一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置及其方法与流程

本发明涉及一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置及其方法。

背景技术：

目前，国内外主要采用针对真实路面的统计调查法研究虽路面磨损变化及构造衰减规律，但测量真实路面在不同环境下的磨损变化需要大量的人力和昂贵的设备，采集数据的周期也比较长，且许多因素影响路面磨损的因素不受人为掌控，很难研究单一因素对路面刻槽构造变化的影响。与之相比，室内磨损模拟试验有可以有效掌握研究方向、试验周期短及试验结果简单明了等诸多优点，对研究路面抗滑性能和纹理构造深度的磨损程度有很强的实用性。

法国的mkane等研究人员制作了名为“wehner-schulze”的磨光机来评估道路表面纹理样本的衰减趋势，该设备是通过在路面上布设传感器，感知路面承受的荷载和压力分布，但无法模拟轮胎在路面的磨耗过程。

美国西部环道试验模式被新西兰交通部门用作参考，研究出了针对水泥路面的加速室内测试系统captif。利用灵活轻巧的动载与圆形旋转负荷，来模拟实际路面行车环境。组建了室内加速道路试验测试系统，并分析对比了由8t、10t、12t的荷载标准引发的相对磨耗率。然而该设备采用橡胶片模拟路面磨耗过程，只考虑了荷载对磨耗的影响，而忽略了轮胎气压，轮胎转速对磨耗的影响。

中南大学陈瑜研究制作了路面加速磨损仪，并根据路面与轮胎之间磨损的特征，提出了相应模拟试验方法。该试验采用砂轮往复运动于混凝土试块上的方法，且撒布了磨粒参与对混凝土试块的磨损。该装置采用砂轮进行磨耗实验，与真实的汽车充气轮胎具有一定的差异，无法分析轮胎气压对路面磨耗程度的影响。同时，该实验采用滚动式摩擦，而不能模拟对路面磨耗影响较大的汽车刹车时的滑动摩擦。

综上所述，目前国内外所研发的路面磨耗实验装置，能够分析影响路面磨耗程度的相关因素，然而仍存在一些不足之处：1）目前现有的路面磨耗仪主要模拟轮胎的滚动摩擦，而不能进行对路面磨耗影响较大的滑动摩擦实验；2）磨耗仪大多采用橡胶片或砂轮代替轮胎，然而其与真实轮胎存在较大差别，无法分析轮胎气压对路面磨耗的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置及其方法，结构简单，方便用于模拟轮胎刹车时与路面的滑动摩擦过程。

本发明的技术方案在于：一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置，包括底座，所述底座中部设置有用于安装路面试块的固定框架，底座的上侧设置有安装座板，所述安装座板上设置有位于固定框架上侧的电机轮胎，安装座板上设置有用于调节轮胎与路面试块之间接触压力的加减压阀门，安装座板上还设置有用于存放电池、光电编码器、轮速控制器及电线线路的收纳箱。

进一步地，所述底座的两侧部分别设置有支撑架，所述支撑架的上端经夹具与安装座板固定连接。

进一步地，所述安装座板的下侧面上设置有电动车前叉，所述电机轮胎安装于电动车前叉上，所述加减压阀门作用于电动车前叉上。

进一步地，所述安装座板上还设置有用于喷淋电机轮胎的喷水装置，所述喷水装置包括设置于电动前叉上的喷头，所述喷头上经进水管与水泵相连接。

进一步地，所述支撑架由镀锌角铁制成。

一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置实验方法，包括一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置，步骤如下：

1）制作沥青路面试块以及水泥路面试块；

2）对路面试块纹理构造进行深度测量：沥青路面试块采用传统的铺沙法进行路面纹理构造深度的测量；水泥路面试块采用改进的铺沙法进行刻槽尺寸的测量；

3）通过加减压阀门调节电机轮胎与试块之间的压力；

4）用锂电池给电机轮胎供电，调节实验所需的电机轮胎转速；当速度达到所需要求时，按下巡航键使轮胎匀速转动；

5）待确定路面磨耗实验装置在指定条件下正常工作后，开始记录磨损时间，每隔两小时用铺沙法测量试块表面磨损量；

6）利用铺沙法及改进铺沙法测量经过磨耗实验之后的沥青路面试块表面纹理构造深度及水泥路面试块的刻槽尺寸；结合磨耗实验前的测量结果，计算通过磨耗实验的试块表面磨耗量。

