CN1037469C - 实现滚动阻力和最大附着力测量方法的装置以及所述方法 - Google Patents

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Abstract

装置D，包括由连接杆(10)装配的两个相同的装架组件E，该连接杆(10)装有镇重装置(7)，从而使加有载荷的该装置的重心G位于连接两组件E的转动中心O的直线ZZ’的下方。使该装置转动的装置使其重心G作摆线运动，直到达到一定的角度位置，然后用适当的装置把重心保持在该位置上。
使用至少两个装置来实现比较测量至少两组轮胎或至少两种路面的滚动阻力和最大附着力的方法。

Description

实现滚动阻力和最大附着力测量方法的装置以及所述方法
本发明涉及可用来确定轮胎与它在其上滚动的路面之间的力的一种装置，该装置特别可利用该纵向力来测量轮胎的特性。这类特性，比方说，包括滚动阻力和纵向附着系数。本发明还涉及使用这一装置加以实现的方法，特别涉及比较测量不同轮胎、不同路面的滚动阻力和最大附着力特性的方法。
由于对测量滚动阻力起影响的因素众多，因此，这一测量极其困难，大家知道，主要有两种方法。第一种方法涉及在机器上的测量，这里可提到的有：在一飞轮上进行测量，被测轮胎在更大或更小直径的飞轮上行驶；以及在滚轮测试台上的测量，所述滚轮为小直径并在轮胎中产生与使用平直路面时截然不同的应力，因此该机器呈现为作为平直路面的皮带，而轮胎即在此皮带上滚动。第二种方法涉及在真实跑道和路面上进行测量，这一般是使用车辆，不管是分解的车辆还是通常的车辆。若用通常的车辆，经常使用所谓的路面减速法，这一方法无疑没有其它方法那样精确，但能获得有趣结果，因为它最大程度地涉及环境因素。
至于最大附着力的测量，若在机器上进行测量，一般也使用飞轮来进行，但更经常地使车辆行驶在路面变动的路道上进行测量。显然，使用车辆和路道的方法与使用飞轮的方法相同，都需要相当大的空间，因为飞轮的直径必须很大。
本发明的目的是提供一种装置，它不但简单，而且它在有限空间中，或至少在与路道或车间相比较是非常小的空间中、在平直路面或曲率极小的路面上滚动时，比较测量滚动阻力和最大附着力。
本发明装置的特征在于，它包括用连杆装配的两个尺寸相同的装架组件，该连杆的中轴线与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线平行，所述连杆上装有把载荷加到两组件上所必需的镇重装置，从而使该装置静止时的重心位于所述直线与该装置在其上滚动的路面之间；该装置还包括可使本发明装置的重心随着装架组件的转动而作摆线运动的装置，从而使该重心与通过连接装架组件的两转动中心的直线且与路面垂直的平面形成一定角度。
装架组件指由充气到一定压力的至少一个轮胎及其安装轮辋构成的组件，所述轮辋装有可固定在轮毂上的轮盘。连接两装架组件的连杆可以是任何截面形状、比方说圆形或方形的刚性连杆，它牢固连接在装有轮盘的两轮毂上。该杆最好可在一壳体中自由转动，而该壳体专为此而设在装架组件的轮毂和轮盘中。应该指出，“平行”一词也包括“重合”，该杆最好为转轴，该转轴的中心线也即对称轴线为连接装架组件的两转动中心的直线。
至于能使本装置的沿径向位于装架组件两转动中心连线下方的重心作摆线运动的装置，它们可以有不同的类型。把一牵引力加到可在轮毂中自由转动、连接装架组件两转动中心的轴上，即可转动装架组件。也可用手动或机动方式把一转矩加于两组件上而使其转动。也可使本装置在其上滚动的路面倾斜而使组件转动。
为了比较测量滚动阻力，本发明装置最好装有用作转动杆的操纵杆，它用能把重心保持在所要求的角度位置上的装置牢固连接在装架组件的轮毂或轮盘上。
本装置静止时，该操作杆最好位于通过组件两转动中心的连线并与本装置在其上滚动的路面垂直的平面中，并牢固连接在装架组件的连接轴上，从而该轴可与轮毂一起转动，而镇重装置牢固连接在该轴上。
