CN100348962C - 轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属道路工程研究领域，具体涉及一种轮胎接地压力的测量以及轮胎作用下路面结构内应力应变测量的装置。由压力试验机的液压系统、轮胎固定架、可移动承载台、电阻应变仪组成。通过液压机的加压系统给轮胎加压使之作用在承载台上，使置于承载台内的传感器(或应变片)感应，数据输出至电阻应变仪，即得测量值。本发明结构简单合理，可操作性强，能很好的模拟实际的路面结构，易于道路实验室的研究开发，且成本低廉，实用性能好。

Description

轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置

技术领域

本发明属道路工程技术领域，具体涉及一种轮胎接地压力的测量以及实际轮胎作用下路面结构内应力应变测量的装置。

背景技术

随着公路建设事业的蓬勃发展，道路研究也需要进一步的合理化、精确化。目前，道路路面结构研究领域，对车辆荷载作用均是假设为圆形均布荷载。这种荷载的假设最初主要是受计算手段的限制，然而，随着一种新型的计算手段(有限元法)在路面研究领域的引进以及计算工具(高性能计算机)的出现，使得进一步分析路面结构在真实荷载作用下的力学响应有了可能。要达到这个目的，就必须较为准确的了解路面上行驶车辆的轮胎对路面作用力的大小和分布规律，以及对路面结构内的力学响应进行实测，从而验证或检验计算结果。

国内外关于轮胎接地压力的测量方法主要有压力板法、压力敏感膜法、光吸收法和压力传感器法。压力板法精确度不高，而压力敏感膜法和光吸收法还处于研究试验阶段，压力传感器法相对要成熟些。目前已有的测试装置或测试手段，对道路工程研究领域来讲，存在的不足之处为：(1)局限于轮胎本身结构特性的研究；(2)轮胎作用的承载台是刚性承载台，与路面结构，特别是沥青路面结构的变形特性相差很大；(3)根本无法用于路面结构内部的应力应变测试；(4)造价高，普及性不好。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作简单、测量准确度高、成本低廉的轮胎接地压力大小及其分布测量和轮胎作用下路面结构内应力应变测量的装置。

本发明的轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置，包括液压式压力试验机、轮胎固定架、可移动承载台(内预设压力传感器或应变片)、电阻应变仪(如图1所示)。其中，电阻应变仪可由市场购买；轮胎固定架2由顶板11和侧板12经螺杆连接构成，并由连接板7通过连接杆6与液压式试验机1相连，承载台3中的拉压力传感器5通过连接螺母9与连接板7相连，这样就将轮胎固定架2与液压机1连接起来了；可移动承载台3是带有可移动滑块18的装置，其下底板16固定于液压式试验机上。

本发明中，轮胎固定架2的侧板12被刻有螺纹的轮胎固定轴13穿过，轮胎固定轴13上的轮胎固定夹板14能够在固定轴13上拧动，试验轮胎15被轮胎固定夹板14夹紧，试验时不会发生偏移。

本发明中，可移动承滑块18置于上底板17上，上底板17设有导向槽19，小滑轮27置于导向槽19内，上底板17置于下底板16之上，上底板17的下表面和下底板16上表面预先被磨光，以利于上底板17能在下底板16上前后移动；上底板17与短顶推螺杆21活动连接，可移动滑块18与长顶推螺杆22活动连接，短顶推螺杆21和长顶推螺杆22位于附着块23上。

本发明中，可移动滑块18包括滑块下底板24、滑块长侧板25、滑块宽侧板26(如图4所示)，滑块下底板24、滑块长侧板25、滑块宽侧板26通过螺杆29连接。其中滑块下底板24底部附有小滑轮27，以便使可移动滑块18能在上底板17上自由滑移并起导向作用；滑块下底板24上开有传感器预留孔20，用于布设传感器；滑块下底板24底部开有传感器走线槽28，用以将传感器的输出线导出，输出线与电阻应变仪4相连。