进一步地，所述步骤1）中，根据研究的需要，对于水泥路面试块的表面进行刻槽或拉毛处理。

进一步地，所述步骤2）中，测量沥青路面时，将已知体积的沙摊铺在路面上，尽可能的摊铺为圆形，然后用构造深度尺量取圆的两个垂直方向的长度，取其平均值求得铺沙面积，沙的体积比上铺沙的平均面积即为沥青路面纹理构造深度。

进一步地，所述步骤2）中，测量水泥路面时，首先清扫试块，去除刻槽内部的沙石等；然后测量一定体积的细砂平铺于试块表面，将细砂平推入刻槽内部与表面相平，并尽量保持表面无细砂；最后记录被细砂覆盖的刻槽的数目以及刻槽被覆盖的长度，从而换算出刻槽尺寸。

进一步地，所述步骤4）中，在试验过程中需对试块与电机轮胎接触面进行浇水，防止轮胎温度过高而发生起火爆胎。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

该实验装置以汽车刹车时轮胎的滑动摩擦为分析对象，研究在此接触摩擦形式下，模拟不同轮胎荷载、转速、磨耗时间下对不同路面类型、不同路面纹理构造深度情况下的路面磨损过程；通过速度控制器可调节车轮转速，研究车速对路面磨损的影响；通过调节加压减压阀门模拟车辆承载的作用，分析荷载对路面磨损程度的影响；利用带胎压检测的充气装置调节胎压，分析不同胎压对路面磨损的影响；同时对于路面纹理构造深度，项目采用铺沙法测量沥青路面纹理构造深度；提出一种用于测量水泥路面刻槽尺寸的改进铺沙法；

控制其他影响因素不变的情况下，模拟在单一影响因素变化情况下的路面磨耗过程，从而衡量单一影响因素对路面磨耗影响的大小；

加速路面的磨耗过程，在较短的时间内模拟完成真实路面长期的磨耗过程，大大缩减了磨耗实验的周期，提高了实验的效率。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的电路图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图4

一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置，包括底座1，所述底座中部设置有用于安装路面试块的固定框架，从而防止试验过程中水泥试块受摩擦力作用而脱离轮胎作用范围。所述固定框架为设置于底座上的矩形框架。底座的上侧设置有安装座板2，所述安装座板上设置有位于固定框架上侧用来与路面试块接触摩擦的电机轮胎3，从而模拟车辆在道路上刹车时的滑动摩擦状态。安装座板上设置有用于调节轮胎与路面试块之间接触压力的加减压阀门，安装座板上还设置有用于存放电池、光电编码器、轮速控制器及电线线路的收纳箱5。

本实施例中，所述电机轮胎可以更换不同花纹的轮胎，调节轮胎的胎压，控制轮胎转速。所述加减压阀门的可调长度范围为0~11cm。在试验前先调节高度，测量不同高度压力大小，然后量取调节的距离并做上标记。之后的每次试验若压力不改变，就可直接调节到标记的记号点。

本实施例中，所述底座的两侧部分别设置有支撑架6，所述支撑架的上端经夹具7与安装座板固定连接；所述夹具为锁扣或与安装座板相连接的锁定螺栓。

本实施例中，所述安装座板的下侧面上设置有电动车前叉4，以便当调节加减压阀门时可对轮胎施加荷载；所述电机轮胎安装于电动车前叉上，以便支撑电机轮胎。所述加减压阀门作用于电动车前叉上，从而调节轮胎与路面试块之间接触压力。

本实施例中，所述安装座板上还设置有用于喷淋电机轮胎的喷水装置，所述喷水装置包括设置于电动前叉上的喷头，以便用于对试块与轮胎接触面进行浇水，防止轮胎温度过高而发生起火爆胎；所述喷头上经进水管与水泵相连接，从而为喷头供水。