在测量给定轮胎的最大附着力时，本发明的装置包括一轴，它把组件的两转动中心相连，并至少装有一个用来卷绕牵引缆绳的皮带轮，该皮带轮牢固连接在所述轴上，从而可与该轴一起转动。用普通的已知装置在缆绳上施加牵引力就可使本装置转动并使本装置的重心G运动。
按照本发明，用来比较测量两组轮胎在同一路面上的滚动阻力的第一方法包括：使用两个上述装置，第一个装置装有由两个彼此相同的轮胎构成的第一组轮胎，第二个装置装有由两个彼此相同、但不同于装在第一装置上的轮胎的轮胎构成的第二组轮胎；把这两个装置放在同一路面上；用镇重装置确保每一装置所需的载荷；转动两装置从而使两装置的重心摆动，直到两重心的角度位置相同；使所述重心停止在该位置上同时又具有运动的自由。
两装置的重心由于所述装置的滚动一旦上升到相同高度，就储存了相同的势能。一旦松开该两个装置，它们就会作阻尼滚摆运动，该阻尼由装在装置上的轮胎的滚动阻力造成，它与滚动阻力成正比。由于优先使用的装置装有使装置转动的操纵杆，因此最好通过把所述操纵杆钩住或固定在路面上而确保该装置停止在预定位置上。
最好通过比较装有待比较轮胎组的装置的摆动数、比较给定时间中的摆动数或装置停止前的摆动数来实现比较测量。
按照本发明，用来比较测量轮胎组在同一路面上的最大附着力的第二个方法包括：使用至少两个上述装置，第一个装置装有由两个相同轮胎构成的第一组轮胎，第二个装置装有由两个互相相同但不同于装在第一装置上的轮胎的轮胎构成的第二轮胎组；把这些装置放在同一路面上；用镇重装置确保每一装置所必需的载荷；借助于绕在一固定连接到该装置转轴上的皮带轮上的至少一根牵引缆绳，把牵引力加到每一装置上，直到轮胎组与路面之间发生滑动。
若把两装置的操纵杆用作测量针，对其进行观察，即可比较最大附着力，但最好用装在牵引缆绳上的测力计读取所加的力来测量最大附着力。
若把上述比较测量称为并行测量，也可只用一个装置串行地进行同样的测量，此时，用第一组轮胎进行第一次测量，然后用第二组轮胎进行第二次测量。
通过结合附图对本发明的示例性、但非限制性的实施例的下述说明，本发明的特征和优点会更易理解。附图中：
图1简示本发明装置第一变型；
图2简示本发明装置第二变型；
图3简示本发明装置第三变型；
图4简示使用图1所示装置测量滚动阻力；
图5简示使用图3装置测量最大附着力；
图6简示使用图1所示装置以另一种方式测量最大附着力。
图1所示本发明装置D包括两个互相相同的装架组件。每个组件E由一轮胎1组成，它安装在其轮辋2上，并充气到测试压力，轮辋2用轮盘3安装到轮毂4上，而该轮盘3用固紧螺丝5装到该轮毂上。两轮毂用圆形横截面的轴6连接，在所述例子中，该轴6固定连接到轮毂4上，因此轴6无法相对轮毂4自由转动。轮6上装有载荷悬挂架7，它为一吊篮或载荷悬挂架，其中装有铸铁块或生铁块，从而把所需载荷对称地加到两装架组件E上。这一载荷悬挂架7用支架8牢固连接在该轴上，从而在静止状态下，本装置的重心G必定沿径向位于连接装架组件E的两转动中心O的轴线ZZ’的下方。轴6还装有操纵杆9，事实上该杆为一倒U形杆，所述杆固定连接在轴6上，用来转动装置D。
图2示出本发明装置的一种变型。该装置D与图1所示的不同处主要在于：其上牢固连接有装有载荷的载荷悬挂架7且连接两轮毂4(两附图中的相同部件用相同标记表示)的连接杆10的对称轴线XX’与连接装架组件E的两转动中心O的轴6的对称轴线ZZ’不是同一条直线。该连接杆或联接杆可在壳体11中自由转动，而壳体11专为此设于轮毂4中，该壳体中装有轴承12。轴6也是如图1中的情况一样，它能在壳体13中自由转动，但也可用由摩擦衬片15构成的装置14使它停止转动，板16在弹簧17的压缩造成的夹紧力的作用下紧压到摩擦衬片15上。在牵引件18上施加牵引力，就可确保图2装置发生转动，牵引件18可以是杆、绳或金属绳，它牢固连接到轴6上，但在要求放开本装置时可方便及时地从轴6上脱开。可用任何已知机械装置、比方说手动或机动绞盘或更简单地用手施加牵引力。在测量滚动阻力时将被刹住的轴6上装有测量针19，可用它观察本装置重心G的上下运动从而计算摆动数，直到摆动完全停止。
