CN107817169B - 模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，包括环境箱及其内设置的能够在水平方向来回滑动的试件承载板；环境箱由隔热板隔开形成高温环境箱与低温环境箱，高温环境箱与低温环境箱中均安装有能够对待测试件施加压力且在水平方向来回滑动的加载车轮，加载车轮位于试件承载板的上方，加载车轮通过传力杆连接第一动力装置；隔热板能够旋转至其底部高于试件承载板；高温环境箱中安装有加热装置，低温环境箱中安装有制冷系统；高温环境箱和低温环境箱中均安装温度传感器，传力杆上安装有位移传感器和压力传感器，温度传感器、位移传感器和压力传感器均连接控制面板。本发明能完成温度骤变情况下沥青混合料抗的疲劳性能测试。

Description

模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置

技术领域

本发明属于沥青混合料疲劳加载设备技术领域，具体涉及一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置。

背景技术

现今，随着公路建设事业的的高速发展，公路工作者们不仅仅只关注沥青混合料的早期性能，而且还十分重视沥青混合料的耐久性，即沥青混合料的疲劳性能。疲劳是指材料在远低于其极限强度的重复荷载作用下，导致路面开裂的一种破坏现象。沥青混合料的疲劳性能就是其在反复荷载作用下抵抗这种疲劳破坏的能力。目前，测试沥青混合料疲劳性能的方法大致可分为室内和室外两种。两种测试犯法各有优缺点。但都不能很好的反应材料在外界条件剧烈变化时，沥清混合料的疲劳性能，因此急需一种可以模拟环境温度骤然变化的沥青混合料疲劳加载装置。

目前，常见沥青混合料疲劳试验测试方法存在以下缺点：

一、室外测试方法如环道试验加速加载试验等耗资巨大、周期长，且试验结果受当地环境及所用路面结构影响较大。

二、室内试验不能很好的模拟路面单元的综合受力状态，与实际疲劳效应有差别。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，能够完成温度骤变情形下沥青混合料抗疲劳性能的测试。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括环境箱，环境箱内设置有能够在水平方向来回滑动的试件承载板；环境箱由隔热板隔开形成高温环境箱与低温环境箱，高温环境箱与低温环境箱中均安装有能够对待测试件施加压力且在水平方向来回滑动的加载车轮，加载车轮位于试件承载板的上方，加载车轮通过传力杆连接第一动力装置；隔热板能够旋转至其底部高于试件承载板；

高温环境箱中安装有加热装置，低温环境箱中安装有制冷系统；

高温环境箱和低温环境箱中均安装温度传感器，传力杆上安装有位移传感器和压力传感器，温度传感器、位移传感器和压力传感器均连接控制面板。

进一步地，高温环境箱与低温环境箱均含有内壁和外壁；加热装置包括设置于高温环境箱内壁与外壁之间的电热丝；制冷系统包括安装在低温环境箱内壁与外壁之间的蒸发器，蒸发器依次通过管道与过滤器和压缩机连接形成回路，回路中填充有冷凝液。

进一步地，压缩机位于高温环境箱的内壁和外壁之间。

进一步地，环境箱的内侧壁上设置第一滑轨，试件承载板的侧壁上安装有和第一滑轨相配合的第一滑轮，试件承载板通过连接杆件连接第二动力装置，环境箱的侧壁上开设有用于试件承载板滑出的通孔。

