动态旋转式摩擦系数测定仪测定路面摩擦系数的方法

动态旋转式摩擦系数测定仪测定路面摩擦系数的方法

【摘要】本问通过笔者多年经验，简要阐述利用动态旋转式摩擦系数测定仪测定路面摩擦系数，仅供参考。

【关键词】：路面摩擦系数测定仪器测定

0、前言

目前国内测定路面摩擦系数的仪器主要有横向力系数测试车(SCRIM)和摆式摩擦系数测试仪。横向力系数测试车购买费用和维护费用较高，因而使用范围受到限制；摆式摩擦系数测试仪也有测试样本小，只代表低速下的摩擦系数和测试结果受到人为影响较大的缺点。（如图1，2）

图1

图2

为了解决上述两种仪器在性价比和测试稳定性方面的问题，我国引进了日本的动态摩擦系数测试仪。现将其原理、结构和与SCRIM及摆式摩擦系数测试仪之间的相关性介绍如下。

DFT测试原理和构造：

一定载荷W的轮胎和路面接触并以一定速度V行进，轮胎会受到摩擦力F，测试这个力F，便可以从下式得到摩擦系数，DFT的测定也就是依据这个原理。

=F/W (1)

当W为定值时

= F * k (2)

和F成正比例(k为比例常数)。

DFT的测试装置包括测试仪和X-Y记录仪及操纵仪3部分（如图3）。

图3

新一代的DFT已可以用便携式电脑代替X-Y，记录仪自动显示数值（如图4）。

图4

图中测试仪底部有两个圆盘，一个圆盘在发动机作用下旋转，旋转盘下安装了绕圆盘的轴自由旋转的小圆盘，这个圆盘安装了3个橡胶滑溜块。旋转圆盘使橡胶滑溜块的线速度达到100km/h后将圆盘从悬空位置释放到路面上，圆盘在路面摩擦力的作用下逐渐减速至静止，在此过程中X-Y，记录仪连续记录橡胶滑溜块和路面之间的摩擦力F，若橡胶滑溜块上施加正压力，动态摩擦系数DF=F/W。这时X-Y记录仪还同时记录了圆盘上橡胶滑溜块的旋转速度。由于是连续测量，所以可得出速度和摩擦系数的关系曲线（如图5）

图 5

由此反映摩擦系数和速度的关系(速度依存性)。习惯上取60km/h时的摩擦系数作为测试值。DFT仪器小巧轻便只需要使用一般车辆便可在任何路段进行测试，并且测试装置只需使用车辆蓄电池作为电源。图6所示是用DFT在高速公路上进测试的情况。

图6

1、动态摩擦系数测定仪的特点简介：

动态摩擦系数测定仪是一套操作简单，便携式的设备，用来测定在2个滑动接触表面上的动态摩擦系数，在测量操作的同时以图形的形式记录数据除了道路表面外，建筑物和体育馆内的地面，甚至狭窄的过道和公共汽车的出入口，更不必说桌子表面和类似物，现在都可以用动态摩擦系数测定仪定量测定。动态摩擦系数测定仪的特点：

测试值是一条随速度而变化的连续动态摩擦系数曲线，具有很好的重复性；

测试速度快，测试和数据记录在非常短的时间内同时完成；

该仪器由3个设计紧凑的部件组成，一辆小型货车就可以运输它；

虽然体积小，但是这套动态摩擦系数测定仪却能够模拟实际的速度和常用机动车施加到路面上的荷载；测得的数据非常符合实际情况；

动态摩擦系数测定仪由汽车电瓶供电直流12伏；

不需要专门的技巧测试数据不受人员差异的影响；

从连续的曲线上可以读取每个速度下的动态摩擦系数速度高达80公里/小时；

标准测试橡胶垫与摩擦测试车轮胎所用材料相同而且容易更换测试垫；

在现场不需要计算机；

测量的数据保存在存储器中，数据传输到计算机中；

触摸面板和键盘；

2、动态摩擦系数测定仪的具体测试方法

目的与适用范围

适用于工作原理及结构与日本Dynamic Friction Tester相同的动态旋转式摩擦系数测试仪测定路面的摩擦系数。

仪具与材料技术要求

动态旋转式摩擦系数测试仪：包括控制器、测试仪和记录仪（如图7）

图7 T0968 DF仪示意图

测试仪的主要部件是一个平面平行于测试表面的转盘，有三个橡胶滑块安装在转盘的下方。测试仪还配有洒水装置，用于潮湿测试表面。测试时，当转盘加速到一定转速后被放到测试表面，使橡胶滑块与测试表面接触。在摩擦力的作用下转盘被减速。在此过程中测出由滑块所产生的力矩，并由此计算出摩擦系数。

