实施例具有良好的动能吸收效果，同时结构简单，制造方便成本低廉。能够广泛应用在各个领域，具有明显的减速缓冲作用，能够快速减少运动物体的动能，相应减少其冲击力，尤其适用于高速物体的缓冲，具有极大的经济价值。

图4是本发明第四实施例提供的动能吸收装置的俯视示意图；如图4所示，本发明第四实施例是在第一实施例的基础上，进一步地，

为了提高本实施例的动能吸收效果，条形阻断部103弯曲呈“U”形，弯曲呈“U”形的条形阻断部的开口端的两端分别与第一固定端101和第二固定端102连接。弯曲呈“U”形的条形阻断部较其他形状的条形阻断部103的受力状态更好，当被减速物冲击到弯曲呈“U”形的条形阻断部上的时候，弯曲呈“U”形的条形阻断部的开口端的受力方向与动能方向接近，实现了弯曲呈“U”形的条形阻断部的两个端部形变主要为拉伸形变，减少弯曲呈“U”形的条形阻断部的两个端部受到的剪力，保证了弯曲呈“U”形的条形阻断部通过拉伸形变来对被减速物的动能的消耗，从而达到对被减速物更好的缓冲作用。

图5是本发明第五实施例提供的动能吸收装置的旋转卡接机构的部分结构的剖视示意图；图6是本发明第五实施例提供的动能吸收装置的旋转卡接机构的剖视示意图；如图5-6所示，本发明第五实施例提供的动能吸收装置是在第一实施例的基础上，进一步地，还包括旋转卡接结构，旋转卡接结构包括棘轮106和卡块，卡块包括盖板104和两个握爪105，盖板104的一侧设置两个握爪105，握爪105相邻设置，握爪105外侧为圆弧形，握爪105内侧为平面，平面相对设置，平面上设有多个不规则凸棱和凹槽，凸棱和凹槽相互对应，握爪105的靠近盖板104一端的外廓尺寸大于握爪105远离盖板104一端的外廓尺寸，握爪105的外廓尺寸渐变，棘轮106设有多个棘齿，棘轮106开设有沿棘轮106径向贯穿的径向通孔107，棘轮106的中部设有轴向通孔108，通孔与握爪105外侧相匹配，用于容纳握爪105。

两个旋转卡接结构分别设置在第一固定端101和第二固定端102上，第一固定端101和第二固定端102设有与棘轮106相配合的内齿轮。使用的时候先将条形阻断部103穿过旋转卡接结构的径向通孔107内，然后，利用卡块的握爪105，对齐条形阻断部103，让握爪105的两个平面夹持条形阻断部103，将卡块插入到棘轮106的轴向通孔108内，利用卡块与棘轮106形成的榫卯机构将条形阻断部103固定，然后沿可转动方向转动棘轮106，将条形阻断部103的端部缠绕在棘轮106上，利用摩擦力将条形阻断部103再次固定，当条形阻断部103受到拉伸力的时候，由于棘轮106的特性，棘轮106不会反向转动，缠绕在棘轮106外的条形阻断部103收紧，条形阻断部103与棘轮106的摩擦力增加，保证了条形阻断部103不会发生滑动，同时结合卡块的夹持，实现双重固定，固定效果更加明显，而且方便安装和更换，降低了动能吸收装置的安装维护成本。

图7是本发明第六实施例提供的动能缓冲吸收装置的侧视示意图；如图7所示，本发明第六实施例提供了一种动能缓冲吸收装置，包括滑动卡接部201和本发明提供的动能吸收装置，优选地为第三实施例提供的动能吸收装置，滑动卡接部201设有与第三实施例提供的动能吸收装置的条形阻断部103配合的卡接结构202，滑动卡接部201与被减速物连接，条形阻断部103与被减速物的运动方向相交。

