一种道面全环境摩擦系数测试装置及其使用方法与流程

1.本发明属于摩擦系数测试技术领域，具体地讲，本发明涉及一种道面全环境摩擦系数测试装置及其使用方法。


背景技术：

2.摩擦系数测定仪用于测定沥青路面、标线或其他材料试件的抗滑性能，评价路面或路面材料试件在潮湿状态下的抗滑性能。摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它和接触面材料及表面的粗糙度有关。摩擦系数的大小是反映路面抗滑性能的综合性指标。
3.虽然我国公路规范中关于路面表面抗滑性能的测试方法较多，但是均存在着不同的缺点。现有的摩擦系数仪一般包括测力系统、驱动系统、水平测试台和滑块，这种摩擦系数测试仪通常只能在常温下工作，无法做到全环境精确模拟；另一方面要精确地测量摩擦系数，就要使滑块尽量在水平方向运动，一般倾斜角度不大于10
°
，对于大纵坡实体道面无法做到精确测量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种道面全环境摩擦系数测试装置及其使用方法，能够全环境模拟且满足大纵坡道面测试精度要求的摩擦系数测试。
5.为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种道面全环境摩擦系数测试装置，包括箱体、滑块、环境控制装置和摩擦系数测量装置，所述的箱体为底面开口的密闭箱体，箱体的底面为可拆卸的标定板，所述的箱体底部的四个角端可以调节高度，所述的摩擦系数测量装置包括滑轨和连接件，所述的箱体内部纵向设置有滑轨，所述连接件可滑动的安装在滑轨上，连接件与滑块连接，连接件带动滑块运动，所述的滑块与连接件的连接处设置有力传感器，所述力传感器获取滑块与待测道面或标定板的静摩擦力和滑动摩擦力，所述的滑块上还设置有位移传感器，位移传感器获取滑块的移动距离；所述的环境控制装置控制箱体内环境状况；所述的滑块上设置有第一倾角传感器，所述的滑轨上设置有第二倾角传感器，第一倾角传感器和第二倾角传感器用于测定摩擦系数测量装置的滑轨及滑块的纵向倾斜角度，分别调整箱体四个角端的高度以调整滑轨纵向倾斜角度。
6.进一步的，所述的箱体包括主体框架和钢化玻璃，钢化玻璃将主体框架除底面外的其余面密封。
7.进一步的，所述的箱体的外部还设置有控制模块，所述的控制模块包括微型打印机和控制电脑。
8.进一步的，所述的滑块为方形钢制材料，滑块底部设置有橡胶垫，所述的标定板为方形平板。优选的，还包括能够与滑块螺栓连接的配重块。
9.进一步的，所述的连接件通过驱动电机驱动其在滑轨上运动，所述的连接件的一端与滑块通过销轴连接，所述的力传感器的触点与滑块前进方向的销轴侧壁接触。
10.进一步的，所述的环境控制装置包括第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、第三温湿度传感器、温度控制系统和降水喷淋装置，所述的第一温湿度传感器设置于滑块内部，所述的第二温湿度传感器设置于箱体内部悬空，所述的第三温湿度传感器设置于待测道面，所述的降水喷淋装置设置于滑块前方并随连接件运动。
11.进一步的，所述的温度控制系统包括制冷机和导管，所述的降水喷淋装置包括压力泵、水管、喷嘴和流量计，所述的制冷机通过导管向箱体内吹拂冷热、潮湿空气，所述的压力泵经水管通过喷嘴向待测定路面喷洒水雾，向箱体内部吹拂冷热、潮湿空气用以控制测试环境的温湿度状态，降水喷淋装置按照一定流量喷水用以模拟降水状态，喷水后在一定水膜厚度下将环境温度降至零下用以模拟道面结冰。
12.进一步的，所述的主体框架的四个角可伸缩支腿，用于调节主体框架的整体高度和倾斜角度，所述的可伸缩支腿包括底座、螺杆、小锥齿轮、大锥齿轮和动力装置，动力装置采用手摇杆或电机，动力装置驱动小锥齿轮转动，小锥齿轮驱动大锥齿轮转动，大锥齿轮带动螺杆在底座上转动，螺杆的升降推动顶部的箱体升降，所述的可伸缩支腿的底部设置有橡胶垫。
13.进一步的，所述的驱动电机、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、第三温湿度传感器、位移传感器、制冷机、压力泵、流量计、第一倾角传感器和第二倾角传感器都与控制电脑电连接，控制电脑采集各传感器测定的数据并控制驱动电机、制冷机及压力泵的运行，微型打印机将各数据打印。
