CN104777094B - 橡胶摩擦性能测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶摩擦性能测试实验装置，包括：两条滑轨，所述两条滑轨分别沿纵向方向延伸；滑盒，所述滑盒通过多个滑块可滑动地设在两条滑轨上，滑盒内放置有可替换的模拟路面；压力传感器，所述压力传感器可上下移动地设在滑盒的上方，且压力传感器的底面设置有待检测橡胶试样；拉力传感器，所述拉力传感器设在滑盒的一个纵向端；驱动件，所述驱动件通过拉绳拉动拉力传感器和滑盒沿纵向移动；线位移传感器，所述线位移传感器连接至滑盒的另一个纵向端以测量滑盒的纵向位移。根据本发明的橡胶摩擦性能测试实验装置，可对橡胶摩擦力与不同路面、接触面积、所受载荷、滑动速度以及有杂质路面环境等的规律测试，从而有效地对橡胶性能进行研究。

Description

橡胶摩擦性能测试实验装置

技术领域

本发明涉及力学性能测试实验装置设备领域，尤其涉及一种橡胶摩擦性能测试实验装置。

背景技术

橡胶摩擦是一个很复杂的问题，受橡胶材料特性、温度、压力、滑动速度、接触界面等因素影响，是各种影响因素耦合作用的结果。轮胎是橡胶摩擦特性集中体现的重要产品，橡胶的摩擦特性是轮胎滚动的基础，橡胶与地面间的摩擦力提供了汽车抓地力，但同时也带来了滚动阻力。获得橡胶摩擦力与前述各因素的关系，对于改进轮胎滚动特性，降低滚动阻力，提高抓地力，研制节能环保轮胎具有重大意义。

相关技术中研究橡胶摩擦特性的实验设备如恒牵引式摩擦仪、恒速式摩擦仪、摆式摩擦仪等仍有一定的局限性，例如摩擦介质单一，不易更换；载荷施加不方便；速度变化条件施加困难等。对于添加杂质条件的摩擦机理研究，上述摩擦仪更是难于使用。目前各类橡胶摩擦磨损试验机，主要以测定橡胶摩擦系数为主要目标，不适于橡胶摩擦与压力、滑动速度、接触面积等机理与性能的研究内容。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种橡胶摩擦性能测试实验装置，可对橡胶材料的摩擦机理与各环境因素的耦合关系开展研究并获得数据支持。

根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置，包括：两条滑轨，所述两条滑轨分别沿纵向方向延伸；滑盒，所述滑盒通过多个滑块可滑动地设在两条滑轨上，滑盒内放置有可替换的模拟路面；压力传感器，所述压力传感器可上下移动地设在滑盒的上方，且压力传感器的底面设置有待检测橡胶试样；拉力传感器，所述拉力传感器设在滑盒的一个纵向端；驱动件，所述驱动件通过拉绳拉动拉力传感器和滑盒沿纵向移动；线位移传感器，所述线位移传感器连接至滑盒的另一个纵向端以测量滑盒的纵向位移。

根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置，可对橡胶摩擦力与不同路面、接触面积、所受载荷、滑动速度以及有杂质路面环境等的规律测试，从而有效地对橡胶性能进行研究。

具体地，所述橡胶摩擦性能测试实验装置进一步包括：支撑架；加载手轮，所述加载手轮具有手轮杆，所述手轮杆可上下移动地设在所述支撑架上，其中所述压力传感器设在所述加载手轮的下端。

进一步地，所述支撑架包括：多个支撑腿，所述多个支撑腿相对于所述滑轨竖直设置；平板横梁，所述平板横梁设在所述多个支撑腿上，其中所述手轮杆的下端向下穿过所述平板横梁且连接所述压力传感器。

