CN102042923B - 沥青混合料试件室内碾压成型仪及其成型控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青混合料试件室内碾压成型仪及其成型控制方法。所述成型仪，包括机架、碾压轮、模具、模具驱动装置，还包括碾压轮驱动装置，该装置主要由第一减速机构、碾压轮支架、液压油缸、第一导轨和传动链组成；所述模具驱动装置主要由模具驱动支架、第二导轨、第二减速机构、减速升降机构、升降台和水平丝杠组成；碾压轮安装在碾压轮支架上，碾压轮支架与第一减速机构连接，模具驱动支架通过水平丝杠与第二减速机构连接，减速升机构固定在模具驱动支架上并与升降台连接。所述方法包括：参数的设定、是否到起始位置、施加碾压力、压力值与设定值比较、碾压轮碾压、判断一轮碾压是否结束等步骤。其优点是模拟准确性高、自动化程度高、适用性广。

Description

沥青混合料试件室内碾压成型仪及其成型控制方法

技术领域

本发明涉及路面铺设材料试验设备，尤其涉及沥青混合料试件室内碾压成型仪及其成型控制方法。

背景技术

由于沥青混合料的粘弹性特征，沥青路面在重复荷载的作用下会出现永久变形（车辙）。近年来，车辙损坏已经成为沥青路面较为突出的早期损坏模式之一。车辙不仅会增大道路的不平整度，还会在雨季引起行驶车辆的漂移、在冰冻季节导致行驶车辆的滑移，这些将显著影响路面服务质量并危及人民生命财产安全。为了控制沥青路面车辙，在进行沥青路面结构设计时将考虑容许车辙检验。目前，以沥青混合料的车辙试验作为主要的检验手段，它是确保沥青结构整体路用性能的关键。

车辙仪是一种小比例尺的车辙模拟试验机，它是通过缩小尺寸类似于轮胎的加载轮，在一定温度和一定尺寸的沥青混凝土试件上往复行走，模拟汽车荷载的作用效果，可以较为迅速、经济地预估和评价沥青混合料的抗车辙性能。

目前我国车辙仪其结构如图9，它主要由机架100、载荷101、碾压轮201、碾压轮支架202、模具和模具传动机构300组成。碾压轮支架为一杠杆结构，碾压轮连接在该支架上，碾压轮支架一端铰接于机架，支架上置有载荷101，调节载荷101在支架上相对于铰接点的位置，就能调节碾压轮对模具内的沥青混凝土试件的压力，模具301在模具传动机构300的驱动下，相对碾压轮往复运动，模拟车轮的相对地面的运动。这种轮碾成型仪，存在这样的不足：碾压轮相对试件的运动是非匀速运动，试件各部位所受载荷不均匀，压实度不一致，使得成型后的试件各部分密度不均匀，无法较准确地模拟现场施工过程中压路机的碾压状况，因而试验数据的可靠性差。同时碾压轮上的压力调节是依靠调节载荷的位置，这种调节不易做到精确和任意设置，因此操作不是很方便，精确性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可较好地模拟沥青路面现场施工实况的一种沥青混合料试件室内碾压成型仪及其成型控制方法，该目的通过如下技术方案来实现：

所述成型仪，包括机架、碾压轮、模具、模具驱动装置，还包括碾压轮驱动装置，该装置主要由第一减速机构、碾压轮支架、液压油缸、第一导轨和传动链组成 ；所述模具驱动装置主要由模具驱动支架、第二导轨、第二减速机构、减速升降机构、升降台和水平丝杠组成；第一、第二导轨和第一、第二减速机构分别固定在机架上；模具驱动支架滑动连接在第二导轨上，第二减速机构的输出轴与水平丝杠连接，水平丝杠上旋接螺母，该螺母与模具驱动支架连接，在水平丝杠旋转时，模具驱动支架沿第二导轨移动；减速升降机构固定在模具驱动支架上，模具安装在升降台上，减速升降机构的输出轴与升降台连接，带动升降台沿所述输出轴的轴向移动；碾压轮支架滑动连接在第一导轨上，碾压轮安装在碾压轮支架上并使碾压轮处于所述模具的上侧，碾压轮支架上端置有液压油缸，该液压油缸的活塞杆端部压触在碾压轮上，第一减速机构的输出轴与所述传动链传动连接，该传动链与碾压轮支架连接，在传动链传动时带动碾压轮支架沿第一导轨滑动。

