CN116297161B - 一种动态旋转式摩擦系数测试仪及其实现的摩擦系数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态旋转式摩擦系数测试仪及其实现的摩擦系数获取方法。现有工具或设备在测试摩擦系数时，因测试工具变形或转动惯性、接触延迟导致测量累积误差较大，影响测试准确性。本发明的中心传动轴总成的底部穿过主框架与底置接触组件相连接，间断控制总成设在主框架上，间断控制总成与中心传动轴总成相连接，中心传动轴总成处设有测速传感器，中心传动轴总成和底置接触组件之间设有扭矩传感器，当中心传动轴总成在间断控制总成的拉扯作用下与顶置驱动机构底部相分离时，底置接触组件处于未测试状态，当中心传动轴总成在间断控制总成的拉扯作用下与顶置驱动机构底部相连时，顶置驱动机构通过中心传动轴总成带动底置接触组件处于测试状态。

Description

一种动态旋转式摩擦系数测试仪及其实现的摩擦系数获取 方法

技术领域

本发明具体涉及一种动态旋转式摩擦系数测试仪及其实现的摩擦系数获取方法。

背景技术

路面的抗滑性能与交通安全密切相关。研究表明，雨天的交通事故事故率约占30％，究其原因，主要是雨天导致路面的抗滑性能劣化导致。因此，为了保证道路的行车安全，必须对路面的抗滑性能进行准确的测量和评价。

路面的抗滑性能通常采用摩擦系数进行评价。目前国内测量路面摩擦系数的仪器主要有横向力系数测试车SCRIM、路面摆式摩擦系数仪和动态旋转摩擦系数测试仪(Dynamic Friction Tester,DFT)。其中，横向力系数测试车的价格昂贵、维护费用高，而且仅能用于现场测试，限制了其推广应用。路面摆式摩擦系数仪具有便携和操作简单的特点而被广泛应用，但是路面摆式摩擦系数仪的测试结果仅能代表低速下的摩擦系数，而且受人为影响较大，具有一定的局限性。动态旋转摩擦系数测试仪同样具有便携和操作简单的特点，而且能够测试不同速度下的摩擦系数，因而被广泛应用于路面摩擦系数的测量。但是，现有动态旋转摩擦系数测试仪通过位移传感器测量弹簧的形变量计算得到弹力，将弹力换算为摩擦力，然后根据公式F＝μ*N计算得到摩擦系数，此方法测量摩擦系数受到弹簧的材质和安装位置、以及位移传感器的安装位置影响较大，具体表现为若弹簧的材质发生变化(如老化)，会导致测试结果不准确，弹簧和位移传感器的安装位置不准确也会导致测试结果不正确；同时，由于是换算得到的摩擦力，因而存在累计误差，影响数据的准确性；另外，现有动态旋转摩擦系数测试仪的驱动电机与底部测量盘通过主轴直接连接，电机启动时高速运转，产生的振动对整机稳定性、测量盘的水平位置等均产生影响，影响测试结果的准确性；电机制动时，电机主轴存在惯性，主轴存在侧向力，导致测试盘受到额外的侧向力作用，影响测试结果的准确性。

综上所述，现有动态旋转摩擦系数测试仪主要存在以下几个问题：

一、测试操作过程较为繁琐，通过位移传感器测量弹簧的形变量，再换算得到摩擦系数，存在不可避免的累计误差。

二、对弹簧的材质、安装位置以及位移传感器的安装位置要求很高，弹簧的材质、安装位置以及位移传感器的安装位置稍有变化都不会被及时发现，这些变化均会影响测试结果的准确性。

三、设备结构存在缺陷且因未能有效改善而一直影响测试结果的准确性，主要表现在电机的振动影响整机的稳定性以及主轴侧向力不可避免地均会影响测试结果的准确性，导致测试结果不可靠。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种动态旋转式摩擦系数测试仪及其实现的摩擦系数获取方法，以解决上述问题。

一种动态旋转式摩擦系数测试仪，包括顶置驱动机构、中心传动轴总成、底置接触组件、间断控制总成和主框架，所述主框架水平设置，中心传动轴总成穿设在主框架上，中心传动轴总成的顶部与顶置驱动机构可拆卸连接，底置接触组件设置在主框架内，中心传动轴总成的底部穿过主框架与底置接触组件相连接，间断控制总成设置在主框架上，间断控制总成与中心传动轴总成相连接，中心传动轴总成处设置有测速传感器，中心传动轴总成和底置接触组件之间设置有扭矩传感器，当中心传动轴总成在间断控制总成的拉扯作用下与顶置驱动机构底部相分离时，底置接触组件处于未测试状态，当中心传动轴总成在间断控制总成的拉扯作用下与顶置驱动机构底部相连接时，顶置驱动机构通过中心传动轴总成带动底置接触组件处于测试状态。

