專利名稱：一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置及方法，具體地說是一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置及其測試方法。
背景技術(shù)：
游泳是一項(xiàng)技術(shù)含量很高的競技體育運(yùn)動?？萍技夹g(shù)的發(fā)展，極大地推進(jìn)了游泳競技的水平。如鯊魚服的使用，使是運(yùn)動員身體與水的摩擦進(jìn)一步降低，游泳速度得以提升。從訓(xùn)練角度來說，增加運(yùn)動阻力的措施和方法，能使運(yùn)動員在體能、動作、姿勢等訓(xùn)練中得到更大收益。常用的增加阻力做法是橡皮條拖拉、腳踝阻力橡皮圈、穿著普通長袖衣褲等。其中前兩項(xiàng)屬于身體局部受力，從訓(xùn)練角度來考慮，這種方法可能對動作帶來不利影響。如果開發(fā)出全身穿著具有阻力的服裝，這種全身均勻受力的增阻效果，會對訓(xùn)練更加有力。研發(fā)能夠定量測定織物阻力面料的方法，對判斷、研制訓(xùn)練用阻力服裝是十分重要的工作。本發(fā)明源于研發(fā)阻力訓(xùn)練游泳服的實(shí)際科研工作，提供一種定量測試織物面料水中阻力的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白而提出一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述裝置進(jìn)行織物阻力測試的方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下具體技術(shù)方案—種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，所述裝置包括水槽、承載織物面料的T 型漂浮體、拖拉傳動裝置、電動機(jī)牽引系統(tǒng)和壓力傳感器；所述T型漂浮體由頂板和測試板構(gòu)成，該頂板呈U型，頂板長度長于測試板，垂直板與測試板之間的夾角為90度；所述T型漂浮體置于水槽中；所述拖拉傳動裝置包括三個滑輪，該三個滑輪呈等腰三角形排布并與測試板處于同一方向，滑輪之間設(shè)有拖拉線，該拖拉線一端連接T型漂浮體；所述電動牽引系統(tǒng)包括電機(jī)、繞線輪和制動裝置，所述拖拉線另一端連接該電機(jī)；所述壓力傳感系統(tǒng)觸力傳感器和稱重控制儀組成，該壓力傳感器位于三個滑輪中的中間滑輪的底部，并與稱重控制儀連接。所述中間滑輪與所述壓力傳感器之間設(shè)有支撐體。所述U型板前端為弧形邊，所述弧形邊上設(shè)有懸掛拖拉線的懸掛部。所述水槽與滑輪接近的一側(cè)壁上設(shè)有凹槽。所述水槽長5 6米，寬0.6 1.0米，高0.4 0.6米。水槽長的1/2處設(shè)有標(biāo)記1，與標(biāo)記1相隔2米近凹槽一側(cè)處設(shè)有標(biāo)記2。一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的方法，所述方法步驟如下(1)將待測面料利用粘合劑粘貼固定在T型漂浮體測試板兩側(cè)，放置M小時，待粘合劑干透方可進(jìn)行水中測試；(2)水槽中注水至凹槽處，T型漂浮體置于水槽另一端中央，調(diào)整拖拉線，使拖拉線呈水平，之后，開啟壓力傳感系統(tǒng)開關(guān)，記錄壓力初始值；(3)電機(jī)開啟，T型漂浮體由水槽的一端駛向另一端，當(dāng)運(yùn)行到標(biāo)記1處，開始計時，運(yùn)行到離水槽標(biāo)記2處計時停止。在標(biāo)記1到標(biāo)記2運(yùn)行區(qū)間，讀取壓力傳感系統(tǒng)讀數(shù)， 用該讀書減去壓力初始值即為Flli ；當(dāng)計時停止時，關(guān)閉電機(jī)，滑輪停止轉(zhuǎn)動，完成測試；重復(fù)5次取其算術(shù)平均值。還包括步驟(4)利用分力求合力將中間滑輪與兩端滑輪的垂直高度差設(shè)為a，將水平距離設(shè)為b，利用a2+b2 = C2公式即可求出斜邊c ；根據(jù)FZiFlli= c/a，可以計算出F。在測試過程中，首先測試基底面料的阻力Fesw4，然后測試阻力面料的阻力Fbab 料，利用F水Φ阻力=F阻力Jm-Fesw4，所述基底面料和阻力面料均為待測面料材質(zhì)，所述阻力面料上固定有凸起。所述阻力面料上固定有錯位排布的三角形凸起。