一种室内外多环境状态下路面动‑静摩擦系数测定装置的制作方法

本发明涉及一种室内外多环境状态下路面动-静摩擦系数测定装置。

背景技术：

路面抗滑性能是体现道路安全品质的重要内容,而轮胎与路面间摩擦系数是表征其抗滑性能最重要的指标。稳定的路面摩擦系数能够为快速行车提供良好的安全储备,从而减少交通事故发生的可能,因此准确检测并评价路面的摩擦系数显得十分重要。

当前对于路表摩擦系数的测试方法仍主要以传统的摩擦系数摆试仪为主，该方法的不足之处在于：(1)传统的测定方法只能在定点静态情况测定一种速度下的摩擦系数，其采样频率低、精度低、代表性差。(2)传统的测试方法是逐点进行，耗时长，强度大，效率低，不利于在路面验收或大规模检测中快速全面的获得路况信息。(3)在使用摆式摩擦系数测定仪的试验操作中，由于摆下落的瞬间必须用手接住，会让整个装置产生振动，读数精度受操作者影响较大，此外还存在压力标定困难、测试结果再现性差等缺点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种方便携带的室内外多环境状态下路面动-静摩擦系数测定装置，便于测定室内或室外的路面滑动摩擦系数和静摩擦系数。

为了解决上述问题，本发明包括试验箱和摩擦系数测定装置，所述的摩擦系数测定装置设置在试验箱内，所述的试验箱包括底部开口的箱体和底板，所述的箱体宽度方向两侧立面采用透明材料，所述的摩擦系数测定装置包括变频电机、应变式测力计、滑块和试验平面，所述的滑块的下端面上设置有橡胶材料，所述的变频电机固定在箱体的底端一侧，所述的滑块的下端面放置在试验平面上，且滑块位于试验平面上远离变频电机的一侧，所述的滑块通过挂钩连接应变式测力计的一端，所述的变频电机通过弹性连接绳连接应变式测力计的另一端，当所述的弹性连接绳绷紧时，所述的弹性连接绳与挂钩位于同一条直线上且平行于试验平面所在的平面，所述的试验平面包括路面试验台和实际路面，当所述的试验平面为路面试验台时，所述的底板封闭试验箱的底面，所述的路面试验台固定设置在底板上，当所述的试验平面为实际路面时，所述的底板不阻碍滑块滑动放置在实际路面上。

为了便于切换测试平面，本发明还包括试验平面更换装置，所述的试验箱的长度方向上远离变频电机的立面的底部设置有缺口，所述的底板沿长度方向滑动设置在试验箱的底部，当底板向远离变频电机的方向滑动时，所述的底板存在穿过所述的缺口漏出试验箱的状态，所述的缺口的上边缘高于试验平面；所述的试验平面更换装置包括滑块固定夹，所述的滑块固定夹包括u型夹口和手柄，所述的滑块的上下对立面上均设置有沿对立面宽度方向的卡槽，所述的u型夹口的两个夹爪分别滑动设置在两个卡槽内，所述的u型夹口的两个夹爪的外侧面均不突出于相应的对立面所在的平面，所述的u型夹口与手柄之间依次设置有内齿齿圈和移动块，所述的内齿齿圈位于移动块靠近u型夹口的一侧，所述的u型夹口与内齿齿圈固定连接，内齿齿圈与移动块转动连接，移动块与手柄的一端滑动连接，所述的移动块与手柄的滑动方向为上下方向，所述的手柄的另一端穿过缺口所在的立面露出试验箱外，手柄的内部为空腔，所述的手柄的另一端分别设置有第一驱动轮和第二驱动轮，所述的第一驱动轮和第二驱动轮均转动连接在手柄内部，所述的手柄的管壁上设置有两个槽口，所述第一驱动轮和第二驱动轮分别通过相应的槽口露出手柄，所述的第一驱动轮的中心固定连接有第一连接杆，所述的第一连接杆远离第一驱动轮的一端固定连接有蜗杆，所述的蜗杆啮合连接有第一齿轮，所述的移动块上固定设置有齿条，所述的齿条与第一齿轮啮合连接，所述的齿条的长度方向平行于移动块与手柄的相对滑动方向，所述的第二驱动轮的中心固定连接有第二连接杆，所述的第二连接杆远离第二驱动轮的一端穿过移动块位于内齿齿圈内且固定连接有第二齿轮，当内齿齿圈的转动中心线高于手柄的中心线一定距离时，所述的第二齿轮与内齿齿圈啮合连接，所述的滑块的长度等于滑块的高度加上路面试验台的高度和底板的厚度。