采用本发明提供的动能缓冲吸收装置能够利用滑动卡接部201与被减速物连接，当被减速物高速运动，经过第一固定端101和第二固定端102之间的时候，滑动卡接部201上的卡接结构202会与第一固定端101和第二固定端102之间的条形阻断部103接触相交，然然后卡接结构202拉动条形阻断部103发生拉伸形变，直至条形阻断部103断裂，在这个过程中，通过对条形阻断部103做功来消耗被减速物的动能，实现被减速物快速稳定的减速，进而减少被减速物的冲击力。

优选地，滑动卡接部201的卡接结构202为凹槽，凹槽能够与条形阻断部103配合，被减速物与卡块连接。

图8是本发明第七实施例提供的动能吸收装置的纤维束固定机构剖视示意图。如图8所示，本发明第七实施例提供的动能吸收装置是在第三实施例的基础上，进一步地，还包括纤维束固定结构，所述纤维束固定结构包括底座109、圆台110和端盖111，所述底座109的顶面设有容纳所述圆台110的凹槽，所述底座109的底面设有用于容纳所述纤维束的通孔，所述通孔与所述凹槽连通，所述圆台110的锥面锲入所述凹槽内，所述圆台110的锥面与所述凹槽的表面贴合，所述端盖111罩扣在所述底座109的顶面外，所述圆台110设置在所述端盖111与所述底座109之间，所述圆台110伸入凹槽的端面与所述凹槽的底面之间具有间隙，通过间隙能够避免所述圆台110将纤维束压断，所述端盖111与所述底座109螺纹连接，所述纤维束固定结构分别相对设置在所述第一固定端101和所述第二固定端102上。

使用的时候将纤维束通过底座109上的通孔穿入到凹槽内，将纤维束中每根纤维丝沿凹槽的表面均匀铺开，使得纤维束中的每根纤维丝沿圆台110的锥面铺开，将圆台110嵌入到底座109的凹槽内，使得圆台110的锥面与底座109的凹槽的表面相互贴合，将每根纤维丝都压紧，避免出现滑丝现象，然后将端盖111罩扣在圆台110的外侧，同时端盖111罩扣在底座109的外侧，端盖111与底座109通过螺纹连接，端盖111的边缘设有内螺纹，底座109的外侧设有相对应的外螺纹，通过旋拧端盖111，在螺纹连接的作用下，端盖111向凹槽内挤压圆台110，使得圆台110与凹槽的贴合更加紧密，使得纤维束的固定更加牢固。

本发明第八实施例提供了第三实施例提供的动能吸收装置的制作工艺，包括步骤：

S1.拟定所需纤维束根数，纤维束根数为n+1，n≧1且为正整数，

S2.选定纤维束，确定纤维束的材料的拉伸模量E、纤维束的材料的断裂伸长率∮％、纤维束的横截面的面积S，

S3.确定被减速物的动能W的方向和大小，

S4.确定最短的纤维束的长度L，

S5.将S1-S4中确定值带入公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)中，拟定符合公式的ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n，

其中，ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度

F为恒力且F＝E×S×∮％

E为纤维束的材料的拉伸模量

∮％为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度，

S6.根据ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n确定n+1根纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L₁、L₂…L_n-1和L_n计算公式如下，

L₁＝ΔL×∮％

L₂＝(L+ΔL₁)×∮％

…

L_n＝(L+ΔL₁+…+ΔL_n-1)×∮％，

S7.将任意两根纤维束的两个端部对应连接，然后将n+1根纤维束分别与第一固定端101和第二固定端102连接，第一固定端101与第二固定端102之间的距离小于等于L，

S8.布置第一固定端101和第二固定端102，第一固定端101与第二固定端102的连线与动能方向相交。

通过这种方法对动能吸收装置进行设计和制造，能够在采用纤维束作为条形阻断部103时，根据选用的纤维束的特性，能够快速准确的计算出依次递增的多根纤维束的长度，提高了动能吸收装置的生产效率，同时能够保证对被减速物的动能进行消耗，实现被减速物的快速高效的减速缓冲。

