CN113772119B - 一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机场航空地面特种装备领域，具体涉及一种飞机机轮‑跑道摩擦系数测量车及使用方法。具体包括安装平台、改变测量车重心位置的重心调节装置、用于调节被测轮转动角度的转向装置与配套的锁止装置、用于驱动测量车移动的前轮驱动装置；本发明基于整体式构型，通过控制系统自动改变被测轮上的垂向载荷从而得到多组实验数据，使摩擦系数测量更加精确，还可以测量机轮的纵向滚动/滑动、横向滑动，以及通过调节被测轮转动的角度，实现纵向、横向和纵横耦合摩擦系数，测量功能更加全面，使用方法更加简单。

Description

一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车及使用方法

技术领域

本发明属于机场航空地面特种装备领域，具体涉及一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车及使用方法。

背景技术

随着我国航空运输行业飞速发展，飞机起降次数显著增加，为保证飞行安全和维护航司和旅客的利益，尤其是在雨雪天气中，飞机跑道的道面摩擦系数的大小直接影响了本次航班是否能够顺利完成。因此，为了能够在雨雪天气和对机场跑道的日常维护中能够及时得到机场跑道道面摩擦系数的准确数值，一台能够快速、稳定、准确反映飞机机轮-道面之间摩擦系数的装置及使用方法具有重要意义。

目前主要有两种形式的飞机机轮-跑道摩擦系数测量装置，一种为拖拽式,可参考SARSYS-ASFT摩擦系数测试车，拖拽式的摩擦系数车需要特种车辆在前牵引，不够便捷，同时也会增加机场运行成本；另一种为整体式，如目前国内机场所采用的瑞典ASFT公司生产的几款机场跑道摩擦系数车，其价格在150万元以上，测试车操作需专职机务人员，对操作水平要求较高；随着航班增加，测试车调度紧张，如果不能及时获得机场跑道的摩擦系数，存在巨大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明一方面提供了一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，通过改变被测轮运动方向置，实现对机轮横向滑动摩擦系数的精确测量；通过改变被测轮的垂向载荷、滑动或滚动状态，进而可测量不同承载、速度条件下飞机机轮纵向滚动/滑动摩擦状态下的摩擦系数。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，具体包括安装平台、改变测量车重心位置的重心调节装置、用于调节被测轮转动角度的转向装置与配套的锁止装置、用于驱动测量车移动的前轮驱动装置；

所述重心调节装置包括平台基座，平台基座的上端连接有滚珠丝杠和配套的伺服电机；与滚珠丝杠配合的滑块上设有载物平台，所述载物平台上放置有质量块，以便通过改变质量块的位置来调节整个装置的重心；

所述转向装置包括位于平台基座上端的转向盘，所述转向盘通过转动轴与平台基座转动连接；所述转动轴的底端与横梁连接；所述横梁的左右两端均与支撑杆连接，所述支撑杆位于被测轮的轮毂两侧；被测轮的轮轴两侧套设有轴承，两个所述支撑杆的底部分别与所在侧的轴承外侧固定；从而转向盘、转动轴、横梁、支撑杆以及被测轮的轮轴连接为一个整体，通过控制转向盘的转向就可以调整被测轮的转角；所述横梁每侧的支撑杆分为上下两段，两段之间通过法兰盘串联安装一个三维力传感器，该三维力传感器可测量被测轮的纵、横、垂三向载荷；

所述锁止装置包括设在被测轮两侧的锁止块，所述锁止块上对应轮毂处设有两个插销孔，插销孔内可放置被测轮插销以达到锁死轮胎的目的；

所述前轮驱动装置包括一对通过前轮驱动轴连接在一起的前轮，前轮驱动轴上设有一对支撑板，所述支撑板通过轴承与前轮驱动轴配合；所述支撑板的顶部通过螺栓固定于平台基座的下方；前轮驱动轴的中间设有皮带轮，皮带轮与置于平台基座下方的驱动电机采用皮带连接。

进一步的，所述转向盘上与平台基座对应的设有与被测轮轮轴呈0°和90°的锁止孔，所述锁止孔内用于安装锁止插销；作业时，转动转向盘调节被测轮转动的角度，由锁止插销进行锁止，并通过两个支撑杆处的三维力传感器测量被测轮的纵向压力和牵引力，实现纵向、横向和纵横耦合摩擦系数的测量。

进一步的，所述转向装置在改变被测轮的运动方向时，转向锁止孔可设计为两个同圆心的圆弧锁止槽，圆弧锁止槽的中心角均为45°，其中一个圆弧锁止槽沿圆心旋转135°后与另一个圆弧锁止槽重合，从而通过在圆弧锁止槽内插入紧固螺栓，连续45°改变被测轮方向，实现被测轮纵横耦合摩擦系数的测量。