作为优选方案：顶置驱动机构包括驱动电机、主轴体、缓冲垫圈、连接盘、转动盘和电磁线圈，所述驱动电机、缓冲垫圈和连接盘从上至下依次设置，驱动电机的动力输出端从上至下依次穿过缓冲垫圈和连接盘后与主轴体相连接，连接盘的底端设置有电磁线圈，转动盘处于电磁线圈的下方，转动盘固定套装在连接盘的底端。

作为优选方案：顶置驱动机构通过支撑架与主框架的顶面相连接，支撑架包括主支撑板、外罩体和两个支撑柱，主支撑板水平设置在主框架的上方，主支撑板的两端分别通过两个支撑柱与主框架相连接，外罩体的顶端为敞口端，外罩体的底部安装有通孔，外罩体扣合在主支撑板的底面上，主支撑板和外罩体之间形成有内腔，内腔内设置有顶置驱动机构，连接盘穿设在通孔处，连接盘通过缓冲垫圈固定安装在外罩体的底部，主轴体与中心传动轴总成的顶部相配合设置。

作为优选方案：间断控制总成配合设置有弹性复位件，弹性复位件的上端与主支撑板相连接，弹性复位件的下端通过直线轴承套与导向柱相连接，导向柱的下端固定连接在主框架的顶面上。

作为优选方案：中心传动轴总成包括环形衔铁、法兰座、上盘体、从动轴、轴套和从动驱动盘体，所述法兰座的顶端同轴设置有环形衔铁，上盘体设置在环形衔铁内，上盘体与法兰座同轴连接，从动轴从法兰座的底部穿设在法兰座上，从动轴的下端穿过主框架，轴套套装在从动轴的下端上，从动驱动盘体套装在从动轴上，从动驱动盘体与轴套的底部相连接。

作为优选方案：底置接触组件包括至少三个平衡配重件和测量盘，至少三个平衡配重件均布在从动驱动盘体的底面上，每个平衡配重件包括中心滚轮、连接轴和两个平衡配重块，中心滚轮套装在连接轴上，中心滚轮处于连接轴的中部，连接轴的两端各设置有一个平衡配重块，中心滚轮的外圆周面为滚压面，测量盘设置在从动驱动盘体的正下方，测量盘与从动轴相连接，测量盘的底面上设置有多个橡胶滑块。

作为优选方案：间断控制总成还包括固定连接板、杠杆臂、竖向连接板和前铰接杆，固定连接板竖直设置在主框架上，前铰接杆的一端铰接在固定连接板上，前铰接杆的另一端通过竖向连接板与中心传动轴总成相连接，杠杆臂铰接在固定连接板上，杠杆臂的前端与竖向连接板相铰接，杠杆臂的后端与推拉电磁铁相铰接。

作为优选方案：中心传动轴总成处设置有测速传感器，测量盘和从动驱动盘体之间设置有扭矩传感器。

作为优选方案：还包括洒水组件，洒水组件包括供水管、电源控制器、电磁阀和供水箱，所述供水管设置在主框架的底部，供水管的一端通过电磁阀与供水箱相连通，供水管的另一端沿其管壁厚度方向加工有多个喷水孔。

利用具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪实现的摩擦系数获取方法，所述摩擦系数获取方法为调试校准调整弹性复位件位置，直至测得测量盘的向下正压力F_N达到预定值时为校准完毕，确保顶置驱动机构向下施加持久且均衡的正压力N，间断控制总成控制测量盘与路面处于分离或接触状态，动态旋转式摩擦系数测试仪处于初始状态时，测量盘与路面处于分离状态，通过测速传感器测定驱动电机与中心传动轴总成相配合使测量盘达到预定速度V时，通过间断控制总成断开对中心传动轴总成供电，同时关闭顶置驱动机构，从而确保环形衔铁与转动盘分离，从动驱动盘体在从动轴的带动下向下滑动，从而带动测量盘与路面接触，通过扭矩传感器获取橡胶滑块与路面接触时测得的扭矩值T，再进行动摩擦系数μ的计算过程；

