摆式摩擦系数测定仪改进措施的研究

王 飞，岳光华，兰云松

(长安大学公路学院)

1 摆式测定仪原理

摆式仪测定仪是一种动力摆冲击型仪器，它是根据“摆的位能等于安装于摆臂末端橡胶片滑过路面过程中克服路面摩擦所做的功”这一原理研制而成的，是一种用以测定沥青路面、标线或其他材料试件抗滑值的仪器。其原理图如图1 所示，公式表示即

式中:F 为摆值，路面摩擦系数扩大100 倍;WH 为摆的标定力矩，615 000 g/mm;W 为摆的重量，1 500 ±30 g，H 为摆的重心距摆动重心距离410 ±5 mm，Z 为在刻度盘零位以下边部的竖向距离，当从水平位置释放摆时，零点在水平线以下10 mm 处;P 为橡胶片压于路面上的正向静压力，2 663 g;D为橡胶片在路面上的滑动长度126 mm;P 为度盘指针长度，300 mm。

2 影响摆式仪测定结果因素的分析

2.1 底座不稳定所造成的影响

目前，一般的摆式仪底座后支点角与底座是通过铰链连接在一起，形成一个“T 型”形状，从而保证仪器在测试过程中的稳定，底盘三支点处采用调平螺丝，互相配合用于仪器调平以及校核滑块长度时进行微调。现实的情况是:用铰链连接后支点角与底座，虽然形成的“T 型”底座有一定的稳定作用，但在整体上却没有形成一个三角固定，这就造成了在试验过程中，当摆下落时，仪器整体会发生晃动，从而增加了试验的误差，不能准确的评价路面的抗滑指标。与此同时，底座三个支点的调平螺丝长度过短，在进行调平和微调时不方便，难以满足路面检测时的要求。因此，需要对现有的摆式仪进行改进，改善底部稳定性能，通过微调底座高度快速校核滑块长度，从而方便试验人员操作。

图1 摆式测定仪原理

2.2 升降把手与紧固把手无法实现微调和粗调

如今，一般的摆式仪主轴上带有一个升降把手，配合两个紧固把手来实现摆的上下移动，用于调零及校核滑块长度。现实的情况是通过升降把手可以实现仪器的上下移动，但是这种移动幅度较大，当在试验过程中需要校核滑块长度时，通常需要实现微小的移动，这时转动升降把手已经不能满足试验要求，实际试验过程中采用升高或降低仪器底正面的调平螺丝来校正滑块长度，但同时保持水准泡居中却很难同时做到，需要单独再进行调节，耗费了时间，操作稍微复杂且仪器的稳定性难以满足要求。因此，需要对现有的摆式仪进行改进，使得摆式仪能够实现微调和粗调，通过微调装置配合粗调装置，实现仪器的微小上下移动，可快速校核滑块长度，从而提高试验的精度和工作效率。

2.3 摆头下落过程中对仪器的碰撞

摆式仪一般用于测定沥青路面、标线或其他材料试件的抗滑值，用以评定路面或路面材料试件在潮湿状态下的抗滑能力，是公路路基路面现场测试中常用的试验设备之一。目前，一般的摆式仪在摆臂上带有一个有缺口的圆形卡槽，在右悬臂上安装了一个带有连杆的控制摆臂释放的装置，当需要摆处于水平释放位置的时候，可以按下释放开关，将圆形卡槽卡在释放装置的连杆上，则可实现摆的水平固定，摆在下落的时候，按下释放开关，则可完成现场的测试工作。现实的情况是圆形卡槽卡在连杆上的时候，由于缺少前后方向上的约束，卡槽会在连杆上前后移动，而且摆头与摆杆的连接处没有固定装置，摆头在下落过程中会来回晃动，这样就会造成摆在释放过程中碰触到摆式仪的底座，打破已经调平的状态，从而增加了试验的误差，不能准确的评价路面的抗滑指标。因此，需要对现有的摆式仪进行改进，使得卡槽能够稳定地卡在悬臂上以及使摆头不再晃动，进而解决原摆式仪摆上卡槽在释放开关处的连杆上前后滑动以及摆头来回晃动的问题，提高试验的准确性。

