Page 15 - 《摩擦学学报》2021年第5期
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604 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
测试情况与实际运动情况相一致，能够实现实际测试 摩擦力测量单元如图11(d)所示，负荷单元测量上(固
运动速度和载荷为摩擦优化提供有价值的参考. 遗憾 定)、下(可移动)铝板之间的剪切力，法向力通过两个
的是，现场测试存在几大问题：一是现场测试会受到 垂直的黄铜板来传递，弹簧起到过载保护的作用. 聚
环境条件的变化和滑雪者动作变化的影响；二是现场 氨酯橡胶垫可以用来补偿轨道的不均匀和振动，确保
测试无法将空气阻力和滑行阻力分开，特别是在空气 滑块与冰面平行接触；聚乙烯滑块、聚氨酯橡胶垫和
阻力很大的高速滑行时，这是一个主要问题；三是户 下铝板之间通过双面胶粘接. 旋转摩擦测试装置存在
外测试费时费力且数据重复性较差. 两大弊端：一是圆盘旋转时，探头会与雪面或冰面重
现场测试的局限性加速了新型摩擦测试装置的 复的接触；二是圆盘高速旋转会产生离心力，这样摩
发展，目前国内外论文工作中已发表了一些实验室用 擦生热产生的水可能会径向向外移动，从而改变测量
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于监测冰和雪上摩擦系数的测试装置，这些装置可分 到的摩擦力 . 相较于线性摩擦测试装置，旋转摩擦
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为两类：线性摩擦测试装置和旋转摩擦测试装置 . 测试装置的滑雪板尺寸受到限制，但旋转摩擦测试装
奥地利因斯布鲁克滑雪和高山运动技术中心拥有1台 置又具有体积小的优势.
线性摩擦测试装置，也是目前最先进的线性摩擦测试 相较于现场测试，这些摩擦测试装置减少了不可
装置. 其可以在控制速度、负载和空气温度的条件下， 预测的人为因素，并增加了速度和负载等参数的控
测量和分析冬季运动特定样本和设备在平坦雪地上 制，同时又具有体积小、成本低和可控性高等优点. 但
行驶时的摩擦力. 该线性摩擦测试装置，如图11(a)所 在滑雪测试中使用实验室设备也存在一些缺点. 首
示，由导轨(c)、车架(a)、可横向移动冰或雪槽(b)以及 先，这种类型的测试只允许测试赛道的一小块区域；
电机(d)组成. 高扭矩电动机通过光纤电缆拉动车架， 其次，样品在短时间内多次在同一表面上运行，这将
使其能在导轨上运行，跑道长24 m，分为加速、测量和 影响整个测试过程中的雪面情况；最重要的一点，实
减速部分，测试速度可以在0.1~30 m/s之间设置. 车架 验室测量不能完全模拟真正比赛雪场天气情况和雪
具体则是由垂直力测量系统(a. 垂直弹簧加载杆；b.测 况，测试速度难以达到运动员运行速度.
压元件)和水平力测量系统(c.称重传感器；d.下部滑
4 结论与展望
架)、数据采集与传输系统(e)、电感式长度测量系统和
电池组成，如图11(b)所示. 旋转摩擦测试装置则大都 因其特殊的性质，冰雪表面摩擦学特别是雪上摩
采用了“pin-on-disk”的模式，即该测试系统由1个可旋 擦学，影响因素众多而复杂. 研究冰雪表面摩擦学，有
转的圆盘和1个固定的探头组成，通过测量作用在探 助于揭示冰雪润滑机理，为设计高性能滑雪板材料提
头上的摩擦力来确定摩擦系数. Bäurle等采用了一种 供相关研究基础. 雪蜡可以减少雪面与滑雪板之间的
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大型的旋转摩擦计 ，见图11(c)，它由携带冰环的旋 摩擦，也可以保护雪板表面免受磨损和氧化，是滑雪
转工作台(直径1.8 m)、冰面制造手臂(左)和摩擦力测 爱好者享受滑雪乐趣和运动员提高比赛成绩必不可
量单元(右)组成，红外传感器用于测量前后的冰道温 少的一部分. 纵观国内外雪蜡的发展状况，虽然含氟
度，在滑块中集成了热电偶来测量冰表面附近的温度. 雪蜡具有较强的防水和疏水性能，但是随着本届奥运
(a) (b)
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Fig. 10 (a) Parallel test by technicians ; (b) Test skis and track [1]
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图 10 (a)技术人员现场平行测试 ；(b)测试滑雪板和测试轨道 [1]