当在可移动滑块里成型模拟的路面结构时，为了避免传感器的损伤，需要事先预埋传感器模具30和内置螺母31(如图5所示)。传感器模具30穿过传感器预留孔20，内置螺母31又套在传感器模具30上，模拟的路面结构成型后，取出传感器模具30，内置螺母31被留置在可移动滑块里，用来与传感器相连。

本发明的工作过程如下：调整试验轮胎15至所需要的胎压，然后装配置在轮胎固定轴13上，通过拧动轮胎固定夹板14调整试验轮胎15到适当位置并将其固定。通过短顶推螺杆21和长顶推螺杆22调整可移动滑块18至所需要的位置。将拉压力传感器5及埋设在可移动滑块18里的传感器(或应变片)的输出线接于电阻应变仪4上，接通电阻应变仪的电源。开启液压式压力机，使试验轮胎15逐渐与可移动承载台3相接触从而获得压力。

当测量的是轮胎接地压力时，需要知道试验轮胎15与模拟路面的接触面积。这时可通过复写纸来实现。用两张白纸或坐标纸把复写纸夹在中间，放在定好位置了的试验轮胎15和可移动滑块18之间，开启液压机的液压系统使试验轮胎15与可移动承载台相接触从而获得压力，这时候电阻应变仪4与拉压力传感器5相接的通道将会有读数，并随着所施加力的大小而变化，施加到所需的力后，卸除所施加的力，取出白纸(或坐标纸)和复写纸，便得到了该轮胎胎压和荷载下的轮胎接地印痕。然后在接地印痕纸上定出所需要测量的点位坐标，以便测量不同点位时控制可移动滑块18的平面位置。

获得轮胎接地印痕及测量点位的坐标后，再开启液压机的液压系统进行上面同样步骤加压，当施加到与获取接地印痕同样大小的力后，维持所施加压力的平衡，打开电阻应变仪4中与埋设的传感器(或应变仪)的连接通道，记录读数，便是所需的测量值。每次测量只能得到一个或几个点位的值，但通过不断变换可移动滑块18的平面位置，便可测到轮胎作用面积下任意点位的接地压力值。

当测量模拟路面结构内的应力应变值时，不一定需要获取轮胎接地印痕，但其他步骤与测量轮胎接地压力的步骤是一样的。

本轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置结构简单合理，可操作性强，能很好的模拟实际的路面结构，易于道路实验室的研究开发，且成本低廉，实用性能好。

附图说明

图1为本发明的测量装置结构框图。

图2为轮胎固定架结构图。

图3为可移动承载台结构图。

图4为可移动滑块结构图。

图5为传感器模具、内置螺母与传感器预留孔位关系图。

图中标号：1为液压式压力机；2为轮胎固定架；3为可移动承载台；4为电阻应变仪；5为拉压力传感器；6为连接杆；7为连接板；8为连接螺杆；9为连接螺母；10为连接螺栓；11为轮胎固定架顶板；12为轮胎固定架侧板；13为轮胎固定轴；14为轮胎固定夹板；15为试验轮胎；16为下底板；17为上底板；18为可移动滑块；19为导向槽；20为传感器预留孔；21为短顶推螺杆；22为长顶推螺杆；23为附着块；24为滑块下底板；25为滑块长侧板；26为滑块宽侧板；27为小滑轮；28为传感器走线槽；29为螺杆；30为传感器模具；31为内置螺母。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

根据附图所示，本轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置，由液压式压力机1、轮胎固定架2、可移动承载台3(内预设压力传感器或应变片)、电阻应变仪4组成。液压式压力机的型号为YE-2000；电阻应变仪4是多通道的YJ系列静态电阻仪，可由市场上直接购买；如果可移动承载台3内预设的是传感器时，传感器外形需备有M30×1.5mm的外螺纹。