14.一种道面全环境摩擦系数测试装置的使用方法,包括以下步骤：
15.s1.将道面全环境摩擦系数测试装置放于待测道面之上，将标定板放于箱体内的待测道面之上，将已知重量w的滑块放于标定板之上并与连接件连接；
16.s2.启动电机及控制电脑，读取滑块上倾角传感器显示值θ1及滑轨上倾角传感器显示值θ2，调节框架支腿使θ2等于θ1；
17.s3.通过控制电脑设置温度、湿度、滑块行进时间、行进速度、行进距离等参数，控制电脑向环境温度控制装置发出指令，环境温度控制装置向壳体内部吹拂冷、热或潮湿空气，当环境参数达到设定值时摩擦系数测量装置启动，按照设定的行进时间、行进距离控制连接件牵引滑块沿滑轨方向移动；
18.s4.分别测得静摩擦力f1和滑动摩擦力f2，则滑块静摩擦系数μ1＝f1/wcos(θ1)，滑动摩擦系数μ2＝f2/wcos(θ1)，将标定板取走，再次重复上述步骤，分别测得静摩擦力测得静摩擦力f1’
和滑动摩擦力f2’
，则滑块静摩擦系数μ1’
＝f1’
/wcos(θ1’
)，滑动摩擦系数μ2’
＝f2’
/wcos(θ1’
)，则就有待测道面相对静摩擦系数μ
相对静
＝μ1/μ
’1,相对滑动摩擦系数μ
相对动
＝μ2/μ
’2。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、本发明中，在环境温度控制装置向测试装置内部吹拂冷热、潮湿空气用以控制测试环境的温湿度状态，降水喷淋装置按照一定流量喷水用以模拟降水状态，喷水后在一定水膜厚度下将环境温度降至零下用以模拟道面结冰，本发明可以实现对各种环境气候条件的真实模拟。
21.2、本发明中，滑轨及滑块之上均设置有倾角传感器，主体框架支腿处还设置有用于调节高度和倾角的调节机构，可以保证待测道面、滑块、滑轨三者之间保持平行，测量结
果更加准确。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
23.图1为本技术提供的整体结构示意图；
24.图2为本技术提供的主视图；
25.图3为本技术提供的俯视图；
26.图4为本技术提供的力传感器安装位置示意图。
27.附图中：1-主体框架、2-钢化玻璃，3-可伸缩支腿、4-摩擦系数测量装置、5-力传感器、6-滑轨、7-第一倾角传感器、8-第二倾角传感器、9-第一温湿度传感器、10-第二温湿度传感器、11-第三温湿度传感器、12-连接件、13-降水喷淋装置、14-环境控制装置、15-控制模块、16-滑块、17-标定板、51-触点。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.如图1-3
31.实施例一
32.本发明提供如下技术方案：一种道面全环境摩擦系数测试装置，包括箱体、滑块16、环境控制装置14和摩擦系数测量装置4，所述的箱体为底面开口的密闭箱体，箱体包括主体框架1和钢化玻璃2，钢化玻璃2将主体框架1除底面外的其余面密封。箱体的外部还设置有控制模块15，所述的控制模块15包括微型打印机和控制电脑，箱体的底面为可拆卸的标定板17，所述的箱体底部的四个角端可以调节高度，所述的摩擦系数测量装置4包括滑轨6和连接件12，所述的箱体内部纵向设置有滑轨6，所述的连接件12可滑动的安装在滑轨6上，连接件12带动滑块16运动，所述的滑块16与连接件12的连接处设置有力传感器5，所述力传感器5获取滑块16与待测道面或标定板17的静摩擦力和滑动摩擦力，连接件12通过驱动电机驱动其在滑轨6上运动，所述的连接件12的一端与滑块16通过销轴连接，所述的力传感器5的触点51与滑块16前进方向的销轴侧壁接触。所述的滑块16上还设置有位移传感器，位移传感器获取滑块16的移动距离，滑块16为方形钢制材料，滑块16底部设置有橡胶垫，滑块16上部可以采用螺栓连接配重块以改变滑块16接地压强，所述的标定板17为方形平板，置于滑块16行进轨迹之上，试验开始前先将滑块16置于标定板17之上测试标定板17的静摩