进一步地，环境箱开设有通孔的侧壁上设有带玻璃窗的门。

进一步地，第一动力装置和第二动力装置均采用伺服式液压机。

进一步地，环境箱顶部安装第二滑轨，第二滑轨通过第二滑轮连接车轮吊板，传力杆穿过车轮吊板；传力杆和加载车轮之间为螺纹连接。

进一步地，试件承载板的侧壁上安装有定位螺母。

进一步地，环境箱底部安装有四个车轮和四个支撑底座；控制面板还连接有计时装置。

进一步地，高温环境箱与低温环境箱的外壁材料均采用不锈钢，高温环境箱的内壁采用能够拆卸的防热板，低温环境箱的内壁采用工程塑料ABS板；隔热板采用陶瓷隔热板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过设置高温环境箱以及低温环境箱，并分别设置加热装置和制冷系统，可以通过需要调整实验时所需的温度骤降以及升降温幅度，能够使实验温度得到控制，本发明使用高温环境箱以及低温环境箱对实验温度进行调整，达到实验人员理想中的温度骤变；同时，通过加载车轮模拟实际路面受载的情况，并且加载车轮能够移动，可以达到施加动荷载的目的，从而完成对温度骤变情况下沥青混合料抗的疲劳性能测试；通过设置位移传感器、压力传感器以及控制面板来控制不同的加载类型，其中，力传感器能够获取待测试件所受动载侧限压力，位移传感器能够获得加载车轮的位移变化，达到剪切荷载的大小和位移的大小控制，从而控制不同的加载类型，如等应变或等应力加载。

进一步，本发明通过在试件承载板下设第一滑轨、右设连接杆件以此达到试件在高低温环境箱的自由移动；同时，环境箱的侧壁上开设有通孔，能够用于试件承载板滑出，方便试件的放入及取出。

进一步，本发明设有带玻璃窗的门，便于密封环境箱且可以实时观察实验过程中的各种状况。

进一步，本发明传力杆和加载车轮之间为螺纹连接，可以更换不同真实加载车轮对试件施加动压力载荷，可以施加不同接触面积的实际动轮载，且通过安装车轮吊板等，使加载车轮运行可控。

进一步，本发明通过在环境箱的底面四个角设置车轮及支撑底座，便于仪器的搬运，且静置时，收起车轮，放下支撑底座，减少车轮的损坏，并防止仪器安装不稳定。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的制冷系统示意图；

图3(a)为本发明的加载装置示意图；图3(b)是加载装置的侧视图；

图4(a)为本发明的带玻璃窗的门示意图；图4(b)为本发明的试件承载板的示意图；

图5为本发明的高温环境箱电热丝分布图；

图6为本发明的控制面板示意图；

图7为本发明电路控制示意图。

其中1-1高温环境箱、1-2低温环境箱、2加载车轮、3试件承载板、4传力杆、5隔热板、6第一滑轨、7第一滑轮、8车轮、9车轮吊板、10电热丝、11温度传感器、12位移传感器、13压力传感器、14伺服式液压机、15连接杆件、16控制面板、17定位螺母、18带玻璃窗的门、19支撑底座、20导管、21导线、22蒸发器、23过滤器、24压缩机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参考图1，本发明包括环境箱、加载车轮2、试件承载板3、传力杆4、隔热板5、第一滑轨6、第一滑轮7、车轮8、车轮吊板9、电热丝10、温度传感器11、位移传感器12、压力传感器13、伺服式液压机14、连接杆件15、控制面板16、定位螺母17、带玻璃窗的门18、支撑底座19、导管20、导线21、蒸发器22、过滤器23、压缩机24、第二滑轨。环境箱被隔热板5分成高温环境箱1-1与低温环境箱1-2两部分。隔热板5为可旋转的陶瓷隔热板，能够旋转至其底部高于试件承载板3。

高温环境箱1-1中安装有加热装置，低温环境箱1-2中安装有制冷系统。

高温环境箱1-1内壁采用可拆卸防热板，减少实验过程中可能掉落的实验残渣对电热丝10的污染；外壁采用不锈钢材料，起到支撑箱体的作用，并密闭环境箱。

低温环境箱1-2与高温环境箱1-1采用相同的外壁材料，内壁采用工程塑料ABS板。蒸发器22位于低温环境箱1-2内外壁之间，且与过滤器23、压缩机24以及管道相连形成回路，回路中填充有冷凝液，组成制冷系统，如图2所示。过滤器23和压缩机24均位于高温环境箱1-1内壁与外壁之间，其中，压缩机24位于高温环境箱1-1内外壁之间，可以提供一定的温度，减少能量的消耗。