进一步地，所述支撑架的所述平板横梁上具有螺纹孔，所述手轮杆上具有外螺纹，所述手轮杆与所述平板横梁之间通过螺纹连接。

具体地，所述手轮杆上还设有用于锁定所述手轮杆位置的定位螺母、以及用于限制所述定位螺母转动的锁定螺钉。

进一步地，所述橡胶摩擦性能测试实验装置还包括：支撑平台，其中所述滑轨设在所述支撑平台上，且所述支撑架连接至所述支撑平台上。

具体地，所述驱动件包括：滑轮，所述滑轮设在所述滑轨的相应纵向端处，其中所述拉绳绕过所述滑轮后垂下；砝码，所述砝码加载在所述拉绳的自由端上以拉动所述拉力传感器和所述滑盒沿纵向移动。

可选地，所述驱动件为电机，所述电机拉动所述拉力传感器和所述滑盒沿纵向移动。

具体地，所述模拟路面为混凝土路面、水泥路面、花岗岩路面、或玻璃面。

进一步地，所述模拟路面上设有杂质层，所述杂质层包括水、油、砂、雪、或冰。

附图说明

图1是根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置示意图；

图2是图1中所示的橡胶摩擦性能测试实验装置的左侧示意图；

图3是图1中所示的橡胶摩擦性能测试实验装置的前侧示意图；

图4是图1中所示的橡胶摩擦性能测试实验装置的俯视示意图：

图5是根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置测量滑轨与滑块摩擦力的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置测试获得的压力传感器数据；

图7是根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置测试获得的拉力传感器数据。

附图标记：

橡胶摩擦性能测试实验装置100；

滑轨1；

滑盒2；

滑块3；

压力传感器4；

线位移传感器5；

支撑架6；支撑腿61；平板横梁62；

加载手轮7；手轮杆71；

支撑平台8；

滑轮9；

拉力传感器10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“底”“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1-图7描述根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置100。

如图1所示，根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置100，包括：两条滑轨1、滑盒2、压力传感器4、拉力传感器10、驱动件(图中未示出)和线位移传感器5。

具体地，两条滑轨1分别沿纵向方向延伸。参考图1所示，两条滑轨1平行且间隔设置，两条滑轨1在纵向方向(图1中所示的前后方向)延伸，从而可使得滑盒2有足够的长度滑行，便于压力传感器4和拉力传感器10采集更多的实验数据。

进一步地，滑盒2通过多个滑块3可滑动地设在两条滑轨1上。参考图1所示，滑块3可以为四个，四个滑块3设在滑盒2的底部，滑块3能够带动滑盒2在滑轨1上自由滑动，滑块3内可具有滚珠，从而可有效地降低滑块3与滑轨1间的摩擦力，进而可较准确的测试摩擦力。

滑盒2内放置有可替换的模拟路面。参考图1所示，滑盒2可构造为具有顶部敞开的长方体，从而便于放置和替换被测模拟路面，例如，滑盒2内可放置浇筑混凝土路面、水泥路面、花岗岩、玻璃等不同质地的路面，用于获得橡胶试样在不同路面粗糙度的摩擦特性。

压力传感器4可上下移动地设在滑盒2的上方，且压力传感器4的底面设置有待检测橡胶试样。参考图1所示，压力传感器4可用于测量施加到橡胶试样上的压力，压力传感器4相对于滑盒2内的模拟路面可上下移动，从而可根据实验需求对橡胶试样与模拟路面之间施加不同的压力，进而可在不同的压力下，获得橡胶试样与模拟路面摩擦力和压力之间的规律，进一步地，可通过改变橡胶试样的尺寸，研究橡胶试样与模拟路面不同接触面积情况下的摩擦特性规律。

具体地，拉力传感器10设在滑盒2的一个纵向端。参考图1所示，拉力传感器10可设在滑盒2的前端，便于测量拉动滑盒2的力，具体而言，在滑盒2移动的过程中，拉动滑盒2的力包括橡胶试样与模拟路面的摩擦力及滑块3与滑轨1的摩擦力。

在一些实施例中，驱动件(图中未示出)通过拉绳拉动拉力传感器10和滑盒2沿纵向移动。具体而言，参考图1所示，驱动件可以通过拉绳对拉力传感器10施加不同的拉力，当拉力比较小的情况下，拉力等于静摩擦力，当拉力增加可拉动滑盒2移动时，拉力传感器10所测量的拉力大致等于橡胶试样与模拟路面的摩擦力及滑块3与滑轨1的摩擦力。

