專利名稱：測量表面靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一個(gè)裝置，用于測量表面尤其是天然或人造草地表面的靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)，裝置包括一個(gè)放在支桿上的框架，支桿位于被測試表面上；一個(gè)轉(zhuǎn)軸，它垂直地設(shè)在上述框架中；一個(gè)與面向表面的上述軸一端連接的物體，物體包括一個(gè)可以與被測試表面接觸的接觸面；以及一個(gè)測量裝置，用于在操作時(shí)測量被測試表面和轉(zhuǎn)動(dòng)物體接觸面之間摩擦引起的力矩。
對各種室外運(yùn)動(dòng)采用人造草地替代天然草地，已經(jīng)多年來受到廣泛的關(guān)注。人造草地通常包括各種合成材料的纖維，它用成簇方法等固定到載體材料的鋪墊上。
了解這種人造草地的性質(zhì)和性能變得愈來愈重要，現(xiàn)在也正在考慮如足球場的應(yīng)用。為了使得人造草地運(yùn)動(dòng)場適用于這些用途，需要進(jìn)一步改進(jìn)它的許多相關(guān)性質(zhì)。特別是為此要考慮運(yùn)動(dòng)鞋在這種場地上的粘著力和滑動(dòng)性質(zhì)。一個(gè)安全的人造草地應(yīng)該最佳地不損傷運(yùn)動(dòng)員的腳。為了防止傷害，人造草地的摩擦不應(yīng)該太高，而另一方面在運(yùn)動(dòng)員腳/鞋和人造草地表面之間粘著/摩擦程度不足也是不希望的。
已經(jīng)提出了幾種設(shè)備和方法，用于測量影響人造草地運(yùn)動(dòng)場運(yùn)動(dòng)特征的參數(shù)，由此與天然草地比較，獲得對這些特征更深入了解，并且利用所測參數(shù)用于人造草地的新開發(fā)。已經(jīng)知道一個(gè)相關(guān)的測量設(shè)備，例如FR-A-2751748。包含接觸面的物體裝在一個(gè)桿上，桿垂直地設(shè)在垂直轉(zhuǎn)軸上。物體被“拖”過被測試表面。另外，可以依靠一個(gè)復(fù)雜的連桿調(diào)節(jié)物體壓在表面上的力。
但是，實(shí)際上已經(jīng)很明顯，按照FR-A-2751748的測量裝置的結(jié)果和使用方便性并不完全滿意。除了復(fù)雜以外，所采用的測量構(gòu)造對摩損敏感，易產(chǎn)生于對測量有不利影響的機(jī)械變形和載荷。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)測量表面靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)的裝置，它提供更可靠和可復(fù)現(xiàn)的測量結(jié)果，另外使用方便，易于運(yùn)輸。
為了達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明裝置的特征在于物體的接觸表面與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線一致。
當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在比賽時(shí)繞著他的腳轉(zhuǎn)彎時(shí)，大的力施加在運(yùn)動(dòng)員的腳踝和腳膝上。除此，為了盡量減少運(yùn)動(dòng)員受傷的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)動(dòng)場應(yīng)該不太粗糙，但也不應(yīng)該太泥濘。采用本發(fā)明裝置的構(gòu)造，以更精確的方式模擬運(yùn)動(dòng)員繞著腳轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，由此更精確地了解比賽時(shí)場地的特征。
這個(gè)方面，以及簡化的構(gòu)造，轉(zhuǎn)軸直接把載荷加在被測試表面上，與已知的測量設(shè)備相比，提供了更精確和可復(fù)現(xiàn)的測量。除此之外，本發(fā)明構(gòu)造不容易磨損和機(jī)械變形，它不僅對壽命，也對測量結(jié)果有好的影響。
本發(fā)明的一個(gè)具體的專門實(shí)施例的特征在于軸沿著垂直方向在框架內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，尤其是加載裝置可以放在遠(yuǎn)離表面的軸端。上述加載裝置可以包括重塊。
這使得可能用不同的重量把在框架內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的垂直軸壓在被測試表面上，從而使表面在不同重量載荷下測量。由于其簡單的構(gòu)造，這使得裝置具有通用性，其中被測試表面可以在不同情形下受到各種測量(例如模擬具有不同重量的運(yùn)動(dòng)員)。
因此，更逼真的模擬測量將產(chǎn)生對運(yùn)動(dòng)員和人造草地之間相互作用的更精確了解。
為了對不同測量狀態(tài)調(diào)節(jié)測量裝置的具體位置，物體可以從軸上拆除。
為了建立對實(shí)際狀態(tài)更逼真模擬的測量狀態(tài)，物體相對于被測試表面采取一個(gè)傾斜位置。按照本發(fā)明的實(shí)施例，物體的上述傾斜位置可以調(diào)節(jié)。
