CN100549665C - 鞋类防滑性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于安全技术领域，具体涉及一种鞋类防滑性能试验装置。由机械系统、数据采集处理系统、控制系统组成。机械系统包括主机、传感器支架、模拟人脚。主机包括立柱、机架、电机、模拟地面、减速器和传动部件。模拟地面包括面板、支架和滚子轴承。传动部件包括曲柄、导杆和导板。模拟人脚包括支架、调节手柄、调节螺杆、后压块、连杆和前压块。传感器支架由前、后支架组成。传感器支架分别与主机和模拟人脚连接；数据采集系统由拉压力传感器和计算机组成，拉压力传感器安装于传感器支架上；控制系统由接触器和继电器组成。本发明将电机匀速转动转换成正弦直线往复运动，实现模拟地面正弦直线往复运动状态，测试样鞋在运动过程中所受的滑动摩擦力，由拉压力传感器将数据传送到计算机，计算出样鞋与模拟地面间的滑动摩擦力平均值。本发明操作简单，可重复性强。

Description

鞋类防滑性能试验装置

技术领域

本发明属于安全技术领域，具体涉及一种鞋类防滑性能试验装置。

背景技术

消防实战中，消防员经常要在化学灾害现场及油类灾害现场等地面较为滑腻的场所进行灭火救援行动，另外其使用的包括水在内的各种液体灭火剂亦会造成灾害现场的环境十分潮湿，容易造成消防员滑倒跌伤。因此，极有必有针对这种情况在提高消防员各种防护靴的防滑性能方面进行研究。

目前，国外主要是根据测试材料耐磨擦系数来测试鞋类防滑性能的詹姆斯测鞋仪，相应的标准为ASTM F-489-1996《詹姆斯测鞋仪使用方法》。国内对于鞋类防滑性能的要求有两种试验方法：一种方法是按照GA 6-2004《消防员灭火防护靴》标准要求，将试验样品置于抹有机油的玻璃平台上，测量其开始滑动的始滑角δ，要求该角度不小于15°；另一种方法是按照GB 12623-1990《防护鞋通用条件》标准要求，对防护鞋施加正压力W，使用传感器测得其所受相对滑动摩擦力F₀，计算出防护鞋的防滑系数μ₀＝F₀/W，要求其不低于0.15。综上所述，应该研究一种以GB 12623-1990中的试验原理作为理论基础，通过测量样鞋在整套装置运行过程中所受的滑动摩擦力来计算其与模拟地面间的防滑系数，判断样鞋防滑性能的优劣鞋类防滑性能试验装置是本领域技术人员的研究目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过测量样鞋所受滑动摩擦力来计算其与模拟地面间滑动摩擦力平均值，判断其防滑性能的优劣的鞋类防滑性能试验装置。

本发明提供的鞋类防滑性能试验装置，由机械传动系统、数据采集处理系统、控制系统组成。其中，

机械传动系统由主机1、传感器支架2、模拟人脚3组成，传感器支架2一端通过传感器支架立柱4位于主机1上方，传感器支架2通过传感器支架立柱4做上下垂直活动；传感器支架2另一端连接模拟人脚3；主机1由呈框架结构的机架5组成，内设减速器8、电机6以及传动部件9，机架5上设有模拟地面7，传动部件9包括导板15、曲柄13和导杆14，电机6连接减速器8，减速器8通过曲柄13连接导板15，导杆14的两端分别固定于机架5底部，导板15一端连接导杆14，使导板15沿着导杆14做水平运动，导板15另一端穿过机架5，连接模拟地面7；模拟人脚3由模拟人脚支架17、模拟人脚调节手柄18、模拟人脚调节螺杆19、模拟人脚后压块20、模拟人脚前压块22组成，模拟人脚前压块22与模拟人脚后压块20通过连杆21连接，模拟人脚支架17的一端固定于连杆21上，模拟人脚支架17上方设有砝码16，模拟人脚后压块20中部开有螺纹孔，模拟人脚调节螺杆19穿过该螺纹孔连接模拟人脚后压块20，模拟人脚调节螺杆19一端设有模拟人脚调节手柄18；