擦系数及滑动摩擦系数，拿去标定板17再测试待测道面的静摩擦系数及滑动摩擦系数。所述的环境控制装置14控制箱体内环境状况，环境控制装置14包括第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10、第三温湿度传感器11、温度控制系统和降水喷淋装置13，所述的第一温湿度传感器9设置于滑块16内部，所述的第二温湿度传感器10设置于箱体内部悬空，所述的第三温湿度传感器11设置于待测道面，所述的降水喷淋装置13设置于滑块16前方并随连接件12运动，第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10和第三温湿度传感器11分别测得滑块内部、待测道面表面和箱体内部悬空的温度；第三温湿度传感器11测得箱体内部悬空的湿度。温度控制系统包括制冷机和导管，所述的降水喷淋装置13包括压力泵、水管、喷嘴和流量计，所述的制冷机通过导管向箱体内吹拂冷热、潮湿空气，所述的压力泵经水管通过喷嘴向待测定路面喷洒水雾，向箱体内部吹拂冷热、潮湿空气用以控制测试环境的温湿度状态，降水喷淋装置13按照一定流量喷水用以模拟降水状态，喷水后在一定水膜厚度下将环境温度降至零下用以模拟道面结冰；所述的滑块16上设置有第一倾角传感器7，所述的滑轨6上设置有第二倾角传感器8，由于第二传感器测得为滑轨6的纵向倾斜角度，由于待测路面不仅具有纵向坡度还具有横向坡度，使得箱体四个角全与待测道面接触后造成纵向倾角与实际纵向倾角不符，此时当连接件12带动滑块16的运动时的拉力为牵引力在其纵向和横向上的合力，第一倾角传感器7和第二倾角传感器8用于测定摩擦系数测量装置4的滑轨6及滑块16的纵向倾斜角度，分别调整箱体四个角端的高度以调整滑轨6纵向倾斜角度，主体框架1的四个角可伸缩支腿3，用于调节主体框架1的整体高度和倾斜角度，所述的可伸缩支腿包括底座、螺杆、小锥齿轮、大锥齿轮和动力装置，动力装置采用手摇杆或电机，动力装置驱动小锥齿轮转动，小锥齿轮驱动大锥齿轮转动，大锥齿轮带动螺杆在底座上转动，螺杆的升降推动顶部的箱体升降，可伸缩支腿为现有技术常见的支撑装置，可采用螺杆式、液压式、电动式等多种，所述的可伸缩支腿3的底部设置有橡胶垫，而调节倾斜角度一致时，此时力传感器5测得的力即为牵引力，调节倾斜角度后的力传感器5测得的力大于调节倾斜角度之前的力，所以对于带有坡度的待测道面，使得测量结果更佳精确。
33.驱动电机、第一温湿度传感器9、第二温湿度传感器10、第三温湿度传感器11、位移传感器、制冷机、压力泵、流量计、第一倾角传感器7和第二倾角传感器8都与控制电脑电连接，控制电脑采集各传感器测定的数据并控制驱动电机、制冷机及压力泵的运行，微型打印机将各数据打印。
34.一种道面全环境摩擦系数测试装置的使用方法,包括以下步骤：
35.s1.将道面全环境摩擦系数测试装置放于待测道面之上，将标定板17放于箱体内的待测道面之上，将已知重量w的滑块16放于标定板17之上并与连接件12连接；
36.s2.启动电机及控制电脑，读取滑块16上倾角传感器显示值θ1及滑轨6上倾角传感器显示值θ2，调节框架支腿使θ2等于θ1；
37.s3.通过控制电脑设置温度、湿度、滑块16行进时间、行进速度、行进距离等参数，控制电脑向环境温度控制装置发出指令，环境温度控制装置向壳体内部吹拂冷、热或潮湿空气，当环境参数达到设定值时摩擦系数测量装置4启动，按照设定的行进时间、行进距离控制连接件12牵引滑块16沿滑轨6方向移动；
38.s4.分别测得静摩擦力f1和滑动摩擦力f2，则滑块16与标定板17接触面的静摩擦系数μ1＝f1/wcos(θ1)，μ2＝f2/wcos(θ1)，将标定板17取走，再次重复上述步骤，分别测得静摩
擦力f1’
和滑动摩擦力f2’
，则滑块16与待侧道面接触面的静摩擦系数μ1’
＝f1’
/wcos(θ1’
)，μ2’
＝f2’
/wcos(θ1’
)，则就有待测道面相对静摩擦系数μ
相对静
＝μ1/μ
’1,相对滑动摩擦系数μ
相对动
＝μ2/μ
’2。
39.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。