CN101666738A

CN101666738A - 一种光电式摩擦系数测定仪

Info

Publication number: CN101666738A
Application number: CN 200910171885
Authority: CN
Inventors: 曹东伟; 唐国奇; 刘清泉
Original assignee: INT OF HIGHWAY SCIENCES MINISTRY OF COMMUNICATIONS
Current assignee: INT OF HIGHWAY SCIENCES MINISTRY OF COMMUNICATIONS
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: CN101666738B

Abstract

本发明提供一种光电式摩擦系数测定仪，其具有：主体支架；摆锤，其以可相对于所述主体支架摆动的方式设置于该主体支架上。该光电式摩擦系数测定仪还具有：角度编码器，按时间变化测量摆的摆动角度，并测量摩擦后的最大偏摆角度等导出参数；力传感器，按时间变化测量摆作用在试件上的正压力。处理器，其与所述角度编码器之间通过数据传输线连接，并对所述角度编码器和力传感器所采集到的数据进行处理，即根据摆动角度与时间的关系，计算出摩擦前后速度，再根据最大偏摆角度、正压力与时间的关系等导出参数，计算出待测试件表面的摩擦系数。

Description

一种光电式摩擦系数测定仪

技术领域

本发明涉及一种摩擦系数测定仪，尤其涉及摆式摩擦系数测定仪。

背景技术

随着交通运输事业的发展，公路、城市道路及机场跑道等路面的防滑问题，已引起有关部门的普遍重视。现在市面上有各种对道路摩擦系数进行测定的仪器，利用这些摩擦系数测定仪对典型路面摩擦系数进行测定的结果，可作为路面性能评估和优化轮胎配方的依据之一。例如图2中所示的BM-II型摆式摩擦系数测定仪就是一种典型的测量仪器，其属于动力摆冲击型仪器，可在室内检测路面材料表面摩擦系数，也可用于检测野外检测局部路面范围的抗滑性能。如图2所示，摩擦系数测定仪10具有：主体支架、摆、度盘40、试件固定器50。主体支架包括底座21和固定于该底座21上的立柱22。该立柱22分为上下两段，其中上段部分的横截面略大于下段部分，并以可相对滑动的方式嵌套于下段部分中，通过调节该上段部分嵌套在下段部分中的程度，来调节主体支架的整体高度。在调整好主体支架的整体高度后，通过立柱22上所设的升降调节螺丝23将立柱22的上下两段之间卡紧，从而进行定位。在立柱22顶端设置有沿水平方向延伸的支承轴24，该支承轴24的基端固定在立柱22顶端。摆包括摆臂31和摆锤32，摆臂31的一端以可相对于支承轴24转动的方式由其支承。在摆臂31上的比摆中心稍远离端部的位置设置有抵接部。摆锤32固定于摆臂31的另一端，在摆锤32的下部装嵌有滑溜块33，在该滑溜块33与摆锤32之间装有例如弹簧等弹性构件，滑溜块33外表面受到外界压力时，可克服弹性构件的弹力而向摆锤32内位移。度盘40呈扇形，将其以其扇形圆心部与上述支承轴24同心的状态固定在立柱22顶端，指针41基端以可相对于上述支承轴24转动的方式被支承于上述支承轴24上，该指针41上具有被抵接部，相对于上述摆臂31上的抵接部而言，该被抵接部位于其图2中所示的顺时针方向一侧，并可与该抵接部抵接。在利用该BM-II型摆式摩擦系数测定仪进行测量时，首先将试件固定器50固定在立柱22基端附近，使摆锤32位于最低点时正处于该试件固定器50的正上方，然后将待测试件固定在试件固定器50上，调节立柱22的伸缩量，以使主体支架的总体高度达到预期高度。然后使摆的摆锤32从设定高度自由下摆，摆锤32上的滑溜块33同待测试件的表面接触时经由弹性构件略向摆锤32内部位移，摆锤32经过待测试件的表面后继续向前摆起，此时，摆臂31上的抵接部与指针41上的被抵接部相抵接，将指针41带起。当摆向前摆动到最大高度时，指针41停留在度盘40的某一刻度上。由于滑溜块33同待测试件之间的摩擦会损耗部分能量，所以摆锤32只能回摆到比上述设定高度低的一定高度，待测试件表面摩擦力越大，摆锤32经过待测试件表面后能够摆起的高度越小。摆的重力势能损失就等于滑溜块33滑过实验表面时克服摩擦所做的功。根据指针的指向和摆臂31的长度可算出回摆高度，由此可评定试验表面的摩擦力。该摆式摩擦系数测定仪的主要技术规格为：