图3所示本发明装置的变型与图1所示装置大致相同。但两者不同之处在于下述特征：与装置D的转轴6相同的连接杆10上装有两皮带轮20，皮带轮20上设有凹槽21，凹槽21中绕有牵引缆绳。这些皮带轮20用任何合适的连接方式、比方说用螺丝、螺栓等固定连接在轴6上。
皮带轮20的直径可变，它们最好由设有凹槽的圆筒形环20”紧紧套到圆筒形部件20’上构成。皮带轮20之一上装有如上所述测量针19。
图4示出图1的装置，一边为静止而不受约束，另一边为装置的重心G被置于起始位置上。为了比较测量或由于结构特性或由于使用特性(压力、载荷等等)而彼此不同的两组轮胎的滚动阻力，得使用图1所示那样的两个装置D，它们一边一个地放置在同一路面上。借助装在每一装置上的操纵杆9用手施加一转矩而使两装置D转动，直到每一装置的操纵杆被钩住在固定在路面上的钩子22上，重心G(若两装置的载荷相同，则该重心离转动轴线OO的距离相同)或G’和G”(若两装置的载荷不同，则重心G’和G”离转动轴线OO的距离不同)沿多多少少缩短的摆线运动，以致每一重心与轴线和图面的交点O形成一直线，当操纵杆9用固定在路面上的钩子22钩住时，该直线与垂直于路面并穿过中心O的直线之间形成相同的角α，在同一时刻T，使两操纵杆9脱钩，从而使两装置发生有阻尼的摆动，阻尼的大小随包括轮胎滚动阻力在内的总滚动阻力而变。
为了获得可靠的比较，建议对如下轮胎组的转动进行比较，第一次测量把两轮胎A放在装置D1上，而把两轮胎B装在装置D2上，紧接着第一次测量进行第二次测量，此时把轮胎A放在装置D2上，而把轮胎B放在装置D1上。所测量的两组轮胎滚动阻力的差可从比方说两装置的操纵杆9在摆动完全停止前的摆动数看出，杆9沿径向离转动中心O最远处的端部所横过的总距离与轮胎A和B的滚动阻力成反比。
显然，上述比较两组轮胎的方法同样适用于比较特性不同的两种和多种路面，特别是影响到滚动阻力的特性。使用四个参考轮胎并使两个或多个装置D同时在两种或多种不同路面上滚动就足够进行测量，所使用的轮胎彼此相同，最好为硬橡胶矮轮胎。
图5说明使用两个或多个装置比较两组或多组轮胎所必需满足的条件。所用装置最好为图3所示装置。测量方法原则上不同于上述方法，在这里，通过对绕在图3装置的皮带轮20凹槽中的牵引缆绳23施加牵引合力X而把一转矩加到每一装置上，两皮带轮对称地放置在对称平面YY’的两侧。首先，在所述例子中，在距平直路面h处用绞盘24施加该力X而使该装置围绕转轴OO转动，从而从该装置的对称平面YY’中的剖面来看，装置的重心G位于直线GO上，该直线与垂直于路面且穿过O的直线形成角度α’，该角度在开始转动时为0，随着所施加的牵引力的增加而增大，当装架组件在所述路面上发生滑动时达到α’o此时所述轮胎组达到最大附着力，此时牵引力为Xo，角度α’o与一定的距离e对应，该距离e为重心与和负载相等的路面反作用力的力作用线之间的距离。从这里可推导出达到最大附着力时的附着系数，它等于轴向距离e与径向距离h之比。
从两测量针19各自的位置即可看出比较测量结果，但最好使用装在牵引缆绳22上的测力计25，它们分别给出两组轮胎的力Xo的值。
图6也是用本发明装置、特别是图1和图2之类的装置来比较测量最大附着力。但该方法与上述图5所示方法的不同之处在于，装置D的初始转动以及装架组件E在所研究路面上的滑动不是用适当装置在一根或多根牵引缆绳22上施加水平牵引力X来实现，而是由滚动斜面P的倾斜角β实现，可用比方说千斤顶26使斜面P围绕路面上的轴27转动，从而改变该倾斜角β。
装置D起初放置在水平状态下的滚动面P上。然后以缓慢、恒定的速度使平面倾斜而使每个装置滚动，然后当滚动平面的倾斜角为βo时装置在该平面上滑动。用测量针19就可比较测量两最大附着力，但最好以两滚动平面P各自的角度βo比较测量这两个最大附着力。知道了这些角度值，还可以分别算出两组轮胎的摩擦力。