尤其是，上述物體的形狀是一個(gè)腳或鞋，腳的拇指形成上述物體的接觸面。采用本實(shí)施例，達(dá)到了實(shí)際狀態(tài)更逼真的模擬，因?yàn)楝F(xiàn)在可以采用本發(fā)明裝置模擬表面對運(yùn)動(dòng)員腳的影響(粘著力以及靜動(dòng)摩擦系數(shù))。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，測量裝置包括至少一個(gè)力矩測量裝置。
按照本發(fā)明，支桿可以拆除，從而能夠快速裝卸測量裝置和易于運(yùn)輸。
按照本發(fā)明，為了使得能夠進(jìn)行最大的靜態(tài)測量，而不存在框架和被測試表面之間滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，上述支桿上設(shè)有增加摩擦的裝置，該裝置尤其是具體化為柱釘，如運(yùn)動(dòng)鞋中用的柱釘。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
在兩個(gè)圖中相同的零件用相同的編號(hào)表示。
裝置由一個(gè)框架10組成，它可以通過支桿11a-11c放在被測試的表面1上。被測試表面1可以是一個(gè)天然草地運(yùn)動(dòng)場，或者一個(gè)人造草地運(yùn)動(dòng)場。特別是這種人造草地運(yùn)動(dòng)場日益增長地用于通常在天然草地運(yùn)動(dòng)場上運(yùn)動(dòng)的專業(yè)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)包括曲棍球、足球等。裝置也可以用于所謂的方格跑道(田徑運(yùn)動(dòng)跑道和網(wǎng)球場)。
當(dāng)人造草地運(yùn)動(dòng)場用于這種強(qiáng)烈和身體接觸運(yùn)動(dòng)時(shí)，了解這類人造草地表面的性質(zhì)和性能是必不可少的。需要測量這種人造草地運(yùn)動(dòng)場的性質(zhì)，不僅為了能夠把這種運(yùn)動(dòng)場與天然草地運(yùn)動(dòng)場做比較，而且也因?yàn)檫@種測量參數(shù)對開發(fā)新一代人造草地運(yùn)動(dòng)場很重要。還有，了解人造草地運(yùn)動(dòng)場的具體性質(zhì)是必不可少的，因?yàn)榇藭r(shí)不僅可以盡可能接近天然草地的運(yùn)動(dòng)特征，而且也可以盡量減少運(yùn)動(dòng)員受傷害的風(fēng)險(xiǎn)。
采用圖1和2所示裝置的實(shí)施例來測量被測試表面1的性質(zhì)，尤其是人造草地運(yùn)動(dòng)場的性質(zhì)，但也包括天然草地運(yùn)動(dòng)場的性質(zhì)，特別是要測量運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)場之間摩擦力矩(摩擦和粘著力)，它在造成轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下發(fā)生。例如考慮一個(gè)運(yùn)動(dòng)員繞一條腿快速轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)動(dòng)，其中腿更具體的說是足踝和膝蓋可能受到很大的力。
圖1和2所示的裝置通過支桿11a-11c位于被測試的表面上。一個(gè)垂直軸14設(shè)在框架10內(nèi)，它可以依靠一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置15，例如一個(gè)通過皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)16的電機(jī)，按任意希望的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。垂直軸14可以按不變速度轉(zhuǎn)動(dòng)，但也可以以較高或較低速度驅(qū)動(dòng)垂直軸14，從而模擬在比賽中特別的、具體的狀態(tài)。
為此，裝置上設(shè)有適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)設(shè)備，例如一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它設(shè)在框架10內(nèi)，或者可以在被測試表面1上放在測試裝置旁作為一個(gè)單獨(dú)裝置。上述控制和調(diào)節(jié)設(shè)備(例如一臺(tái)計(jì)算機(jī))也可以設(shè)有適當(dāng)?shù)奶幚碓O(shè)備(例如，軟件)，用于處理測量結(jié)果和對使用者提出上述測量結(jié)果。
最好是，垂直軸在框架10內(nèi)沿垂直方向可以有一定程度的自由運(yùn)動(dòng)，使得上述框架在重力的影響下位于被測試表面1上。尤其是，一個(gè)物體18面向表面1放在軸14的自由端14a，該物體包括一個(gè)位于被測試表面1上的接觸面19。物體18可以具有腳的形狀，依靠一個(gè)安裝板20與軸14的下端14a連接。