轮胎固定架2的组成：轮胎固定顶板11长×宽×厚为530×120×65mm通过具有M36×3mm外螺纹的连接螺栓10和M12×80mm的连接螺杆8与BLR-24型拉压力传感器5相连，拉压力传感器5通过M36×3×40mm的连接螺母9与长×宽×厚为300×300×35mm的连接板7相连，再通过M12×20mm的连接杆6与液压试验机相连，然后再通过连接螺杆8将固定架顶板11和长×宽×厚为685×70×40mm的固定架侧板12连接起来。固定架侧板12被具有M80mm外螺纹、长度为530mm的轮胎固定轴13穿过，轮胎固定轴13上的轮胎固定夹板14能够在固定轴13上拧动位置，固定夹板14是具有M80mm内螺纹孔、高度为65mm的圆柱。试验轮胎15被轮胎固定夹板14夹紧，试验时不会发生偏移。

可移动承载台3是一个底部被固定在压力试验机上并带有可移动滑块18的装置，可移动滑块18置于长×宽×厚为1300×450×20mm上底板17上，上底板17设有截面20×20mm的导向槽19，导向槽19可走直径φ20mm的小滑轮27，使得可移动滑块18能在上底板17上左右移动；上底板17置于长×宽×厚为1300×550×20mm下底板16之上，上底板17的下表面和下底板16上表面预先被磨光，以利于上底板17能在下底板16上前后移动；下底板16与已有的液压机相连接；上底板17的移动靠M16×140mm的短顶推螺杆21推动，可移动滑块18的移动靠M20×515mm的长顶推螺杆22推动；短顶推螺杆21和长顶推螺杆22被支撑在具有相应尺寸螺纹孔的附着块23上。

可移动滑块18，由长×宽×厚为850×450×24mm的滑块下底板24、长×宽×厚为850×100×10mm的滑块长侧板25、长×宽×厚为430×100×10mm的滑块宽侧板26组成，它们由M10×30mm的螺杆29连接。其中滑块下底板24底部附有小滑轮27，以便可移动滑块18能在上底板17上自由滑移并起导向作用；滑块下底板24钻有φ30mm的传感器预留孔20，用于布设传感器；滑块下底板24底部凿有直径φ10的半圆形传感器走线槽28，用以将传感器的输出线导出。

当在可移动滑块里成型模拟的路面结构时，为了避免传感器的损伤，需要事先预埋最大外径为φ30mm的传感器模具30和M30×1.5mm的内置螺母31。传感器模具30穿过传感器预留孔20，内置螺母31又套在传感器模具30上，模拟的路面结构成型后，取出传感器模具30，内置螺母31被留置在可移动滑块里，用来与传感器相接。

以上各种结构材料，均是由45钢制成。

Claims (4)

1、一种轮胎接地压力及轮胎作用下路面结构内应力应变测量装置，包括液压式压力机(1)、轮胎固定架(2)、可移动承载台(3)、电阻应变仪(4)，其特征在于轮胎固定架(2)由顶板(11)和侧板(12)经螺杆连接构成，并由连接板(7)通过连接杆(6)与液压式压力机(1)相连，承载台(3)中的拉压力传感器(5)通过连接螺母(9)与连接板(7)相连；可移动承载台(3)是带有可移动滑块(18)的装置，其下底板(16)固定于液压式压力机(1)上。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于轮胎固定架(2)的侧板(12)被刻有螺纹的轮胎固定轴(13)穿过，轮胎固定轴(13)上的轮胎固定夹板(14)能在固定轴(13)上拧动，试验轮胎(15)被轮胎固定夹板(14)夹紧。

3、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于可移动滑块(18)置于上底板(17)上，上底板(17)设有导向槽(19)，小滑轮(27)置于导向槽(19)内，上底板(17)置于下底板(16)之上，并能在下底板(16)上前后移动；上底板(17)与短顶推螺杆(21)活动连接，可移动滑块(18)与长顶推螺杆(22)活动连接，短顶推螺杆(21)和长顶推螺杆(22)位于附着块(23)上。

4、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于可移动滑块(18)包括滑块下底板(24)、滑块长侧板(25)、滑块宽侧板(26)，滑块下底板(24)、滑块长侧板(25)、滑块宽侧板(26)通过螺杆(29)连接，滑块下底板(24)底部附有小滑轮(27)，使可移动滑块(18)能在上底板(17)上自由滑移，滑块下底板(24)上开有传感器预留孔(20)，滑块下底板(24)底部开有传感器走线槽(28)。

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