进一步地，线位移传感器5连接至滑盒2的另一个纵向端以测量滑盒2的纵向位移。参考图1所示，线位移传感器5可连接在滑盒2的后端部，便于测量滑盒2滑动的位移，从而计算得到滑盒2的移动速度，也就是说，通过驱动件对滑盒2施加不同的拉力，可获得滑盒2不同的移动速度，进而可研究不同移动速度与橡胶试样和模拟路面间摩擦力的规律关系。

根据本发明实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置100，可对橡胶摩擦力与不同路面、接触面积、所受载荷、滑动速度以及有杂质路面环境等的规律进行测试，从而有效地对橡胶摩擦性能进行研究，获得橡胶材料的摩擦性能，进而可以应用于轮胎、传送带等涉及到橡胶摩擦性能的工业、汽车等行业中，以提供材料性能支持。

在本发明的一些实施例中，橡胶摩擦性能测试实验装置100进一步包括：支撑架6和加载手轮7，加载手轮7具有手轮杆71，手轮杆71可上下移动地设在支撑架6上，其中压力传感器4设在加载手轮7的下端，便于对橡胶试样施加不同的压力。参考图1-图3所示，通过操作加载手轮7，可调整手轮杆71的上下方向上的伸缩量，进而对橡胶试样施加不同的压力。

进一步地，支撑架6包括：多个支撑腿61和平板横梁62，多个支撑腿61相对于滑轨1竖直设置，平板横梁62设在多个支撑腿61上，其中手轮杆71的下端向下穿过所述平板横梁62且连接压力传感器4。例如在本发明实施例的一个具体示例中，参考图1所示，支撑腿61可为两个，两个支撑腿61分别设在两个滑轨1的两侧，每个支撑腿61的长度方向垂直滑轨1设置，平板横梁62的两端分别固定在两个支撑腿61的最上端，手轮杆71的下端贯穿平板横梁62的厚度方向且连接压力传感器4，这样，便于控制手轮杆71的上下伸缩量从而获得对橡胶试样不同的压力，手轮杆71的下端可具有一段细杆，细杆上具有与压力传感器4同型号的螺纹，便于用于连接压力传感器4。

具体地，平板横梁62上具有螺纹孔(图中未示出)，手轮杆71上具有外螺纹(图中未示出)，手轮杆71与平板横梁62之间通过螺纹连接。具体而言，手轮杆71的外周壁上可具有梯形螺纹，相应地，平板横梁62的中心位置可具有与梯形螺纹适配的内螺纹，这样，旋转加载手轮7，可升起或降低手轮杆71，从而调整手轮杆71的伸缩量，进而对橡胶试样施加不同的载荷。

进一步地，手轮杆71上还设有用于锁定手轮杆71位置的定位螺母(图中未示出)、以及用于限制定位螺母转动的锁定螺钉(图中未示出)。具体而言，旋转加载手轮7，将橡胶试样压在模拟路面上，调整手轮杆71的伸缩量施加载荷的大小到指定压力值，这时可锁紧定位螺母，并锁紧锁定螺钉，从而使得手轮杆71保持固定，保证了在滑盒2滑动过程中，手轮杆71不会转动卸载，进而可有效地提高橡胶摩擦性能测试实验装置100的测试稳定性。

在本发明进一步的实施例中，参考图1所示，橡胶摩擦性能测试实验装置100还包括：支撑平台8，其中滑轨1设在支撑平台8上，且支撑架6连接至支撑平台8上，这样，可提高橡胶摩擦性能测试实验装置100的整体性，方便放置橡胶摩擦性能测试实验装置100，例如可将其放置在实验台或桌面上。

