一種室內外多環境狀態下路面動‑靜摩擦係數測定裝置的製作方法

2023-04-26 06:58:06

本發明涉及一種室內外多環境狀態下路面動-靜摩擦係數測定裝置。

背景技術：

路面抗滑性能是體現道路安全品質的重要內容,而輪胎與路面間摩擦係數是表徵其抗滑性能最重要的指標。穩定的路面摩擦係數能夠為快速行車提供良好的安全儲備,從而減少交通事故發生的可能,因此準確檢測並評價路面的摩擦係數顯得十分重要。

當前對於路表摩擦係數的測試方法仍主要以傳統的摩擦係數擺試儀為主，該方法的不足之處在於：(1)傳統的測定方法只能在定點靜態情況測定一種速度下的摩擦係數，其採樣頻率低、精度低、代表性差。(2)傳統的測試方法是逐點進行，耗時長，強度大，效率低，不利於在路面驗收或大規模檢測中快速全面的獲得路況信息。(3)在使用擺式摩擦係數測定儀的試驗操作中，由於擺下落的瞬間必須用手接住，會讓整個裝置產生振動，讀數精度受操作者影響較大，此外還存在壓力標定困難、測試結果再現性差等缺點。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種方便攜帶的室內外多環境狀態下路面動-靜摩擦係數測定裝置，便於測定室內或室外的路面滑動摩擦係數和靜摩擦係數。

為了解決上述問題，本發明包括試驗箱和摩擦係數測定裝置，所述的摩擦係數測定裝置設置在試驗箱內，所述的試驗箱包括底部開口的箱體和底板，所述的箱體寬度方向兩側立面採用透明材料，所述的摩擦係數測定裝置包括變頻電機、應變式測力計、滑塊和試驗平面，所述的滑塊的下端面上設置有橡膠材料，所述的變頻電機固定在箱體的底端一側，所述的滑塊的下端面放置在試驗平面上，且滑塊位於試驗平面上遠離變頻電機的一側，所述的滑塊通過掛鈎連接應變式測力計的一端，所述的變頻電機通過彈性連接繩連接應變式測力計的另一端，當所述的彈性連接繩繃緊時，所述的彈性連接繩與掛鈎位於同一條直線上且平行於試驗平面所在的平面，所述的試驗平面包括路面試驗臺和實際路面，當所述的試驗平面為路面試驗臺時，所述的底板封閉試驗箱的底面，所述的路面試驗臺固定設置在底板上，當所述的試驗平面為實際路面時，所述的底板不阻礙滑塊滑動放置在實際路面上。

為了便於切換測試平面，本發明還包括試驗平面更換裝置，所述的試驗箱的長度方向上遠離變頻電機的立面的底部設置有缺口，所述的底板沿長度方向滑動設置在試驗箱的底部，當底板向遠離變頻電機的方向滑動時，所述的底板存在穿過所述的缺口漏出試驗箱的狀態，所述的缺口的上邊緣高於試驗平面；所述的試驗平面更換裝置包括滑塊固定夾，所述的滑塊固定夾包括u型夾口和手柄，所述的滑塊的上下對立面上均設置有沿對立面寬度方向的卡槽，所述的u型夾口的兩個夾爪分別滑動設置在兩個卡槽內，所述的u型夾口的兩個夾爪的外側面均不突出於相應的對立面所在的平面，所述的u型夾口與手柄之間依次設置有內齒齒圈和移動塊，所述的內齒齒圈位於移動塊靠近u型夾口的一側，所述的u型夾口與內齒齒圈固定連接，內齒齒圈與移動塊轉動連接，移動塊與手柄的一端滑動連接，所述的移動塊與手柄的滑動方向為上下方向，所述的手柄的另一端穿過缺口所在的立面露出試驗箱外，手柄的內部為空腔，所述的手柄的另一端分別設置有第一驅動輪和第二驅動輪，所述的第一驅動輪和第二驅動輪均轉動連接在手柄內部，所述的手柄的管壁上設置有兩個槽口，所述第一驅動輪和第二驅動輪分別通過相應的槽口露出手柄，所述的第一驅動輪的中心固定連接有第一連接杆，所述的第一連接杆遠離第一驅動輪的一端固定連接有蝸杆，所述的蝸杆嚙合連接有第一齒輪，所述的移動塊上固定設置有齒條，所述的齒條與第一齒輪嚙合連接，所述的齒條的長度方向平行於移動塊與手柄的相對滑動方向，所述的第二驅動輪的中心固定連接有第二連接杆，所述的第二連接杆遠離第二驅動輪的一端穿過移動塊位於內齒齒圈內且固定連接有第二齒輪，當內齒齒圈的轉動中心線高於手柄的中心線一定距離時，所述的第二齒輪與內齒齒圈嚙合連接，所述的滑塊的長度等於滑塊的高度加上路面試驗臺的高度和底板的厚度。