进一步的，每侧锁止块包括以一定间距扣设在支撑杆外侧的两个对称块体，锁止块上设有与支撑杆外壁配合的圆弧槽；两锁止块通过骑马螺栓紧密固定为一体。

进一步的，锁止块的上下两端与支撑杆之间设有限位块。

更进一步的，上述飞机机轮-跑道摩擦系数测量车的使用方法，具体包括如下步骤：

S1、手动拔出位于锁止状态的被测轮上的插销，并将测试车移到测试道面；

S2、将转向盘转动到0°位置，将转向盘的锁止插销插入转向锁止孔，被测轮插销拔出，被测轮可以沿纵向自由滚动，测量机轮-道面的纵向滚动摩擦系数；

S3、通过控制系统驱动测量车在道面上实现准静态或以一定速度匀速直线运动，通过被测轮支撑杆上的三维力传感器测量纵、横、垂向力，根据μ=Fx/Fz计算摩擦系数，其中Fx为纵向力，Fz为垂向力，并将此时速度、三维力、摩擦系数等数据记录并进行储存；

S4、通过重心调节装置改变测量车的重心，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S5、通过控制系统改变测量车的匀速直线运动速度，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S6、将转向盘9维持在0°位置并锁止，被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵向滑动摩擦系数；

S7、重复执行步骤S4、S5；

S8、拔出锁止插销，将转向盘转动到90°位置，将锁止插销插入转向锁止孔，由人工将被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的横向滑动摩擦系数；

S9、重复执行步骤S4、S5；

S10、拔出锁止插销，将转向盘转动到45°位置，将锁止插销插入转向锁止孔，由人工将被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵横耦合摩擦系数；

S11、重复执行步骤S4、S5。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的结构设计简单，经济性好，操作方便；本发明基于整体式构型，通过控制系统自动改变被测轮上的垂向载荷从而得到多组实验数据，使摩擦系数测量更加精确，还可以测量机轮的纵向滚动/滑动、横向滑动，以及通过调节被测轮转动的角度，实现纵向、横向和纵横耦合摩擦系数，测量功能更加全面，使用方法更加简单；

（2）与现有技术中的测量车的拖拽测量方式相比，本发明将驱动系统与测量系统集成与一体，机构更加小型化、灵巧化；

（3）本发明设有重心调节装置，可以调节测量车的重心位置，改变被测轮上的压力，模拟不同的工况，适用范围广；

（4）利用力三维力传感器直接测量被测轮的纵向压力和牵引力，通过计算确定摩擦系数的大小，避免了测量的误差累积，简化数据处理过程，提高了测量的精度；

（5）设置的0°、90°锁止孔以及圆弧锁止槽可实现一定角度的连续测定。

附图说明

图1是本发明实施例中测量车整车模型斜45°示意图；

图2是本发明实施例中重心调节装置的示意图；

图3是本发明实施例中滚珠丝杠的示意图；

图4是本发明实施例中转向装置和锁止装置的示意图；

图5是本发明实施例中除去被测轮的转向装置和锁止装置示意图；

图6是本发明实施例中转向装置的部分结构示意图；

图7是本发明实施例中前轮驱动装置的示意图；

图8是本发明实施例中前轮支撑板的示意图;

图9是本发明实施例中转向盘的俯视图。

所有附图中：1-皮带轮，2-前轮，3-支撑板，4-平台基座，5-滚珠丝杠，6-质量块，7-伺服电机，8-锁止插销，9-转向盘，10-横梁，11-三维力传感器，12-载物平台，13-锁止块，14-插销，15-被测轮，16-转向轴承，17-转动轴，18-前轮驱动轴，19-支撑板，20-前轮驱动轴轴承，21-传感器安装法兰盘，22-骑马螺栓，23-支撑杆，24-限位块；25-锁止孔；26-皮带。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图9所示，本发明提供一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，具体包括用于安装各部件的安装平台、改变测量车重心位置的重心调节装置、用于调节被测轮转动角度的转向装置与配套的锁止装置、用于驱动测量车移动的前轮驱动装置；

所述重心调节装置包括平台基座4，平台基座4的上端连接有滚珠丝杠5和伺服电机7，所述伺服电机7通过联轴器与滚珠丝杠5一端连接以便提供运转动力；与滚珠丝杠5配合的滑块上设有载物平台12，所述载物平台12上放置有质量块6；在实际工作中，所述滚珠丝杠5由伺服电机7驱动旋转，所述载物平台12可沿滚珠丝杠两侧的滑轨进行滑动，从而通过改变质量块6的位置来调节整个装置的重心，进一步改变被测轮的垂向载荷，可方便实现多组不同载荷条件下摩擦系数的测量，提高测试精度。