加载车轮2通过传力杆4连接第一动力装置；试件承载板3下设置有第一滑轨6，试件承载板3的侧壁上安装有和第一滑轨6相配合的第一滑轮7，试件承载板3通过连接杆件15连接第二动力装置，环境箱的侧壁上开设有用于试件承载板3滑出的通孔，环境箱开设有通孔的侧壁上设有带玻璃窗的门18。第一动力装置和第二动力装置均采用伺服式液压机14。试件承载板3能够在水平方向来回滑动，可保证试件在高温环境箱1-1与低温环境箱1-2中来回滑动。

四个车轮8分别位于环境箱底部的四个角，在需要移动仪器时，起到减少摩擦的作用；四个支撑底座19分别位于四个车轮8的外侧，起到固定仪器的作用，避免仪器滑动造成破坏。

车轮吊板9位于环境箱内顶部，车轮吊板9前后两侧通过第二滑轮和第二滑轨相连，第二滑轨安装在环境箱内侧壁上，传力杆4穿过车轮吊板9；两个伺服式液压机14均位于环境箱1外侧，传力杆4通过液压伺服机14为加载车轮2提供水平运动动力，同时伺服式液压机14通过导管20控制加载车轮2作用到试件上的压力，以便模拟实际车辆荷载作用到路面上的压力。

温度传感器11分别位于高温环境箱1-1与低温环境箱1-2中，且位于试件承载板3右上方。加载车轮2通过传力杆4与伺服式液压机14相连，如图3(a)和图3(b)所示，传力杆4上附位移传感器12及压力传感器13，加载车轮2可根据不同地区不同的轴载选择不同的轮胎，加载车轮2能够对待测试件施加压力且在水平方向来回滑动。

参见图4(a)，带玻璃窗的门18位于环境箱的侧壁上，便于更换加载车轮2、放置试件以及在测试时密封环境箱，且可以实时观察实验过程中的各种状况。参见图4(b)，试件承载板3为长方形抽屉式结构，便于放置待测试件，试件承载板3位于加载车轮2的下方，定位螺母17位于试件承载板3右侧两端点位置处，起到固定试件的作用。本发明采用长方体形的待测试件，能很好的反映出路面结构的受力状况。

参见图5，电热丝10设置于高温环境箱1-1内壁与外壁之间，在两侧壁板和底面壁板内均匀设置电热丝10，以达到均匀加热的效果。

参见图6和图7，控制面板16位于环境箱外侧并通过导线21与温度传感器11、位移传感器12、压力传感器13和计时装置相连，温度传感器11、位移传感器12和压力传感器13受控制面板16的调控。控制面板16上有车轮上升开关、电源开关、高温箱温度控制开关、低温箱温度控制开关、车轮速度开关、压力大小开关、高温加载开关和低温加载开关，还有温度显示屏、压力显示屏和时间显示屏，并在各显示屏一侧对应设置有温度控制开关、加载控制开关和时间控制开关。控制面板16通过计时装置控制分别位于高温环境箱1-1与低温环境箱1-2中的时间。

加载车轮2通过穿过车轮吊板9的传力杆4连接到伺服式液压机14上，通过伺服式液压机14对加载车轮2施加荷载，提供试验所需的剪切力，通过伺服式液压机14、车轮吊板9和第二滑轨相配合，带动加载车轮2水平来回滑动，从而可以达到施加动荷载的目的；位于环境箱内部右侧的连接杆件15通过伺服式液压机14对试件位置进行调整，达到试件可以自由在高低温环境箱来回移动的目的，同时在加载车轮2上附有位移传感器12及压力传感器13，实时控制实验过程中的变化，并记录数据。高温环境箱1-1的双层夹板中设置有加热用的电热丝10，并根据温度传感器对温度进行调控。位于试件承载板3右侧的定位螺母17可以将试件固定在指定的位置，以免试件产生多余的移动，低温环境箱1-2内外壁间设置有蒸发器22，进行温度的降低。

