CN114018803B - 基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪及测试方法，在摆锤上装配橡胶滑块，同时橡胶滑块的外表面为弧形，测试时，橡胶滑块与测试路面接触，橡胶滑块起始接触位置的切面与测试面平行，可消除大部分滑块边缘与测试路面的冲击，避免了冲击导致的滑块弹跳，能够更好地表示实际轮胎‑路面相互作用，对测试表面摩擦阻力提供更正确的评估，同时，由于滑块的表面为弧形，因此，滑块与测试路面的接触位置会随滑块的摆动逐步移动，可以降低橡胶滑块的磨损显著的延长橡胶滑块的寿命。

Description

基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及道路测试技术领域，具体为基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪及测试方法。

背景技术

随着交通量大幅增加和机动车行驶速度逐步提高，交通安全问题日益突出。众所周知，车辆行驶安全性受驾驶者主观因素与行驶环境客观因素共同影响，其中路面抗滑性能不足是引发公路交通事故的重要原因之一，因此，直观有效的评价运营状态下路面抗滑性能以及提前进行养护维修尤为必要。

现行规范《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)中规定路面抗滑性能的评价指标包含了广泛使用的摆值(BPN)，BPN由摆式摩擦系数测定仪进行测定。摆式摩擦仪由于其便捷性，广泛应用于世界各地的道路表面检测，动力摆冲击型测试仪器的基本原理是摆的位能损失等于安装于摆臂末端摆锤上的橡胶滑块滑过路面时所克服路面摩擦力做的功。

在实际操作过程中，摆锤需要转动抬高至右端最高处，在下落掠过测试面后迅速用手将摆锤接住，防止摆锤再次反向冲击路面。研究表明，当表面纹理出现间隙或不连续性导致边缘碰撞时，矩形滑块在滑动过程中会发生弹跳，能量损失明显。边缘冲击致使导致滑块沿表面弹跳，还将导致测试表面和橡胶滑块之间的接触面积减少。因此，当在粗糙纹理表面上进行测试时，与矩形滑块相关的边缘碰撞效果会产生错误的测量结果。针对该现象，需要对橡胶块进行合理的设计升级以消除橡胶块边缘与道路表面的剧烈碰撞，提高测试精度和稳定性以及橡胶滑块的耐久性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪及测试方法，该仪器测试结果稳定性好且测量精确性高，同时橡胶滑块寿命更长。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，包括测试仪本体，测试仪本体上连接有摆臂，摆臂的端部连接有摆锤，摆锤的外壁上设置有橡胶滑块，橡胶滑块与待测试路面的接触面为弧形，弧形中点位于摆臂的轴线上；

测试时，橡胶滑块的弧面与测试路面接触，橡胶滑块起始接触位置的切面与测试面平行，且橡胶滑块弧面与测试路面形成的接触点与弧形圆心形成的连接线与摆臂的轴线形成夹角，橡胶滑块边缘的切线与测试路面形成夹角。

优选的，所述摆锤的外壁上设置有用于安装橡胶滑块的凹槽，橡胶滑块装配在凹槽中，并且橡胶滑块的弧形面高于摆锤的外壁。

优选的，所述橡胶滑块上设置有垫板，垫板与摆锤内部的金属杆连接。

优选的，所述橡胶滑块的截面为弧形。

优选的，所述橡胶滑块的弧形半径小于摆锤的旋转半径。

一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、对摆式摩擦系数测试仪进行调平；

步骤2、对指针进行校准，当摆锤从释放点摆动至最高点时，使指针指向刻度盘的零点位置；

步骤3、根据橡胶滑块在测试路面上的滑动长度，标定橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置和终止接触位置，起始接触位置位于橡胶滑块弧形表面上，且起始接触位置的切面与测试面平行，橡胶滑块边缘的切线与测试路面形成夹角；

步骤4、摆锤做自由落体摆动，橡胶滑块在测试路面上滑过后，阻止摆锤回落，并记录指针测定的摆值数据，重复上述操作多次，取多次摆值数据的平均值作为路面的单点抗滑值。

优选的，步骤3所述标定橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置和终止接触位置的方法如下：

S1，将摆锤向摆动方向移动，调节高度控制旋钮控制摆锤的高度，使橡胶滑块的终止接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置；

S2，将摆锤向摆动方向的反方向移动，使橡胶滑块的起始接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置；

S3，测量两个接触点的距离，当距离等于设定的滑动距离，则标定完成，如果两个接触点的距离不等于预定的滑动距离，则通过高度控制旋钮调节摆锤的旋转半径，重复上述过程，直至两个接触点的距离等于设定的滑动距离。