按照本發(fā)明，物體18的接觸面19與在框架10內(nèi)垂直設(shè)置的軸14轉(zhuǎn)動(dòng)軸線一致。這種構(gòu)造能夠更實(shí)際和精確地模擬運(yùn)動(dòng)員繞其腳轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，由此得到被測試表面1具體性質(zhì)的更精確測量。則使得有可能利用與沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向表面摩擦系數(shù)有關(guān)的所得測量結(jié)果，來把被測試表面(例如，人造草地運(yùn)動(dòng)場)與其他表面(例如，天然草地運(yùn)動(dòng)場)比較。另外，所得測量結(jié)果的更精確性和可復(fù)現(xiàn)性使得有可能利用上述結(jié)果來開發(fā)新一代的人造草地運(yùn)動(dòng)場。
圖1和2表示的本發(fā)明構(gòu)造的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于相關(guān)零件設(shè)置成環(huán)繞一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，減少了發(fā)生磨損和機(jī)械變形的程度。因此，不僅延長了上述零件的壽命，而且它對測量結(jié)果沒有不利的影響。
由于驅(qū)動(dòng)裝置15轉(zhuǎn)動(dòng)垂直軸14，以及造成物體18的接觸面19在被測試表面1的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生了一個(gè)反力矩或扭矩，這個(gè)力矩由適當(dāng)?shù)臏y量裝置，例如設(shè)在軸上不同位置的一個(gè)或幾個(gè)力矩測量裝置來探測，并且送到控制和測量設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))進(jìn)一步處理和顯示。為了防止框架10中的運(yùn)動(dòng)零件產(chǎn)生可能對測量結(jié)果有不利影響的反力矩，依靠一個(gè)安裝桿17把驅(qū)動(dòng)電機(jī)15固定安裝在框架10中。因此，電機(jī)15的操作將不影響垂直軸14的轉(zhuǎn)動(dòng)和最終的測量結(jié)果。軸的測量摩擦力矩提供了對物體18接觸面19和(人造)草地運(yùn)動(dòng)場表面1之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力的直接了解。
雖然物體18示意地用圖1和2中的一個(gè)腳的形式表示，但也可以采用其他形狀?？梢园岩恢贿\(yùn)動(dòng)鞋(圖中未示)穿在腳18上，此時(shí)鞋與被測試表面1接觸的面19可以設(shè)有柱釘、尖釘或“刃口”(月亮形或卵形柱釘)。
為了防止在物體18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，裝置沿著支承表面1運(yùn)動(dòng)，支桿11a-11c可以設(shè)有裝置12a-12c，用于增加摩擦，這種裝置特別包括或設(shè)有柱釘或尖釘，如在通常運(yùn)動(dòng)鞋所采用的那樣。可以選擇支桿11a-11c描繪的圓，使得在物體18和被測試表面1之間的摩擦力矩永遠(yuǎn)低于支桿11a-11c和表面1之間的最大摩擦力矩。結(jié)果是，在裝置和表面1之間發(fā)生的滑動(dòng)量將減到最小。
為了使得裝置易于運(yùn)輸，支桿11a-11c依靠螺釘13a-13c與框架10連接。
另外，可以從軸14下端14a方便地卸除物體18，這樣為了在運(yùn)輸時(shí)，或者對于不同形狀的不同類型物體18(例如另一種鞋)重新設(shè)定本發(fā)明裝置時(shí)，保護(hù)物體18。這使得可以在不同情形下進(jìn)行在表面1上的測量。
裝置以相對于物體18垂直調(diào)節(jié)。
最好是，物體18相對于被測試表面1采取一個(gè)傾斜位置，此時(shí)采取不變的傾角α?？傊?，物體18相對于表面1的傾斜位置導(dǎo)致對實(shí)際狀態(tài)的更精確模擬，因?yàn)楫?dāng)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通?？吭谀_的拇指上。但是，也可以設(shè)定上述傾斜位置，從而設(shè)定相對于被測試表面1的角α，從而模擬比賽中不同的狀態(tài)，因此可在不同情況下進(jìn)行測量。
如上已經(jīng)指出，軸14和物體18的轉(zhuǎn)速不變，與模擬的比賽狀態(tài)有關(guān)，為每分鐘2-11轉(zhuǎn)(rpm)。但是，轉(zhuǎn)速也可以增加或減少到一個(gè)特定的轉(zhuǎn)數(shù)，同樣取決于被模擬和測試的比賽狀態(tài)。依靠適當(dāng)?shù)牧販y量裝置，在軸14中測量物體18施加到表面1上的力矩，物體18最好在測量時(shí)轉(zhuǎn)90°。這個(gè)量級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是比賽的正常狀態(tài)中運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)場最經(jīng)常的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。但是，也可以其他的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，取決于被測試的測量狀態(tài)。