动摩擦系数μ的计算过程如下：

根据公式一计算得出动摩擦系数μ，公式一为：

上式中：

F_f—摩擦力；

F_N—接触荷载；

T—橡胶滑块与路面接触时测得的扭矩值；

R—橡胶滑块转动时形成的圆形轨迹对应的半径值为测试半径；

通过公式一得出动摩擦系数μ。

本发明的有益效果在于：

一、本发明中的扭矩传感器测量精度高，安装方便，可直接读取扭矩值，对于设备安装及加工精度要求还有所降低。通过顶置驱动机构、中心传动轴总成、底置接触组件、间断控制总成和主框架之间相互配合能够实现实时并及时停止旋转动作，避免转动惯性影响测试准确性。

二、本发明的工作原理合理，通过顶置驱动机构、中心传动轴总成、底置接触组件、间断控制总成和主框架之间相互配合实现实验调试校准调整拉力弹簧位置，保证电机驱动体向下的施加正压力，电磁杠杆机构控制测量盘体与路面接触和离开，电机驱动体底部安装测量盘体，实验开始时当电机达到所需速度时，电磁杠杆控制向下移动与路面接触，由于摩擦力作用，直至测量盘停止转动，此时可测得的摩擦力F，即可计算摩擦系数。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明中A处的放大结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图；

图4为图3中B-B处的剖面结构示意图；

图5为顶置驱动机构的立体结构示意图；

图6为顶置驱动机构的主视结构示意图；

图7为图6中C-C处的剖面结构示意图；

图8为顶置驱动机构的侧视结构示意图；

图9为图8中D-D处的剖面结构示意图；

图10为测量盘和从动驱动盘体之间连接关系的仰视结构示意图；

图11为从动驱动盘体的立体结构示意图；

图12为橡胶滑块的立体结构示意图；

图13为橡胶滑块的主视结构示意图；

图14为平衡配重件的主视结构示意图；

图15为本发明带有洒水组件的主视结构示意图；

图16为本发明带有洒水组件的侧视结构示意图；

图17为本发明带有洒水组件的仰视结构示意图；

图18为本发明带有洒水组件的立体结构示意图。

图中：1-顶置驱动机构；1-1-驱动电机；1-2-主轴体；1-3-缓冲垫圈；1-4-连接盘；1-5-转动盘；1-6-电磁线圈；2-中心传动轴总成；2-1-环形衔铁；2-2-法兰座；2-3-上盘体；2-4-从动轴；2-5-轴套；2-6-从动驱动盘体；3-底置接触组件；4-间断控制总成；4-1-固定连接板；4-2-杠杆臂；4-3-竖向连接板；4-5-前铰接杆；5-主框架；6-平衡配重件；6-1-中心滚轮；6-2-连接轴；6-3-平衡配重块；6-4-滚压面；7-测量盘；8-橡胶滑块；8-1-固定座；8-2-支撑杆；8-3-橡胶块；9-弹性复位件；10-推拉电磁铁；11-测速传感器；12-扭矩传感器；20-支撑架；20-1-主支撑板；20-2-外罩体；20-3-支撑柱；21-通孔；22-内腔；23-供水管；24-电源控制器；25-电磁阀；26-供水箱；27-直线轴承套；28-导向柱；29-可调地脚；30-电机用固定板；31-电磁基座。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

具体实施方式一：结合图1至图18说明本实施方式，本实施方式包括顶置驱动机构1、中心传动轴总成2、底置接触组件3、间断控制总成4和主框架5，所述主框架5水平设置，中心传动轴总成2穿设在主框架5上，中心传动轴总成2的顶部与顶置驱动机构1可拆卸连接，底置接触组件3设置在主框架5内，中心传动轴总成2的底部穿过主框架5与底置接触组件3相连接，间断控制总成4设置在主框架5上，间断控制总成4与中心传动轴总成2相连接，

本实施方式中顶置驱动机构1包括驱动电机1-1、主轴体1-2、缓冲垫圈1-3、连接盘1-4、转动盘1-5和电磁线圈1-6，所述驱动电机1-1、缓冲垫圈1-3和连接盘1-4从上至下依次设置，驱动电机1-1的动力输出端从上至下依次穿过缓冲垫圈1-3和连接盘1-4后与主轴体1-2相连接，连接盘1-4的底端设置有电磁线圈1-6，转动盘1-5处于电磁线圈1-6的下方，转动盘1-5固定套装在连接盘1-4的底端。