摆动的力矩：615000g·mm；

滑溜块(摆)对路面的正向静压力N：(22.2±0.5)N；

滑溜块变形量：(4±0.1)mm

摆锤自倾斜5°处自由放下到摆动停止的次数≥70；

滑溜块外边缘距摆中心距离：508mm；

摆锤质量M：(1500±30)g

摆中心至摆锤重心距离：(410±5)mm

滑溜块规格：(76.2±0.1)mm·(25.4±0.1)mm·(6.35±0.01)mm

将测得的摆锤前后高度差ΔH、摩擦行程长度S(调定)、当地重力加速度g以及以上技术规格中的相关项代入算式“MgΔH＝μNS”中，即可计算出实验表面的摩擦系数μ。

然而，使用这种摆式摩擦系数测定仪进行测量时，却会因为下面原因造成误差：1)由于摩擦长度采用的是摆动前的静态标定，滑溜块摆动过程中与被测物的实际滑动长度不准确；2)滑溜块对路面的正向压力采用的是静态标定最大值，无法实现在测试过程中的动态测试，与实际摆动过程中的实时变化压力存在偏差；3)人为读数而造成的误差。因此所测路面的摩擦系数精度不高。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种光电式摩擦系数测定仪，其能够准确、高精度地测量出所测路面或具有平整表面的材料的摩擦系数。

根据本发明第一技术方案的光电式摩擦系数测定仪，其具有：主体支架；摆锤，其以可相对于所述主体支架摆动的方式设置于该主体支架上，其特征在于，还具有：角度编码器，其按时间变化测量摆的摆动角度；处理器，其与所述角度编码器之间通过数据传输线连接，并对所述角度编码器所采集到的数据进行处理。

采用本技术方案，可通过光电手段检测摆动角度，比以往用肉眼读取指针的情况的取值误差小，精度更高。且可通过处理器利用软件程序对角度编码器的测量数据及其他数据进行运算处理，从而可简单、高效地获得待测试件表面的摩擦系数。

在以上第一技术方案的基础上，本发明第二技术方案的光电式摩擦系数测定仪还具有力传感器，其按时间变化测量摆作用在试件上的正压力，所述处理器还与该力传感器之间通过数据传输线连接，并对所述力传感器所采集到的数据也进行处理。

采用本技术方案，可通过力传感器来检测摆锤经过试验表面时的正压力，取值精度更高，而且可获得正压力随摆的摆动行程变化的对应变化值。另外，由于摆锤经过试件表面时的正压力为变化值，因此，可通过处理器对力传感器所检测到的正压力随摆锤摆动行程变化的对应变化值进行积分处理，能够获得较以往更为准确的检测结果。

