CN109084945B - 车路耦合动态环境试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车路耦合动态环境试验装置，属于车路耦合试验设备技术领域，包括振动台、温湿控制箱、试验台、试件、试验轮、传动机构；温湿控制箱设置于振动台上，试验台设置于振动台上且位于温湿控制箱内，试验台包括升降台，试件设置于升降台上，试验轮与试件接触，用于往返碾压加载试件，传动机构设置于试验台上且与试验轮连接。本发明提供的车路耦合动态环境试验装置，可使试件同时受竖向压力及振动力，振动台能够模拟实际工程应用中路面在车辆载荷激励下的运动状态，从而能够对路面的各个力学参数进行更接近实际应用的模拟试验，可真实、全面的评价路面的力学性能。

Description

车路耦合动态环境试验装置

技术领域

本发明属于车路耦合试验设备技术领域，更具体地说，是涉及一种车路耦合动态环境试验装置。

背景技术

目前，工程应用中对特定路面设计中的力学指标(如路面的抗车辙性能、弹性模量、疲劳特性等)的性能验证主要在实验室内进行规范指定的试验，比如沥青混合料试件梁的三点(四点)弯曲实验检验其抗疲劳特性，等强度悬臂梁试件的弯曲实验检验其弹性模量，轮胎碾压循环往复加载检验其抗车辙性能，这些实验的方法及技术要求在工程规范中有详细的规定。

然而，这些实验中的路面试件均是固定于试验设备中，处于稳定静止状态。在高速公路的工程实际应用中，路面的工作状态及寿命主要考察路面材料在车辆动荷载的作用下以及环境条件如温度、湿度等的影响下其材料的路用特性以及抵抗破坏的能力，路面材料在实际路面工作时，在车载激励下会产生振动，特别是在高速公路桥梁铺装上，车辆荷载作用使得路面材料始终处于运动状态，因此，研究路面材料的实际力学响应特性，需设计与此运动相关的可固定于模拟振动的激振设备上的路面试验装置，而现有的试验设备难以满足所需要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车路耦合动态环境试验装置，旨在解决现有试验中存在的不能模拟路面运动状态的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种车路耦合动态环境试验装置，包括：

振动台；

试验台，设置于所述振动台上；所述试验台包括升降台；

试件，设置于所述升降台上；

试验轮，与所述试件接触，用于碾压所述试件；

传动机构，设置于所述试验台上且与所述试验轮连接，用于驱动所述试验轮运动；

温湿控制箱，罩设在所述试验台上。

进一步地，所述试件、所述试验轮均设有两个，所述试件与所述试验轮一一对应；两个所述试验轮通过连接轴相接。

进一步地，所述试验台还包括：

下平台，设置于所述振动台上；

上平台，位于所述下平台上方；

连接杆，连接所述下平台与所述上平台；所述连接杆设有两组，每组所述连接杆连接一个所述升降台；每个所述升降台上设置一个所述试件。

进一步地，所述升降台由气缸驱动升降；所述气缸固定在所述下平台上。

进一步地，所述升降台与所述连接杆螺纹连接。

进一步地，所述传动机构包括：

动力机构，固定在所述上平台上；

变速箱，固定在所述上平台上且与所述动力机构连接；

丝杠，设有两个，分别与所述变速箱连接；每一所述丝杠上均套设有与所述试验轮的传动轴相连的连接块；两个所述连接块由所述连接轴相连；

丝杠螺母，设有两个，所述丝杠螺母与所述丝杠一一对应，所述丝杠螺母套设在所述丝杠上且与所述连接块相连。

进一步地，所述上平台上设有轴承座；所述丝杠的一端与所述变速箱连接，另一端与所述轴承座连接。

进一步地，所述动力机构为伺服电机。

本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明车路耦合动态环境试验装置，试验台设置在振动台上且位于温湿控制箱内，温湿控制箱能够模拟实际工程应用中路面所处的环境状态，振动台对试验台进而对试件施加振动力，使试件在试验中始终处于运动状态，振动台能够模拟实际工程应用中路面在车辆载荷激励下的运动状态；试验轮对试件施加竖向应力，试验轮能够模拟实际工程应用中路面所受的车辆碾压力；

该试验装置可使试件同时受竖向压力及振动力，能够对试件对应的路面的各个力学参数进行更接近实际应用的模拟试验，可真实、全面的评价路面的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车路耦合动态环境试验装置的主视结构示意图；