进一步的，缓冲垫圈1-3为橡胶减震垫，其采用邵氏硬度为60的天然橡胶，具有弹性好、强度高、滞后、阻尼和可逆大变形的特点。

本实施方式中顶置驱动机构1通过支撑架20与主框架5的顶面相连接，主框架5的底部设置有多个可调地脚29，可调地脚29的布置位置与主框架5的形状相配合设置，当主框架5为矩形框体时，主框架5的底面四个端角处各设置有一个可调地脚29。

进一步的，可调地脚29为现有高度可升降的地脚构件，用于调节主框架5底面与路面之间的竖直距离大小。

本实施方式中支撑架20包括主支撑板20-1、外罩体20-2和两个支撑柱20-3，主支撑板20-1水平设置在主框架5的上方，主支撑板20-1的两端分别通过两个支撑柱20-3与主框架5相连接，外罩体20-2的顶端为敞口端，外罩体20-2的底部安装有通孔21，外罩体20-2扣合在主支撑板20-1的底面上，主支撑板20-1和外罩体20-2之间形成有内腔22，内腔22内设置有顶置驱动机构1，具体的，驱动电机1-1通过电机用固定板30固定连接在内腔22中，连接盘1-4穿设在通孔21处，连接盘1-4通过缓冲垫圈1-3固定安装在外罩体20-2的底部，主轴体1-2与中心传动轴总成2的顶部相配合设置。

本实施方式中底置接触组件3包括测量盘7，测量盘7设置在从动驱动盘体2-6的正下方，二者同轴设置，测量盘7与从动轴2-4相连接，测量盘7为从动盘体，测量盘7的底面上设置有多个橡胶滑块8。测量盘7为从动驱动盘体，是用于与路面相配合进行测试的最接近载体结构，用于为多个橡胶滑块8提供连接位置，橡胶滑块8为与路面直接接触的测试构件。从动轴2-4上套装有导电滑环。

进一步的，如图2和图10所示，橡胶滑块8包括固定座8-1、支撑杆8-2和橡胶块8-3，支撑杆8-2的一端通过固定座8-1与测量盘7的底面固定连接，支撑杆8-2的另一端底部设置有橡胶块8-3，橡胶块8-3为异形橡胶块体，其具体包括圆弧块和方形块，圆弧块的底面为圆弧面，圆弧块的后端与方形块固定连接为一体，当测量盘7转动时，圆弧面为最先与路面接触的部位，确保与路面接触位置和足够的接触面积，以便于形成顺畅的摩擦环境。

进一步的，橡胶块8-3采用邵氏硬度为60的天然橡胶，具有弹性好、强度高、滞后、阻尼和可逆大变形的特点。

进一步的，底置接触组件3包括至少三个平衡配重件6，至少三个平衡配重件6均布在从动驱动盘体2-6的底面上，每个平衡配重件6包括中心滚轮6-1、连接轴6-2和两个平衡配重块6-3，中心滚轮6-1套装在连接轴6-2上，中心滚轮6-1处于连接轴6-2的中部，连接轴6-2的两端各设置有一个平衡配重块6-3，每个平衡配重块6-3的底面为滚压面6-4，滚压面6-4用于与测量盘7的顶面滚压配合，平衡配重块6-3的顶面与从动驱动盘体2-6的底面固定连接，测量盘7的顶面上形成有与滚压面6-4滚动圆周环形轨迹，具体最佳结构形式为环形槽，槽深在1-3mm，用于限定中心滚轮6-1的滚压轨迹规范且往复位置均匀且统一，每两个相邻平衡配重件6之间的中心滚轮6-1径向方向形成的圆心角为120度。通过三个均布位置的平衡配重件6的配合，能够确保从动驱动盘体2-6和测量盘7之间处于转动状态下能够相对稳定且平衡，避免两个盘体因转动过快而出现俯、仰方向的微动偏摆运动。

本实施方式的间断控制总成4还包括固定连接板4-1、杠杆臂4-2、竖向连接板4-3和前铰接杆4-5，固定连接板4-1竖直设置在主框架5上，前铰接杆4-5的一端铰接在固定连接板4-1上，前铰接杆4-5的另一端通过竖向连接板4-3与中心传动轴总成2相连接，杠杆臂4-2铰接在固定连接板4-1上，杠杆臂4-2的前端与竖向连接板4-3相铰接，杠杆臂4-2的后端与推拉电磁铁10相铰接，推拉电磁铁10为电磁推拉杆体结构，其配合设置有电磁基座31，电磁推拉杆体插接在电磁基座31内。

