一种精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数的实验装置及实验方法

摘要

本发明公开精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数的实验装置，包括水箱、设置在水箱右侧下部的连动自控式阀门、位于连动自控式阀门下方的水桶以及设置在水箱上方的沥青混合料车辙板试件放置框和可移动轮胎组件，所述水桶通过安装于沥青混合料车辙板试件放置框右侧的定滑轮与可移动轮胎组件动力连接；所述放置框的内部安置有沥青混合料车辙板试件，侧边框上设置有对射式激光传感器；所述沥青混合料车辙板侧方同一水平位置处设有压力传感器。本发明装置可以通过水泵控制水平导轨上水管的水流大小，可以使装置模拟潮湿，降雨的路面摩擦力系数的检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数的实验装置及实验方法，属于路面摩擦检测领域。

背景技术

沥青路面作为现在和未来道路交通荷载的主流形式，其建设行业突飞猛进，但是在推动社会经济快速发展的过程中，也在给人民带来难以估量的安全隐患。车速飞快增长，车流量不断增大，因此交通事故频频发生。制动距离太长便是灾祸发生的首要原因，而制动距离又与轮胎与路面间的摩擦系数息息相关。因此摩擦系数的准确测定尤为重要。

摩擦系数由被接触物体表面的粗糙程度决定。现如今路面测量摩擦系数的主要设备就是摆式仪，它是根据橡胶片划过路面所造成能量损失与摩擦力做功相同原理制作而成，但是摆式仪的测量结果受测量人员的人为因素影响比较大，测量人员不同结果差异较大，且每次测量后会导致接触面因磨损而发生摩擦系数改变，并且橡胶片难以模拟充气橡胶轮胎与沥青路面的接触状态，而且摆式仪内部系统间的摩擦力无法忽略等问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种测量精度高、人为干扰因素影响小且可模拟多种天气状况下摩擦系数的实验装置。

技术方案：一种精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数的实验装置，包括水箱，其特征在于：还包括设置在水箱右侧下部的连动自控式阀门、位于连动自控式阀门下方的水桶以及设置在水箱上方的沥青混合料车辙板试件放置框和可移动轮胎组件，所述水桶通过安装于沥青混合料车辙板试件放置框右侧的定滑轮与可移动轮胎组件动力连接；所述放置框的内部安置有沥青混合料车辙板试件，侧边框上设置有对射式激光传感器；所述沥青混合料车辙板侧方同一水平位置处设有压力传感器；所述连动自控式阀门从上至下依次包括固定设置在水箱侧边的电磁铁、与所述水箱连通的输水口以及上表面设有限位块的限位板，所述输水口的管壁上下设有第一通孔，所述限位板和限位块之间设有第二通孔，所述第一通孔、第二通孔内贯穿有第一活塞，所述第一活塞顶部穿过输水口管壁上下第一通孔后连接有直径大于第一通孔的铁质圆盘，所述第一活塞中间设有横向通孔，所述电磁铁与对射式激光传感器串联；

当所述可移动轮胎组件的橡胶轮胎位于沥青混合料车辙板试件的初始位置处时，所述橡胶轮胎遮挡于对射式激光传感器之间连线上，电路断开，所述活塞的横向通孔与输水口位于同一水平线，水箱内的水通过输水口流入所述水桶内；

当所述水桶内水的重量逐渐增加至大于所述可移动轮胎组件与沥青混合料车辙板试件之间的摩擦力时，所述可移动轮胎组件的橡胶轮胎向右移动，对射式激光传感器之间形成通路，电磁铁对所述第一活塞上方的铁质圆盘产生磁力吸附，活塞上移，所述第一活塞上的横向通孔伸至输水口上方，输水口水流断开。