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述裝置制備簡單，成本低廉，非常適于實(shí)驗(yàn)室使用，且本發(fā)明方法簡便易行，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，適合不同面料之間水中阻力的比較。為后期科研及產(chǎn)品面料選擇提供有力的數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明的可實(shí)施性和突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)以及積極效果可通過以下實(shí)例得以體現(xiàn)，但不限制其范圍。


圖1為T型漂浮體結(jié)構(gòu)示意圖，左上位側(cè)視圖，右上為主視圖，左下為俯視圖；圖2為本發(fā)明拖拉傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為壓力計算示意圖；圖4為水槽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明裝置1、測試專用水槽槽體1材料可用不銹鋼、玻璃鋼、磚混凝土等制成，長5 6米， 寬0. 6 1. 0米，高0. 4 0. 6米。在其拖拉方向有一個預(yù)留拖拉線凹槽2，水面高度與凹槽高度相同。2、承載織物面料的T型漂浮體本發(fā)明所設(shè)計的漂浮體如圖1所示，T型浮體是由泡沫所料頂面3和垂直測試板4粘合而成，測試板可采用塑料材質(zhì)，并在頂面前端制成船頭形狀以穩(wěn)定運(yùn)行，并在前端尖點(diǎn)處安裝拖拉掛鉤。利用小鐵釘調(diào)節(jié)不同重量面料重量的差別。在進(jìn)行測試時，需先采用粘貼方法將欲測試面料固定在垂直板兩側(cè)(迎水面要保持面料的整體性)，待粘合劑干透方可進(jìn)行水中測試。頂板寬160mm，厚30mm，測試板長270mm， 厚 1. 5mm ο3、拖拉傳動裝置本發(fā)明利用電動機(jī)帶動滑輪，拖拉T型漂浮體向前水平運(yùn)動，由于測試板上粘附的面料與水發(fā)生磨擦從而產(chǎn)生阻力。此力傳到拖拉線5上，由于拖拉線5上無法安裝測力裝置，本發(fā)明設(shè)計出拖拉式力傳動裝置，使水平的力在用滑輪改變方向后產(chǎn)生的可測量壓力(中間滑輪6底部設(shè)支撐桿，支撐桿底部放置壓力傳感器)，從而根據(jù)力學(xué)原理計算出拖拉力。中間滑輪6與下面兩個滑輪7呈等腰三角形排布，中間滑輪與底角的滑輪之間的垂直距離為140mm，水平距離為440mm。拖拉式力傳動裝置示意圖如圖2所示。4、電動機(jī)牽引系統(tǒng)采用常規(guī)小型電動機(jī)，配以繞線輪和制動裝置。繞線輪的尺寸根據(jù)拖拉速度的需求可以更換尺寸；在斷電后，電機(jī)轉(zhuǎn)輪由于慣性還要繼續(xù)轉(zhuǎn)動，制動裝置可及時停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動。5、壓力傳感器系統(tǒng)壓力傳感器系統(tǒng)是由FS系列觸力傳感器和CH稱重控制儀組成。本發(fā)明采用FSG-15NIA型傳感器，觸力范圍為0. 0 1500. 0克，量程為290mV 430mV， 靈敏度0. 24mV/克力。CH稱重控制儀技術(shù)指標(biāo)為輸入信號為mV，測量控制周期60mS，測量分辨率1/16000 (14位A/D轉(zhuǎn)換器)測量顯示精度0. 2% F. S0實(shí)施例2測試方法1、首先裁制面積相同的基底面料和阻力面料(長h 27厘米，寬12厘米)，基底面料和阻力面料均為待測面料材質(zhì)，基底面料和阻力面料的區(qū)別在于，阻力面料表面固定了 2X61個交錯排列的三角形兜水凸起；將基底面料或阻力面料采用粘貼方法料固定在測試板兩側(cè)(迎水面要保持的整體性)，放置M小時，待粘合劑干透方可進(jìn)行水中測試；2、一名實(shí)驗(yàn)人員將拖拉線與T型浮體連接，放置水槽一端水面中部，雙手撫住。第二位實(shí)驗(yàn)人員在水槽另一端(拖拉線置于凹槽內(nèi))，調(diào)整電機(jī)繞線輪，使拖線呈水平。之后，開啟壓力傳感器開關(guān)，記錄壓力初始值(由于中間滑輪和固定滑輪的方形滑竿本身有重力，故有壓力初始值)，準(zhǔn)備開動電機(jī)。