一种滑坡动摩擦系数测试装置
本申请涉及实验测试装置技术领域，尤其涉及不同材料之间的动摩擦系数测试技术领域，具体涉及一种滑坡动摩擦系数测试装置。
背景技术：
摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。根据相互接触的两个表面之间的运动状态不同又分为静摩擦系数和动摩擦系数。本申请主要研究不同材料之间的动摩擦系数。
摩擦系数在日常直观的表现为防滑性能，提前获知两种材料之间准确的动摩擦因数能够有效的对两种材料之间在运行或者工作过程中进行预判，包括运行阻力，防滑性能或者稳定可靠性等，以提高合格率，避免因动摩擦系数不足导致的稳定性不合格的问题产生。
技术实现要素：
为了更好的测算不同材料之间的动摩擦系数以实现对指定材料之间滑动产生的阻力，提前评判材料稳定性，本申请提供一种滑坡动摩擦系数测试装置，用于测试两种材料之间的动摩擦系数，避免材料大面积应用后因动摩擦系数不足引起的稳定性不够造成不必要返工和浪费。譬如，地下车库的出入口地表采用的材料摩擦系数是否满足汽车的防滑需求，需要进行提前测试，若摩擦系数不足导致稳定性差容易发生安全事故；再如，地面的其他敷设材料，尤其是用于潮湿地区的敷设或者铺设材料的摩擦系数提前测定对于防滑安全非常重要。
为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：
一种滑坡动摩擦系数测试装置，包括用于支撑整个测试装置的l型支架，滑动设置在所述l型支架上以保持预设倾斜角度并作为滑道的滑架，所述滑架为上部开口的箱体结构；还包括与滑架接触并在滑架上滑动的滑动框；以及沿滑架长度方向设置的与主控单元电连接的第一计时触发器和第二计时触发器，所述主控单元连接有可充电锂电池和用于显示所述滑动框从第一计时触发器到第二计时触发器之间所耗时间的显示屏。
测试方法及原理：
动摩擦系数是两个滑动的物体之间产生的一个影响动摩擦力的系数，其大小由材料本身决定，与物体之间的接触面积大小并无关联，动摩擦系数通过如下公式计算获得：
其中，μ为动摩擦因数，无单位；f为摩擦力，n为正压力。
根据牛顿第二运动定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。公式为：f＝ma(f为物体所受合力，m为物体质量，a为物体下滑加速度)
加速度(acceleration)：是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值
匀变速运动的位移公式：
由于位移x和时间t可以测量获得，那么通过上式即可计算获得加速度a，测试时默认初速度v0为0。由于物体的质量m可通过称量获得，则可知物体所受合力f，根据f＝mgsinθ-μmgcosθ可知动摩擦系数μ的值，其中θ为滑架与水平面之间的夹角。上述物体在本申请中为装有被测材料的滑动框。
在进行测试时，首先将需要测试的两种材料分别根据滑动框和滑架的形状进行安装，对于固定测试材料需要进行预先裁剪，以实现安装；对于凝固性的材料，可直接填充至滑动框和滑架中，填充流程按照实际使用时的填充工艺进行，以消除测试和实际使用时的数值误差。
上述操作完备后检查滑动框中填充的待测试材料表面粗糙度和平整度是否符合要求，检查滑架中的填充待测试材料表面粗糙度和平整度是否符合要求，以及滑动框中的待测试材料表面与滑架中填充的材料表面是否能够良好接触，一切就绪后就开始下述测试：
调节滑架的倾斜度，使得滑动框能够在滑架上进行自由滑动，将滑动框开口面倒扣放置在滑架上，并将滑动框的边缘与第一计时触发器齐平放置，自然松开滑动框触发第一计时触发器使得主控单元开始计时，滑动框沿滑架继续滑动，直到到达第二计时触发器，主控单元记录滑动框从第一计时触发器到第二计时触发器的时间t，通过上述计算公式最终获得该两种待测试材料之间的动摩擦系数μ。
为了更好的实现滑架倾斜角度的调节，优选地，所述l型支架由固定连接的竖直设置的立柱框架和水平设置的滑轨组成，所述滑架的一端通过锁止机构沿立柱框架滑动或锁止，滑架的另一端设置有滚轮，所述滚轮的位置与滑轨对应并安装在滑轨上设置的滑槽中。
为了便于在任何需要的倾斜角度固定滑架，优选地，所述锁止机构采用对称结构设置，包括固定连接在所述滑架端面的两个同轴安装的套管，任一套管内安装有推杆，所述推杆靠近立柱框架一端固定连接有橡胶球；两个所述套管之间还固定连接有锁槽，所述锁槽内滑动安装有用于推动所述推杆轴向移动的锁止块。