本发明进一步限定的技术方案为：所述可移动轮胎组件包括竖向驱动机构，所述竖向驱动机构上通过升降座安装有一对水平导轨，所述水平导轨上安装有滑块，所述滑块下方设置有第二活塞，所述第二活塞的塞杆中部套设有第一弹簧，下方连接有三角支架，所述第一弹簧的两端分别焊接在第二活塞的两端，活塞的拉伸运动会造成弹簧的伸长和缩短，用以施加压力作用，所述三角支架的下安装有充气式橡胶轮胎，所述三角支架上连接有挂钩，所述挂钩的另一端通过连接线、定滑轮和所述水桶连接。

作为优选，所述竖向驱动机构包括设置在所述水箱上边缘的四根螺纹丝杆，所述螺纹丝杆上安装可上下移动的所述升降座，所述水平导轨两端分别与所述升降座固定连接。

作为优选，所述滑块为两个，分别套设在两根所述水平导轨上，两个滑块之间连接有横轴，所述第二活塞的顶部与横轴中间固定连接。

作为优选，所述横轴上中间位置设置有气泡水平仪。

作为优选，所述第一活塞的底部连接有第一圆盘，位于限位块和输水口之间的塞杆上设有第二圆盘，所述第一圆盘和限位板之间塞杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧两端分别与限位板和第一圆盘固连。

作为优选，所述水平导轨上延长度方向布置有均布有透水孔的水管，所述水管通过水泵与所述水箱连通。

作为优选，所述水桶下方设有配重台。

本发明还公开了一种精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数的方法，适用于上述所述的实验装置，包括以下几个步骤：

第一步、调节螺纹丝杆中水平导轨与固定螺母的位置，使得充气橡胶轮胎与沥青混合料车辙板试件处于不接触状态，观察气泡水平仪并调节固定螺母使得仪器水平，调整滑块处于如图8所示位置II处，此时充气橡胶轮胎位于恰好挡住对射式激光传感器的位置，致使对射式激光传感器和电磁铁处于断路，电磁铁不工作，第一活塞底部的第一固定圆盘与限位板底部之间的距离小于第二固定弹簧的原长，第一活塞上的第二固定弹簧的长度小于弹簧原长，因此第一活塞上的第二弹处于压缩状态，故弹簧沿弹簧方向向外的力，使得第一活塞被弹簧向下拉动，第一活塞上的横向通孔处于输水口处，与输水口形成通路，水箱内的水通过输水口流入水桶中，随着水桶中的水量不断增加，细线上的拉力不断增大，模拟充气橡胶轮胎系统被拉动，当滑块和轮胎系统刚刚被拉动时，充气橡胶轮胎对对射式激光传感器的遮挡消失的同时，对射式激光传感器和电磁铁形成通路，电磁铁开始工作，第一活塞上的铁质圆盘被向上吸引，第一活塞向上移动，第一活塞上的横向通孔处于输水口外面，输水口处无水流通过，记录此时配重系统的重量G

第二步、调整螺纹丝杆，水平导轨与固定螺母的位置，使得充气橡胶轮胎与沥青混合料车辙板试件接触，观察气泡水平仪使得仪器水平，调整滑块处于如图 7所示位置I处，调整水平导轨的高度，使水平导轨向下移动会使第二活塞发生压缩，第二活塞也同样产生了压缩，所述压力通过充气式轮胎传递给压力传感器，通过压力传感器读出此时压力为F

第三步、调整滑块处于如图8所示位置II处，此时充气橡胶轮胎位于恰好挡住对射式激光传感器的位置，致使对射式激光传感器和电磁铁处于断路，电磁铁不工作，第一活塞上的第二固定弹簧的长度小于弹簧原长，故弹簧沿弹簧方向向外的力，使得第一活塞被弹簧向下拉动，第一活塞上的横向通孔处于输水口处，与输水口形成通路，水箱内的水通过输水口流入水桶中，随着水桶中的水量不断增加，细线上的拉力不断增大，模拟充气橡胶轮胎系统被拉动，当滑块和轮胎系统刚刚被拉动时，充气橡胶轮胎对对射式激光传感器的遮挡消失的同时，对射式激光传感器和电磁铁形成通路，电磁铁开始工作，第一活塞上的铁质圆盘被向上吸引，第一活塞向上移动，第一活塞上的横向通孔处于输水口外面，输水口处无水流通过，记录此时配重系统的重量G