此時，第三位實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)將普通體育用計時秒表調(diào)好，準(zhǔn)備記錄T型浮體運(yùn)動到水池中部兩米區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行時間，有了距離0米)和時間(秒表讀書)，就可得到T型浮體的運(yùn)行速度。在開動電機(jī)前，第二位實(shí)驗(yàn)員(電機(jī)開啟者)，一只手掌握電動機(jī)開關(guān)，另一只手要把住電機(jī)制動手柄，以便隨時停止拖線輪轉(zhuǎn)動。另外，電機(jī)開啟者，還是壓力傳感器讀數(shù)的讀取者和實(shí)驗(yàn)號令的下達(dá)者。3、實(shí)驗(yàn)號令下達(dá)的同時，手扶T型漂浮體者迅速放開浮體，實(shí)驗(yàn)號令下達(dá)者同時開啟電機(jī)，T型漂浮體由水槽的一端被拖向另一端，當(dāng)運(yùn)行到水槽中部(標(biāo)記1)，第三位實(shí)驗(yàn)人員開始計時，運(yùn)行到離標(biāo)記ι兩米處的標(biāo)記2處，計時停止。在運(yùn)行計時區(qū)間，電機(jī)啟動人員讀取壓力傳感系統(tǒng)讀數(shù)。當(dāng)計時停止時，電機(jī)啟動人員可開始關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，之后， 制動繞線輪，停止轉(zhuǎn)動。完成了測試。重復(fù)5次取其算術(shù)平均值。4、更換另一尺寸的繞線輪后，按照同樣的實(shí)驗(yàn)方法可進(jìn)行另一速度下的阻力測
試ο實(shí)施例3阻力計算1、利用分力求合力實(shí)驗(yàn)用T型漂浮體在電動機(jī)的拖拉下經(jīng)由滑輪向前運(yùn)行，通過滑輪傳動裝置的傳遞，將拖力分解為水平分力和垂直分力，垂直分力數(shù)值可用壓力傳感器準(zhǔn)確顯示。根據(jù)力的分解圖(見圖幻，有了直角三角形的兩個直角邊，三角形斜邊根據(jù)a2+b2 = C2公式即可求出斜邊C。將圖2中尺寸帶入公式中，得到C2 = a2+b2 = 1402+4402 = 213200，所以c = 462。 按照式(1)進(jìn)行計算，當(dāng)Fe直數(shù)值已知(由壓力傳感器讀取)，合力F即可求出。FZFlffi= 462/140(1)2、基底面料阻力的扣除本發(fā)明中力的傳遞系統(tǒng)存在摩擦阻力，這樣拖拉的力應(yīng)該由面料阻力和系統(tǒng)所有摩擦力和其它阻力組成。而我們真正關(guān)心的是面料阻力，這樣就涉及系統(tǒng)所有摩擦力和其它阻力排除的問題。本方法發(fā)明扣除“本底”的方法來扣除系統(tǒng)所有摩擦力和其它阻力。具體做法是先用基底面料按照測試方法進(jìn)行“基底面料”的阻力測試和計算，得出Fesw4，再用阻力面料(在基底面料上固定有阻力凸起)按照測試方法進(jìn)行“阻力面料”的阻力測試和計算，得出，兩者之差即為阻力面料的水中阻力。計算公式為式(2):F水中阻力=F阻力面料一F基底面料(2)具體試驗(yàn)例實(shí)施例4基底面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對普通平紋棉布面料進(jìn)行了水中阻力測試。面料與水接觸面積為2 X 27 X 12 = 0. 0648m2。水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 50米/秒，壓力傳感器讀數(shù)70. 97 克(已扣除初始值，為F_)，根據(jù)式(1)，可計算出合力Fesw4= 462/140X70. 97 = 2 . 52 (克)=2.四5(牛頓)(1 克=9. 8067 X IO-3 牛頓)。實(shí)施例5基底面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對普通平紋棉布面料進(jìn)行了水中阻力測試，面料與水接觸面積為2X27X 12 = 0. 0648m2。水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 67米/秒，壓力傳感器讀數(shù) 103. 27克(已扣除初始值，為F垂直)，根據(jù)式(1)，可計算出合力F基底面料=462/140X 103. 27 =；340.79(克)=3. 340(牛頓)(1 克=9. 8067X 1(Γ3 牛頓)。