為了避免手柄發生偏斜，本發明所述的缺口所在的立面內側還設置有導向圈，所述的導向圈通過固定杆固定連接在試驗箱上，導向圈套在手柄上。

為了便於復位，避免u型夾口對滑塊產生作用力，本發明所述的第一驅動輪和第二驅動輪上均設置有刻度，第一驅動輪的槽口和第二驅動輪的槽口中部均設置有刻度標記，當u型夾口所在的平面平行於豎直方向時，第二驅動輪的刻度標記指示在第二驅動輪的零刻度線的位置，當u型夾口的中線與手柄的中心軸線共線時，所述的第一驅動輪的刻度標記指示在第一驅動輪的零刻度線的位置。

為了便於靠近變頻電機的滑塊拉回復位，本發明所述的手柄位於試驗箱外的一端轉動設置有搖輪，所述的搖輪設置有連接線，所述的連接線穿過手柄空腔和u型夾口與滑塊連接。

為了所述的箱體的上側設置有提手，所述箱體在寬度方向上左半箱體和右半箱體，所述的左半箱體和右半箱體扣接成所述的整個箱體。

本發明的有益效果是：本發明通過將滑塊設置在試驗平面上，滑塊與試驗平面接觸的底面上設置有橡膠材料，以模擬輪胎的材料，滑塊與變頻電機之間設置有應變式測力計，能夠測試在拉動滑塊時的滑塊與試驗平面的摩擦力，然後通過摩擦力計算公式，反向推導計算摩擦係數，而變頻電機與應變式測力計之間通過彈性連接繩連接，能夠在測試靜摩擦力時更準確，避免在使用剛性繩時滑動由靜到動的瞬間過短，無法讀取滑塊在發生變化時的應變式測力計上的度數。本發明既可以用在室內對路面試驗臺進行模擬路面相對於輪胎的摩擦係數測定，還可以便於進行在實際路面上進行測定，實現多環境下的動-靜摩擦係數的測定，測定裝置設置在箱體內更加便於攜帶。

附圖說明

圖1為本發明測試路面試驗臺時的結構示意圖；

圖2為本發明測試路面試驗臺時的側視示意圖；

圖3為本發明測試實際路面時的結構示意圖；

圖4為本發明滑塊固定夾與滑塊的連接示意圖；

圖5為滑塊固定夾的手柄內部示意圖。

其中：1、箱體，2、變頻電機，3、彈性連接繩，4、路面試驗臺，5、底板，6、應變式測力計，7、滑塊，8、滑塊固定夾，9、導向圈，10、連接線，11、提手，12、搖輪，13、缺口，71、橡膠材料，81、u型夾口，82、內齒齒圈，83、移動塊，84、手柄，821、第二齒輪，822、第二連接杆，823、第二驅動輪，831、齒條，832、蝸杆，833、第一齒輪，834、第一連接杆，835、第一驅動輪。