数据采集处理系统由拉压力传感器25和计算机组成，拉压力传感器25通过数据采集卡连接计算机，拉压力传感器25固定于传感器支架2上；

控制系统由接触器、继电器组成，第一接触器A1一端与220V交流电连接，另一端通过导线与电源串连，电源另一端与第二接触器A2一端串连，第二接触器A2另一端与一个并联电路串连，该并联电路由第三接触器A3与第一直流继电器J1串连电路以及第四接触器A4与第二直流继电器J2串连电路构成，第一直流继电器J1输出线与第一交流继电器J3控制线连接，第二直流继电器J2输出线与第二交流继电器J4控制线连接，第一交流继电器J3和第二交流继电器J4并联在380V交流电上，第一交流继电器J3和第二交流继电器J4的输出线与电机6连接。

本发明中，电源能将220V交流电转换为12V直流电，四个继电器中J₁和J₂为直流继电器，起到控制交流继电器J3和J4的作用，J3和J4为交流继电器，控制电机正反向转动，四个接触器分别起到控制系统通断电(A1)、电机正向转动(A3)、电机反向转动(A4)和电机停止转动(A2)的作用。

本发明的工作原理是通过传动部件9将由电机12产生并经减速器8减速的匀速转动转换成正弦直线运动，带动模拟地面7实现水平方向的正弦直线往复运动，以模拟人正常行走状态。模拟人脚3穿上样鞋后置于面板10表面，使样鞋和面板10之间产生滑动摩擦。通过传感器支架2将样鞋所受的滑动摩擦力传递给拉压力传感器25，传送至计算机，计算出滑动摩擦力的平均值。

本发明为真实地模拟样鞋在正常穿着情况下的受力情况，模拟人脚3和砝码16的总重量相当于人体平均重量。

本发明通过模拟人脚调节手柄18和模拟人脚调节螺杆19来调节模拟人脚后压块20在样鞋脚跟部位的高度，固定样鞋，保证其在装置使用过程中的稳定性。

本发明的工作过程如下：

1、通过控制系统启动主机1上的电机6，闭合A1接触器，控制系统通电。闭合A3接触器，J1继电器闭合，控制J3继电器闭合，实现电机6正向转动；闭合A4接触器，J2继电器闭合，控制J4继电器闭合，实现电机6反向转动。打开A2接触器，则J1和J2继电器都被打开，实现电机6停止转动；

2、电机6产生的匀速转动通过减速器8减速，通过传动部件9中曲柄13和导板15将匀速转动转换成正弦直线运动，导板15沿导杆14做直线往复运动；

3、导板15带动模拟地面7上的面板10，通过模拟地面支架11带动滚子轴承12在机架5上方进行滚动。模拟地面7实现了正弦直线往复运动；

4、样鞋穿在模拟人脚3上，模拟人脚后压块20压在样鞋后跟部位，模拟人脚前压块22压在样鞋前掌部位，根据样鞋鞋跟的高度，旋动模拟人脚调节手柄18，带动模拟人脚调节螺杆19调节模拟人脚后压块20的高度。样鞋和模拟人脚3保持静止，压在模拟地面7的面板10上，模拟地面7运动时，在样鞋和面板10间产生滑动摩擦；

5、通过传感器支架2上的传感器前支架23和传感器后支架24将样鞋所受的滑动摩擦力传递给拉压力传感器25，拉压力传感器25采集信号并传送至计算机；

6、通过计算机绘制滑动摩擦力变化曲线，计算出滑动摩擦力的平均值。

本发明是按照GB 12623-1990《防护鞋通用条件》标准中的相关规定所设计的，整套装置具有结构简洁、结果精度高的特点，与国外的同类产品相比具有性价比高的优势，并且填补了国内在此类装置的空白，将能够为鞋类防滑性能的研究提供有效的研究数据，为鞋底材料的改进以及鞋底纹路的设计提供参考依据。