在最大附着力测量的范围内，显然该比较不仅可用于轮胎组，而且可用于特性不同的路面，不管是平直路面还是倾斜路面，特别可用于润滑不同的路面。
显然，在所述装置上转动轮胎组并在所要比较的路面上转动装置，即可使测量方差减至最小。

Claims (13)

1、用来测量轮胎组(1)的滚动阻力和/或最大附着力的装置D，其特征在于，它包括至少两个用连接杆(10)装配的相同的装架组件E，该连接杆的中轴线XX’与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线ZZ’平行，所述连接杆(10)上装有把载荷加到每一组件E上所必需的镇重装置(7)，使得静止时装置D的重心G位于所述直线ZZ’与该装置将在其上滚动的路面之间；它还包括使其重心随着装架组件的转动作摆线运动的装置(9，18，20，P)，从而使该重心与通过装架组件两转动中心的连线XX’且与路面垂直的平面之间形成一定角度。
2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，连接杆(10)与连接两组件E的转动中心O的轴线ZZ’的轴(6)重合。
3、按权利要求2所述的装置，其特征在于，轴(6)上装有使它能在组件的轮毂(4)中自由转动的装置以及使它与轮毂(4)一起转动的装置(14，15，16，17)。
4、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，可使其重心G作摆线运动的装置为可把牵引力施加到装置D的转轴(6)上的装置(18)。
5、按权利要求1到3中任一权利要求所述的装置，其特征在于，可使其重心G作摆线运动的装置为可把一转矩加到两组件E上的装置(9，20)。
6、按权利要求4所述的装置，其特征在于，可施加牵引力的装置(18)包括一连接到在轮毂(4)中自由转动的轴(6)的中心轴线ZZ’上的牵引件(18)，而且它可从所述轴线上脱开，牵引力可由手动或机动装置获得。
7、按权利要求5所述的装置，其特征在于，用来施加转矩的装置为用作把手的操纵杆(9)，其上加有手动力或机动力，并且，它包括能把所述重心保持在所要求角度位置上的装置(22)。
8、按权利要求5所述的装置，其特征在于，用来施加转矩的装置(20)是绕在一皮带轮(20)的凹槽(21)中的牵引件(22)，从而使所施加的牵引力的作用点位于一通过轴线XX’和ZZ’的平面中。
9、按权利要求1到3中任一权利要求所述的装置，其特征在于，可使其重心G作摆线运动的装置是相对于路面倾斜的滚动平面P，倾斜角β可随时间而变。
10、一种比较测量至少两组轮胎在同一路面上的滚动阻力的方法，其特征在于，使用至少两个用来测量轮胎组(1)的滚动阻力和/或最大附着力的装置D1D2，该装置的每一个均包括至少两个用连接杆(10)装配的相同的装架组件E，该连接杆的中轴线XX’与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线ZZ’平行，所述连接杆(10)上装有把载荷加到每一组件E上所必需的镇重装置(7)，使得静止时装置D的重心G位于所述直线ZZ’与该装置将在其上滚动的路面之间；它还包括使其重心随着装架组件的转动作摆线运动的装置(9，18，20，P)，从而使该重心与通过装架组件两转动中心的连线XX’且与路面垂直的平面之间形成一定角度；
该第一个装置D1装有由两个彼此相同的轮胎A构成的第一组轮胎，该第二个装置D2装有由两个互相相同、但与装在第一装置D1上的轮胎A不同的轮胎B构成的第二轮胎组；把两装置D放到同一路面上；每一装置所需载荷放置在装载荷的桶(7)中；转动两装置而使两装置的重心G作摆线运动，直到两重心G相对于垂直于路面并通过装置D的转动轴线OO的平面达到相同的角度位置α；把所述重心停止在所述角度位置α上，然后同时使它们作自由运动，此时只靠观察或靠测量即能分别对两装置的上下运动的阻尼进行比较。