本实施例中，由于路面试块与轮胎产生的摩擦力较大，轮胎会带动整个仪器向前进方向倾斜。所以支撑角钢采用的是5mm镀锌角铁，连接部分用4mm镀条进行焊接，使整体结构牢固结实，保证了试验过程中仪器的稳定性。

本实施例中，本路面磨耗实验装置采用48v12a锂电池、带巡航功能的轮速控制器，电机轮胎为48v无刷电机轮胎，以及48v限流18a的控制器。

装置的组装过程：

①电机测试：短接电机轮胎的任意两条电机线，用手转动轮胎，若感受到有阻力产生则代表电机完好。检测正常后，将电机轮胎的电机线与控制器上的电机线对应线条颜色连接；

②电源线连接：将控制器电源线（粗红为正，粗黑为负）分别与锂电池的正负极相连，控制器电源线与电池电源线对接就能直接使电机轮胎处于启动状态；

③信源线连接：将控制器的红、黄、绿、蓝、黑5条霍尔线分别与电机轮胎上的5条对应相同颜色的霍尔线连接，起到传输控制信号，改变电流方向的作用，以实现电机的连续转动；

④控制器测试：对接控制器上白色学习线，测试电机是否自转，若能自转则代表控制器完好；完成上述步骤后，电机轮胎可以正常启动运作；

⑤轮速控制器连接：将轮速控制器信号线与光电编码器进行连接。轮速控制器信号线红黑蓝（红为正极黑为负极）与光电编码器信号线红黑绿进行连接，使电机轮胎达到调速的目的。将轮速控制器上的细棕线与光电编码器的细绿线（仪表线）进行连接，以显示车轮转速和电池电量。轮速控制器黄白线为巡航控制线，与光电编码器的细橙细黑对应相连，实现其巡航功能；即在达到试验速度后，按下巡航键就能使轮速保持不变。轮速控制器上的细绿线为显示屏亮灯正极线，与电源及光电编码器正极线和电门锁线4条线接在一起，达到开启轮速控制器显示屏的功能。

一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置实验方法，包括一种模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置，步骤如下：

1）制作沥青路面试块以及水泥路面试块，根据研究的需要，对于水泥路面试块的表面进行刻槽或拉毛处理；

2）对路面试块纹理构造进行深度测量：沥青路面试块采用传统的铺沙法进行路面纹理构造深度的测量；水泥路面试块采用改进的铺沙法进行刻槽尺寸的测量；

3）通过加减压阀门调节电机轮胎与试块之间的压力，电机轮胎的荷载施加可分为不同档次，该操作需在供电前完成；

4）用锂电池给电机轮胎供电，调节实验所需的电机轮胎转速；当速度达到所需要求时，按下巡航键使轮胎匀速转动，由于试验轮胎与水泥试块间产生的摩擦力较大，在试验过程中需对试块与电机轮胎接触面进行浇水，防止轮胎温度过高而发生起火爆胎；

5）待确定路面磨耗实验装置在指定条件下正常工作后，开始记录磨损时间，每隔两小时用铺沙法测量试块表面磨损量；

6）利用铺沙法及改进铺沙法测量经过磨耗实验之后的沥青路面试块表面纹理构造深度及水泥路面试块的刻槽尺寸；结合磨耗实验前的测量结果，计算通过磨耗实验的试块表面磨耗量。

本实施例中，所述步骤2）中，测量沥青路面时，将已知体积的沙摊铺在路面上，尽可能的摊铺为圆形，然后用构造深度尺量取圆的两个垂直方向的长度，取其平均值求得铺沙面积，沙的体积比上铺沙的平均面积即为沥青路面纹理构造深度。

本实施例中，所述步骤2）中，测量水泥路面时，首先清扫试块，去除刻槽内部的沙石等；然后测量一定体积的细砂平铺于试块表面，将细砂平推入刻槽内部与表面相平，并尽量保持表面无细砂；最后记录被细砂覆盖的刻槽的数目以及刻槽被覆盖的长度，从而换算出刻槽尺寸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的模拟轮胎刹车滑动摩擦对路面磨耗影响的实验装置及其方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。