附图说明

图1为本发明结构图示。

图2为主机结构图示。

图3为模拟人脚结构图示。

图4为传感器支架结构图示。

图5为控制系统示意图示。

图中标号：1为主机，2为传感器支架，3为模拟人脚，4为传感器支架立柱，5为机架，6为电机，7为模拟地面，8为减速器，9为传动部件，10为面板，11为模拟地面支架，12为滚子轴承，13为曲柄，14为导杆，15为导板，16为砝码，17为模拟人脚支架，18为模拟人脚调节手柄，19为模拟人脚调节螺杆，20为模拟人脚后压块，21为连杆，22为模拟人脚前压块，23为传感器前支架，24为传感器后支架，25拉压力传感器，A1-A4分别为第一、第二、第三、第四接触器，J1-J4为分别为第一直流继电器、第二直流继电器、第一交流继电器、第二交流继电器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：本测试装置由机械系统、数据采集处理系统和控制系统三大部分组成。

机械系统由主机1、传感器支架2、模拟人脚3组成。如图1所示。

主机1由立柱4、机架5、电机6、模拟地面7、减速器8和传动部件9等零部件组成。模拟地面包括面板10、模拟地面支架11和四个滚子轴承12等零件。传动部件9包括曲柄13、导杆14和导板15。如图2所示。立柱4长度280mm，机架5尺寸为910mm×500mm×325mm，电机型号为Y90S-2，转速1400r/min，减速器8型号为WD80-30，面板10尺寸为510mm×200mm，滚子轴承12型号为03型。电机6连接减速器8，减速器8连接曲柄13，曲柄13能够围绕减速器8轴匀速转动，并带动导板15沿着导杆14在水平方向直线往复运动。模拟地面7与导板14连接，可以随着导板14在机架5上方进行水平直线往复运动，运动行程为200mm。

模拟人脚3由七个砝码16、模拟人脚支架17、模拟人脚调节手柄18、模拟人脚调节螺杆19、模拟人脚后压块20、两个连杆21和模拟人脚前压块22等零部件组成。如图3所示。模拟人脚重量为(600±10)N。前压块22与后压块20通过连杆21连接。砝码16叠放于模拟人脚支架17上方。模拟人脚调节手柄18安装在模拟人脚调节螺杆19上，模拟人脚调节螺杆19穿过模拟人脚后压块20。通过模拟人脚调节手柄18和模拟人脚调节螺杆19调节模拟人脚后压块20的高度来固定样鞋，保证其在装置使用过程中的稳定性。

传感器支架2由传感器前支架23和传感器后支架24等零部件组成。传感器前支架23通过传感器支架立柱4与主机1连接，传感器支架2能通过传感器立柱4在垂直方向上调整位置，传感器后支架24与模拟人脚3连接。通过传感器支架2将样鞋所受的滑动摩擦力传递给拉压力传感器25。

数据采集处理系统由拉压力传感器25和计算机组成，拉压力传感器25安装在传感器前支架23和传感器后支架24之间，量程为(0～1000)N。拉压力传感器25连接计算机，将样鞋与模拟地面3之间产生的滑动摩擦力输出给计算机，计算机绘制出滑动摩擦力变化曲线，计算滑动摩擦力平均值。