为了避免手柄发生偏斜，本发明所述的缺口所在的立面内侧还设置有导向圈，所述的导向圈通过固定杆固定连接在试验箱上，导向圈套在手柄上。

为了便于复位，避免u型夹口对滑块产生作用力，本发明所述的第一驱动轮和第二驱动轮上均设置有刻度，第一驱动轮的槽口和第二驱动轮的槽口中部均设置有刻度标记，当u型夹口所在的平面平行于竖直方向时，第二驱动轮的刻度标记指示在第二驱动轮的零刻度线的位置，当u型夹口的中线与手柄的中心轴线共线时，所述的第一驱动轮的刻度标记指示在第一驱动轮的零刻度线的位置。

为了便于靠近变频电机的滑块拉回复位，本发明所述的手柄位于试验箱外的一端转动设置有摇轮，所述的摇轮设置有连接线，所述的连接线穿过手柄空腔和u型夹口与滑块连接。

为了所述的箱体的上侧设置有提手，所述箱体在宽度方向上左半箱体和右半箱体，所述的左半箱体和右半箱体扣接成所述的整个箱体。

本发明的有益效果是：本发明通过将滑块设置在试验平面上，滑块与试验平面接触的底面上设置有橡胶材料，以模拟轮胎的材料，滑块与变频电机之间设置有应变式测力计，能够测试在拉动滑块时的滑块与试验平面的摩擦力，然后通过摩擦力计算公式，反向推导计算摩擦系数，而变频电机与应变式测力计之间通过弹性连接绳连接，能够在测试静摩擦力时更准确，避免在使用刚性绳时滑动由静到动的瞬间过短，无法读取滑块在发生变化时的应变式测力计上的度数。本发明既可以用在室内对路面试验台进行模拟路面相对于轮胎的摩擦系数测定，还可以便于进行在实际路面上进行测定，实现多环境下的动-静摩擦系数的测定，测定装置设置在箱体内更加便于携带。

附图说明

图1为本发明测试路面试验台时的结构示意图；

图2为本发明测试路面试验台时的侧视示意图；

图3为本发明测试实际路面时的结构示意图；

图4为本发明滑块固定夹与滑块的连接示意图；

图5为滑块固定夹的手柄内部示意图。

其中：1、箱体，2、变频电机，3、弹性连接绳，4、路面试验台，5、底板，6、应变式测力计，7、滑块，8、滑块固定夹，9、导向圈，10、连接线，11、提手，12、摇轮，13、缺口，71、橡胶材料，81、u型夹口，82、内齿齿圈，83、移动块，84、手柄，821、第二齿轮，822、第二连接杆，823、第二驱动轮，831、齿条，832、蜗杆，833、第一齿轮，834、第一连接杆，835、第一驱动轮。