在本发明的一些实施例中，驱动件包括滑轮9和砝码(图中未示出)，滑轮9设在滑轨1的相应纵向端处，其中拉绳绕过滑轮9后垂下，砝码加载在拉绳的自由端上以拉动拉力传感器10和滑盒2沿纵向移动。具体而言，参考图1所示，滑轮9可设置在支撑平台8的最前端，换言之，滑轮9可设置在两个滑轨1的前端，拉绳的一端连接拉力传感器10，拉绳的另一端通过滑轮9连接砝码，可将橡胶摩擦性能测试实验装置100放置在离地面有一定距离的实验台上，这样，方便拉动滑盒2且可确保砝码拉动滑盒2向前移动的行程，另外，通过改变砝码的重量，可改变对拉力传感器10和滑盒2的拉力，从而可改变滑盒2的移动速度。由此，通过滑轮9和砝码的配合及改变砝码的重量，可通过不同的拉力获得不同的滑盒2的移动速度，以分析不同滑动速度和橡胶试样与模拟路面摩擦力的规律关系。

在本发明的另一些实施例中，驱动件为电机(图中未示出)，电机拉动拉力传感器10和滑盒2沿纵向移动。参考图1所示，电机和支撑平台8可设置在同一水平面的实验台上，以拉动拉力传感器10和滑盒2向前移动，通过改变电机的功率，从而可改变电机对动拉力传感器10和滑盒2的拉力，进而可改变滑盒2的移动速度，这样，可通过不同的拉力获得不同的滑盒2的移动速度，以分析不同滑动速度和橡胶试样与模拟路面摩擦力的规律关系。

当然，本发明不限于此，驱动件也可设置为其他能满足以不同拉力拉动拉力传感器10和滑盒2移动的装置，以满足实验的需求。

根据本发明的一些实施例，模拟路面为混凝土路面、水泥路面、花岗岩路面、或玻璃面等，也就是说，滑盒2内可根据实验需求放置凝土路面、水泥路面、花岗岩路面、或玻璃面等不同质地的模拟路面，以研究分析橡胶试样在不同粗糙度的模拟路面上的摩擦特性。

进一步地，模拟路面上设有杂质层，杂质层包括水、油、砂、雪、冰或其他杂质等，也就是说，在不同的模拟路面上可撒上水、油、砂、雪和冰等杂质，测试橡胶试样的滑动特性，从而可研究分析橡胶试样在不同杂质路面的摩擦特性。

下面参考图1-图7简要描述根据本发明具体实施例的橡胶摩擦性能测试实验装置100的测试方法。

为降低并消除滑块3与滑轨1间的摩擦力叠加到测试的橡胶与模拟路面的摩擦力上，可采用两种措施：

一种采用将支撑平台8靠近线位移传感器5的后端抬起一定高度，向滑轮9方向倾斜的方法，借助滑盒2的自重，抵消滑块3与滑轨1间的摩擦力。

参考图5所示，另一种采用在滑盒2上再放置一个滑轨1和滑块3，操作加载手轮7施加载荷压力，测得在五个滑块3的情况下的摩擦力F，在同样的压力进行橡胶试样摩擦性能测试时，四个滑块3所引入的摩擦力为上述F的五分之四，进而带入橡胶试样摩擦性能测量数据里，计算获得橡胶试样与模拟路面的摩擦力。

参考图1所示，操作加载手轮7，可调整手轮杆71的升降，从而可控制压力传感器4压在滑盒2上或将压力传感器4抬起离开滑盒2，操作加载手轮7施加不同载荷的压力，可测试获得橡胶试样与模拟路面摩擦力和压力之间的规律；

橡胶试样粘贴在压力传感器4的下表面上，可以选用不同尺寸面积的橡胶试样，研究橡胶试样与模拟路面不同接触面积情况下的摩擦特性规律。

在滑盒2中，可以放置多种形式的模拟路面，如混凝土路面、水泥路面、花岗岩、玻璃面等，测试橡胶试样在上述模拟路面上的摩擦特性；也可以在上述模拟路面上撒水、油、砂、雪、冰等杂质，获得橡胶试样在有杂质模拟路面上的滑动特性。

拉力传感器10的一端连接拉绳，拉绳通过支撑平台8前端的滑轮9，导向到地面，在拉绳的另一端连接砝码或者电机等驱动件，从而可拉动滑盒2移动。通过驱动件可改变拉绳对拉力传感器10和滑盒2的拉力，从而可获得滑盒2不同的移动速度，以分析不同滑动速度和橡胶试样与模拟路面摩擦力的规律关系。