實(shí)施例6基底面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對普通平紋棉布面料進(jìn)行了水中阻力測試，面料與水接觸面積為2Χ27Χ 12 = 0. 0648m2。水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 77米/秒，壓力傳感器讀數(shù) 163. 33克(已扣除初始值，為F垂直)，根據(jù)式(1)，可計算出合力F基底面料=462/140X 163. 33 =538.99(克)=5.沘2(牛頓)(1 克=9. 8067X 1(Γ3 牛頓)。實(shí)施例7阻力面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對阻力面料(在面積為2X27cmX 12cm = 0. 0648m2的普通平紋棉布面料上固定了 2X61個交錯排列的三角形兜水凸起)進(jìn)行了水中阻力測試，水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 50米/秒，壓力傳感器讀數(shù)131. 14克(已扣除初始值，為Flli)，根據(jù)式(1)，可計算出合力F阻力面料=462/140X131. 14 = 432. 76 (克)=4. 241(牛頓)(1克= 9. 8067父1(^牛頓)。實(shí)施例8阻力面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對阻力面料(在面積為2X27cmX 12cm = 0. 0648m2的普通平紋棉布面料上固定了 2X61個交錯排列的三角形兜水凸起，)進(jìn)行了水中阻力測試，水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 67米/秒，壓力傳感器讀數(shù)202. 02克(已扣除初始值，為F11直)，根據(jù)式(1)，可計算出合力F阻力面料=462/140 X 202. 02 = 666. 67 (克)=6· 533 (牛頓)(1克=9. 8067父1(^牛頓)。實(shí)施例9阻力面料水中阻力測試按照本發(fā)明測試方法，對阻力面料(在面積為2X27cmX 12cm = 0. 0648m2的普通平紋棉布面料上固定了 2X61個交錯排列的三角形兜水凸起)進(jìn)行了水中阻力測試，水中運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)值為0. 77米/秒，壓力傳感器讀數(shù)M8. 10克(已扣除初始值，為F11直)，根據(jù)式(1)，可計算出合力F阻力面料=462/140 X 248. 10 = 818. 73 (克)=8. 024 (牛頓)(1克= 9. 8067父1(^牛頓)。實(shí)施例10阻力面料水中阻力計算按照本發(fā)明阻力計算，在相同運(yùn)動速度=0. 5米/秒情況下，利用式⑵對阻力面料進(jìn)行了水中阻力計算，F(xiàn)水中阻力=F阻力面料-Fesam= 4. 241-2. 295 = 1. 946(牛頓)。實(shí)施例11阻力面料水中阻力計算按照本發(fā)明阻力計算，在相同運(yùn)動速度=0. 67米/秒情況下，利用式(2)對阻力面料進(jìn)行了水中阻力計算，F(xiàn)水中阻力=Fa力面料-Fesam= 6. 533-3. 340 = 3. 193(牛頓)。實(shí)施例12阻力面料水中阻力計算按照本發(fā)明阻力計算，在相同運(yùn)動速度=0. 77米/秒情況下，利用式(2)對阻力面料進(jìn)行了水中阻力計算，F(xiàn)水中阻力=F阻力面料-F基底面料=8. 024-5. 282 = 2. 7似(牛頓)。
權(quán)利要求
1.一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，所述裝置包括水槽、承載織物面料的T型漂浮體、拖拉傳動裝置、電動機(jī)牽引系統(tǒng)和壓力傳感器；所述T型漂浮體由頂板和測試板構(gòu)成，該頂板呈U型，頂板長度長于測試板，垂直板與測試板之間的夾角為90度； 