具體實施方式

如圖1和圖2所示的室內外多環境狀態下路面動-靜摩擦係數測定裝置，包括試驗箱1和摩擦係數測定裝置，所述的摩擦係數測定裝置設置在試驗箱內，所述的試驗箱包括底部開口的箱體1和底板5，所述的箱體1的寬度方向兩側立面採用透明材料，透明的箱體1便於觀察應變式測力計6的讀數，所述的箱體1的上側設置有提手11，所述箱體1在寬度方向上左半箱體和右半箱體，所述的左半箱體和右半箱體扣接成所述的整個箱體1，所述的摩擦係數測定裝置包括變頻電機2、應變式測力計6、滑塊7和試驗平面，所述的滑塊7的下端面上設置有橡膠材料71，橡膠材料71用來模擬輪胎材料，所述的變頻電機2固定在箱體1的底端一側，所述的滑塊7的下端面放置在試驗平面上，且滑塊7位於試驗平面上遠離變頻電機2的一側，所述的滑塊7通過掛鈎連接應變式測力計6的一端，所述的變頻電機2通過彈性連接繩3連接應變式測力計6的另一端，彈性連接繩3能夠避免使用剛性繩時測試靜摩擦力時拉拽瞬間過短，數據較難讀取的情況，當所述的彈性連接繩繃3緊時，所述的彈性連接繩3與掛鈎位於同一條直線上且平行於試驗平面所在的平面，所述的試驗平面包括路面試驗臺4和實際路面，當所述的試驗平面為路面試驗臺4時，所述的底板5封閉試驗箱1的底面，所述的路面試驗臺4固定設置在底板上，當所述的試驗平面為實際路面時，所述的底板5不阻礙滑塊7滑動放置在實際路面上。

本實施例還包括試驗平面更換裝置，所述的試驗箱1的長度方向上遠離變頻電機2的立面的底部設置有缺口13，所述的底板5沿長度方向滑動設置在試驗箱1的底部，當底板5向遠離變頻電機2的方向滑動時，所述的底板5存在穿過所述的缺口13漏出試驗箱1的狀態，所述的缺口13的上邊緣高於試驗平面；所述的試驗平面更換裝置包括滑塊固定夾8，所述的滑塊固定夾8包括u型夾口81和手柄84，所述的滑塊7的上下對立面上均設置有沿對立面寬度方向的卡槽，所述的u型夾口81的兩個夾爪分別滑動設置在兩個卡槽內，所述的u型夾口81的兩個夾爪的外側面均不突出於相應的對立面所在的平面，所述的u型夾口81與手柄84之間依次設置有內齒齒圈82和移動塊83，所述的內齒齒圈82位於移動塊83靠近u型夾口81的一側，所述的u型夾口81與內齒齒圈82固定連接，內齒齒圈82與移動塊83轉動連接，所述的內齒齒圈82與移動塊83的轉動中心為內齒齒圈82的中心軸線，移動塊83與手柄84的一端滑動連接，移動塊83與手柄84之間可以通過設置滑軌或滑動槽實現滑動連接，所述的移動塊83與手柄84的滑動方向為上下方向，所述的手柄84的另一端穿過缺口13所在的立面露出試驗箱1外，缺口13所在的立面內側還設置有導向圈9，所述的導向圈9通過固定杆固定連接在試驗箱1上，導向圈9套在手柄84上，導向圈9加強手柄84的穩定性，避免手柄84發生歪斜，手柄84的內部為空腔，所述的手柄84的另一端分別設置有第一驅動輪835和第二驅動輪823，所述的第一驅動輪835和第二驅動輪823均轉動連接在手柄84內部，所述的手柄84的管壁上設置有兩個槽口，所述第一驅動835輪和第二驅動輪823分別通過相應的槽口露出手柄84，所述的第一驅動輪835的中心固定連接有第一連接杆834，所述的第一連接杆834遠離第一驅動輪835的一端固定連接有蝸杆832，所述的蝸杆832嚙合連接有第一齒輪833，所述的移動塊83上固定設置有齒條831，所述的齒條831與第一齒輪833嚙合連接，所述的齒條831的長度方向平行於移動塊83與手柄84的相對滑動方向，所述的第二驅動輪823的中心固定連接有第二連接杆822，所述的第二連接杆822遠離第二驅動輪823的一端穿過移動塊83位於內齒齒圈82內且固定連接有第二齒輪821，當內齒齒圈82的轉動中心線高於手柄84的中心線一定距離時，所述的第二齒輪821與內齒齒圈82嚙合連接，所述的滑塊7的長度等於滑塊7的高度加上路面試驗臺4的高度和底板5的厚度，保證在測試實際路面時，撤除路面試驗臺4和底板5，將滑塊7翻轉90度後，滑塊7的長度方向處於上下方向，新的底面與試驗箱1的底面平齊，滑塊7的新的底面正好與實際路面接觸。

