擺式摩擦系數(shù)測定儀改進(jìn)措施的研究

王 飛，岳光華，蘭云松

(長安大學(xué)公路學(xué)院)

1 擺式測定儀原理

擺式儀測定儀是一種動(dòng)力擺沖擊型儀器，它是根據(jù)“擺的位能等于安裝于擺臂末端橡膠片滑過路面過程中克服路面摩擦所做的功”這一原理研制而成的，是一種用以測定瀝青路面、標(biāo)線或其他材料試件抗滑值的儀器。其原理圖如圖1 所示，公式表示即

式中:F 為擺值，路面摩擦系數(shù)擴(kuò)大100 倍;WH 為擺的標(biāo)定力矩，615 000 g/mm;W 為擺的重量，1 500 ±30 g，H 為擺的重心距擺動(dòng)重心距離410 ±5 mm，Z 為在刻度盤零位以下邊部的豎向距離，當(dāng)從水平位置釋放擺時(shí)，零點(diǎn)在水平線以下10 mm 處;P 為橡膠片壓于路面上的正向靜壓力，2 663 g;D為橡膠片在路面上的滑動(dòng)長度126 mm;P 為度盤指針長度，300 mm。

2 影響擺式儀測定結(jié)果因素的分析

2.1 底座不穩(wěn)定所造成的影響

目前，一般的擺式儀底座后支點(diǎn)角與底座是通過鉸鏈連接在一起，形成一個(gè)“T 型”形狀，從而保證儀器在測試過程中的穩(wěn)定，底盤三支點(diǎn)處采用調(diào)平螺絲，互相配合用于儀器調(diào)平以及校核滑塊長度時(shí)進(jìn)行微調(diào)。現(xiàn)實(shí)的情況是:用鉸鏈連接后支點(diǎn)角與底座，雖然形成的“T 型”底座有一定的穩(wěn)定作用，但在整體上卻沒有形成一個(gè)三角固定，這就造成了在試驗(yàn)過程中，當(dāng)擺下落時(shí)，儀器整體會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，從而增加了試驗(yàn)的誤差，不能準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)路面的抗滑指標(biāo)。與此同時(shí)，底座三個(gè)支點(diǎn)的調(diào)平螺絲長度過短，在進(jìn)行調(diào)平和微調(diào)時(shí)不方便，難以滿足路面檢測時(shí)的要求。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的擺式儀進(jìn)行改進(jìn)，改善底部穩(wěn)定性能，通過微調(diào)底座高度快速校核滑塊長度，從而方便試驗(yàn)人員操作。

圖1 擺式測定儀原理

2.2 升降把手與緊固把手無法實(shí)現(xiàn)微調(diào)和粗調(diào)

如今，一般的擺式儀主軸上帶有一個(gè)升降把手，配合兩個(gè)緊固把手來實(shí)現(xiàn)擺的上下移動(dòng)，用于調(diào)零及校核滑塊長度?，F(xiàn)實(shí)的情況是通過升降把手可以實(shí)現(xiàn)儀器的上下移動(dòng)，但是這種移動(dòng)幅度較大，當(dāng)在試驗(yàn)過程中需要校核滑塊長度時(shí)，通常需要實(shí)現(xiàn)微小的移動(dòng)，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)升降把手已經(jīng)不能滿足試驗(yàn)要求，實(shí)際試驗(yàn)過程中采用升高或降低儀器底正面的調(diào)平螺絲來校正滑塊長度，但同時(shí)保持水準(zhǔn)泡居中卻很難同時(shí)做到，需要單獨(dú)再進(jìn)行調(diào)節(jié)，耗費(fèi)了時(shí)間，操作稍微復(fù)雜且儀器的穩(wěn)定性難以滿足要求。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的擺式儀進(jìn)行改進(jìn)，使得擺式儀能夠?qū)崿F(xiàn)微調(diào)和粗調(diào)，通過微調(diào)裝置配合粗調(diào)裝置，實(shí)現(xiàn)儀器的微小上下移動(dòng)，可快速校核滑塊長度，從而提高試驗(yàn)的精度和工作效率。

