CN114279881A - 临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎检测技术领域，公开了一种临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法，压力盘下端固定有橡胶试验样块，橡胶试验样块下端与转盘上表面接触，转盘安装在主框架上端；压力盘上端连接有垂向加载缸，垂向加载缸通过液压管路与液压动力单元连接；转盘连接有加热线圈，加热线圈通过软连接与非接触式高频感应加热设备连接。本发明把模拟路面的转盘单独加热到设定临界温度，对试样进行快速摩擦磨损测量，使临界温度下航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验更准确；能够比较准确地反应出临界温度下航空轮胎的状态，从而得到航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性，为相关研究提供试验基础。

Description

临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法

技术领域

本发明属于轮胎检测技术领域，尤其涉及一种临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法。

背景技术

目前，随着我国经济的发展，社会的进步以及国际地位的提升，目前对于各类飞机的研究需求越来越迫切。而航空轮胎作为飞机与地面唯一的接触部件，它决定了飞机地面运行的安全性，可靠性，舒适性，经济性。其摩擦磨损特性试验对于理论研究具有重要的意义。而航空轮胎由于其高摩擦、高温的特点，导致试验设备难以模拟出服役工况下航空轮胎的摩擦磨损特性。

在飞机着陆等极限工况下，胎面和路面产生瞬时高温达到临界温度，使表面橡胶薄层裂解退化。传统的橡胶摩擦特性试验台很难实现这种工况测试。因为橡胶试块在与路面摩擦接触时，由于接触面很小，容易散热，在工作压力和速度下也很难达到临界温度，而且为了数据稳定，减少路面附着，一般采用短时测量，达到临界温度更困难。目前已有的设备还不能满足航空轮胎在临界温度下的试验要求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统的橡胶摩擦特性试验设备不能较好地模拟出航空轮胎临界温度下的试验。

解决以上问题及缺陷的难度为：

没有解决的原因：能达到航空轮胎服役工况下的速度和载荷所需要的试验设备非常昂费，而且就算有了相应的设备，在服役工况下的载荷和速度下，因为橡胶试块在与路面摩擦接触时，由于接触面很小，容易散热，在工作压力和速度下也很难达到临界温度，而且为了数据稳定，减少路面附着，一般采用短时测量，达到临界温度更困难。目前已有的设备还不能满足航空轮胎在临界温度下的试验要求。

解决以上问题及缺陷的意义为：

若所述问题能得到解决，将大大提高航空轮胎临界温度下的摩擦磨损特性试验结果的精度和可信度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法。

本发明是这样实现的，一种航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置包括：

转盘和压力盘；

所述压力盘下端固定有橡胶试验样块，所述橡胶试验样块下端与转盘上表面接触，所述转盘安装在主框架上端；

所述压力盘上端连接有垂向加载缸，所述垂向加载缸通过液压管路与液压动力单元连接，所述液压动力单元外端与电机连接；

所述转盘连接有加热线圈，所述加热线圈通过软连接与非接触式高频感应加热设备连接；

所述电机、垂向加载缸和非接触式高频感应加热设备分别通过数据线缆与控制台连接。

进一步，所述转盘的转轴下端连接有速度传感器，所述速度传感器通过连接线路与控制台连接。

进一步，所述垂向加载缸下端连接有压力传感器，所述压力传感器通过连接线路与控制台连接。

进一步，所述转盘上端侧面设置有用于测量转盘温度的红外温度传感器，所述红外温度传感器通过线缆与控制台连接。

进一步，所述压力盘与主框架之间安装有用于测量压力盘水平受力的力传感器，所述力传感器通过连接线路与控制台连接。

进一步，所述转盘分为上下两部分，上下两部分转盘中间用耐高温隔热材料隔离，上部分转盘的上表面用于安装不同摩擦片模拟不同的路面。

本发明的另一目的在于提供一种航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法，所述航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法包括：

步骤一，试验前先对力传感器和压力传感器进行标定，并清理干净摩擦表面，用天平测量橡胶试验样块的质量，并记录下来；

步骤二，运行试验设备，给定试验载荷和速度，对橡胶试验样块进行预处理，开启非接触式高频感应加热设备，加热线圈把转盘上部分加热到临界温度；

步骤三，在给定的载荷和速度下，快速进行摩擦实验，在控制台上查看试验过程中温度、载荷、速度、摩擦系数的变化曲线；

步骤四，当前速度和载荷下的摩擦实验重复做五次，对五次得到的摩擦系数求平均值，得到当前载荷和速度下的摩擦系数，由每次试验后记录下的磨损量，得出当前载荷和速度下的磨损量；