通过本发明的橡胶摩擦性能测试实验装置100的测试方法获得的一组具体实例数据如图6和图7所示，图6为压力传感器4采集到的数据，图7为拉力传感器10采集到的数据。在12秒左右开始拉动拉力传感器10，图7中的拉力逐渐增大，当拉动滑盒2移动后，摩擦力由静摩擦转变为动摩擦，摩擦力相应降低，如图7的曲线所示，对应的图6中12秒开始压力逐渐增大，在滑盒2滑动后，仍增大0.5秒时间，在13.5秒达到最大，随着滑盒2稳定滑动，降低到一定数值并保持，即图6和图7中的14秒位置，数值趋于稳定。

本发明的橡胶摩擦性能测试实验装置100及测试方法能够有效测量橡胶摩擦力与橡胶和路面接触面积、所受载荷、滑动速度、不同粗糙路面及不同杂质路面等的规律，对于橡胶性能研究提供有力的帮助。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，包括:

两条滑轨，所述两条滑轨分别沿纵向方向延伸；

滑盒，所述滑盒通过多个滑块可滑动地设在所述两条滑轨上，所述滑块内具有滚珠，所述滑盒内放置有可替换的模拟路面；

压力传感器，所述压力传感器可上下移动地设在所述滑盒的上方，且所述压力传感器的底面设置有待检测橡胶试样；

拉力传感器，所述拉力传感器设在所述滑盒的一个纵向端；

驱动件，所述驱动件通过拉绳拉动所述拉力传感器和所述滑盒沿纵向移动；

线位移传感器，所述线位移传感器连接至所述滑盒的另一个纵向端以测量所述滑盒的纵向位移；

支撑架，所述支撑架包括：多个支撑腿和平板横梁，所述多个支撑腿相对于所述滑轨竖直设置，所述平板横梁设在所述多个支撑腿上；

加载手轮，所述加载手轮具有手轮杆，所述手轮杆可上下移动地设在所述支撑架上，其中所述手轮杆的下端向下穿过所述平板横梁且连接所述压力传感器，所述平板横梁上具有螺纹孔，所述手轮杆上具有外螺纹，所述手轮杆与所述平板横梁之间通过螺纹连接，所述手轮杆上还设有用于锁定所述手轮杆位置的定位螺母、以及用于限制所述定位螺母转动的锁定螺钉；

为降低并消除所述滑块与所述滑轨间的摩擦力叠加到测试的橡胶与模拟路面的摩擦力上：在所述滑盒的顶壁上设固定滑轨，固定滑块设在所述固定滑轨上且与所述固定滑轨滑动配合，所述待检测橡胶试样的底面支撑于所述固定滑块的顶壁，操作所述加载手轮施加载荷压力，测得在四个滑块和固定滑块的情况下的摩擦力F，在同样的压力进行橡胶试样摩擦性能测试时，所述四个滑块所引入的摩擦力为所述F的五分之四，进而带入橡胶试样摩擦性能测量数据里，计算获得橡胶试样与模拟路面的摩擦力。

2.根据权利要求1所述的橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，还包括：

支撑平台，其中所述滑轨设在所述支撑平台上，且所述支撑架连接至所述支撑平台上。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，所述驱动件包括：

滑轮，所述滑轮设在所述滑轨的相应纵向端处，其中所述拉绳绕过所述滑轮后垂下；

砝码，所述砝码加载在所述拉绳的自由端上以拉动所述拉力传感器和所述滑盒沿纵向移动。

4.根据权利要求1所述的橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，所述驱动件为电机，所述电机拉动所述拉力传感器和所述滑盒沿纵向移动。

5.根据权利要求1所述的橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，所述模拟路面为混凝土路面、水泥路面、花岗岩路面、或玻璃面。

6.根据权利要求5所述的橡胶摩擦性能测试实验装置，其特征在于，所述模拟路面上设有杂质层，所述杂质层包括水、油、砂、雪、或冰。