图2为图1所示的车路耦合动态环境试验装置的侧视结构示意图一；

图3为图1所示的车路耦合动态环境试验装置的侧视结构示意图二；

图4为图1所示的车路耦合动态环境试验装置的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的车路耦合动态环境试验装置的试验台、试件、试验轮、传动机构的连接关系示意图(图中没有显示上平台)。

图中：10、振动台；20、温湿控制箱；30、试验台；31、升降台；32、下平台；33、上平台；34、连接杆；40、试件；50、试验轮；61、伺服电机；62、变速箱；63、丝杠；64、丝杠螺母；65、连接块；67、联轴器；66、轴承座；70、连接轴；80、气缸。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的车路耦合动态环境试验装置进行说明。所述车路耦合动态环境试验装置，包括振动台10、温室控制箱20、试验台30、试件40、试验轮50、传动机构。

温湿控制箱20设置于振动台10上，试验台30设置于振动台10上且位于温湿控制箱20内，试验台30包括升降台31。试件40设置于升降台31上，试验轮50与试件40接触，用于碾压加载试件40。传动机构设置于试验台30上且与试验轮50连接，用于驱动试验轮50运动。传动机构及升降台31由控制机构控制运转。

本发明提供的车路耦合动态环境试验装置可测试路面的多个力学参数，测试不同的力学参数时，试件40上安装与该力学参数对应的传感器，并且使用与该力学参数对应的数据采集仪或数据记录仪采集记录测试数据。

本发明提供的试件40材料与测试的路面材料对应，比如，需要测试沥青混合料路面的性能，那么试件40为沥青混合料试件，需要测试水泥路面的性能，那么试件40为水泥试件。试验时，试件40由试模包裹，试件40的顶面外露。试模由钢板制成，包括底板和侧板。

振动台10为现有技术中实验室所使用的振动设备。温湿控制箱20内的温度为工程规范中要求的试验温度。试验轮50上可增设加载装置。试验轮50还可作为压力装置使用。

本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的使用过程如下：

将制作好的试件40放置到升降台31上，控制机构调整升降台31的位置，使试验轮50与试件40接触；将试验台30放置在振动台10上，将温湿控制箱20罩设在试验台30上；开启数据采集仪或数据记录仪，然后启动振动台10，振动台10对试验台30进而对试件40施加振动力，使试件40在试验中始终处于运动状态，振动台10能够模拟实际工程应用中路面在车辆载荷激励下的运动状态；若需要碾压试件40，启动传动机构，传动机构驱动试验轮50往复运动，碾压试件40，若不需要碾压试件40，传动机构关闭，试验轮50只对试件40施压，试验轮50相对于压力装置。试验轮50对试件40施加竖向应力，试验轮50能够模拟实际工程应用中路面所受的车辆碾压力；温湿控制箱20能够模拟实际工程应用中路面所处的环境状态；试验过程中，数据采集仪或数据记录仪记录试件40变形曲线。

本发明提供的车路耦合动态环境试验装置，与现有技术相比，可使试件40同时受竖向压力及振动力，模拟实际工程应用中路面在车辆载荷激励下的运动状态，能够对试件40对应的路面的各个力学参数进行更接近实际应用的模拟试验，可真实、全面的评价路面的力学性能。

另外，试件40设置在升降台31上，没有直接放置在振动台10上，振动台10不与试件40接触，试件40所受压力不会加载到振动台10上，振动台10避免承受过大的加载力，进而使得振动台10能够更好的模拟试件40的运动状态。

对于同一路段的路面，至少平行试验三个试件40，为了提升试件40的试验效率，作为本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的一种具体实施方式，升降台31上的试件40及试验轮50均设有两个，试件40与试验轮50一一对应；两个试验轮50通过连接轴70相接，参阅图4与图5。

传动机构通过连接轴70驱动两个试验轮50同时运动，两个试验轮50分别对一个试件40进行往复碾压或施加压力，每个试件40均连接一个传感器。该试验装置运行一次可同时记录两块试件40的变形曲线，提升了试验效率。

请参阅图1-3，作为本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的一种具体实施方式，试验台30还包括下平台32、上平台33及连接杆34。下平台32设置于振动台10上，上平台33位于下平台32的上方，连接杆34连接下平台32与上平台33，连接杆34设有两组，每组连接杆34连接一个升降台31，每个升降台31上设置一个试件40。

上平台33、下平台32相对于振动台10固定不动，试验轮50通过传动机构连接在上平台33上，为了能够在试验前及试验后便于取放试件40，及便于调整试件40的试验位置，试件40放置在升降台31上。