本发明的使用过程为：接通电源，打开带玻璃窗的门18，通过实验要求，选择合适的加载车轮2，更换完毕后，将试件放入，并通过定位螺母17将试件牢牢固定住，以免产生多余的位移，关上带玻璃窗的门18，通过控制面板16进行试验参数的设置，选择合适的实验温度、加载车轮的速度、车轮荷载大小以及在高温环境箱1-1与低温环境箱1-2中的时间。最后，点击控制面板16上的开始按钮进行实验。

本发明通过可以更换轮胎的车轮模拟实际路面受载的情况，考虑胎压以及轮胎花纹的影响，且利用滑轨可以达到施加动荷载的目的。还可以根据实际情况对动荷载的速度进行控制与调整。通过传力杆与伺服式液压机对荷载的大小进行控制达到以不同形式加载的目的。最终达到可以对温度骤变情况下沥青混合料抗的疲劳性能进行测试的目的。

Claims (8)

1.一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：包括环境箱，环境箱内设置有能够在水平方向来回滑动的试件承载板(3)；环境箱由隔热板(5)隔开形成高温环境箱(1-1)与低温环境箱(1-2)，高温环境箱(1-1)与低温环境箱(1-2)中均安装有能够对待测试件施加压力且在水平方向来回滑动的加载车轮(2)，加载车轮(2)位于试件承载板(3)的上方，加载车轮(2)通过传力杆(4)连接第一动力装置；隔热板(5)能够旋转至其底部高于试件承载板(3)；

高温环境箱(1-1)中安装有加热装置，低温环境箱(1-2)中安装有制冷系统；

高温环境箱(1-1)和低温环境箱(1-2)中均安装温度传感器(11)，传力杆(4)上安装有位移传感器(12)和压力传感器(13)，温度传感器(11)、位移传感器(12)和压力传感器(13)均连接控制面板(16)；

高温环境箱(1-1)与低温环境箱(1-2)均含有内壁和外壁；加热装置包括设置于高温环境箱(1-1)内壁与外壁之间的电热丝(10)；制冷系统包括安装在低温环境箱(1-2)内壁与外壁之间的蒸发器(22)，蒸发器(22)依次通过管道与过滤器(23)和压缩机(24)连接形成回路，回路中填充有冷凝液；

环境箱的内侧壁上设置第一滑轨(6)，试件承载板(3)的侧壁上安装有和第一滑轨(6)相配合的第一滑轮(7)，试件承载板(3)通过连接杆件(15)连接第二动力装置，环境箱的侧壁上开设有用于试件承载板(3)滑出的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：压缩机(24)位于高温环境箱(1-1)的内壁和外壁之间。

3.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：环境箱开设有通孔的侧壁上设有带玻璃窗的门(18)。

4.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：第一动力装置和第二动力装置均采用伺服式液压机(14)。

5.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：环境箱顶部安装第二滑轨，第二滑轨通过第二滑轮连接车轮吊板(9)，传力杆(4)穿过车轮吊板(9)；传力杆(4)和加载车轮(2)之间为螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：试件承载板(3)的侧壁上安装有定位螺母(17)。

7.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：环境箱底部安装有四个车轮(8)和四个支撑底座(19)；控制面板(16)还连接有计时装置。

8.根据权利要求1所述的一种模拟环境温度骤变的沥青混合料疲劳加载装置，其特征在于：高温环境箱(1-1)与低温环境箱(1-2)的外壁材料均采用不锈钢，高温环境箱(1-1)的内壁采用能够拆卸的防热板，低温环境箱(1-2)的内壁采用工程塑料ABS板；隔热板(5)采用陶瓷隔热板。

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