CN101620040A - 一种制作沥青路面材料试件的旋转压实机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青混合料旋转压实机，包括控制装置、传感系统、电动机、减速机、轴向压实机构、偏转机构，模具，其特征在于：电动机连接减速机、减速机连接轴向压实机构和偏转机构，控制装置连接电动机和传感系统，传感系统连接轴向压实机构和偏转机构，所述的电动机是普通的交流异步电动机；所述的偏转机构可以实现模具轴线与轴向压实机构的压缩轴轴线之间夹角大小的调节。本发明结构简单、功能齐全，同样能够达到设计要求，而由于采用普通部件的原因，成本大大降低，其经济效益十分显著，由于基础建设的大力推进，其市场需求巨大，具有非常广阔的市场前景。

Description

一种制作沥青路面材料试件的旋转压实机

技术领域

本发明涉及一种把热拌沥青混合料(HMA)压制成分析用的标准试件样品的旋转压实机。

背景技术

公路界已普遍认为公路沥青路面采用传统马歇尔沥青混合料设计方法存在许多缺陷。存在这些缺陷的原因主要是马歇尔沥青混合料路面设计方法在制作沥青混合料样品分析试件的时候，是采用重锤重复夯实、轴向压实路面材料样品的方法，这种方法只考虑了轴向压实，这与沥青路面施工做摊铺碾压时实际受力情况不一致，所以马歇尔沥青混合料设计方法控制不了沥青路面出现早期破坏的现象。

美国在二十世纪九十年代已采用Superpave技术进行沥青混合料路面设计，在2000年，Superpave路面设计技术已全面取代马歇尔方法，形成规范，成为美国国家标准设计方法。Superpave技术是美国公路战略研究计划(SHRP计划)沥青研究项目的重要研究成果，由于考虑了各种沥青的性能、实际使用和环境条件等情况，较马歇尔沥青混合料设计方法和规范而言，更符合道路工程的实际情况，有更好的适用价值。根据Superpave技术的规范和方法修筑的沥青路面，在造价基本不变的情况下，其路用性能，特别是高温稳定性可得到很大改善，路面耐久性、密水性、表面特性和平整度都能得到满意的结果。目前在英国、法国、欧洲和其它许多国家都在应用和推广Superpave技术。

用Superpave技术代替马歇尔沥青混合料设计方法是公路交通建设发展的必然趋势，我国已在许多地区应用Superpave技术在高速公路上修筑了大量的试验路段及实体工程，并已形成快速发展的局面。在应用Superpave技术进行沥青混合料路面设计中，制备沥青混合料分析样件所使用的压实设备与马歇尔法是完全不同的，这种压实设备对沥青混合料样品在产生轴向压实的同时还在样品的圆周方向产生旋转剪切压实，形成一种揉捏作用，这种作用更接近实际路面的受力情况，也是Superpave技术的一项核心技术。这种压实设备被称作旋转压实机。

从前述内容可以看出，旋转压实机是一种高技术的关键性试验检测设备，用于制备热拌沥青混合料的分析试件，是Superpave技术的重要组成部分。没有旋转压实机就谈不到Superpave技术的推广应用，目前的旋转压实机动力部分采用的是直流的步进电机，控制部分采用单片机作为控制系统的核心部件，其实现揉捏作用是通过在压实机构头部连接一个滑动盘的结构，总体而言其结构比较复杂，造价十分昂贵，并且在使用过程中存在失步现象，影响最终测试效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供另一种能实现现有技术的基本功能而结构更简单、核心部件采用常用普通部件而总体成本较低的制作沥青路面材料试件的旋转压实机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沥青混合料旋转压实机，包括控制装置、传感系统、电动机、减速机、轴向压实机构、偏转机构，模具，其特征在于：电动机连接减速机、减速机连接轴向压实机构和偏转机构，控制装置连接电动机和传感系统，传感系统连接轴向压实机构和偏转机构，所述的电动机是普通的异步电动机；所述的偏转机构可以实现模具轴线与轴向压实机构的压缩轴轴线之间夹角大小的调节。

采用上述技术方案，由于可以实现压实角的大小的调节，满足了试验需要：在旋转压实试验之前和结束时，为了方便对模具及模具顶进行定位夹紧及整平试件两端和脱模，偏转系统应处于零位状态。在进行旋转压实试验时偏转系统应处于偏转状态，此时封闭在模具中的样品材料受到来自轴向压实及脱模系统的轴向压实力，同时本身又在作绕压缩轴轴线的圆周偏转运动，即这种压实设备对材料样品在产生轴向压实的同时还在样品的圆周方向产生旋转剪切压实，形成一种揉捏作用，这是符合Superpave技术规范要求的旋转压实机的一项核心技术，本发明结构简单、功能齐全，同样能够达到设计要求，而由于采用普通部件的原因，成本大大降低，其经济效益十分显著，由于基础建设的大力推进，其市场需求巨大，具有非常广阔的市场前景。