如上已經(jīng)指出，軸14在框架10內(nèi)可以自由運(yùn)動(dòng)，并且按照本發(fā)明，靠近其自由端14b可以設(shè)有加載裝置21，加載裝置由一個(gè)或幾個(gè)重塊21a-21j組成。因此可以按規(guī)定的重量/載荷把軸14和包括接觸面19的物體18向下壓在被測試的表面上。這使得可以對具有不同重量的相關(guān)虛擬運(yùn)動(dòng)員得到測量結(jié)果。這對本發(fā)明裝置給出了更大的通用性，另外可以更精確地模擬所有不同狀態(tài)?？傊?，當(dāng)繞腳轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)員把其大部分重量放在他站著的腳上。
可以理解到，圖1和2所示的本發(fā)明裝置提供了一個(gè)通用的測量設(shè)備，依靠它可以在最自然方式下，模擬比賽中大量的不同狀態(tài)。因此，所得到的測量結(jié)果提供了有關(guān)運(yùn)動(dòng)員腳和人造草地運(yùn)動(dòng)場之間轉(zhuǎn)動(dòng)相互作用的更逼真的指示，例如，測量結(jié)果可以更好地與天然草地運(yùn)動(dòng)場比較。
另外，可以采用本發(fā)明的測量設(shè)備，在軸14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對物體18施加一個(gè)加速度或減速度，來測量被測試表面的動(dòng)摩擦。
權(quán)利要求
1.一個(gè)裝置，用于測量表面尤其是天然或人造草地表面的靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)，裝置包括一個(gè)放在支桿上的框架，支桿位于被測試表面上；一個(gè)轉(zhuǎn)軸，它垂直地設(shè)在上述框架中；一個(gè)與面向表面的上述軸一端連接的物體，物體包括一個(gè)可以與被測試表面接觸的接觸面；以及一個(gè)測量裝置，用于在操作時(shí)測量被測試表面和轉(zhuǎn)動(dòng)物體接觸面之間摩擦引起的力矩，特征在于物體的接觸面與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線一致。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，特征在于上述軸在框架內(nèi)沿著垂直方向自由運(yùn)動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1或2的裝置，特征在于加載裝置可以放在遠(yuǎn)離表面的軸端。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，特征在于上述加載裝置包括重塊。
5.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于上述物體可以從上述軸拆除。
6.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于上述物體采取一個(gè)相對于被測試表面的傾斜位置。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，特征在于物體的傾斜位置可以調(diào)節(jié)。
8.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于上述物體具有腳的形狀。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，特征在于腳的拇指形成上述物體的接觸面。
10.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于測量裝置包括至少一個(gè)力矩測量裝置。
11.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于上述支桿可以調(diào)節(jié)。
12.按照以上權(quán)利要求任何一條或幾條的裝置，特征在于上述支桿上設(shè)有增加摩擦的裝置。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，特征在于上述增加摩擦的裝置具體化為柱釘，如運(yùn)動(dòng)鞋中用的柱釘。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一個(gè)裝置，用于測量表面尤其是天然或人造草地表面的靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)，裝置包括一個(gè)放在支桿上的框架，支桿位于被測試表面上；一個(gè)轉(zhuǎn)軸，它垂直地設(shè)在上述框架中；一個(gè)與面向表面的上述軸一端連接的物體，物體包括一個(gè)可以與被測試表面接觸的接觸面；以及一個(gè)測量裝置，用于在操作時(shí)測量被測試表面和轉(zhuǎn)動(dòng)物體接觸面之間摩擦引起的力矩。本發(fā)明的目的是提供一個(gè)測量表面靜和/或動(dòng)摩擦系數(shù)的裝置，它提供更可靠和可復(fù)現(xiàn)的測量結(jié)果，另外使用方便，易于運(yùn)輸。按照本發(fā)明，為此裝置的特征在于物體的接觸面與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線一致。
文檔編號(hào)G01N19/02GK1717580SQ03825705
公開日2006年1月4日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者M·H·奧爾德·韋格赫伊斯, G·C·比爾馬, H·哈森貝格, I·W·維特布羅伊克 申請人:騰凱特塞奧隆公司