CN103323353A - 可调频调压动水压力发生器 - Google Patents

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潘宝峰
邵龙潭
佟宇
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Abstract

本发明属于道路工程沥青路面水损害技术领域，涉及一种研究材料在动水压力作用下抗冲刷能力的仪器。其特征是电机、滑道下部和水缸固定在试验台上，滑道上部为滑块，滑块在滑道上做水平直线运动。电机转轴与凸轮、凸轮与曲柄采用铰结方式连接，滑块左端与曲柄铰接连接，右端与活塞杆用螺栓固结，使活塞杆做水平直线运动，活塞杆与水缸采用线性轴承连接，水缸内装满水，水缸下部接压力变送器，测量水压力的大小，上部接导管，水缸内水在动水压力作用下沿导管流出冲刷试件。本发明的效果和益处是能模拟道路材料在车辆行驶过程中荷载的施加和卸除以及动水压力作用下水对试件的冲刷，客观反映道路材料在荷载和水共同作用下的力学损伤状况。

Description

可调频调压动水压力发生器
技术领域
本发明属于道路工程沥青路面水损害技术领域，涉及一种研究材料在动水压力作用下抗冲刷能力的仪器,特别涉及可调频调压动水压力发生器。
背景技术
目前，为研究和评价材料的抗冲刷能力，世界各国道路工作者为研制开发材料冲刷的试验仪器做了许多有益的工作，其中最具代表性的是法国和澳大利亚的道路工作者。法国道路当局利用旋转刷或振动台研究材料的抗冲刷能力，但钢刷法不涉及水，并不能模拟路面基层材料实际冲刷状况，存在着明显的局限性。澳大利亚利用振动台进行水泥处置材料的冲刷试验，其原理是将CBR标准试件养生后浸水，然后放到注有50mm水的钢容器内，利用振动测定材料的每分钟冲刷率(称为冲刷性)。国内院校根据振动台试验提出了自己的试验装置，并对材料的冲刷特性做了相应的研究。不过由于该类方法对外荷载的控制较差，同时只是模拟水波对基层试件表面的影响，与实际路面在行车荷载下所产生的冲刷相比，冲刷作用太弱，其局限性亦较大。公路工程无机结合料稳定材料试验规程中规定的试验方法是借助于多功能材料试验仪(MTS)进行加载，以一定频率对试件进行循环加压，对试件形成抽吸作用。由于MTS设备的成本较高，贵州交通规划勘察设计研究SCH WEW相互院简化了这种试验装置，但也导致了压力和频率的控制不再那么容易。中南大学利用调速电机实现了路面材料抽吸冲刷试验装置，该装置利用车轮的左右前进来代替MTS压头的上下运动，更能较好地模拟车轮对路面施加的循环荷载作用。这类试验装置的共同特点是利用反复荷载对水中材料进行压缩和放松，从而产生抽吸现象，模拟车轮荷载的作用，虽然比钢刷法和振动台法更加逼近真实状态，但由于浸泡在水中的材料没有侧向压力约束，处于排水状态，其动水压力相对较小。虽然中南大学的装置对试件的水环境进行了封闭处理，属于不排水状态，其冲刷作用却非常弱，而且动水压力的大小无法人工控制。
发明内容
本发明的目的是提供可调频调压动水压力发生器的发生仪器，解决冲刷试验中水压力大小、频率不可调的技术问题。
本发明的技术方案是：可调频调压动水压力发生器包括电机、电机转轴、凸轮、曲柄、滑道、活塞杆、水缸、压力变送器和导管，其特征是电机、滑道下部和水缸固定在试验台上，滑道上部为滑块，滑块在滑道上做水平直线运动。电机转轴与凸轮、凸轮与曲柄采用铰结方式连接，滑块左端与曲柄铰接连接，右端与活塞杆用螺栓固结，使活塞杆做水平直线运动，活塞杆与水缸采用线性轴承连接，水缸内装满水，水缸下部接压力变送器，测量水压力的大小，上部接导管，水缸内水在动水压力作用下沿导管流出冲刷试件，冲刷过程中通过调节活塞杆进入水缸的体积和电机的频率产生压力0～1MPa，频率0～50Hz的动水压力。可调频调压动水压力发生器的具体工作流程为：启动电机，电机轴转动带动铰接的凸轮一起转动，凸轮的转动带动曲柄转动，曲柄与滑道上滑块铰结，滑块与活塞杆固结，曲柄的转动带动滑块和塞杆做水平的往复运动，活塞杆连接水缸，当活塞运动进入水缸时，会压缩水缸内的无气水，使水以设定的压力和速度流出水缸，沿导管冲刷试件，当活塞杆向水缸外运动，水流沿导管流回水缸，往复进行，实现了水对试件的反复冲刷。
本发明的效果和益处是：用本发明产生的可变压强、频率动水压力，对道路材料试件进行冲刷试验，能模拟道路材料在车辆行驶过程中荷载的施加和卸除以及动水压力作用下水对试件的冲刷，客观反映道路材料在荷载和水共同作用下的力学损伤状况。
附图说明
图1是可调频调压动水压力发生器结构示意图。
图中：1电机；2电机转轴；3凸轮；4曲柄；5滑道；6活塞杆；7水缸；8压力变送器；9导管。
图2是可调频调压动水压力发生器工作流程图。
图3是可调频调压动水压力发生器传动系统工作原理图。
图中：3凸轮；4曲柄；6活塞杆；T电机扭矩；F动水压力；α电机转动时曲柄与活塞杆夹角。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明采用SGMGH—13A电机，额定输出功率1.3kw，额定扭矩8.34N·m，瞬时最大扭矩23.3N·m，额定转速25Hz，最大转速50Hz。水缸采用不锈钢制作，其外径40mm、壁厚3mm、长70mm，能承受最大压力2MPa，活塞杆表面采用液压硬化处理，并经电镀硬烙、精镀，具有良好的耐磨、防腐等性能，杆直径D=16mm，曲柄长度L=90mm，凸轮半径R=35mm。
根据图3，假设电机扭矩为T，产生水压力为F，电机转动时曲柄与活塞杆夹角为α则：
Figure BDA00003475712800031
Figure BDA00003475712800032
Figure BDA00003475712800033
Figure BDA00003475712800034
Figure BDA00003475712800035
如果产生的单位水压力为p=1MPa，则
Figure BDA00003475712800041
求上式极值，令dT/dα＝0得：α1＝0.3985,α2＝2.7648，代入上式：
Figure BDA00003475712800043
所以动水压力发生器能产生最大压力1MPa、最大频率50Hz的动水压力，且压力大小可调。

Claims (1)

1.一种可调频调压动水压力发生器，包括电机、电机转轴、凸轮、曲柄、滑道、活塞杆、水缸、压力变送器和导管，其特征是电机、滑道下部和水缸固定在试验台上，滑道上部为滑块，滑块在滑道上做水平直线运动；电机转轴与凸轮、凸轮与曲柄采用铰结方式连接，滑块左端与曲柄铰接连接，右端与活塞杆用螺栓固结，使活塞杆做水平直线运动，活塞杆与水缸采用线性轴承连接，水缸内装满水，水缸下部接压力变送器，测量水压力的大小，上部接导管，水缸内水在动水压力作用下沿导管流出冲刷试件，冲刷过程中通过调节活塞杆进入水缸的体积和电机的频率产生压力0～1MPa，频率0～50Hz的动水压力。
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