在本发明中，条形阻断部103可以为纤维束。其中纤维束的材质可以优选为PBO纤维、对位芳纶纤维、超高强PE纤维等。

在本发明中，条形阻断部103还可以为阻断带。阻断带的材质优选为优选为PBO纤维、对位芳纶纤维、超高强PE纤维等其他高分子材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动能吸收装置，其特征在于，包括第一固定端、第二固定端和条形阻断部，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔设置，每根所述条形阻断部的两个端部分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接。

2.根据权利要求1所述的动能吸收装置，其特征在于，多根所述条形阻断部均与动能方向位于同一平面。

3.根据权利要求1所述的动能吸收装置，其特征在于，多根所述条形阻断部平行设置，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔的距离相等。

4.根据权利要求3所述的动能吸收装置，其特征在于，任意两根相邻的所述条形阻断部之间间隔的距离小于等于l_min，

其中，任意两根相邻的所述条形阻断部沿动能方向长度分别为L_n和L_n+1，其中下角标n+1为大于等于1的整数；

l_min为任意两根所述条形阻断部之间间隔的距离，

为条形阻断部的断裂伸长率。

5.根据权利要求1所述的动能吸收装置，其特征在于，多根所述条形阻断部的长度依次增加，任意两根所述条形阻断部的两个端部对应连接。

6.根据权利要求5所述的动能吸收装置，其特征在于，多根所述条形阻断部为n+1根，n≧1且为正整数，所述条形阻断部为纤维束，n+1根所述纤维束的长度依次增加，n+1根所述纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L、L₁、L₂…L_n-1和L_n满足下列关系式，

…

其中ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度，符合公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)

公式中，F为恒力且

其中，E为纤维束的材料的拉伸模量

为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度。

7.根据权利要求1所述的动能吸收装置，其特征在于，所述条形阻断部弯曲呈“U”形，所述弯曲呈“U”形的条形阻断部的开口端的两端分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接。

8.根据权利要求1所述的动能吸收装置，其特征在于，每根所述条形阻断部包括断裂部，所述断裂部为每根所述条形阻断部的中部，用于与被减速物接触并断裂，所述断裂部与动能方向相互垂直。

9.一种动能缓冲吸收装置，其特征在于，包括滑动卡接部和权利要求1-8任意一项所述的动能吸收装置，所述滑动卡接部设有与权利要求1-8任意一项所述的动能吸收装置的所述条形阻断部配合的卡接结构，所述滑动卡接部与被减速物连接，所述条形阻断部与被减速物的动能方向相交。

10.一种权利要求6所述动能吸收装置的制作工艺，其特征在于，包括步骤：

S1.拟定所需纤维束根数，纤维束根数为n+1根，n≧1且为正整数，

S2.选定纤维束，确定纤维束的材料的拉伸模量E、纤维束的材料的断裂伸长率纤维束的横截面的面积S，

S3.确定被减速物的动能W的方向和大小，

S4.确定最短的纤维束的长度L，

S5.将S1-S4中确定值带入公式W＝F(ΔL₁+ΔL₂+…+ΔL_n)中，拟定符合公式的ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n，

其中，ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n分别为纤维束断裂后的伸长长度

F为恒力且

E为纤维束的材料的拉伸模量

为纤维束的材料的断裂伸长率

S为纤维束的横截面面积

L为最短的纤维束的长度

W为动能，W＝mv²

m为被测量物的质量

v为被测量物体的速度，

S6.根据ΔL₁、ΔL₂…ΔL_n确定n+1根所述纤维束的长度分别为L、L₁、L₂…L_n-1和L_n，其中L₁、L₂…L_n-1和L_n计算公式如下，

…

S7.将任意两根所述纤维束的两个端部对应连接，然后将n+1根所述纤维束分别与所述第一固定端和所述第二固定端连接，所述第一固定端与所述第二固定端之间的距离小于等于L，

S8.布置所述第一固定端和所述第二固定端，所述第一固定端与第二固定端的连线与动能方向相交。