所述成型仪的进一步设计在于，在活塞杆端部与碾压轮的压触部位设有测压传感器。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述碾压轮为充气轮。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述第三减速机构由第三电机、皮带轮传动链和蜗轮蜗杆减速升降机组成，皮带轮传动链中的主、从动皮带轮分别连接在第三电机的输出轴和所述减速升降机的蜗杆轴上。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述第二减速机构由第二电机和第二皮带轮传动链组成，第二皮带轮传动链中的主、从动皮带轮分别连接在第二电机的输出轴和水平丝杠上。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述第一、第二导轨分别通过连接于机架的两平行基座固定于机架，所述第一减速机构置于所述两基座之间。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述碾压轮支架下端设有与其运动方向垂直的滑动槽；所述第一减速机构由第一电机、链轮传动链、轮蜗杆减速机和传动销组成，第一电机传动轮蜗杆减速机，蜗轮杆减速机传动链轮传动链，组成链轮传动链的链条上设有传动销，传动销置于所述碾压轮支架下端的滑动槽中，链条传动时通过传动销推动滑动槽，带动所述碾压轮支架运动。

所述成型仪的更进一步设计在于，所述模具的内壁上设有数条凸筋。

所述成型控制方法包括如下步骤：

1）向控制计算机输入设定参数；

2）碾压轮是否到起始位置，如未到起始位置，第一减速机构工作使碾压轮运动直至到起始位置；

3）液压油缸向碾压轮施加碾压压力；

4）机根据测压传感器传送的压力值与设定值比较，如未达设定值，由液压油缸继续施加压力，直至达到设定值；

5）碾压轮按设定参数进行一轮碾压

6）根据碾压轮运行到设定的边缘区域的对边信号，判断一轮碾压是否结束，未结束按设定路线碾压；

7）一轮碾压结束，液压油缸卸载，碾压轮抬起；

8）第二减速机构工作，使模具运动到设定的位置，向控制计算机传送一轮碾压结束的信号；

9）判断是否达到设定的碾压轮数，如未达到设定的轮数进入步骤2），如达到，则本次成型结束。

本发明具有如下有益效果：1）通过对各种参数的设置，成型仪能很好地模拟出各种实际路面的承载状况，模拟准确性高，使试验数据更可靠；2）在成型过程中，碾压轮对试件的碾压均衡，从而保证试件各部分密度均匀，使得成型出来的车辙试验板更均匀；3）碾压的竖向载荷为1～12千牛，调节范围大，可适应不同的成型要求；4）整个操作过程只需向计算机输入相应数据，自动化程度高，效率高，劳动强度低。

附图说明

图1是本发明轮碾成型仪的结构示意图(其中模具驱动装置中的第三减速机构省略)。

图2是图1所示轮碾成型仪的右视图其中模具驱动装置中的第三减速机构省略)。

图3是图1所示轮碾成型仪的俯视图。

图4是图1所示轮碾成型仪的A向视图。

图5是图1所示轮碾成型仪的B部位的局部放大图。

图6是图1所示轮碾成型仪的C向视图（补充图1、图2被省略的第三减速机构）

图7是图6的D-D部位的剖视图

图8是图6的E-E部位的剖视图

图9是现有车辙仪结构示意图。

图10是碾压轮碾压路线示意图。

图11是成型控制的流程框图。

具体实施方式

对照图1、图2、图3，本发明的轮碾成型仪主要由机架10、碾压轮3、模具2、模具驱动装置和碾压轮驱动装置组成。碾压轮驱动装置和模具驱动装置分别置于机架的内、外侧（相对于操作位置，图1的左侧为内侧，右侧为外侧）。

碾压轮驱动装置主要由第一减速机构30、碾压轮支架33、液压油缸36、第一导轨32和传动链组成。而第一减速机构30是由第一电机30a、链轮传动链35、蜗轮蜗杆减速机30b和传动销30c组成。链轮传动链35包含链轮35a、链轮35b和与该两链轮啮合的链条。碾压轮支架33通过下端的两平行滑槽滑动连接在第一导轨32上。第一导轨32连接在基座31上，基座31固定在连接于机架10的支架34上。在支架34下方设有支架39，第一电机30a和第一蜗轮蜗杆减速机30b及链轮传动链35固定在该支架上。减速机30b的蜗轮轴通过联轴节30c与链轮35b的连接，链轮35a 、35b位于支架34的上方，并处于同一平面上，由链条（未画出）使其传动连接。链条上设有传动销35c，在碾压轮支架33的下端面设有与该支架33运动方向垂直的腰形长槽33a，传动销35c置于该腰形长槽中，请参见图4。在链条传动时，该销带动碾压轮支架33在第一导轨32上滑动。

碾压轮支架33上设有用于连接碾压轮3的连接件37，本实施例的碾压轮3为充气胶轮，该碾压轮通过其轴3a固定在该连接件上，并使碾压轮3处于模具2的上方。连接件37的上端设有液压油缸36，油缸36的活塞杆端部旋接在测压传感器38上（见图5），通过测压传感器38压触在碾压轮轴3a上。