11、一种比较测量至少两种滚动面的方法，其特征在于，使用至少两个用来测量轮胎组(1)的滚动阻力和/或最大附着力的装置D1、D2，该装置的每一个均包括至少两个用连接杆(10)装配的相同的装架组件E，该连接杆的中轴线XX’与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线ZZ’平行，所述连接杆(10)上装有把载荷加到每一组件E上所必需的镇重装置(7)，使得静止时装置D的重心G位于所述直线ZZ’与该装置将在其上滚动的路面之间；它还包括使其重心随着装架组件的转动作摆线运动的装置(9，18，20，P)，从而使该重心与通过装架组件两转动中心的连线XX’且与路面垂直的平面之间形成一定角度；
所述装置在轮辋上都装有互相相同的高度不高的硬橡胶轮胎；每一装置都放置到要比较的滚动面上；转动两装置D，使原先已加载荷的所述装置的重心作摆线运动，直到两重心G相对于垂直于路面并通过装置D的转动轴线OO的平面达到相同的角度位置α；使所述重心停止在所述位置上并同时使它们作自由运动，此时仅靠观察或靠测量即能分别对两装置的摆动阻尼进行比较。
12、一种比较测量至少两组轮胎在同一路面上的最大附着力的方法，其特征在于，使用至少两个用来测量轮胎组(1)的滚动阻力和/或最大附着力的装置D1、D2，该装置的每一个均包括至少两个用连接杆(10)装配的相同的装架组件E，该连接杆的中轴线XX’与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线ZZ’平行，所述连接杆(10)上装有把载荷加到每一组件E上所必需的镇重装置(7)，使得静止时装置D的重心G位于所述直线ZZ’与该装置将在其上滚动的路面之间；它还包括使其重心随着装架组件的转动作摆线运动的装置(9，18，20，P)，从而使该重心与通过装架组件两转动中心的连线XX’且与路面垂直的平面之间形成一定角度；
可使其重心G作摆线运动的装置为可把一转矩加到两组件E上的装置(9，20)；
用来施加转矩的装置(20)是绕在一皮带轮(20)的凹槽(21)中的牵引件(22)，从而使所施加的牵引力的作用点位于一通过轴线XX’和ZZ’的平面中；
该第一装置D1装有由两个相同轮胎A构成的第一轮胎组，该第二装置D2装有由两个互相相同、但与装在第一装置D1上的轮胎A不同的轮胎B构成的第二轮胎组；把这两个加有载荷的装置放置到同一路面上；通过在绕在两皮带轮20的凹槽21中的牵引缆绳22施加牵引合力Xo而把一转矩加到每一装置上并使该装置在路面上滑动，两皮带轮对称地放置在装置的对称平面YY’两侧，牵引合力离开路面的距离为h。
13、一种比较测量至少两组轮胎在相同路面上的最大附着力的方法，其特征在于，使用至少两个用来测量轮胎组(1)的滚动阻力和/或最大附着力的装置D1、D2，该装置的每一个均包括至少两个用连接杆(10)装配的相同的装架组件E，该连接杆的中轴线XX’与连接未加载荷的装架组件的转动中心的直线ZZ’平行，所述连接杆(10)上装有把载荷加到每一组件E上所必需的镇重装置(7)，使得静止时装置D的重心G位于所述直线ZZ’与该装置将在其上滚动的路面之间；它还包括使其重心随着装架组件的转动作摆线运动的装置(9，18，20，P)，从而使该重心与通过装架组件两转动中心的连线XX’且与路面垂直的平面之间形成一定角度；
可使其重心G作摆线运动的装置是相对于路面倾斜的滚动平面P，倾斜角β可随时间而变；
该第一装置D1装有由两个相同轮胎A构成的第一对轮胎，该第二装置D2装有由两个互相相同、但与装在第一装置D1上的轮胎不同的轮胎B构成的第二对轮胎；把每个装置放置到水平的平直滚动面P上；倾斜每一平面P，直到该装置在所述平面上滑动，最大附着力即可用两倾斜平面的倾斜角测量并可对测量到的角度进行比较。
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