为了保持橡胶球与立柱框架之间的良好接触，以使得二者始终保持摩擦力作用，利于滑架的线性调节，避免滑架在非锁止状态的异常掉落，优选地，所述推杆上套设有第一弹簧。为了避免锁止块的过渡嵌入以使得不易松脱，所述锁止块与滑架之间还设置有用于锁止块复位及限制锁止块过渡嵌入的第二弹簧。
针对可动性固化材料以及松散性材料而言，为了更好地使材料牢固的安装在滑架中，优选地，所述滑架沿长度方向的两内侧壁上均等间距设置有多根筋条，相邻两根筋条之间预留有用于安装隔板的间隙。根据待测试的材料松散及流动程度可以通过设置不同数量的隔板来对松散材料进行阻隔。
为了更好的提高滑架的固定效果，优选地，所述立柱框架上设置有用于容纳所述橡胶球的卡槽。
优选地，所述第一计时触发器包括相对设置在滑架两侧的第一探头和第一接收器，所述第二计时触发器包括相对设置在滑架两侧的第二探头和第二接收器。所述锁止块具有相对设置的用于接触抵靠所述推杆端面的斜面，所述斜面的倾斜角度为10-15°。所述l型支架还固定连接有用于放置电子称量装置的台面。
有益效果：
本申请能够根据测试需要灵活的更换不同的材料进行多次测试，测试操作方便，测量数据精准；同时通过设置的滑架和滑动框能够适应不同材质和性状的材料之间的动摩擦系数的测量，兼容性强，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的立体结构轴测图；
图2是图1的另一视觉立体结构图；
图3是图2中a区结构放大图；
图4是图2中滑架填充了测试材料的结构示意图；
图5是图4中的中b区结构放大图；
图6是锁止机构立体结构装配图；
图7是图6的另一视觉结构示意图；
图8是本申请进行滑动摩擦测试示意图。
图中：0-滑动框；1-l型支架；2-滑轨；3-滑架；4-锁槽；5-主控单元；6-台面；7-显示屏；8-第一探头；9-第一接收器；10-第二探头；11-第二接收器；12-滚轮；13-隔板；14-筋条；15-间隙；16-卡槽；17-套管；18-橡胶球；19-推杆；20-第一弹簧；21-第二弹簧；22-锁止块；23-斜面。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1：
结合说明书附图1-图4和图8所示的一种滑坡动摩擦系数测试装置，包括用于支撑整个测试装置的l型支架1，滑动设置在所述l型支架1上以保持预设倾斜角度并作为滑道的滑架3，所述滑架3为上部开口的箱体结构；还包括与滑架3接触并在滑架3上滑动的滑动框0；以及沿滑架3长度方向设置的与主控单元5电连接的第一计时触发器和第二计时触发器，所述主控单元5连接有可充电锂电池和用于显示所述滑动框0从第一计时触发器到第二计时触发器之间所耗时间的显示屏7。
测试方法及原理：
动摩擦系数是两个滑动的物体之间产生的一个影响动摩擦力的系数，其大小由材料本身决定，与物体之间的接触面积大小并无关联，动摩擦系数通过如下公式计算获得：
其中，μ为动摩擦因数，无单位；f为摩擦力，n为正压力。
根据牛顿第二运动定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。公式为：f＝ma(f为物体所受合力，m为物体质量，a为物体下滑加速度)
加速度(acceleration)：是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值
匀变速运动的位移公式：
由于位移x和时间t可以测量获得，那么通过上式即可计算获得加速度a，测试时默认初速度v0为0。由于物体的质量m可通过称量获得，则可知物体所受合力f，根据f＝mgsinθ-μmgcosθ可知动摩擦系数μ的值，其中θ为滑架3与水平面之间的夹角。上述物体在本申请中为装有被测材料的滑动框0。
在进行测试时，首先将需要测试的两种材料分别根据滑动框0和滑架3的形状进行安装，对于固定测试材料需要进行预先裁剪，以实现安装；对于凝固性的材料，可直接填充至滑动框0和滑架3中，填充流程按照实际使用时的填充工艺进行，以消除测试和实际使用时的数值误差。
上述操作完备后检查滑动框0中填充的待测试材料表面粗糙度和平整度是否符合要求，检查滑架3中的填充待测试材料表面粗糙度和平整度是否符合要求，以及滑动框0中的待测试材料表面与滑架3中填充的材料表面是否能够良好接触，一切就绪后就开始下述测试：