3 改进措施

3.1 增加新型底座

通过给原有摆式仪增加新型底座，借助三角底座，固定连接杆，加长螺丝，利用三角稳定原理，解决摆式仪底座与后支点角由于铰接而造成不易形成三角固定的问题，从而更好的改善摆砣在下落过程中所造成的仪器整体晃动，减少试验误差，增加数据的可靠性。采用加长螺丝，在校核滑块长度时能够使微调更方便。

具体实施方式如下:将三脚底座置于原摆式仪底座下方，三个支撑脚与原摆式仪一一对应，用加长螺丝从上之下将每个角上连接起来，加长螺丝底部通过三角底座中的圆管底座内部与地面接触，用于连接原摆式仪和新型三角底座，同时也用于调平仪器和校正滑块长度时的微调;固定连接杆连接后支点角和主轴，位于主轴上的一端距离主轴下端10 cm 处，保证在不影响主轴上调节摆高度的前提下，增加仪器的整体稳定性。改进原理图如图2 所示。

图2 增加新型底座改进原理图

3.2 增加微调和粗调装置

通过给原有摆式仪增加粗调和微调装置，借助微调装置，粗调装置，连接主轴与装置的卡槽，解决摆式仪只能借助升降把手粗调的问题，在矫正滑块长度时，可不用调节底座的三角螺丝，直接采用微调装置来实现仪器的上下微小移动，从而保证了试验过程中仪器的稳定性，在校核滑块长度时能够更加方便、快捷，满足了路面检测时的要求，提高效率的同时节省了人力。

具体实施方式如下:将粗调微调装置的托板端与卡槽的一端相连接，卡槽通过螺丝固定在主轴上，当需要调节摆式仪的仪表盘及摆整体装置做上下运动时，可通过粗调配合微调来实现上下运动。改进原理图如图3 所示。

3.3 改变原有卡槽结构，增加固定摆臂装置

通过改变原有卡槽结构，增加固定摆臂装置，借助凸型卡槽，凹型卡槽，带有连接杆的释放装置固定摆头的装置，解决原摆式仪摆上卡槽在释放开关处的连杆上前后滑动以及摆头下落过程中来回摇摆的问题，避免了释放摆下落过程中对仪器底座的碰撞，减少了试验的误差，增加了测量结果的可靠性。

具体实施方式如下:按下带有连杆释放装置的释放按钮，连杆向着释放装置内部运动，此时将凸型卡槽和凹型卡槽相连接，其内部的圆孔相互重合，然后松开释放按钮，连杆通过两个卡槽之间的圆孔，将摆固定在右悬臂上。由于连杆的作用，可使两个卡槽在三个方向上均能保持稳定，没有太大的运动。当需要使摆下落时，按下释放按钮，凸型卡槽和凹型卡槽相互分离，则可实现摆的下降。

固定摆头的装置由两个一半装置组合而成，中间为空心半圆孔，用螺丝将两个半圆孔装置固定卡在摆杆上，底部两个螺丝将装置固定在摆头之上，这样就能使摆头和摆杆之间不产生相互转动，避免了摆头下降过程中的摇摆而造成的对底座的碰撞，实用性强。改进原理图如图4 所示。

图3 增加微调和粗调装置改进原理图

图4 改变原有卡槽结构，增加固定摆臂装置改进原理图

4 结 论

(1)在原有摆式仪底部增加底座，设置连接后支点角和主轴的固定杆，可提高仪器的整体稳定性。

(2)微调和粗调装置的设置，可使校核滑块长度时能够更加方便、快捷，满足了路面检测时的要求，提高效率的同时节省了人力。

(3)改变原有卡槽结构，增加固定摆臂装置，避免了释放摆下落过程中对仪器底座的碰撞，减少了试验的误差，增加了测量结果的可靠性。

任何仪器在生产、设计和使用的过程中，都不可避免的存在一定的缺陷，只有通过不断的改进和完善，试验者才能更好地借助仪器去得到精确的数据，从而为路面的质量保驾护航。

［1］邓学钧.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2008:5－7.

［2］张子平.摆式仪的使用和维修保养方法［J］.公路，1984，7(7):3－4.

［3］中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程(JTG E60－2008)［S］.北京:人民交通出版社，2008:97－101.

［4］姚思国.摆式摩擦系数测定仪的用途［J］.公路，1981，11(11):1－2.