进一步，对所述的偏转机构进行限定。其特征在于：所述的偏转机构的由基架、叉形轴、叉形连杆、滑块旋转总成和齿轮传动装置输出轴套，模具的下端能以叉形轴的轴心线和叉形轴轴叉叉孔的轴心线的交点为铰点，绕压缩轴轴线作圆周偏转运动。

进一步，对所述的圆周偏转运动进行限定，其特征在于：所述的实现圆周偏转运动的装置连接关系是：驱动电机和齿轮传动装置安装在基架上，传动装置输入端与驱动电机联接，输出端通过输出轴套与滑块通过端面螺纹联接。

再进一步，对滑块总成进行限定。其特征在于：所述的滑块旋转总成，它由与叉形连杆杆端铰接联接的销轴、联接销轴的滑块、滑块在其滑槽中滑动的旋转盘、零位档块、可调档块组成，当滑块与零位档块接触时，偏转系统处于零位状态；当滑块与可调档块接触时，偏转系统处于偏转状态；改变可调档块在滑槽中的位置可改变偏转机构的压实角。

再进一步，对脱模机构进行限定，其特征在于：还设有脱模机构，所述的脱模机构包含一个具有纵向中心轴线和圆柱形通孔的模具；定位夹紧在基架顶部的模具顶伸入模具内孔的上部，模具底盘置于模具内孔的下部，被压实材料被模具顶和模具底盘封闭在模具内孔中；压头位于模具底盘下部。

再进一步，对压头的驱动方式进行限定，，其特征在于：所述的压头也可用液压或气动的方式驱动。

再进一步，对轴向压实机构进行限定，其特征在于：所述的轴向压实机构的连接关系是：驱动电机连接齿轮传动装置、齿轮传动装置连接皮带传动装置，皮带传动装置连接滚珠丝杠，滚珠丝杠通过滚珠丝杆螺母连接压缩轴，压缩轴端部设有压头，压头推动模具底盘把轴向压实力施加到被压实的材料上。

更进一步，对传感系统进行限定，其特征在于：所述的轴向压实装置包含一个测量压实力的压力传感器，控制系统利用压力传感器的测量信号控制驱动电机的转动，使压实力保持稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的结构示意图中的主视图；

图2是本发明的结构示意图中的侧视图；

图3是图1中的A-A剖视放大图；

图4是图1中B-B剖视放大图。

图中：1-模具  2-模具底盘  3-摆框  3-1摆臂  3-2-摆框底板  3-3-摆框下伸件  4-模具定位夹具  5-基架  6-叉形轴  6-1叉形轴轴心线7-轴叉  8-基架轴孔  9-模具顶  10-模具顶定位夹具  11-轴叉叉孔轴心线  o-轴叉叉孔轴心线与叉形轴轴心线交点  12-1-叉形连杆叉端  12-2-叉形连杆杆端  13-滑块旋转总成  13-1-销轴  13-2-滑块  13-3-旋转盘13-4-零位档块  13-5-可调档块  14-齿轮传动装置  14-1-齿轮传动装置输出轴套  15-传动装置驱动电机  16-制动器  17-压缩轴  18-压头  19-滚珠丝杠  20-滚珠丝杠螺母  21-滚动轴承  22-反力盘  23-压力传感器  24-下导向安装板  25-齿轮传动装置安装板  26-滚动轴承  27-皮带传动装置  28-齿轮传动装置  29-驱动电机  30-滑板总成  31-导向柱  32-上导向柱安装板  33-导向套  34-联接螺杆  35-螺帽

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，给出了模具及封闭在模具中的材料样品的偏转机构的结构关系。模具1是圆筒形通孔结构，下部有一内突的台阶，置于孔中的模具底盘2挂在内孔下部的台阶上。内装模具底盘的模具置于摆框底板3-2的上平面上，通过安装在摆框底板上的定位夹具4对模具进行定位与夹紧。摆框上有两个摆臂3-1，分别与安装在基架5上的叉形轴6的两个轴叉7通过铰轴进行铰接联接。叉形轴通过滚动轴承装在基架5的轴孔8中，可绕轴线转动。

模具顶9通过基架5顶部的孔插入模具1内，由装于基架顶部的定位夹具10对模具顶9进行定位与夹紧。模具顶的上部位于基架顶部，模具顶的下端面位于模具1的内孔中，且与叉形轴的轴心线在同一高度位置。叉形轴6的轴心线6-1与轴叉叉孔的轴心线11的交点o与模具顶下端面的圆心是一致的。