调节滑架3的倾斜度，使得滑动框0能够在滑架3上进行自由滑动，将滑动框0开口面倒扣放置在滑架3上，并将滑动框0的边缘与第一计时触发器齐平放置，自然松开滑动框0触发第一计时触发器使得主控单元5开始计时，滑动框0沿滑架3继续滑动，直到到达第二计时触发器，主控单元5记录滑动框0从第一计时触发器到第二计时触发器的时间t，通过上述计算公式最终获得该两种待测试材料之间的动摩擦系数μ。本实施例中所述主控单元5采用型号为ds1672的低电压计时芯片实现，当然，计时芯片和计时电路为现有技术中最为普遍的单元之一，可以具有广阔的选择空间。但最主要的是考虑到成本和兼容因素。譬如采用功能更齐全的stc89c52芯片配合红外计时触发器实现精准计时。此原理部分当属成熟的现有技术，本实施例只是将成熟的原理进行装置集成，以便于精准对滑动框0进行计时。
实施例2：
在实施例1的基础上，为了在操作的便捷度以及针对不同测试材料的测试兼容度方面进一步得到提升，进一步结合说明书附图1-图8所示，将下述结构进行如下优化设置：
所述l型支架1由固定连接的竖直设置的立柱框架和水平设置的滑轨2组成，所述滑架3的一端通过锁止机构沿立柱框架滑动或锁止，滑架3的另一端设置有滚轮12，所述滚轮12的位置与滑轨2对应并安装在滑轨2上设置的滑槽中。
为了便于在任何需要的倾斜角度固定滑架3，本实施中，所述锁止机构采用对称结构设置，包括固定连接在所述滑架3端面的两个同轴安装的套管17，任一套管17内安装有推杆19，所述推杆19靠近立柱框架一端固定连接有橡胶球18；两个所述套管17之间还固定连接有锁槽4，所述锁槽4内滑动安装有用于推动所述推杆19轴向移动的锁止块22。如图6所示当抽出锁止块22时，两侧的推杆19处于自由状态，在外力作用下橡胶球18可以在l型支架1的立柱框架内自由滑动，当滑架3的倾斜角度处于预设状态时，则将锁止块22按压到锁槽4内，使得锁止块22向两侧推杆19施加轴向推力，橡胶球18与立柱框架之间形成挤压，从而通过增大的静摩擦力保持滑架3的状态。通过上述方式，滑架3可以在立柱框架极限可滑移的范围内的任一位置固定，实现可调范围内的任意角度调节。
为了保持橡胶球18与立柱框架之间的良好接触，以使得二者始终保持摩擦力作用，利于滑架3的线性调节，避免滑架3在非锁止状态的异常掉落，优选地，所述推杆19上套设有第一弹簧20。为了避免锁止块22的过渡嵌入以使得不易松脱，所述锁止块22与滑架3之间还设置有用于锁止块22复位及限制锁止块22过渡嵌入的第二弹簧21。
针对可动性固化材料以及松散性材料而言，为了更好地使材料牢固的安装在滑架3中，所述滑架3沿长度方向的两内侧壁上均等间距设置有多根筋条14，相邻两根筋条14之间预留有用于安装隔板13的间隙15。根据待测试的材料松散及流动程度可以通过设置不同数量的隔板13来对松散材料进行阻隔。例如，需要测算泥土或者泥土与砂砾混合物的内部摩擦系数时，为了确保滑架3内充当静止部分的相对摩擦对象而言，需要保持泥土的相对固定性，则可通过横向设置在滑架3内的多个隔板13对泥土形成有效的内部阻隔以保持包含泥土在内的松散型材料的相对固定性。这样设置的目的在于有效测定非确定形状对象之间发生滑移或者错动的摩擦系数。这一点是现有技术中不能进行试验测算的，其作用主要用于地质滑坡的预测。获知土壤内部的动摩擦系数能够有效的测算存在滑坡风险地块如果发生滑坡，其滑距和波及范围可以提前预知，提前预防，提前规避撤离，以尽可能的确保人生财产安全不受损害。
为了更好的提高滑架3的固定效果，优选地，所述立柱框架上设置有用于容纳所述橡胶球18的卡槽16。
本市实施例中，所述第一计时触发器包括相对设置在滑架3两侧的第一探头8和第一接收器9，所述第二计时触发器包括相对设置在滑架3两侧的第二探头10和第二接收器11。所述锁止块22具有相对设置的用于接触抵靠所述推杆19端面的斜面23，所述斜面23的倾斜角度为10-15°。所述斜面23的倾斜角度过小具有更好的固定锁止效果，但是其弊端是会明显增长锁止块22的行程距离，若斜面23的角度过大，虽可缩短锁止块22锁止的行程距离，但是由于倾斜角度大导致稳定性降低，容易出现锁止块22的自然松脱。为了解决这一问题同时进一步增大锁止块22的稳定性，本实施例中在锁止块22或者锁槽4的接触面粘接有增大摩擦力的软质材料，以避免锁止块22在锁止状态下的自然脱出导致松脱。所述l型支架2还固定连接有用于放置电子称量装置的台面6。为了方便多次试验以尽可能的精准测算摩擦系数的精准平均值，需要反复改变滑动对象，即滑动框0的质量，需要反复称量，则可通过台面6上放置的电子秤量装置快速称量实现。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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