所述转向装置包括位于平台基座4上端的转向盘9，所述转向盘9的底部固定有贯通至平台基座4下方的转动轴，所述转动轴17通过转向轴承16与平台基座4转动连接，所述转向轴承16通过法兰盘用螺栓固定于平台基座4；所述转动轴17的底端与横梁10螺纹连接；所述横梁10的左右两端通过螺栓与向下延伸的支撑杆23固定连接，所述支撑杆23位于被测轮15的轮毂两侧，被测轮15的轮轴两侧套设有轴承，两个所述支撑杆23的底部分别与所在侧的轴承外侧固定；从而转向盘9、转动轴17、横梁10、支撑杆以及被测轮的轮轴连接为一个整体，通过控制转向盘的转向就可以调整被测轮的转角，且转向轴承外侧设有的法兰盘具有限位功能，使转向装置沿转动轴的轴线方向无法自由移动；所述横梁10每侧的支撑杆23分为上下两段，两段之间通过法兰盘21串联安装一个三维力传感器11；该三维力传感器11可测量被测轮的纵、横、垂三向载荷；所述转向盘9上与平台基座4对应的设有与被测轮轮轴呈0°和90°的锁止孔25，所述锁止孔25内用于安装锁止插销8；作业时，转动转向盘9可以调节被测轮转动的角度，由锁止插销8进行锁止，并通过两个支撑杆23处的三维力传感器11测量被测轮的纵向压力和牵引力，实现纵向、横向和纵横耦合摩擦系数的测量。

作为进一步优选，所述转向装置在改变被测轮的运动方向时，转向锁止孔25可设计为两个同圆心的圆弧锁止槽，圆弧锁止槽的中心角均为45°，其中一个圆弧锁止槽沿圆心旋转135°后与另一个圆弧锁止槽重合；从而通过在圆弧锁止槽内插入紧固螺栓，连续45°改变被测轮方向，实现被测轮纵横耦合摩擦系数的测量。

所述锁止装置包括设在被测轮两侧的锁止块13，每侧锁止块13包括以一定间距扣设在支撑杆外侧的两个对称块体，锁止块13上设有与支撑杆外壁配合的圆弧槽；两锁止块13通过骑马螺栓22紧密固定为一体；锁止块13的上下两端与支撑杆之间设有限位块24，以防止锁止块沿支撑杆的轴向移动；优选的，所述锁止块13上对应轮毂处设有两个插销孔，插销孔内可放置被测轮插销14以达到锁死轮胎的目的。所述锁止装置可以使被测轮在自由滚动和锁止两种运动状态之间切换，具体通过人工将被测轮插销14插入插销孔或拔出，实现被测轮滚动和滑动的两种运动状态，从而测量被测轮的滚动/滑动摩擦系数。同时在测试车不工作时，将插销置于插销孔内，避免测试车在不受控的情况下意外滚动导致安全事故。

所述前轮驱动装置包括一对通过前轮驱动轴18连接在一起的前轮2，前轮驱动轴18上设有一对支撑板3，所述支撑板3通过轴承与前轮驱动轴18配合；所述支撑板3的顶部通过螺栓固定于平台基座4的下方；为了改善前轮驱动轴18的受力，采用一套带传动系统，安装于前轮驱动轴18的中间；具体的，前轮驱动轴18的中间设有皮带轮1，所述皮带轮1和前轮驱动轴18通过键径向固定，皮带轮1左右两边分别通过阶梯轴和套筒进行轴向固定。皮带轮与置于平台基座下方的驱动电机采用皮带26连接，从而通过驱动电机带动前轮2的运转；或者，通过设在平台基座4上的两个电机驱动系统，将两套V带传动系统沿测量车轴线对称连接于前轮驱动轴18的左右两侧；或者，根据空间要求通过齿轮差速实现动力传递。

本发明还提供了一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车的使用方法，具体包括如下步骤：

S1、手动拔出位于锁止状态的被测轮上的插销，并将测试车移到测试道面；

S2、将转向盘9转动到0°位置，将转向盘9的锁止插销8插入转向锁止孔25，被测轮插销14拔出，被测轮可以沿纵向自由滚动，测量机轮-道面的纵向滚动摩擦系数；

S3、通过控制系统驱动测量车在道面上实现准静态或以一定速度匀速直线运动，通过被测轮支撑杆上的三维力传感器测量纵、横、垂向力，根据μ=Fx/Fz计算摩擦系数，其中Fx为纵向力，Fz为垂向力，并将此时速度、三维力、摩擦系数等数据记录并进行储存；

S4、通过重心调节装置改变测量车的重心，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S5、通过控制系统改变测量车的匀速直线运动速度，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S6、将转向盘9维持在0°位置并锁止，被测轮插销14插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵向滑动摩擦系数；

S7、重复执行步骤S4、S5；

S8、拔出锁止插销8，将转向盘转动到90°位置，将锁止插销8插入转向锁止孔25，由人工将被测轮插销14插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的横向滑动摩擦系数；