步骤五，处理所有实验数据，得到临界温度下不同载荷的摩擦特性曲线和磨损特性曲线。

进一步，所述步骤二中加热线圈对转盘进行加热时，红外温度传感器测量转盘的温度，若发现温度变化较大，则本次试验数据无效，再进行下次试验。

进一步，所述步骤四对五次得到的摩擦系数求平均值，得到当前载荷和速度下的摩擦系数包括：

对于给定的载荷和速度下的一次试验，在控制台上取试验数据相对稳定的一段求平均值，即得到在当前载荷与速度下的摩擦系数，然后处理给定载荷和速度下的另外四次数据，再对这五次得到的摩擦系数求平均值。

进一步，所述磨损量为试验前的质量与试验后的质量之差。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提出一种能够较好地模拟出航空轮胎达到临界温度的方法，把模拟路面的转盘单独加热到设定临界温度，对试样进行快速摩擦磨损测量，从而使临界温度下航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验更准确；能够比较准确地反应出临界温度下航空轮胎的状态，从而得到航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性，为相关研究提供试验基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的加热线圈的结构示意图。

图中：1、控制台；2、速度传感器；3、转盘；4、橡胶试验样块；5、压力盘；6、压力传感器；7、垂向加载缸；8、液压动力单元；9、电机；10、主框架；11、非接触式高频感应加热设备；12、软连接；13、加热线圈；14、力传感器；15、红外温度传感器。

图3是本发明实施例提供的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的临界温度是指在飞机着陆等极限工况下,胎面和路面产生瞬时高温,使表面橡胶薄层裂解退化时的温度。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种临界温度下胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置包括控制台1、速度传感器2、转盘3、橡胶试验样块4、压力盘5、压力传感器6、垂向加载缸7、液压动力单元8、电机9、主框架10、非接触式高频感应加热设备11、软连接12、加热线圈13、力传感器14和红外温度传感器15。

控制台1通过数据线缆分别与电机9、垂向加载缸7和非接触式高频感应加热设备11相连接；

液压动力单元8通过液压油管与垂向加载缸7连接，为其提供液压动力；

电机9通过主框架10内部的传动结构与转盘3实现传动；

压力盘5铰接在垂向加载缸7下端,橡胶试验样块4被固定在压力盘5的下端，试验时通过垂向加载缸7驱动压力盘5下压，使橡胶试验样块4与转盘3上表面摩擦；

力传感器14安装在压力盘5与主框架10之间,能够测出压力盘5的水平受力；

压力传感器6安装在压力盘5与垂向加载缸7之间,能够测出压力盘5的垂直受力，由力传感器14测得的水平力与压力传感器6测得的垂向力加上加载机构的自重，可得到橡胶试验样块4与转盘3摩擦面之间的摩擦系数；

速度传感器2位于转盘3的下方，固定在主框架10上，能够测量转盘3的转速；

非接触式高频感应加热设备11与加热线圈13通过软连接12连接；

红外温度传感器15用来测量转盘3的温度，通过线缆与控制台1连接；

加热线圈13可快速把转盘加热到所需要的温度，套在转盘3侧边，它们之间不接触；

转盘3分为上下两个部分，中间用耐高温隔热材料隔离，上部分的上表面可安装不同摩擦片用来模拟不同的路面。

如图3所示，本发明实施例提供的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法包括：

S101，试验前先对力传感器和压力传感器进行标定，并清理干净摩擦表面，用天平测量橡胶试验样块的质量，并记录下来；

S102，运行试验设备，给定试验载荷和速度，对橡胶试验样块进行预处理，开启非接触式高频感应加热设备，加热线圈把转盘上部分加热到临界温度；

S103，在给定的载荷和速度下，快速进行摩擦实验，在控制台上查看试验过程中温度、载荷、速度、摩擦系数的变化曲线；

S104，当前速度和载荷下的摩擦实验重复做五次，对五次得到的摩擦系数求平均值，得到当前载荷和速度下的摩擦系数，由每次试验后记录下的磨损量，得出当前载荷和速度下的磨损量；

S105，处理所有实验数据，得到临界温度下不同载荷的摩擦特性曲线和磨损特性曲线。

下面结合具体试验对本发明进一步进行说明。

试验步骤：

试验前先对力传感器14和压力传感器6进行标定，并清理干净摩擦表面；

用天平测量橡胶试验样块4的质量，并记录下来；

运行试验设备，给定试验载荷和速度，对橡胶试验样块4进行预处理；

开启非接触式高频感应加热设备11，加热线圈13把转盘3上部分加热到临界温度200摄氏度左右，红外温度传感器15可测量转盘3的温度，若发现温度变化较大，则本次试验数据无效，再进行下次试验；