滑块用簧片固定在转盘上。每个滑块的固定压力为11.8N。滑块的外形尺寸如图T 0968所示，轮廓尺寸为6mm×16mmx 20mm。滑块与测试表面的接触压力为150kPa。滑块橡胶的肖氏硬度为58±2。

测量范围为20～80km/h的模拟车速下摩擦系数0～l的值。在现场测试时需要通过车辆的蓄电池(DC 12V)为其提供电源。

记录仪可以是X-Y记录仪或便携式计算机。采用X-Y记录仪时应备好记录纸和专用记录笔。

其他用具：水桶、扫帚等。

3. 方法与步骤

3.1准备工作

(1) 检查测试仪。将测试仪中的测试盘上固定橡胶测试块的螺丝拧紧。如果橡胶测试块厚度小于3mm。应及时更换。

(2) 检查控制器和X-Y记录仪。将控制器上的电源线与车辆电源正确连接，开通控制器和X-Y记录仪电源，经检查应工作正常，检查记录笔是否可以使用。如笔尖过粗，应及时更换。

3.2测试步骤：

(1) 用车辆将动态旋转式摩擦系数测试仪运到测试地段，选择轮迹上一块较

为平坦且均匀的路面作为测试点，尽量避免坑槽或突粒，用扫帚将其清扫干净。将测试仪放到测试点上。测试仪的摆放方向应便于底部排水管将水排向测试点的方向。

(2) 将测试仪与控制器正确连接，将灌满清水的水桶通过水管与测试仪的进水管连接，并将水桶放在高于测试仪处。将记录纸按照要求平铺在记录仪上。将控制器上的电源线与车辆电源正确连接。为保证车辆蓄电池保持平稳电压，应将车辆怠速运转。

(3) 按顺序开通控制器电源开关及X-Y记录仪电源开关。启动记录笔，通过x、y坐标调节器将记录笔调整至记录纸圆点坐标。

(4) 开通控制器测试电源开关，下压测试仪电磁铁的开关，此时测试盘提升旋转。开通水桶的开关。向测试点开始喷水。检查X-Y记录仪，通过X、Y坐标调节器调节记录笔沿坐标轴行走。

(5)检查控制器的时速表，调节水量。当时速表达到90km/h的时候，关闭测试电源开关和水桶开关，测试盘降落到路面上进行测试，记录笔在记录纸上开始记录。

(6)测试仪的测试盘停止转动，记录笔在记录纸上记录直至回到圆点。测试结束。按照上述方法在同一测试点测试3次，同一测试点测试的3次结果的差值应不大于0.1个单位。每一处取3次测试结果的平均值作为试验结果，准确至0.01。

4. 报告

报告应包含如如下内容：

(1) 路面单点测定值、现场温度、3次的平均值。

(2) 评定路段路面摩擦系数的平均值、标准差、变异系数。

我国目前已有单位在使用该设备。其与摆式仪和SCRIM系统均有良好的相关性。鉴于目前我国摆式仪的使用现状，本次修订增加了动态旋转式摩擦系数测试仪作为摩擦系数试验方法之一。

3、DFT与横向力系数测试车和摆式摩擦系数测试仪相比具有以下优点：

(1) DFT具有性价比优越、使用面广、操作简单等优点。DFT与横向力系数测试车相比购买费用和维护费用均较低，DFT仪器小巧轻便只需要使用一般车辆便可在任何路段进行测试，一人便可操作。

(2) DFT有着测试结果稳定，人为影响小的优点。DFT测值在20～80km