2.3 擺頭下落過程中對(duì)儀器的碰撞

擺式儀一般用于測定瀝青路面、標(biāo)線或其他材料試件的抗滑值，用以評(píng)定路面或路面材料試件在潮濕狀態(tài)下的抗滑能力，是公路路基路面現(xiàn)場測試中常用的試驗(yàn)設(shè)備之一。目前，一般的擺式儀在擺臂上帶有一個(gè)有缺口的圓形卡槽，在右懸臂上安裝了一個(gè)帶有連桿的控制擺臂釋放的裝置，當(dāng)需要擺處于水平釋放位置的時(shí)候，可以按下釋放開關(guān)，將圓形卡槽卡在釋放裝置的連桿上，則可實(shí)現(xiàn)擺的水平固定，擺在下落的時(shí)候，按下釋放開關(guān)，則可完成現(xiàn)場的測試工作?，F(xiàn)實(shí)的情況是圓形卡槽卡在連桿上的時(shí)候，由于缺少前后方向上的約束，卡槽會(huì)在連桿上前后移動(dòng)，而且擺頭與擺桿的連接處沒有固定裝置，擺頭在下落過程中會(huì)來回晃動(dòng)，這樣就會(huì)造成擺在釋放過程中碰觸到擺式儀的底座，打破已經(jīng)調(diào)平的狀態(tài)，從而增加了試驗(yàn)的誤差，不能準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)路面的抗滑指標(biāo)。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的擺式儀進(jìn)行改進(jìn)，使得卡槽能夠穩(wěn)定地卡在懸臂上以及使擺頭不再晃動(dòng)，進(jìn)而解決原擺式儀擺上卡槽在釋放開關(guān)處的連桿上前后滑動(dòng)以及擺頭來回晃動(dòng)的問題，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3 改進(jìn)措施

3.1 增加新型底座

通過給原有擺式儀增加新型底座，借助三角底座，固定連接桿，加長螺絲，利用三角穩(wěn)定原理，解決擺式儀底座與后支點(diǎn)角由于鉸接而造成不易形成三角固定的問題，從而更好的改善擺砣在下落過程中所造成的儀器整體晃動(dòng)，減少試驗(yàn)誤差，增加數(shù)據(jù)的可靠性。采用加長螺絲，在校核滑塊長度時(shí)能夠使微調(diào)更方便。

具體實(shí)施方式如下:將三腳底座置于原擺式儀底座下方，三個(gè)支撐腳與原擺式儀一一對(duì)應(yīng)，用加長螺絲從上之下將每個(gè)角上連接起來，加長螺絲底部通過三角底座中的圓管底座內(nèi)部與地面接觸，用于連接原擺式儀和新型三角底座，同時(shí)也用于調(diào)平儀器和校正滑塊長度時(shí)的微調(diào);固定連接桿連接后支點(diǎn)角和主軸，位于主軸上的一端距離主軸下端10 cm 處，保證在不影響主軸上調(diào)節(jié)擺高度的前提下，增加儀器的整體穩(wěn)定性。改進(jìn)原理圖如圖2 所示。

圖2 增加新型底座改進(jìn)原理圖

3.2 增加微調(diào)和粗調(diào)裝置

通過給原有擺式儀增加粗調(diào)和微調(diào)裝置，借助微調(diào)裝置，粗調(diào)裝置，連接主軸與裝置的卡槽，解決擺式儀只能借助升降把手粗調(diào)的問題，在矯正滑塊長度時(shí)，可不用調(diào)節(jié)底座的三角螺絲，直接采用微調(diào)裝置來實(shí)現(xiàn)儀器的上下微小移動(dòng)，從而保證了試驗(yàn)過程中儀器的穩(wěn)定性，在校核滑塊長度時(shí)能夠更加方便、快捷，滿足了路面檢測時(shí)的要求，提高效率的同時(shí)節(jié)省了人力。