本实施方式的中心传动轴总成2包括环形衔铁2-1、法兰座2-2、上盘体2-3、从动轴2-4、轴套2-5和从动驱动盘体2-6，所述法兰座2-2的顶端同轴设置有环形衔铁2-1，上盘体2-3设置在环形衔铁2-1内，上盘体2-3与法兰座2-2同轴连接，从动轴2-4从法兰座2-2的底部穿设在法兰座2-2上，从动轴2-4的下端穿过主框架5，轴套2-5套装在从动轴2-4的下端上，从动驱动盘体2-6套装在从动轴2-4上，从动驱动盘体2-6与轴套2-5的底部相连接。

本实施方式的中心传动轴总成2处设置有测速传感器11，测量盘7和从动驱动盘体2-6之间设置有扭矩传感器12。扭矩传感器12设置在测量盘7和从动驱动盘体2-6之间，用于测定测量盘7的扭矩值。

本实施方式中测速传感器11和扭矩传感器12均为现有产品，测速传感器11的工作原理与现有测速传感器的工作原理相同。扭矩传感器12的工作原理与现有测速传感器的工作原理相同。

本实施方式的当中心传动轴总成2在间断控制总成4的拉扯作用下与顶置驱动机构1底部相分离时，底置接触组件3处于未测试状态，当中心传动轴总成2在间断控制总成4的拉扯作用下与顶置驱动机构1底部相连接时，顶置驱动机构1通过中心传动轴总成2带动底置接触组件3处于测试状态，两种状态的转换通过具体测试要求进行转换即可。

本实施方式的测试原理：

摩擦系数的测试主要通过扭矩传感器12。扭矩传感器12外环与从动驱动盘体2-6的中心处螺栓紧固，扭矩传感器12内环与测量盘7螺栓固定，当测量盘7与路面接触瞬时，因橡胶滑块8与路面摩擦力的作用，两盘相对旋转角度，扭矩传感器12即可测出扭矩值，便可直接计算出橡胶滑块8的摩擦力，从而计算出动摩擦系数。

为了减小驱动电机1-1振动对整机稳定性和测试结果的影响，在驱动电机1-1与转动盘1-5之间增加橡胶减震垫。橡胶减震垫采用邵氏硬度为60的天然橡胶，具有弹性好、强度高、滞后、阻尼和可逆大变形的特点。

为了避免驱动电机1-1与转动盘1-5之间产生摩擦，采用顶置驱动机构1和中心传动轴总成2之间形成电磁离合控制的结构形式，从而控制从动驱动盘体2-6的启动、停止和速度。利用电磁离合器的电磁性质，控制衔铁和转动盘的吸合和分离从而控制从动驱动盘体2-6的启动和停止；通过间断控制总成4将从动驱动盘体2-6提升至转动盘1-5的高度，驱动电机1-1驱动从动驱动盘体2-6带动测量盘7达到试验所需的转动速度。

具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步限定，间断控制总成4配合设置有弹性复位件9。弹性复位件9为复位弹簧或拉力弹簧，导向柱25固定于主框架8上表面，直线轴承26、滑动板33在两导向柱25轴上滑动，拉力弹簧一端固定于连接横板2另一端固定于滑动板33，拉力弹簧用于调整测量盘体整体的压力，保证向下施加路面的压力N。

具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，包括洒水组件，洒水组件包括供水管23、电源控制器24、电磁阀25和供水箱26，所述供水管23设置在主框架5的底部，供水管23的一端通过电磁阀25与供水箱26相连通，供水管23的另一端沿其管壁厚度方向加工有多个喷水孔，喷水用于洒浇路面，实现有、无水路面的对比动摩擦系数的获取过程。

具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步限定，本实施方式中顶置驱动机构1的驱动电机1-1的动力输出端配合中心传动轴总成2的环形衔铁2-1，通过通、断电实现电磁离合控制转动盘1-5的启动或停止动作。驱动电机1-1与测量盘7之间无机械连接，通过电磁离合通断电，将驱动电机1-1与测量盘7吸合一体，驱动电机1-1与测量盘7保证无磨损消耗、无任何摩擦力影响，控制方式便捷且及时，阻断惯性影响，确保试验有效延续性，获取数据稳定且持续有效。