摆框底板3-2上的下伸件3-3与叉形连杆的叉端12-1铰接联接，叉形连杆的杆端12-2与滑块旋转总成13的销轴13-1铰接联接，销轴联接在滑块13-2上，滑块可在旋转盘13-3的滑槽中滑动，滑块在滑槽中的位置由零位档块13-4和可调档块13-5定位。滑块的下端面有平面螺纹结构，齿轮传动装置14的输出轴套14-1的上端面也有平面螺纹结构，因此齿轮传动装置输出端通过输出轴套14-1与滑块13-2之间形成端面螺纹联接传动。输入端与驱动电机15联接。齿轮传动装置14通过螺栓联接在基架5上。

偏转机构有两种工作状态：零位状态和偏转状态。当偏转系统的驱动电机15通过控制系统的作用向一个方向旋转，通过齿轮传动装置14使输出轴套14-1旋转时，同时使制动器16对旋转盘13-3产生制动作用，此时输出轴套通过平面螺纹的传动作用，使滑块13-2在旋转盘的滑槽中向着零位档块的方向滑动，当滑块与零位档块接触时放松制动器16，此时滑块上的销轴的轴心线与旋转盘的旋转中心线重合，旋转盘的转动不会通过叉形连杆机构带动摆框3及模具1作圆周偏转运动，偏转系统处于零位状态，这时旋转压实机的压缩轴17的轴线与模具的纵向中心轴线是一致的，即压缩轴的轴线与模具的纵向中心轴线之间的夹角为零，没有产生角度偏移，也就是此时压实角为零。旋转压实机在开始进行旋转压实试验之前，为了方便对装有材料样品的模具及模具顶进行定位与夹紧，需要旋转压实机处于零位状态；在旋转压实试验结束时，为了整平材料试件的两端和使材料试件脱模，也需要旋转压实机处于零位状态。

当偏转机构的驱动电机15通过控制系统的作用向另一个方向旋转，通过齿轮传动装置14使输出轴套14-1旋转时，同时使制动器16对旋转盘13-3产生制动作用，此时输出轴套14-1通过平面螺纹的传动作用，使滑块13-2在旋转盘的滑槽中向着可调档块13-5的方向滑动，当滑块与可调档块接触时放松制动器16，旋转盘开始旋转，此时偏转系统处于偏转状态。这时滑块上的销轴13-1的轴心线与旋转盘的旋转中心线不重合，而是有一个偏心距，随着旋转盘的旋转，滑块销轴通过叉形连杆带动摆框3作绕压缩轴17轴线的圆周摆动，由于模具定位夹紧在摆框上，材料样品封闭在模具内孔中，所以模具及封闭在模具内孔中的材料样品也随之作绕压缩轴轴线的圆周摆动。这时，模具底部的中心偏离压缩轴的中心一个距离，并作绕压缩轴中心的圆周运动，而模具上部在模具顶的下端面处的中心实际上是静止不动的。这一点实际上就是模具的纵向中心轴线与压缩轴的中心线的交点。这时压缩轴的中心线与模具的纵向中心轴线形成一个角度偏移，这个角度称为压实角，模具及封闭在模具内孔中的材料样品作绕压缩轴轴线的圆周偏转运动。调整可调档快在滑槽中的位置就可以调整压实角的大小。

图1到图4还给出了关于材料样品的轴向压实及脱模系统，该系统由模具顶9、模具1、模具底盘2、压头18、压缩轴17、滚珠丝杠19及螺母20、滚动轴承21、反力盘22、压力传感器23、下导向柱安装扳24、齿轮传动装置安装扳25、滚动轴承26、皮带传动装置27、齿轮传动装置28、驱动电机29、滑板总成30、导向柱31、上导向柱安装扳32、导向套33及基架5等部件组成。材料样品被模具顶9、模具底盘2封闭在模具1的内孔中。上、下导向柱安装扳通过螺栓联接在基架上。导向套33装入上导向柱安装扳32的内孔中，并用螺栓与上导向柱安装扳32联接。压缩轴17上端与压头18联接，下端用联接螺栓与滚珠丝杠螺母和滑板总成30联接，可在导向套33的内孔中滑动。压力传感器23通过螺栓与下导向柱安装扳24联接。联接螺杆34穿过反力盘22、下导向柱安装扳24、齿轮传动装置安装扳25的过孔，利用螺帽35把齿轮传动装置安装扳25吊挂在反力盘22上。利用联接螺栓把齿轮传动装置28安装在齿轮传动装置安装扳25上。齿轮传动装置28和滚珠丝杠之间是皮带传动装置27。

驱动电机29的转动通过齿轮传动装置28和皮带传动装置27的传动使滚珠丝杠19旋转，滚珠丝杠上的螺母20推动滑板总成30和压缩轴17产生轴向移动，压缩轴推动压头18，压头推动模具底盘2对封闭在模具底盘2和模具顶9之间的材料样品进行轴向压实。轴向压实力的大小利用压力传感器23进行测量，控制电路利用压力传感器23的测量信号去控制驱动电机29的旋转，使在压实过程中对材料样品保持一个稳定的轴向压实力。导向柱31和导向套33对压缩轴17的轴向运动产生导向作用，压缩轴17的轴向运动也可用液压或气动方式驱动。如图所示压头18内部有一个球铰弹簧结构，以便使压头的上端面适应模具的圆周偏摆运动。