优选的，所述终止接触位置为橡胶滑块的边缘，所述起始接触位置为橡胶滑块弧面的中部。

优选的，步骤4中当多次测定的摆值中，最大摆值和最小摆值的差值大于设定阈值，则重新测定，直至最大摆值和最小摆值的差值小于设定阈值。

优选的，所述滑动距离为125mm-127mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，在摆锤上装配橡胶滑块，同时橡胶滑块的外表面为弧形，测试时橡胶滑块与测试路面接触时，橡胶滑块起始接触位置的切面与测试面平行，这样就消除了大部分滑块边缘与测试路面的冲击，避免了冲击导致滑块的表面弹跳，能够更好地表示实际轮胎-路面相互作用，对测试表面摩擦阻力提供更正确的评估，同时，由于滑块的表面为弧形，因此，滑块与测试路面的接触位置沿滑块的摆动逐步移动，降低橡胶滑块的磨损著的延长橡胶滑块的寿命。

附图说明

图1为本发明基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪的结构示意图；

图2为图1所示的弧形橡胶滑块结构的几何示意图。

图3为图2所示的弧形橡胶滑块结构A-A剖视图。

图4为图3所示的弧形橡胶滑块结构B-B剖视图。

图5为弧形橡胶滑块的滑动轨迹图。

图中：配重1，垫块2，橡胶滑块3，释放按钮4，释放臂5，主轴承座6，摩擦调节环7，摆臂8，摆锤11；指针调节螺钉9，刻度盘12，指针10，高度控制旋钮13，水准仪14，调平螺钉15，金属结构架16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1-4，基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，包括测试仪本体，测试仪本体上连接有摆臂8，摆臂8的端部连接有摆锤11，摆锤11的外壁上设置有垫块2，橡胶滑块3粘在垫块2上，橡胶滑块3的外表面为弧形，弧形中点位于摆臂的轴线上，且弧形的轴线与摆臂8的轴线呈一定角度。

所述摆锤11的外壁上设置有用于安装垫块2和橡胶滑块3的凹槽，垫块2和橡胶滑块3装配在凹槽中橡胶滑块3的凹槽，并且橡胶滑块3的弧形面高于摆锤11的外壁，这样在测试过程中，就避免摆锤与测试面的接触，保证测量的精度。

橡胶滑块上设置有垫块2，垫块通过摆锤内部的金属杆装配在摆锤末端，橡胶块粘在垫块上，便于橡胶块在测试过程中发生损耗时，更换新的橡胶滑块，提高测试仪的测试效率，降低测试成本。

所述橡胶滑块的截面弧形，弧形的半径小于摆锤的旋转半径，当摆锤带动橡胶滑块摆动时，由于弧形的半径小于摆锤的旋转半径，这样就能够避免弧形的端部与测试面接触，避免橡胶滑块在摆动过程中发生弹跳，降低能量损失提高测试精度。

在本实施例中测试摆锤橡胶滑块的厚度为6mm，轴向长度为76mm，垫块为铝块，其厚度为3.5mm。

测试仪本体包括金属结构架16，金属结构架16上呈T型结构，其三个端部分别设置有调平螺钉15，金属结构架16上设置有水准仪14，金属结构架16的T型顶点设置有支撑杆，支撑杆上设置刻度盘12，刻度盘12与高度控制旋钮13连接，刻度盘12的圆心设置有转轴，转轴上设置有摩擦调节环 7和指针10，指针10与指针调节螺钉9连接，用于调节指针的角度，摆臂8 的端部与转轴连接，转轴的端部设置有主轴承座6，转轴上还固接有释放臂 5，释放臂的端部设置有释放按钮4，用于控制摆臂的动作，摆锤上设置有配重1。

参阅图5，下面对本发明提供的基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪的测试方法进行详细的阐述，包括以下步骤：

步骤1、根据水准仪14和调平螺钉对测试仪进行调平。

将测试仪置于路面某一测点上，旋松调平螺钉以调整金属结构架三个端部的高度，直至圆水准泡居中后，旋紧调平螺钉。

步骤2、对指针10进行校准，当摆锤从释放点摆动至最高点时，使指针指向刻度盘的0点位置。

通过高度控制旋钮13使摆锤升高至能够自由摆动，也就是摆锤在摆动的过程中不与地面接触，将摆锤通过释放杆固定，并将指针拨动至右端并与释放杆同轴；按下释放开关，使得摆锤带动指针摆动，当摆锤摆动到最高位置时指针应指零，若不指零，通过摩擦调节环7和指针调节螺钉9调节指针，重复本步骤中操作过程直至指针指零。

步骤3、根据规范中要求的橡胶滑块表面与测试面的滑动距离，标定橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置和终止接触位置，并且橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置位于弧形面底部边缘的中心。

在本实施例中预定的滑动距离为125-127mm。

在本实施例中便于重复试验提高测试效率，首先设定起始接触位置和终止接触位置，起始接触位置位于橡胶滑块的中部，终止接触位置位于橡胶滑块的边缘，当摆锤处于测试的起始位置时，终止接触位置位于起始接触位置的上方。

然后，将摆锤向左侧移动，调节高度控制旋钮控制摆锤的高度，使橡胶滑块的终止接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置；

再然后，将摆锤向右侧移动，使橡胶滑块的起始接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置。

最后，测量两个接触点的距离，当距离等于规范中规定的滑动距离，则标定完成，如果两个接触点的距离不等于规范要求的滑动距离，则通过高度控制旋钮13调节摆锤的旋转半径，重复上述过程，直至两个接触点的距离等于规范要求的滑动距离。