第四步、计算此时的摩擦系数

此外，可以通过水泵控制水平导轨上水管的水流大小，可以使装置模拟潮湿，降雨的路面摩擦力系数的检测，检测方法与上述方法相同。

有益效果：与现有技术相比，本发明装置可以通过水泵控制水平导轨上水管的水流大小，可以使装置模拟潮湿，降雨的路面摩擦力系数的检测。本发明不但可以平衡测试系统之间的摩擦力，且可以对比不同压力下的摩擦系数，便于模拟不同天气状况下充气橡胶轮胎和沥青路面间摩擦系数的变化，对于橡胶轮胎与路面间的摩擦系数的测定更为准确合理。

附图说明

图1为本发明实施例中测量轮胎与路面摩擦系数的测定装置的主视图；

图2为本发明实施例中测量轮胎与路面摩擦系数的测定装置的俯视图；

图3为本发明实施例中充气橡胶轮胎组件的放大示意图；

图4为图1中A处的连动自控式阀门放大示意图；

图5为图4中第一活塞的放大示意图的主视图；

图6为图4中第一活塞的放大示意图的侧视图；

图7为滑块处于位置I的示意图；

图8为滑块处于位置II的示意图；

图9为装置对射式激光传感器和电磁铁的电路原理图；

图中：1、固定杆；2、螺纹丝杆；3、第一弹簧；4、固定螺母；5、导轨；6、水管；7、滑块；8、升降座；9、压力传感器；10、对射式激光传感器；11沥青混合料车辙板放置框；12、沥青混合料车辙板；13、充气橡胶轮胎；14、挂钩； 15、三角形车轮支架；16、细线；17、第二活塞；18、倒L型支架；19、定滑轮； 20、水箱；21、横轴；22、气泡水平仪；23、水桶；24、配重台；25、电磁铁； 26、第一活塞；27、限位板；28、限位块；29、输水口；30、铁质圆盘；31、第二固定弹簧；32、第一固定圆盘；33、横向通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的一个实施方式进行说明。

本实施例提供一种实验室精确测量橡胶轮胎与沥青路面摩擦系数装置，如图 1-6所示：包括水箱20，水箱的右侧下部设有连动自控式阀门，连动自控式阀门由四部分组成：电磁铁25，与水箱连通的横向设置的具有上下通孔的输水口29 以及设有限位块28的限位板27；限位块28与限位板27共同开有上下方向的贯通孔，贯通孔内活动连接有第一活塞26，第一活塞26的顶部贯穿输水口的上下通孔后连接有铁质圆盘30，第一活塞26下端设有第一固定圆盘32，中间设有直径与输水口29半径相同的横向通孔33，其余部分均为实心，下部第一固定圆盘 32与限位板之间设有第二固定弹簧31，第二固定弹簧的两端分别与第一固定圆盘和第一活塞的塞杆固定连接。

水箱的上部设置有四个螺纹丝杆2，压力传感器9，沥青混合料车辙板放置框11，每根螺纹丝杆2上自下而上设有与螺纹丝杆2螺纹连接的升降座8，连接座上安装有两根水平导轨5，螺纹丝杆2顶部螺纹连接有固定螺母4，水平导轨 5上套置有可沿导轨左右滑动的滑块7，两根导轨上的滑块7通过横轴21连接，滑块7下部设置有第二活塞17，第二活塞的塞杆中部外套第一弹簧3，且第一弹簧两端与活塞两端固定焊接，第二活塞的塞杆下部固定连接有三角形车轮连接支架15，三角形车轮连接支架15下部固定连接充气式橡胶轮胎13，中部固定有挂钩14，三角形车轮连接支架15固定有一供仪器调平的气泡水平仪22，充气式橡胶轮胎13的转轴处设有横向通孔，可用于控制轮胎13处于抱死状态，水平导轨 5上设置有一组均匀透水孔的水管6，水管与水箱之间通过水泵连通。沥青混合料车辙板放置框11左侧边框上立有对射式激光传感器10，右侧边框上立有用以安装定滑轮19的倒L型支架18，倒L型支架18的底部焊接在沥青混合料车辙板放置框的右边缘，且倒L型支架18与压力传感器9与细线16与车轮13俯视情况下在同一条直线上，对射式激光传感器10与电磁铁25形成通路，定滑轮 19与挂钩14处于水平位置，细线16一端连接挂钩14，另一端通过定滑轮19 连接水桶23，水桶23下部设有配重台24，水桶23的中心与输水口29处于同一竖直位置上，压力传感器9与沥青混合料车辙板试件12保持同一水平高度，水桶23与配重台24共同组成配重系统。