旋转压实机的轴向压实系统在对材料样品产生轴向压实的同时，旋转压实机的偏转系统处于偏转状态，产生圆周偏转运动，这种轴向压实运动与圆周偏转运动相结合，真实的模拟了车辆轮胎和其它压实设备对路面材料的滚动作用，有效地模拟了路面材料的实际受力情况，试验数据真实、可靠，为路面学科的研究、设计及工程施工提供了可靠的实验依据。

当旋转压实试验达到规定的转数或规定的材料样品高度时，通过微机自动控制系统使偏转系统由偏转状态转变到零位状态，旋转压实机对材料样品试件进行端面整平。然后轴向压实及脱模系统的驱动电机停机，放松模具顶的定位夹具，取走模具顶，启动轴向压实及脱模系统的驱动电机，使压缩轴继续轴向移动，把材料样品试件推出基架5的顶面，驱动电机停机，材料样品试件脱模，从压实机上取走材料样品试件，使轴向压实及脱模系统的驱动电机反转，轴向压实及脱模系统的压头18回到初始位置，驱动电机29停机，试验结束。

以上实施例仅仅说明本发明的具体应用，不能理解为对本发明保护范围的限定，只要是采用本发明的技术方案，或者仅仅是通过本领域的普通技术人员都能作出的常规改动或者变形，都落入本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1、一种制作沥青路面材料试件的旋转压实机，包括控制装置、传感系统、电动机、减速机、轴向压实机构、偏转机构，模具，其特征在于：电动机连接减速机、减速机连接轴向压实机构和偏转机构，控制装置连接电动机和传感系统，传感系统连接轴向压实机构和偏转机构，所述的电动机是普通的异步电动机；所述的偏转机构可以实现模具轴线与轴向压实机构的压缩轴轴线之间夹角大小的调节。

2、如权利要求1所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的偏转机构包括基架(5)、叉形轴(6)、叉形连杆(12)、滑块旋转总成(13)和齿轮传动装置输出轴套(14-1)，模具(1)的下端能以叉形轴(6)的轴心线和叉形轴轴叉叉孔的轴心线(11)的交点为铰点，绕压缩轴(17)轴线作圆周偏转运动。

3、如权利要求2所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的实现圆周偏转运动的装置连接关系是：驱动电机(15)和齿轮传动装置(14)安装在基架(5)上，传动装置(14)输入端与驱动电机(15)联接，输出端通过输出轴套(14-1)与滑块(13-2)通过端面螺纹联接。

4、如权利要求3所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的滑块旋转总成(13)，它由与叉形连杆杆端(12-2)铰接联接的销轴(13-1)、联接销轴的滑块(13-2)、滑块在其滑槽中滑动的旋转盘(13-3)、零位档块(13-4)、可调档块(13-5)组成，当滑块与零位档块接触时，偏转系统处于零位状态；当滑块与可调档块(13-5)接触时，偏转系统处于偏转状态；改变可调档块在滑槽中的位置可改变偏转机构的压实角。

5、如权利要求1所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：还设有脱模机构，所述的脱模机构包含一个具有纵向中心轴线和圆柱形通孔的模具(1)；定位夹紧在基架(5)顶部的模具顶(9)伸入模具内孔的上部，模具底盘(2)置于模具内孔的下部，被压实材料被模具顶(9)和模具底盘(2)封闭在模具内孔中；压头(18)位于模具底盘(2)下部。

6、如权利要求5所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的压头18也可用液压或气动的方式驱动

7、如权利要求1所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的轴向压实机构的连接关系是：驱动电机(29)连接齿轮传动装置(28)、齿轮传动装置(28)连接皮带传动装置(27)，皮带传动装置(27)连接滚珠丝杠(19)，滚珠丝杠(19)通过滚珠丝杆螺母连接压缩轴(17)，压缩轴(17)端部设有压头(18)，压头(18)推动模具底盘2把轴向压实力施加到被压实的材料上。

8、如权利要求1所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的轴向压实装置包含一个测量压实力的压力传感器(23)，控制系统利用压力传感器(23)的测量信号反馈控制驱动电机(29)的转动，使压实力保持稳定。

9、如权利要求1所述的制作沥青路面材料试件的旋转压实机，其特征在于：所述的摆框摆框底板(3-2)与叉形连杆的叉端(12-1)铰接联接，叉形连杆的杆端(12-2)与滑块旋转总成(13)的销轴(13-1)铰接联接。

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