控制系统由电源、四个接触器(A1-A4)和四个继电器(J1-J4)组成。如图5所示。电源能将220V交流电转换为12V直流电，四个继电器中J1和J2为直流继电器，工作电压为12V，起到控制继电器J3和J4的作用，J3和J4为交流继电器，工作电压为380V，控制电机正反向转动，四个接触器分别起到控制系统电源开启(A1)、电机正向转动(A3)、电机反向转动(A4)和电机停止转动(A2)的作用。按下A1接触器，控制系统通电。J1、J2继电器的三个控制触点中两个设置为常开状态，一个设置为常闭状态。通过二极管接地，防止高压击穿。正转时J1的开关合上，J1继电器连通，J3继电器连通，向电机供电。反转时，J2继电器连通，J4继电器连通。由于J4和J3为反相连线，因此实现电机的正反转。打开A2接触器后，J1和J2继电器将断开，J3和J4也断开，使电机停止转动。

Claims (5)

1、一种鞋类防滑性能试验装置，由机械传动系统、数据采集处理系统、控制系统组成，其特征在于：

机械传动系统由主机(1)、传感器支架(2)、模拟人脚(3)组成，传感器支架(2)一端通过传感器支架立柱(4)位于主机(1)上方，传感器支架(2)通过传感器支架立柱(4)做上下垂直活动；传感器支架(2)另一端连接模拟人脚(3)；主机(1)由呈框架结构的机架(5)组成，内设减速器(8)、电机(6)以及传动部件(9)，机架(5)上设有模拟地面(7)，传动部件(9)包括导板(15)、曲柄(13)和导杆(14)，电机(6)连接减速器(8)，减速器(8)通过曲柄(13)连接导板(15)，导杆(14)的两端分别固定于机架(5)底部，导板(15)一端连接导杆(14)，使导板(15)沿着导杆(14)做水平运动，导板(15)另一端穿过机架(5)，连接模拟地面(7)；模拟人脚(3)由模拟人脚支架(17)、模拟人脚调节手柄(18)、模拟人脚调节螺杆(19)、模拟人脚后压块(20)、模拟人脚前压块(22)组成，模拟人脚前压块(22)与模拟人脚后压块(20)通过连杆(21)连接，模拟人脚支架(17)的一端固定于连杆(21)上，模拟人脚支架(17)上方设有砝码(16)，模拟人脚后压块(20)中部开有螺纹孔，模拟人脚调节螺杆(19)穿过该螺纹孔连接模拟人脚后压块(20)，模拟人脚调节螺杆(19)一端设有模拟人脚调节手柄(18)；

数据采集处理系统由拉压力传感器(25)和计算机组成，拉压力传感器(25)通过数据采集卡连接计算机，拉压力传感器(25)固定于传感器支架(2)上；

控制系统由接触器、继电器组成，第一接触器(A1)一端与220V交流电连接，另一端通过导线与电源串连，电源另一端与第二接触器(A2)一端串连，第二接触器(A2)另一端与一个并联电路串连，该并联电路由第三接触器(A3)与第一直流继电器(J1)串连电路以及第四接触器(A4)与第二直流继电器(J2)串连电路构成，第一直流继电器(J1)输出线与第一交流继电器(J3)控制线连接，第二直流继电器(J2)输出线与第二交流继电器(J4)控制线连接，第一交流继电器(J3)和第二交流继电器(J4)并联在380V交流电上，第一交流继电器(J3)和第二交流继电器(J4)的输出线与电机(6)连接。

2、根据权利要求1所述的鞋类防滑性能试验装置，其特征在于模拟地面(7)由面板(10)、模拟地面支架(11)、滚子轴承(12)组成，面板(10)固定于模拟地面支架(11)上方，4个滚子轴承(12)分别位于模拟地面支架(11)的四个角上。

3、根据权利要求1所述的鞋类防滑性能试验装置，其特征在于导板(15)另一端穿过机架(5)连接面板(10)。

4、根据权利要求1所述的鞋类防滑性能试验装置，其特征在于传感器支架(2)由传感器前支架(23)和传感器后支架(24)连接组成，拉压力传感器(25)位于传感器前支架(23)和传感器后支架(24)之间。

5、根据权利要求4所述的鞋类防滑性能试验装置，其特征在于传感器后支架(24)一端连接模拟人脚支架(17)一端，并位于砝码(16)下方。

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