具体实施方式

如图1和图2所示的室内外多环境状态下路面动-静摩擦系数测定装置，包括试验箱1和摩擦系数测定装置，所述的摩擦系数测定装置设置在试验箱内，所述的试验箱包括底部开口的箱体1和底板5，所述的箱体1的宽度方向两侧立面采用透明材料，透明的箱体1便于观察应变式测力计6的读数，所述的箱体1的上侧设置有提手11，所述箱体1在宽度方向上左半箱体和右半箱体，所述的左半箱体和右半箱体扣接成所述的整个箱体1，所述的摩擦系数测定装置包括变频电机2、应变式测力计6、滑块7和试验平面，所述的滑块7的下端面上设置有橡胶材料71，橡胶材料71用来模拟轮胎材料，所述的变频电机2固定在箱体1的底端一侧，所述的滑块7的下端面放置在试验平面上，且滑块7位于试验平面上远离变频电机2的一侧，所述的滑块7通过挂钩连接应变式测力计6的一端，所述的变频电机2通过弹性连接绳3连接应变式测力计6的另一端，弹性连接绳3能够避免使用刚性绳时测试静摩擦力时拉拽瞬间过短，数据较难读取的情况，当所述的弹性连接绳绷3紧时，所述的弹性连接绳3与挂钩位于同一条直线上且平行于试验平面所在的平面，所述的试验平面包括路面试验台4和实际路面，当所述的试验平面为路面试验台4时，所述的底板5封闭试验箱1的底面，所述的路面试验台4固定设置在底板上，当所述的试验平面为实际路面时，所述的底板5不阻碍滑块7滑动放置在实际路面上。

本实施例还包括试验平面更换装置，所述的试验箱1的长度方向上远离变频电机2的立面的底部设置有缺口13，所述的底板5沿长度方向滑动设置在试验箱1的底部，当底板5向远离变频电机2的方向滑动时，所述的底板5存在穿过所述的缺口13漏出试验箱1的状态，所述的缺口13的上边缘高于试验平面；所述的试验平面更换装置包括滑块固定夹8，所述的滑块固定夹8包括u型夹口81和手柄84，所述的滑块7的上下对立面上均设置有沿对立面宽度方向的卡槽，所述的u型夹口81的两个夹爪分别滑动设置在两个卡槽内，所述的u型夹口81的两个夹爪的外侧面均不突出于相应的对立面所在的平面，所述的u型夹口81与手柄84之间依次设置有内齿齿圈82和移动块83，所述的内齿齿圈82位于移动块83靠近u型夹口81的一侧，所述的u型夹口81与内齿齿圈82固定连接，内齿齿圈82与移动块83转动连接，所述的内齿齿圈82与移动块83的转动中心为内齿齿圈82的中心轴线，移动块83与手柄84的一端滑动连接，移动块83与手柄84之间可以通过设置滑轨或滑动槽实现滑动连接，所述的移动块83与手柄84的滑动方向为上下方向，所述的手柄84的另一端穿过缺口13所在的立面露出试验箱1外，缺口13所在的立面内侧还设置有导向圈9，所述的导向圈9通过固定杆固定连接在试验箱1上，导向圈9套在手柄84上，导向圈9加强手柄84的稳定性，避免手柄84发生歪斜，手柄84的内部为空腔，所述的手柄84的另一端分别设置有第一驱动轮835和第二驱动轮823，所述的第一驱动轮835和第二驱动轮823均转动连接在手柄84内部，所述的手柄84的管壁上设置有两个槽口，所述第一驱动835轮和第二驱动轮823分别通过相应的槽口露出手柄84，所述的第一驱动轮835的中心固定连接有第一连接杆834，所述的第一连接杆834远离第一驱动轮835的一端固定连接有蜗杆832，所述的蜗杆832啮合连接有第一齿轮833，所述的移动块83上固定设置有齿条831，所述的齿条831与第一齿轮833啮合连接，所述的齿条831的长度方向平行于移动块83与手柄84的相对滑动方向，所述的第二驱动轮823的中心固定连接有第二连接杆822，所述的第二连接杆822远离第二驱动轮823的一端穿过移动块83位于内齿齿圈82内且固定连接有第二齿轮821，当内齿齿圈82的转动中心线高于手柄84的中心线一定距离时，所述的第二齿轮821与内齿齿圈82啮合连接，所述的滑块7的长度等于滑块7的高度加上路面试验台4的高度和底板5的厚度，保证在测试实际路面时，撤除路面试验台4和底板5，将滑块7翻转90度后，滑块7的长度方向处于上下方向，新的底面与试验箱1的底面平齐，滑块7的新的底面正好与实际路面接触。