具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，本实施方式中减震垫两端螺纹结构，一端固定于驱动电机1-1的固定板，另一端固定U型固定板，整体安装于两个支撑柱20-3顶端之间，减震垫对电机启动振动具有缓冲作用，橡胶材质对驱动电机1-1振动产生定缓冲，对本发明整体结构也有缓冲作用，提高本发明整体结构的稳定性。

本发明获取扭矩测试动摩擦系数的计算原理如下：

通过动摩擦系数通过电脑终端计算，精度达±0.01，计算如公式一所示。本测试原理避免了常规方法中惯性、接触延迟等技术问题。

通过扭矩传感器12测定橡胶滑块8和地面之间接触时的扭矩值T；

根据公式一计算得出动摩擦系数μ，公式一为：

上式中：

F_f—摩擦力；

F_N—接触荷载，具体为35.28N；

T—橡胶滑块与路面接触时测得的扭矩值；

R—橡胶滑块8转动时形成的圆形轨迹对应的半径值为测试半径，具体为142mm；

通过公式一得出动摩擦系数μ。

基于扭矩换算实际测试的动摩擦系数μ的对应数据如下表一至表三：

当路面为AC 13为主要成分时，测量盘7的预定速度V为60、80、120km/h时测试结果如下表一：

表一

AC 13	速度	水膜厚度	荷载	测试动摩擦系数
					1	60Km/h	0mm	100Kg	0.807538889
2	60Km/h	0mm	200Kg	0.799603167
					3	60Km/h	0mm	300kg	0.660714278
10	80Km/h	0mm	100Kg	0.75
					11	80Km/h	0mm	200Kg	0.7
12	80Km/h	0mm	300kg	0.678571444
					19	120Km/h	0mm	100Kg	0.708333333
20	120Km/h	0mm	200Kg	0.680357
					21	120Km/h	0mm	300kg	0.5285714

上表说明，在测量盘7的预定速度V为固定时，当荷载增加，直接降低测试动摩擦系数，当荷载不变时，增大测量盘7的预定速度V，也会降低测试动摩擦系数，且降低幅度有规律可循。

当路面为SMA 13为主要成分时，测量盘7的预定速度V为60、80、120km/h时，测试结果如下表二：

表二

上表说明，在测量盘7的预定速度V为固定时，当荷载增加，直接降低测试动摩擦系数，当荷载不变时，增大测量盘7的预定速度V，也会降低测试动摩擦系数，且降低幅度有规律可循。

当路面为OGFC-13为主要成分时，测量盘7的预定速度V为60、80、120km/h时，测试结果如下表三：

表三

上表说明，在测量盘7的预定速度V为固定时，当荷载增加，直接降低测试动摩擦系数，当荷载不变时，增大测量盘7的预定速度V，也会降低测试动摩擦系数，且降低幅度有规律可循。

通过上述三个表相关数据可知，当荷载量较小时，测量盘7的预定速度V的变化对测试动摩擦系数的大小影响较大，当荷载量较大时，测量盘7的预定速度V的变化对测试动摩擦系数的大小影响较小。

本发明的操作过程如下步骤：

步骤一：杠杆往复机构：推拉电磁铁10通电杠杆臂4-2复位时，间断控制总成4的竖向连接板4-3将测量盘7上移，使环形衔铁2-1与转动盘1-5之间处于间隙δ距离位置；

步骤二：启动洒水组件：开启电源控制器24，电磁阀25打开，供水管23通水，主框架5的底部两侧供水管喷嘴喷水。

步骤三：通电操作：电磁线圈1-6通电时，环形衔铁2-1与转动盘1-5吸合，测量盘7在导向柱28向上滑动，即顶置驱动机构1与测量盘7吸合为一体，驱动电机1-1即可驱动测量盘7旋转至测试所需速度；

步骤四：断电操作：当测速传感器11检测到测量盘7达到所需速度时，同时关闭洒水组件、洒水组件，并对电磁线圈1-6断电，环形衔铁2-1与转动盘1-5脱开，从动测量盘体2-6在从动轴2-4上向下滑动，带动测量盘7，直至测量盘7与路面接触；

步骤五：扭矩传感器工作：驱动从动测量盘体2-6与测量盘7之间安装有扭矩传感器12，从动测量盘体2-6与测量盘7具有较大重量差，两盘之间安装有多个平衡配重件6，保证两盘水平，橡胶滑块8与路面接触直至测量盘7停止时，扭矩传感器12读取扭矩值，进而换算出摩擦力F；