模具驱动装置主要由模具驱动支架23、第二导轨11、第二减速机构、减速升降机构、升降台21、垂直丝杠25和水平丝杠24组成。其中的减速升降机构由第三电机27b、第一皮带轮传动链和蜗轮蜗杆减速升降机27e组成，请参见图6。第一皮带轮传动链中的主动皮带轮27b、从动皮带轮27分别连接在第三电机的轴和蜗轮蜗杆减速升降机27e的蜗杆轴上，减速升降机的输出轴为一垂直丝杠25，旋接在机体中，转动时沿轴向上下移动。该丝杠与升降台21连接。在减速升降机27e工作时，带动升降台上下移动。

升降台21的上端设有顶模22，该顶模的侧面设有高度方向的凹槽22a，模具2的内侧面上设有对应的凸筋2a，请参见图7、图8。在升降台上升，顶模22推动模具内的沥青混凝土试件时，凹槽22a和凸筋2a起导向作用。

模具驱动装置中的第二减速机构20由第二电机20a和第二皮带轮传动链组成，请参见图1。第二皮带轮传动链中的主动皮带轮20b、从动皮带轮20c分别连接在第二电机20a的输出轴和水平丝杠24上。模具驱动支架23的下端两侧连接有导轨槽29，对应于导轨槽29的机架10上设有第二导轨11，模具驱动支架23通过导轨槽29与第二导轨11的滑动连接而连接于机架10。水平丝杠24旋转时，模具驱动支架沿第二导轨11移动。

上述成型仪的成型过程由计算机控制，对应于升降台21和模具驱动支架23在一些位置上设有位置传感器，以通过计算机判定升降台21和模具驱动支架23当前所处位置，使成型过程自动化，具体成型步骤如下，并请参见图11。

1）向控制计算机输入设定参数

一般设置下列参数：

 a.成型试件的厚度。根据要求实际使用石料类型和路面设计层位确定成型试件厚度。

b. 成型方式。成型方式分为修平碾压和成型碾压两种，修平方主要是表面平整，碾压轮的压力较小，成型碾压主要是试件成型，碾压轮的压力较大。本实施例采用四轮碾压过程，前三轮碾压后一轮修平的成型方式

c. 碾压速度。本实施例采用40cm/s。

d. 碾压轮碾压的起始工作位置。起始工作位置由基准位置定出。本实施例的碾压轮3基准位置是碾压轮3中心线与模具中心线一致时的位置①。起始工作位置设定在距模具中心线距离为d₁的位置②，参见图10，d₁=45mm。

e. 每一轮碾压路线、每一位置的碾压遍数。

由于碾压轮只做沿试件长度方向的碾压运动，其相对试件宽度方向的位置确定是由模具驱动支架的移动作出的。由此，碾压位置是通过控制模具驱动支架来实现的。

本实施例第一轮碾压路线是：在起始工作位置对试件碾压2个来回（1个来回为1遍），移到距模具中心线距离为d₂=75mm的位置③处，碾压2遍，接着在中心的位置①处碾压3遍，再移到距模具中心线为d₁的另一侧的位置④处，该位置与位置①对称，碾压2遍。最后移到另一侧距模具中心线为d₂的位置⑤处，该位置与位置③对称，在位置⑤处碾压2遍。

2）碾压轮是否到起始位置，如未到起始位置，第一减速机构工作使碾压轮运动直至到起始位置。

   参数设置好后，成型仪开始工作。首先检测碾压轮的起始工作位置，在碾压轮未达起始工作位置时，控制计算机将启动第一减速机构工作，通过链轮传动链35的传动，传动销35c对碾压轮支架下端的滑动槽33a的作用带动碾压轮支架沿第一导轨32运动，使碾压轮3至到起始工作位置。

3）液压油缸向碾压轮施加碾压压力。

     控制计算机启动液压油缸36向碾压轮施加压力。

4）根据测压传感器传送的压力值与设定值比较，如未达设定值，由液压油缸继续施加压力，直至达到设定值

测压传感器36a将所测压力传送至控制计算机，计算机对该测定值与设定的压力值进行比较，如小于测定值将使液压油缸36继续增加压力直到所施压力等于设定的压力值。

 5）碾压轮按设定参数进行一轮碾压

控制计算机启动第一减速机构35工作，碾压轮3按上述设定的成型方式、碾压速度、碾压轮碾压的起始工作位置、每一轮碾压路线、每一位置的碾压遍数进行碾压。

6）根据碾压轮运行到设定的边缘区域的对边信号，判断一轮碾压是否结束，未结束按设定路线碾压。

   完成一轮碾压，碾压轮至本轮碾压最终位置，对应传感器向控制计算机传送本轮碾压的碾压轮对边信号。对边信号的发出，控制计算机判断一轮碾压结束，否则碾压轮按上述设定路线继续碾压。