附图说明

图1是本发明的光电式摩擦系数测定仪的主视图。

图2是现有技术的带有度盘的摆式摩擦系数测定仪的立体图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

图1是本发明的光电式摩擦系数测定仪1的主视图。在该图1中，对与图2中所示的现有技术相同的构件标注相同的附图标记，由于这些构件与在现有技术中的结构、作用基本相同，且在上文的背景技术部分均有过记载，因此在此省略对其的详细说明。如图1所示，光电式摩擦系数测定仪1具有：主体支架、摆、角度编码器2、试件固定器50、力传感器3。主体支架包括底座21和固定于该底座21上的立柱22，该底座21通过多个调平螺丝固定在地面或台面上，并可通过该多个调平螺丝来调整各点高度以找平。摆包括摆臂31和摆锤32，可相对于立柱22摆动。摆锤32固定于摆臂31的另一端，在摆锤32的下表面上安装有滑溜块。在立柱22顶端附近设置有角度编码器2，该角度编码器2准确地检测出摆经过最低点后摆起的角度。在立柱22基端附近设置有力传感器3，在该力传感器3上方设置有试件固定器50，使摆锤32位于最低点时正处于该试件固定器50的正上方。如图1所示，角度编码器2和力传感器3分别经数据传输线与处理器4相连，该数据传输线在图中以虚线表示，由处理器4对角度编码器2和力传感器3所检测出的值进行处理。例如，根据摆动角度与时间的关系计算出摩擦前后速度，再根据最大偏摆角度、正压力与时间的关系等导出参数，计算出待测试件表面的摩擦系数。

利用本发明的光电式摩擦系数测定仪1对待测试件的摩擦系数进行测量时，首先利用底座21上的多个调平螺丝来调整底座21上各点的高度以进行找平，然后将待测试件固定在试件固定器50上，调节立柱22的伸缩量，以使主体支架的总体高度达到预期高度。然后使摆的摆锤32从某设定高度H自由下摆，滑溜块同待测试件的表面滑动接触后继续向前摆起，由于滑溜块同待测试件之间的摩擦会损耗部分能量，所以摆锤32只能回摆到比上述设定高度低的高度H′，待测试件表面摩擦力越大，摆锤32经过待测试件表面后能够摆起的高度H′越小。在这一过程中，角度传感器2及力传感器3分别检测到摆的摆角随时间的变化及待测试件所受到的正压力随时间的变化，并将检测结果传输到处理器4中。

摆的重力势能损失就等于滑溜块滑过实验表面时克服摩擦所做的功。在处理器4中，利用预先编写的运算程序，对角度编码器2和力传感器3所检测出的值进行处理。例如，该运算程序包含以下运算过程：首先根据角度编码器所检测到的摆经过最低点后摆起到最高点时的摆杆相对于铅直线的夹角θ、以及摆长L，利用算式“ΔH＝H-H′＝L(1-cosθ)”求得摆锤前后的高度差ΔH，然后，对力传感器3的检测结果进行积分处理，获得作用在待测试件表面上的正压力的当量N，然后再将各检测数据及本发明的光电式摩擦系数测定仪1的一些额定参数，例如摆锤质量M、摩擦行程的长度S代入算式“MgΔH＝μNS”内进行计算，从而准确获得待测试件表面的摩擦系数。但根据角度编码器2和力传感器3所检测出的数据处理计算的数学模型并不限于示例。

以上记述了本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述特定的实施方式，例如，本实施方式中，就测量摆角的装置而言，只要是能准确测得摆角的装置即可，并不限于使用本实施方式中的角度编码器；本实施方式中，角度编码器、力传感器同处理器之间利用数据传输线传递数据，但也可设置各种无线通信装置，经该无线通信装置来实现角度编码器、力传感器同处理器之间的数据传输；本实施方式中，力传感器安装于待测试件下方，但只要能检测出摆经过试件表面时两者间相互作用的正压力，则也可设置于摆锤中，而测试待测试件对摆锤的反作用力。总之对本发明而言，可以在权利要求书中记载的本发明主旨范围内进行各种变形、变更。

Claims

1.一种光电式摩擦系数测定仪，其具有：主体支架；摆锤，其以可相对于所述主体支架摆动的方式设置于该主体支架上，其特征在于，还具有：角度编码器，其对摆的摆动角度进行检测；处理器，其与所述角度编码器之间通过数据传输线连接，并对所述角度编码器所采集到的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的光电式摩擦系数测定仪，其特征在于，还具有力传感器，在所述摆锤经过待测试件时，该力传感器对待测试件上被施加的正压力进行检测，所述处理器还与该力传感器之间通过数据传输线连接，并对所述力传感器所采集到的数据也进行处理。