本實施例所述的手柄84位於試驗箱1外的一端轉動設置有搖輪12，所述的搖輪12設置有連接線10，所述的連接線10穿過手柄84的空腔和u型夾口81與滑塊7連接，當試驗時，變頻電機2將滑塊7拉至靠近變頻電機2的一端，轉動搖輪12通過連接線10把滑塊7拽回。

本實施例所述的第一驅動輪835和第二驅動輪823上均可以設置有刻度，第一驅動輪835的槽口和第二驅動輪823的槽口中部均設置有刻度標記，當u型夾口81所在的平面平行於豎直方向時，第二驅動輪823的刻度標記指示在第二驅動輪823的零刻度線的位置，當u型夾口81的中線與手柄84的中心軸線共線時，所述的第一驅動輪835的刻度標記指示在第一驅動輪835的零刻度線的位置。

工作原理：在教學或者檢測工作時，經常需要對路面相對於輪胎的摩擦係數進行測試實驗，在進行路面建設前需要對材料進行室內試驗，以觀察材料相對於輪胎的摩擦係數是否滿足要求，在建設完成路面以後，還需要對路面進行抽樣檢測實際摩擦係數值。在進行室內路面試驗臺4進行測試試驗時，先調節第一驅動輪835通過第一連接杆834帶動蝸杆832轉動，蝸杆832驅動第一齒輪833轉動，第一齒輪833通過齒條831使u型夾口81帶動滑塊7上升一小段距離脫離預置的試驗臺，然後將底板5帶動預置的試驗臺從缺口13處抽出，將預置的試驗臺拆下，將做好的路面試驗臺4固定在底板5上，將底板5推回到試驗箱1內，路面試驗臺4在製作時應保持與預置試驗臺的高度相同，反向旋轉第一驅動輪835退回到零刻度線位置保證滑塊7放置在路面試驗臺上且u型夾口81對滑塊7不存在作用力，然後啟動變頻電機2，變頻電機2通過彈性連接繩3勻速拉動應變式測力計6，在滑塊7未滑動時，應變式測力計6的讀數不斷增大，增大某一值後，滑塊7開始滑動，記錄該值為靜摩擦力，滑塊7開始滑動後，應變式測力計6的讀數趨於穩定，記錄該穩定值為動摩擦力，根據公式u=f/n進行計算靜摩擦係數和動摩擦係數，其中u為摩擦係數，f為摩擦力，n為正壓力，測試面為水平面時，n為滑塊的重力。通過改變變頻電機2的轉速，測試滑塊7在相應滑動速度下的摩擦係數。

將該測定裝置帶到野外進行實際路面測定時，將試驗箱1放置在要測試的路面上，先轉動第一驅動輪835至設定角度，既使u型夾口81帶動滑塊7上升脫離預置的試驗臺，還使第二齒輪821與內齒齒圈82嚙合，將底板5帶動預置的試驗臺從缺口13抽出，轉動第二驅動輪823，第二驅動輪823通過第二齒輪821和內齒齒圈82帶動u型夾口81轉動90度，滑動也相應轉動90度，轉動後的滑塊7新的底面應附有橡膠材料，提前提升一定的高度還能避免u型夾口81在帶動滑塊7翻轉時，滑塊7的稜邊與路面幹涉影響翻轉，滑塊翻轉90度後，再反轉第一驅動輪835退回到零刻度線位置，讓滑塊7與實際地面貼合且u型夾口81對滑塊7無作用力，啟動變頻電機2，按照上述測試方法測試實際路面相對於輪胎的摩擦係數。在對路面進行多地點測量上，無需重複上述步驟，直接提升試驗箱1即可，u型夾口卡在滑塊的滑槽中，對滑塊7在豎直方向上進行限位，避免提升試驗箱1後掉落出試驗箱1，將試驗箱1重新放置在路面上時，滑塊7的底面再次與路面完全接觸。

本專利的動-靜摩擦係數測定是指路面相對於橡膠材料的靜摩擦係數的測定和滑動摩擦係數的測定。