具体地，连接杆34设有两组，每组设有两个，连接杆34的两端分别与下平台32、上平台33的角点部位固定连接。升降台31的两端部位分别套设在连接杆34上，升降台31由气缸80驱动沿连接杆34上下移动，气缸80固定在下平台32上。为了减轻试验台30的整体重量，升降台31、下平台32及上平台33上均设有多个通孔。

为了保证升降台31与连接杆34稳定连接，作为本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的一种具体实施方式，连接杆34为螺杆，升降台31的与连接杆34套装部位的内壁上设有内螺纹，升降台31与连接杆34之间采用螺纹连接。气缸80驱动升降台31升降的同时，连接杆34转动，以与升降台31保持稳定连接，当气缸80驱动升降台31升至试验位置时，气缸80的气缸杆收回，由于升降台31与连接杆34螺纹连接，升降台31即使不受气缸80的支撑也能稳固在试验位置，这样使得试验时气缸80可不与升降台31接触，进而避免了气缸80受到加载力，提高了气缸80的使用寿命。

请参阅图1-4，作为本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的一种具体实施方式，传动机构包括动力机构、变速箱62、丝杠63及丝杠螺母64。

动力机构固定在上平台33的一侧，变速箱62固定在上平台33的一侧且与动力机构连接；具体地，动力机构为伺服电机61。丝杠63设有两个，分别与变速箱62连接，每一个丝杠63上均套设有与试验轮50的传动轴相连的连接块65，两个连接块65由连接轴70相连；丝杠螺母64设有两个，丝杠螺母64与丝杠63一一对应，丝杠螺母64套设在丝杠63上且与连接块65相连。

伺服电机61可精确控制变速箱62转速，其高速性能好，抗过载能力强，低速运行平稳，加减速的动态响应时间短。采用丝杠63与丝杠螺母64的传动方式，丝杠螺母机构传动方式平稳，能够保证带动试验轮50平稳往复运动，且丝杠螺母机构占用空间小，便于安装布置。

为了将丝杠63固定，作为本发明提供的车路耦合动态环境试验装置的一种具体实施方式，上平台33的与固定动力机构及变速箱62相连一侧的相对侧设有轴承座66，丝杠63的一端经联轴器67与变速箱62连接，另一端与轴承座66连接，轴承座66用于固定丝杠63，避免丝杠63转动时晃动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，包括：

振动台；

试验台，设置于所述振动台上；所述试验台包括升降台；

试件，设置于所述升降台上；

试验轮，与所述试件接触，用于碾压加载所述试件；

传动机构，设置于所述试验台上且与所述试验轮连接，用于驱动所述试验轮运动；

温湿控制箱，罩设在所述试验台上；所述温湿控制箱能够模拟实际工程应用中路面所处的环境状态；

其中，所述振动台对所述试验台进而对所述试件施加振动力，使所述试件在试验中始终处于运动状态，所述振动台能够模拟实际工程应用中路面在车辆载荷激励下的运动状态；所述试验轮对所述试件施加竖向应力，所述试验轮能够模拟实际工程应用中路面所受的车辆碾压力；

在所述传动机构处于启动状态时，所述传动机构驱动所述试验轮往复运动并碾压所述试件，在所述传动机构处于关闭状态时，所述试验轮静止并对所述试件施压；

所述试件、所述试验轮均设有两个，所述试件与所述试验轮一一对应；两个所述试验轮通过连接轴相接。

2.如权利要求1所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述试验台还包括：

下平台，设置于所述振动台上；

上平台，位于所述下平台上方；

连接杆，连接所述下平台与所述上平台；所述连接杆设有两组，每组所述连接杆连接一个所述升降台；每个所述升降台上设置一个所述试件。

3.如权利要求2所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述升降台由气缸驱动升降；所述气缸固定在所述下平台上。

4.如权利要求3所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述升降台与所述连接杆螺纹连接。

5.如权利要求3所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述传动机构包括：

动力机构，固定在所述上平台上；

变速箱，固定在所述上平台上且与所述动力机构连接；

丝杠，设有两个，分别与所述变速箱连接；每一所述丝杠上均套设有与所述试验轮的传动轴相连的连接块；两个所述连接块由所述连接轴相连；

丝杠螺母，设有两个，所述丝杠螺母与所述丝杠一一对应，所述丝杠螺母套设在所述丝杠上且与所述连接块相连。

6.如权利要求5所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述上平台上设有轴承座；所述丝杠的一端与所述变速箱连接，另一端与所述轴承座连接。

7.如权利要求5所述的车路耦合动态环境试验装置，其特征在于，所述动力机构为伺服电机。

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