具體實(shí)施方式如下:將粗調(diào)微調(diào)裝置的托板端與卡槽的一端相連接，卡槽通過螺絲固定在主軸上，當(dāng)需要調(diào)節(jié)擺式儀的儀表盤及擺整體裝置做上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，可通過粗調(diào)配合微調(diào)來實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。改進(jìn)原理圖如圖3 所示。

3.3 改變?cè)锌ú劢Y(jié)構(gòu)，增加固定擺臂裝置

通過改變?cè)锌ú劢Y(jié)構(gòu)，增加固定擺臂裝置，借助凸型卡槽，凹型卡槽，帶有連接桿的釋放裝置固定擺頭的裝置，解決原擺式儀擺上卡槽在釋放開關(guān)處的連桿上前后滑動(dòng)以及擺頭下落過程中來回?fù)u擺的問題，避免了釋放擺下落過程中對(duì)儀器底座的碰撞，減少了試驗(yàn)的誤差，增加了測量結(jié)果的可靠性。

具體實(shí)施方式如下:按下帶有連桿釋放裝置的釋放按鈕，連桿向著釋放裝置內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，此時(shí)將凸型卡槽和凹型卡槽相連接，其內(nèi)部的圓孔相互重合，然后松開釋放按鈕，連桿通過兩個(gè)卡槽之間的圓孔，將擺固定在右懸臂上。由于連桿的作用，可使兩個(gè)卡槽在三個(gè)方向上均能保持穩(wěn)定，沒有太大的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要使擺下落時(shí)，按下釋放按鈕，凸型卡槽和凹型卡槽相互分離，則可實(shí)現(xiàn)擺的下降。

固定擺頭的裝置由兩個(gè)一半裝置組合而成，中間為空心半圓孔，用螺絲將兩個(gè)半圓孔裝置固定卡在擺桿上，底部兩個(gè)螺絲將裝置固定在擺頭之上，這樣就能使擺頭和擺桿之間不產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了擺頭下降過程中的搖擺而造成的對(duì)底座的碰撞，實(shí)用性強(qiáng)。改進(jìn)原理圖如圖4 所示。

圖3 增加微調(diào)和粗調(diào)裝置改進(jìn)原理圖

圖4 改變?cè)锌ú劢Y(jié)構(gòu)，增加固定擺臂裝置改進(jìn)原理圖

4 結(jié) 論

(1)在原有擺式儀底部增加底座，設(shè)置連接后支點(diǎn)角和主軸的固定桿，可提高儀器的整體穩(wěn)定性。

(2)微調(diào)和粗調(diào)裝置的設(shè)置，可使校核滑塊長度時(shí)能夠更加方便、快捷，滿足了路面檢測時(shí)的要求，提高效率的同時(shí)節(jié)省了人力。

(3)改變?cè)锌ú劢Y(jié)構(gòu)，增加固定擺臂裝置，避免了釋放擺下落過程中對(duì)儀器底座的碰撞，減少了試驗(yàn)的誤差，增加了測量結(jié)果的可靠性。

任何儀器在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和使用的過程中，都不可避免的存在一定的缺陷，只有通過不斷的改進(jìn)和完善，試驗(yàn)者才能更好地借助儀器去得到精確的數(shù)據(jù)，從而為路面的質(zhì)量保駕護(hù)航。

［1］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2008:5－7.

［2］張子平.擺式儀的使用和維修保養(yǎng)方法［J］.公路，1984，7(7):3－4.

［3］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程(JTG E60－2008)［S］.北京:人民交通出版社，2008:97－101.

［4］姚思國.擺式摩擦系數(shù)測定儀的用途［J］.公路，1981，11(11):1－2.