步骤六：进一步计算动摩擦系数μ，根据与测速传感器11相配合的控制器显示实验实时速度V，进一步最终计算动摩擦系数μ。

本发明的主要结构特点为以下几点：

第一：从动测量盘体2-6与测量盘7之间同轴安装扭矩传感器，仅需要螺钉固定即可，安装方便；

第二：能够直接读取橡胶滑块8位置的扭矩值，即可计算出橡胶滑块8的摩擦力f

第三：合理且准确计算出动摩擦系数μ。

第四：对扭矩传感器测量精度高，安装方便，可直接读取扭矩值，对于设备安装及加工精度要求不高。

Claims (8)

1.一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：包括顶置驱动机构（1）、中心传动轴总成（2）、底置接触组件（3）、间断控制总成（4）和主框架（5），所述主框架（5）水平设置，中心传动轴总成（2）穿设在主框架（5）上，中心传动轴总成（2）的顶部与顶置驱动机构（1）可拆卸连接，底置接触组件（3）设置在主框架（5）内，中心传动轴总成（2）的底部穿过主框架（5）与底置接触组件（3）相连接，间断控制总成（4）设置在主框架（5）上，间断控制总成（4）与中心传动轴总成（2）相连接，中心传动轴总成（2）处设置有测速传感器（11），中心传动轴总成（2）和底置接触组件（3）之间设置有扭矩传感器（12），当中心传动轴总成（2）在间断控制总成（4）的拉扯作用下与顶置驱动机构（1）底部相分离时，底置接触组件（3）处于未测试状态，当中心传动轴总成（2）在间断控制总成（4）的拉扯作用下与顶置驱动机构（1）底部相连接时，顶置驱动机构（1）通过中心传动轴总成（2）带动底置接触组件（3）处于测试状态；

中心传动轴总成（2）包括环形衔铁（2-1）、法兰座（2-2）、上盘体（2-3）、从动轴（2-4）、轴套（2-5）和从动驱动盘体（2-6），所述法兰座（2-2）的顶端同轴设置有环形衔铁（2-1），上盘体（2-3）设置在环形衔铁（2-1）内，上盘体（2-3）与法兰座（2-2）同轴连接，从动轴（2-4）从法兰座（2-2）的底部穿设在法兰座（2-2）上，从动轴（2-4）的下端穿过主框架（5），轴套（2-5）套装在从动轴（2-4）的下端上，从动驱动盘体（2-6）套装在从动轴（2-4）上，从动驱动盘体（2-6）与轴套（2-5）的底部相连接；

顶置驱动机构（1）包括驱动电机（1-1）、主轴体（1-2）、缓冲垫圈（1-3）、连接盘（1-4）、转动盘（1-5）和电磁线圈（1-6），所述驱动电机（1-1）、缓冲垫圈（1-3）和连接盘（1-4）从上至下依次设置，驱动电机（1-1）的动力输出端从上至下依次穿过缓冲垫圈（1-3）和连接盘（1-4）后与主轴体（1-2）相连接，连接盘（1-4）的底端设置有电磁线圈（1-6），转动盘（1-5）处于电磁线圈（1-6）的下方，转动盘（1-5）固定套装在连接盘（1-4）的底端；

扭矩传感器（12）外环与从动驱动盘体（2-6）的中心处螺栓紧固，扭矩传感器（12）内环与测量盘（7）螺栓固定，当测量盘（7）与路面接触瞬时，因橡胶滑块（8）与路面摩擦力的作用，两盘相对旋转角度，扭矩传感器（12）即可测出扭矩值，直接计算出橡胶滑块（8）的摩擦力，从而计算出动摩擦系数；

在驱动电机（1-1）与转动盘（1-5）之间增加橡胶减震垫；

采用顶置驱动机构（1）和中心传动轴总成（2）之间形成电磁离合控制的结构形式，从而控制从动驱动盘体（2-6）的启动、停止和速度，利用电磁离合器的电磁性质，控制衔铁和转动盘的吸合和分离从而控制从动驱动盘体（2-6）的启动和停止；通过间断控制总成（4）将从动驱动盘体（2-6）提升至转动盘（1-5）的高度，驱动电机（1-1）驱动从动驱动盘体（2-6）带动测量盘（7）达到试验所需的转动速度。