所述T型漂浮體置于水槽中；所述拖拉傳動裝置包括三個滑輪，該三個滑輪呈等腰三角形排布并與測試板處于同一方向，滑輪之間設(shè)有拖拉線，該拖拉線一端連接T型漂浮體；所述電動牽引系統(tǒng)包括電機(jī)、繞線輪和制動裝置，所述拖拉線另一端連接該電機(jī)；所述壓力傳感系統(tǒng)觸力傳感器和稱重控制儀組成，該壓力傳感器位于三個滑輪中的中間滑輪的底部，并與稱重控制儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，所述中間滑輪與所述壓力傳感器之間設(shè)有支撐體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，所述U型板前端為弧形邊，所述弧形邊上設(shè)有懸掛拖拉線的懸掛部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，所述水槽與滑輪接近的一側(cè)壁上設(shè)有凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，所述水槽長5 6米，寬0. 6 1. 0米，高0. 4 0. 6米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，其特征在于，水槽長的 1/2處設(shè)有標(biāo)記1，與標(biāo)記1相隔2米近凹槽一側(cè)處設(shè)有標(biāo)記2。
7.—種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的方法，其特征在于，所述方法步驟如下(4)將待測面料利用粘合劑粘貼固定在T型漂浮體測試板兩側(cè)，放置M小時，待粘合劑干透方可進(jìn)行水中測試；(5)水槽中注水至凹槽處，T型漂浮體置于水槽另一端中央，調(diào)整拖拉線，使拖拉線呈水平，之后，開啟壓力傳感系統(tǒng)開關(guān)，記錄壓力初始值；(6)電機(jī)開啟，T型漂浮體由水槽的一端駛向另一端，當(dāng)運(yùn)行到標(biāo)記1處，開始計時，運(yùn)行到離水槽標(biāo)記2處計時停止。在標(biāo)記1到標(biāo)記2運(yùn)行區(qū)間，讀取壓力傳感系統(tǒng)讀數(shù)，用該讀書減去壓力初始值即為Flli ；當(dāng)計時停止時，關(guān)閉電機(jī)，滑輪停止轉(zhuǎn)動，完成測試；重復(fù)5 次取其算術(shù)平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的方法，其特征在于，還包括步驟(4)利用分力求合力將中間滑輪與兩端滑輪的垂直高度差設(shè)為a，將水平距離設(shè)為 b，利用a2+b2 = C2公式即可求出斜邊c ；根據(jù)F/F垂直=c/a，可以計算出F。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的方法，其特征在于，在測試過程中，首先測試基底面料的阻力Fesw4，然后測試阻力面料的阻力Fbaew，利用F7Wfi A=F阻力面料-F繊面料，所述基底面料和阻力面料均為待測面料材質(zhì)，所述阻力面料上固定有凸起。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的方法，其特征在于，所述阻力面料上固定有錯位排布的三角形凸起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測試織物面料水中運(yùn)動阻力的裝置，包括水槽、承載織物面料的T型漂浮體、拖拉傳動裝置、電動機(jī)牽引系統(tǒng)和壓力傳感器；T型漂浮體由頂板和測試板構(gòu)成，該頂板呈U型，頂板長度長于測試板，垂直板與測試板之間的夾角為90度；所述拖拉傳動裝置包括三個滑輪，該三個滑輪呈等腰三角形排布并與測試板處于同一方向，滑輪之間設(shè)有拖拉線，該拖拉線一端連接T型漂浮體；所述電動牽引系統(tǒng)包括電機(jī)、繞線輪和制動裝置，所述拖拉線另一端連接該電機(jī)。本發(fā)明所述裝置制備簡單，成本低廉，非常適于實(shí)驗(yàn)室使用，且本發(fā)明方法簡便易行，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，適合不同面料之間水中阻力的比較。為后期科研及產(chǎn)品面料選擇提供有力的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號G01N33/36GK102323395SQ20111021835
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者傅吉全, 劉紅茹, 崔成民, 李秀艷, 潘波 申請人:北京服裝學(xué)院