在给定的载荷和速度下，快速进行摩擦实验，控制台1上可查看试验过程中温度，载荷，速度，摩擦系数的变化曲线；

然后测量本次试验橡胶试验样块4的磨损量试验前的质量与试验后的质量之差

当前速度和载荷下的摩擦实验重复做5次，每做完一次摩擦实验需要清理干净摩擦表面；

改变载荷和速度，进行大量试验每一给定的载荷和速度重复5次；

对于给定的载荷和速度下的一次试验，在控制台1上取试验数据相对稳定的一段载荷，速度，摩擦系数相对平稳求平均值，即可得到在当前载荷与速度下的摩擦系数，

然后处理给定载荷和速度下的另外4次数据，由于重复了5次，再对这五次得到的摩擦系数求平均值，即可得到当前载荷和速度下的摩擦系数；同理，由每次试验后记录下的磨损量，可以得出当前载荷和速度下的磨损量；

处理所有实验数据，可得到临界温度下不同载荷的摩擦特性曲线和磨损特性曲线，若进行不同材料或者不同的摩擦表面的摩擦实验，采用控制变量法也可得到相应的摩擦磨损特性曲线。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置包括：

转盘和压力盘；

所述压力盘下端固定有橡胶试验样块，所述橡胶试验样块下端与转盘上表面接触，所述转盘安装在主框架上端；

所述压力盘上端连接有垂向加载缸，所述垂向加载缸通过液压管路与液压动力单元连接，所述液压动力单元外端与电机连接；

所述转盘连接有加热线圈，所述加热线圈通过软连接与非接触式高频感应加热设备连接；

所述电机、垂向加载缸和非接触式高频感应加热设备分别通过数据线缆与控制台连接。

2.如权利要求1所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述转盘的转轴下端连接有速度传感器，所述速度传感器通过连接线路与控制台连接。

3.如权利要求1所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述垂向加载缸下端连接有压力传感器，所述压力传感器通过连接线路与控制台连接。

4.如权利要求1所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述转盘上端侧面设置有用于测量转盘温度的红外温度传感器，所述红外温度传感器通过线缆与控制台连接。

5.如权利要求1所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述压力盘与主框架之间安装有用于测量压力盘水平受力的力传感器，所述力传感器通过连接线路与控制台连接。

6.如权利要求1所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置，其特征在于，所述转盘分为上下两部分，上下两部分转盘中间用耐高温隔热材料隔离，上部分转盘的上表面用于安装不同摩擦片模拟不同的路面。

7.一种用于如权利要求1～6任意一项所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验装置的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法，其特征在于，所述航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法包括：

步骤一，试验前先对力传感器和压力传感器进行标定，并清理干净摩擦表面，用天平测量橡胶试验样块的质量，并记录下来；

步骤二，运行试验设备，给定试验载荷和速度，对橡胶试验样块进行预处理，开启非接触式高频感应加热设备，加热线圈把转盘上部分加热到临界温度；

步骤三，在给定的载荷和速度下，快速进行摩擦实验，在控制台上查看试验过程中温度、载荷、速度、摩擦系数的变化曲线；

步骤四，当前速度和载荷下的摩擦实验重复做五次，对五次得到的摩擦系数求平均值，得到当前载荷和速度下的摩擦系数，由每次试验后记录下的磨损量，得出当前载荷和速度下的磨损量；

步骤五，处理所有实验数据，得到临界温度下不同载荷的摩擦特性曲线和磨损特性曲线。

8.如权利要求7所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法，其特征在于，所述步骤二中加热线圈对转盘进行加热时，红外温度传感器测量转盘的温度，若发现温度变化较大，则本次试验数据无效，再进行下次试验。

9.如权利要求7所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法，其特征在于，所述步骤四对五次得到的摩擦系数求平均值，得到当前载荷和速度下的摩擦系数包括：

对于给定的载荷和速度下的一次试验，在控制台上取试验数据相对稳定的一段求平均值，即得到在当前载荷与速度下的摩擦系数，然后处理给定载荷和速度下的另外四次数据，再对这五次得到的摩擦系数求平均值。

10.如权利要求7所述的航空轮胎胎面橡胶材料摩擦磨损特性试验方法，其特征在于，所述磨损量为试验前的质量与试验后的质量之差。

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