滑动长度标定：转动升降把手使得摆锤下降至接触地面，提起摆锤向左侧移动，将摆锤放下至橡胶滑块边缘与测量面接触，将标准尺左端对准滑溜块下缘，再将摆锤抬起使其向右侧移动，使橡胶滑块与测试面再次接触，观察橡胶滑块与测试面的接触位置是否与标准尺右端齐平，若不齐平则通过高度控制旋钮13调节摆锤的旋转半径，重复本步骤中操作过程，直至橡胶滑动与测试面的两个接触点的距离与标准尺长度保持一致，即滑动长度达到 126mm。

步骤4、抗滑值的测定过程如下：

将摆锤固定于释放杆，并将指针拨至右端并与摆臂同轴；用喷水壶在测试路面进行洒水做湿润处理；按下释放开关使摆锤做自由落体摆动，使橡胶滑块在测试路面上滑过，当摆锤回落时用手接住，记读指针测定的摆值数据，重复上述操作5次；单点测定中的5次摆值最大最小值相差不应超过3，差值大于3则重新进行上述各项操作直至符合规定为止；取5次测定的平均值作为路面的单点抗滑值(即摆值BPN)。

本发明提供的基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，将传统矩形橡胶滑块改进为弧形橡胶滑块，弧形滑块是根据英国摆式摩擦测试仪的基本要求研制的。关键参数为接触压力、滑块宽度和接触时间，也包括滑块的几何形状和滑动距离。与标准矩形滑块相比，弧形滑块能够满足试验要求，表现出更好的性能。弧形滑块具有消除与标准矩形滑块相关的边缘碰撞效应的潜力。弧形滑块可以更好地表示实际轮胎-路面相互作用，并且能够提供对测试表面摩擦阻力更正确的评估。弧形滑块在不同摩擦系数下产生的接触压力变化较小，因此将产生更可靠的结果。研究验证了弧形滑块研究粗糙纹理表面抗滑机理的可靠性，也因此，采用弧形橡胶滑块测试路面的抗滑性能，可以获得更稳定，更精确的摆值，同时也可以显著的延长橡胶滑块的寿命。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，其特征在于，包括测试仪本体，测试仪本体上连接有摆臂（8），摆臂（8）的端部连接有摆锤（11），摆锤（11）的外壁上设置有橡胶滑块（3），橡胶滑块的上方设置有弹簧，橡胶滑块（3）与待测试路面的接触面为弧形，弧形中点位于摆臂的轴线上；

测试时，橡胶滑块的弧面与测试路面接触，橡胶滑块起始接触位置的切面与测试面平行，且橡胶滑块弧面与测试路面形成的接触点与弧形圆心形成的连接线与摆臂的轴线形成夹角，橡胶滑块边缘的切线与测试路面形成夹角；

所述摆锤（11）的外壁上设置有用于安装橡胶滑块（3）的凹槽，橡胶滑块（3）装配在凹槽中，并且橡胶滑块（3）的弧形面高于摆锤（11）的外壁；

所述橡胶滑块的截面为弧形，所述橡胶滑块的弧形半径小于摆锤的旋转半径；

所述橡胶滑块上设置有垫板，垫板与摆锤内部的金属杆连接，终止接触位置为橡胶滑块的边缘，所述起始接触位置为橡胶滑块弧面的中部；

所述橡胶滑块的厚度为6mm，轴向长度为76mm，垫块为铝块，其厚度为3.5mm；

所述的一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对摆式摩擦系数测试仪进行调平；

步骤2、对指针进行校准，当摆锤从释放点摆动至最高点时，使指针指向刻度盘的零点位置；

步骤3、根据橡胶滑块在测试路面上的滑动长度，标定橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置和终止接触位置，起始接触位置位于橡胶滑块弧形表面上，且起始接触位置的切面与测试面平行，橡胶滑块边缘的切线与测试路面形成夹角；

所述标定橡胶滑块弧形表面与测试面的起始接触位置和终止接触位置的方法如下：

S1，将摆锤向摆动方向移动，调节高度控制旋钮控制摆锤的高度，使橡胶滑块的终止接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置；

S2，将摆锤向摆动方向的反方向移动，使橡胶滑块的起始接触位置与测试面接触，并记录该接触点位置；

S3，测量两个接触点的距离，当距离等于设定的滑动距离，则标定完成，如果两个接触点的距离不等于预定的滑动距离，则通过高度控制旋钮调节摆锤的旋转半径，重复标定过程，直至两个接触点的距离等于设定的滑动距离；

步骤4、摆锤做自由落体摆动，橡胶滑块在测试路面上滑过后，阻止摆锤回落，并记录指针测定的摆值数据，取多次摆值数据的平均值作为路面的单点抗滑值；

当多次测定的摆值中，最大摆值和最小摆值的差值大于设定阈值，则重新测定，直至最大摆值和最小摆值的差值小于设定阈值。

2.根据权利要求1所述的一种基于弧形橡胶滑块的摆式摩擦系数测试仪，其特征在于，所述滑动距离为125mm-127mm。