7）一轮碾压结束，液压油缸卸载，碾压轮抬起；

   控制计算机使液压油3缸卸载压力并带动碾压轮3上升，脱开试件5。

8）第二减速机构工作，使模具运动到设定的位置，向控制计算机传送一轮碾压结束的信号；

   控制计算机启动第二减速机构20工作，丝杠29d转动，使模具驱动支架沿第二导轨移动，碾压轮相对运动到设定的起始位置，控制计算机启动减速升降机构工作，升降台上升，顶模22推动碾压后被压缩的试件上升一定高度，以便进行下一轮碾压。在碾压轮回到起始位置的同时，通过对应位置传感器向控制计算机传送本轮碾压结束的信号。

9）控制计算机是否达到设定的碾压轮数，如未达到设定的轮数进入步骤2），如未达到，则本次成型结束，如达到，则本次成型结束。

Claims (10)

1.沥青混合料试件室内碾压成型仪，包括机架、碾压轮、模具、模具驱动装置，其特征在于还设有碾压轮驱动装置，该装置主要由第一减速机构、碾压轮支架、液压油缸、第一导轨和链轮链条传动链组成；所述模具驱动装置主要由模具驱动支架、第二导轨、第二减速机构、减速升降机构、升降台和水平丝杠组成；第一、第二导轨和第一、第二减速机构分别固定在机架上；模具驱动支架滑动连接在第二导轨上，第二减速机构的输出轴与水平丝杠连接，水平丝杠上旋接第二螺母，该螺母与模具驱动支架连接，在水平丝杠旋转时，模具驱动支架沿第二导轨移动；减速升降机构固定在模具驱动支架上，模具安装在升降台上，减速升降机构的输出轴与升降台连接，带动升降台沿所述输出轴的轴向移动；两碾压轮支架滑动连接在第一导轨上，碾压轮安装在碾压轮支架上并使碾压轮处于所述模具的上侧，碾压轮支架上端置有液压油缸，该液压油缸的活塞杆端部压触在碾压轮上，第一减速机构的输出轴与所述链轮链条传动链传动连接，链轮链条传动链的链条上设有传动销，该传动链与碾压轮支架连接:在碾压轮支架的下端面设有与该支架运动方向垂直的腰形长槽，传动销置于该腰形长槽中，在传动链传动时，该销带动碾压轮支架沿第一导轨滑动。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于在活塞杆端部与碾压轮的压触部位设有测压传感器。

3.根据权利要求2所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述碾压轮为充气轮。

4.根据权利要求3所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述碾压轮支架的一侧设有连接件，碾压轮通过连接件固定在碾压轮支架上。

5.根据权利要求3所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述减速升降机构由第三电机、第一皮带轮传动链和蜗轮蜗杆减速升降机组成，皮带轮传动链中的主、从动皮带轮分别连接在第三电机的输出轴和所述减速升降机的蜗杆轴上。

6.根据权利要求3所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述第二减速机构由第二电机和第二皮带轮传动链组成，第二皮带轮传动链中的主、从动皮带轮分别连接在第二电机的输出轴和水平丝杠上。

7.根据权利要求3所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述碾压轮为充气胶轮，两所述导轨分别通过连接于机架的两平行基座固定于机架，所述第一减速机构置于所述两基座之间。

8.根据权利要求7所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述碾压轮支架下端设有与其运动方向垂直的腰形长槽；所述第一减速机构由第一电机和轮蜗杆减速机组成，第一电机传动轮蜗杆减速机，轮蜗杆减速机传动所述链轮传动链，组成链轮传动链的链条上设有传动销，传动销置于所述碾压轮支架下端的腰形长槽中，链条传动时通过传动销推动腰形长槽，带动所述碾压轮支架运动。

9.根据权利要求8所述的沥青混合料试件室内碾压成型仪，其特征在于所述模具的内壁上设有数条凸筋。

10.如权利要求1至9任一项所述成型仪的成型控制方法，其特征在于包括如下步骤：

 1）向控制计算机输入设定参数；

2）碾压轮是否到起始位置，如未到起始位置，第一减速机构工作使碾压轮运动直至到起始位置；

3）液压油缸向碾压轮施加碾压压力；

4）根据测压传感器传送的压力值与设定值比较，如未达设定值，由液压油缸继续施加压力，直至达到设定值；

5）碾压轮按设定参数进行一轮碾压

6）根据碾压轮运行到设定的边缘区域的对边信号，判断一轮碾压是否结束，未结束按设定路线碾压；

7）一轮碾压结束，液压油缸卸载，碾压轮抬起；

8）第二减速机构工作，使模具运动到设定的位置，向控制计算机传送一轮碾压结束的信号；

9）判断是否达到设定的碾压轮数，如未达到设定的轮数进入步骤2），如达到，则本次成型结束。

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