S9、重复执行步骤S4、S5；

S10、拔出锁止插销8，将转向盘转动到45°位置，将锁止插销8插入转向锁止孔25，由人工将被测轮插销14插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵横耦合摩擦系数；

S11、重复执行步骤S4、S5。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，其特征在于：具体包括安装平台、改变测量车重心位置的重心调节装置、用于调节被测轮转动角度的转向装置与配套的锁止装置、用于驱动测量车移动的前轮驱动装置；

所述重心调节装置包括平台基座，平台基座的上端连接有滚珠丝杠和配套的伺服电机；与滚珠丝杠配合的滑块上设有载物平台，所述载物平台上放置有质量块，以便通过改变质量块的位置来调节整个装置的重心；

所述转向装置包括位于平台基座上端的转向盘，所述转向盘通过转动轴与平台基座转动连接；所述转动轴的底端与横梁连接；所述横梁的左右两端均与支撑杆连接，所述支撑杆位于被测轮的轮毂两侧；被测轮的轮轴两侧套设有轴承，两个所述支撑杆的底部分别与所在侧的轴承外侧固定；从而转向盘、转动轴、横梁、支撑杆以及被测轮的轮轴连接为一个整体，通过控制转向盘的转向就可以调整被测轮的转角；所述横梁每侧的支撑杆分为上下两段，两段之间通过法兰盘串联安装一个三维力传感器，该三维力传感器可测量被测轮的纵、横、垂三向载荷；所述转向盘上与平台基座对应的设有与被测轮轮轴呈0°和90°的锁止孔，所述锁止孔内用于安装锁止插销；作业时，转动转向盘调节被测轮转动的角度，由锁止插销进行锁止，并通过两个支撑杆处的三维力传感器测量被测轮的纵向压力和牵引力，实现纵向、横向和纵横耦合摩擦系数的测量；所述转向装置在改变被测轮的运动方向时，转向锁止孔设计为两个同圆心的圆弧锁止槽，圆弧锁止槽的中心角均为45°，其中一个圆弧锁止槽沿圆心旋转135°后与另一个圆弧锁止槽重合，从而通过在圆弧锁止槽内插入紧固螺栓，连续45°改变被测轮方向，实现被测轮纵横耦合摩擦系数的测量；

所述锁止装置包括设在被测轮两侧的锁止块，所述锁止块上对应轮毂处设有两个插销孔，插销孔内可放置被测轮插销以达到锁死轮胎的目的；

所述前轮驱动装置包括一对通过前轮驱动轴连接在一起的前轮，前轮驱动轴上设有一对支撑板，所述支撑板通过轴承与前轮驱动轴配合；所述支撑板的顶部通过螺栓固定于平台基座的下方；前轮驱动轴的中间设有皮带轮，皮带轮与置于平台基座下方的驱动电机采用皮带连接。

2.如权利要求1所述的飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，其特征在于：每侧锁止块包括以一定间距扣设在支撑杆外侧的两个对称块体，锁止块上设有与支撑杆外壁配合的圆弧槽；两锁止块通过骑马螺栓紧密固定为一体。

3.如权利要求1所述的飞机机轮-跑道摩擦系数测量车，其特征在于：锁止块的上下两端与支撑杆之间设有限位块。

4.如权利要求1所述的飞机机轮-跑道摩擦系数测量车的使用方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、手动拔出位于锁止状态的被测轮上的插销，并将测试车移到测试道面；

S2、将转向盘转动到0°位置，将转向盘的锁止插销插入转向锁止孔，被测轮插销拔出，被测轮可以沿纵向自由滚动，测量机轮-道面的纵向滚动摩擦系数；

S3、通过控制系统驱动测量车在道面上实现准静态或以一定速度匀速直线运动，通过被测轮支撑杆上的三维力传感器测量纵、横、垂向力，根据μ=Fx/Fz计算摩擦系数，其中Fx为纵向力，Fz为垂向力，并将此时速度、三维力、摩擦系数数据记录并进行储存；

S4、通过重心调节装置改变测量车的重心，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S5、通过控制系统改变测量车的匀速直线运动速度，再按照步骤S3进行数据采集与计算；

S6、将转向盘9维持在0°位置并锁止，被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵向滑动摩擦系数；

S7、重复执行步骤S4、S5；

S8、拔出锁止插销，将转向盘转动到90°位置，将锁止插销插入转向锁止孔，由人工将被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的横向滑动摩擦系数；

S9、重复执行步骤S4、S5；

S10、拔出锁止插销，将转向盘转动到45°位置，将锁止插销插入转向锁止孔，由人工将被测轮插销插入插销孔，被测轮锁止无法自由滚动，测量机轮-道面的纵横耦合摩擦系数；

S11、重复执行步骤S4、S5。