2.根据权利要求1所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：顶置驱动机构（1）通过支撑架（20）与主框架（5）的顶面相连接，支撑架（20）包括主支撑板（20-1）、外罩体（20-2）和两个支撑柱（20-3），主支撑板（20-1）水平设置在主框架（5）的上方，主支撑板（20-1）的两端分别通过两个支撑柱（20-3）与主框架（5）相连接，外罩体（20-2）的顶端为敞口端，外罩体（20-2）的底部安装有通孔（21），外罩体（20-2）扣合在主支撑板（20-1）的底面上，主支撑板（20-1）和外罩体（20-2）之间形成有内腔（22），内腔（22）内设置有顶置驱动机构（1），连接盘（1-4）穿设在通孔（21）处，连接盘（1-4）通过缓冲垫圈（1-3）固定安装在外罩体（20-2）的底部，主轴体（1-2）与中心传动轴总成（2）的顶部相配合设置。

3.根据权利要求2所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：间断控制总成（4）配合设置有弹性复位件（9），弹性复位件（9）的上端与主支撑板（20-1）相连接，弹性复位件（9）的下端通过直线轴承套（27）与导向柱（28）相连接，导向柱（28）的下端固定连接在主框架（5）的顶面上。

4.根据权利要求1所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：底置接触组件（3）包括至少三个平衡配重件（6）和测量盘（7），至少三个平衡配重件（6）均布在从动驱动盘体（2-6）的底面上，每个平衡配重件（6）包括中心滚轮（6-1）、连接轴（6-2）和两个平衡配重块（6-3），中心滚轮（6-1）套装在连接轴（6-2）上，中心滚轮（6-1）处于连接轴（6-2）的中部，连接轴（6-2）的两端各设置有一个平衡配重块（6-3），中心滚轮（6-1）的外圆周面为滚压面（6-4），测量盘（7）设置在从动驱动盘体（2-6）的正下方，测量盘（7）与从动轴（2-4）相连接，测量盘（7）的底面上设置有多个橡胶滑块（8）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：间断控制总成（4）还包括固定连接板（4-1）、杠杆臂（4-2）、竖向连接板（4-3）和前铰接杆（4-5），固定连接板（4-1）竖直设置在主框架（5）上，前铰接杆（4-5）的一端铰接在固定连接板（4-1）上，前铰接杆（4-5）的另一端通过竖向连接板（4-3）与中心传动轴总成（2）相连接，杠杆臂（4-2）铰接在固定连接板（4-1）上，杠杆臂（4-2）的前端与竖向连接板（4-3）相铰接，杠杆臂（4-2）的后端与推拉电磁铁（10）相铰接。

6.根据权利要求4所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：测量盘（7）和从动驱动盘体（2-6）之间设置有所述扭矩传感器（12）。

7.根据权利要求6所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪，其特征在于：还包括洒水组件，洒水组件包括供水管（23）、电源控制器（24）、电磁阀（25）和供水箱（26），所述供水管（23）设置在主框架（5）的底部，供水管（23）的一端通过电磁阀（25）与供水箱（26）相连通，供水管（23）的另一端沿其管壁厚度方向加工有多个喷水孔。

8.利用权利要求1至7中任一项所述的一种动态旋转式摩擦系数测试仪实现的摩擦系数获取方法，其特征在于：所述摩擦系数获取方法为调试校准调整弹性复位件（9）的位置，直至测得测量盘（7）的向下正压力F _N 达到预定值时为校准完毕，确保顶置驱动机构（1）向下施加持久且均衡的正压力N，间断控制总成（4）控制测量盘（7）与路面处于分离或接触状态，动态旋转式摩擦系数测试仪处于初始状态时，测量盘（7）与路面处于分离状态，通过测速传感器（11）测定驱动电机（1-1）与中心传动轴总成（2）相配合使测量盘（7）达到预定速度V时，通过间断控制总成（4）断开对中心传动轴总成（2）供电，同时关闭顶置驱动机构（1），从而确保环形衔铁（2-1）与转动盘（1-5）分离，从动驱动盘体（2-6）在从动轴（2-4）的带动下向下滑动，从而带动测量盘（7）与路面接触，通过扭矩传感器（12）获取橡胶滑块（8）与路面接触时测得的扭矩值T，再进行动摩擦系数μ的计算过程；

动摩擦系数μ的计算过程如下：

根据公式一计算得出动摩擦系数，公式一为：

（1）

上式中：

F _f —摩擦力；

F _N —接触荷载；

T—橡胶滑块与路面接触时测得的扭矩值；

R—橡胶滑块（8）转动时形成的圆形轨迹对应的半径值为测试半径；

通过公式一得出动摩擦系数。