本实施例所述的手柄84位于试验箱1外的一端转动设置有摇轮12，所述的摇轮12设置有连接线10，所述的连接线10穿过手柄84的空腔和u型夹口81与滑块7连接，当试验时，变频电机2将滑块7拉至靠近变频电机2的一端，转动摇轮12通过连接线10把滑块7拽回。

本实施例所述的第一驱动轮835和第二驱动轮823上均可以设置有刻度，第一驱动轮835的槽口和第二驱动轮823的槽口中部均设置有刻度标记，当u型夹口81所在的平面平行于竖直方向时，第二驱动轮823的刻度标记指示在第二驱动轮823的零刻度线的位置，当u型夹口81的中线与手柄84的中心轴线共线时，所述的第一驱动轮835的刻度标记指示在第一驱动轮835的零刻度线的位置。

工作原理：在教学或者检测工作时，经常需要对路面相对于轮胎的摩擦系数进行测试实验，在进行路面建设前需要对材料进行室内试验，以观察材料相对于轮胎的摩擦系数是否满足要求，在建设完成路面以后，还需要对路面进行抽样检测实际摩擦系数值。在进行室内路面试验台4进行测试试验时，先调节第一驱动轮835通过第一连接杆834带动蜗杆832转动，蜗杆832驱动第一齿轮833转动，第一齿轮833通过齿条831使u型夹口81带动滑块7上升一小段距离脱离预置的试验台，然后将底板5带动预置的试验台从缺口13处抽出，将预置的试验台拆下，将做好的路面试验台4固定在底板5上，将底板5推回到试验箱1内，路面试验台4在制作时应保持与预置试验台的高度相同，反向旋转第一驱动轮835退回到零刻度线位置保证滑块7放置在路面试验台上且u型夹口81对滑块7不存在作用力，然后启动变频电机2，变频电机2通过弹性连接绳3匀速拉动应变式测力计6，在滑块7未滑动时，应变式测力计6的读数不断增大，增大某一值后，滑块7开始滑动，记录该值为静摩擦力，滑块7开始滑动后，应变式测力计6的读数趋于稳定，记录该稳定值为动摩擦力，根据公式u=f/n进行计算静摩擦系数和动摩擦系数，其中u为摩擦系数，f为摩擦力，n为正压力，测试面为水平面时，n为滑块的重力。通过改变变频电机2的转速，测试滑块7在相应滑动速度下的摩擦系数。

将该测定装置带到野外进行实际路面测定时，将试验箱1放置在要测试的路面上，先转动第一驱动轮835至设定角度，既使u型夹口81带动滑块7上升脱离预置的试验台，还使第二齿轮821与内齿齿圈82啮合，将底板5带动预置的试验台从缺口13抽出，转动第二驱动轮823，第二驱动轮823通过第二齿轮821和内齿齿圈82带动u型夹口81转动90度，滑动也相应转动90度，转动后的滑块7新的底面应附有橡胶材料，提前提升一定的高度还能避免u型夹口81在带动滑块7翻转时，滑块7的棱边与路面干涉影响翻转，滑块翻转90度后，再反转第一驱动轮835退回到零刻度线位置，让滑块7与实际地面贴合且u型夹口81对滑块7无作用力，启动变频电机2，按照上述测试方法测试实际路面相对于轮胎的摩擦系数。在对路面进行多地点测量上，无需重复上述步骤，直接提升试验箱1即可，u型夹口卡在滑块的滑槽中，对滑块7在竖直方向上进行限位，避免提升试验箱1后掉落出试验箱1，将试验箱1重新放置在路面上时，滑块7的底面再次与路面完全接触。

本专利的动-静摩擦系数测定是指路面相对于橡胶材料的静摩擦系数的测定和滑动摩擦系数的测定。