本实施例还提供了上述装置的实验方法，包括以下几个步骤：

第一步、调节螺纹丝杆2中水平导轨5与固定螺母4的位置，使得充气橡胶轮胎13与沥青混合料车辙板试件12处于不接触状态，观察气泡水平仪22并调节固定螺母5使得仪器水平，调整滑块处于如图8所示位置II处，此时充气橡胶轮胎13位于恰好挡住对射式激光传感器10的位置，致使对射式激光传感器10 和电磁铁25处于断路，电磁铁25不工作，第一活塞26底部的第一固定圆盘32 与限位板27底部之间的距离小于第二固定弹簧31的原长，第一活塞26上的第二固定弹簧31的长度小于弹簧原长，因此第一活塞26上的第二弹簧31处于压缩状态，故弹簧沿弹簧方向向外的力，使得第一活塞26被弹簧向下拉动，第一活塞26上的横向通孔处于输水口处，与输水口形成通路，水箱20内的水通过输水口29流入水桶23中，随着水桶23中的水量不断增加，细线16上的拉力不断增大，模拟充气橡胶轮胎系统被拉动，当滑块和轮胎系统刚刚被拉动时，充气橡胶轮胎13对对射式激光传感器10的遮挡消失的同时，对射式激光传感器10和电磁铁25形成通路，电磁铁25开始工作，第一活塞26上的铁质圆盘被向上吸引，第一活塞26向上移动，第一活塞上的横向通孔33处于输水口29外面，输水口29处无水流通过，记录此时配重系统的重量G

第二步、调整螺纹丝杆2，水平导轨5与固定螺母4的位置，使得充气橡胶轮胎13与沥青混合料车辙板试件12接触，观察气泡水平仪22使得仪器水平，调整滑块处于如图7所示位置I处，调整水平导轨的高度，使水平导轨向下移动会使第二活塞17发生压缩，第二活塞17也同样产生了压缩，所述压力通过充气式轮胎传递给压力传感器，通过压力传感器9读出此时压力为F

第三步、调整滑块处于如图8所示位置II处，此时充气橡胶轮胎13位于恰好挡住对射式激光传感器10的位置，致使对射式激光传感器10和电磁铁25处于断路，电磁铁25不工作，第一活塞26上的第二固定弹簧31的长度小于弹簧原长，故弹簧沿弹簧方向向外的力，使得第一活塞被弹簧向下拉动，第一活塞上的横向通孔33处于输水口29处，与输水口29形成通路，水箱20内的水通过输水口29流入水桶23中，随着水桶23中的水量不断增加，细线16上的拉力不断增大，模拟充气橡胶轮胎系统被拉动，当滑块和轮胎系统刚刚被拉动时，充气橡胶轮胎13对对射式激光传感器10的遮挡消失的同时，对射式激光传感器10和电磁铁25形成通路，电磁铁25开始工作，第一活塞26上的铁质圆盘被向上吸引，第一活塞26向上移动，第一活塞上的横向通孔33处于输水口29外面，输水口29处无水流通过，记录此时配重系统的重量G

第四步、计算此时的摩擦系数

此外，可以通过水泵控制水平导轨5上水管6的水流大小，可以使装置模拟潮湿，降雨的路面摩擦力系数的检测，检测方法与上述方法相同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。