CN109163915A - 用于轮胎条拉拔试验的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于轮胎条拉拔试验的试验装置及方法，它解决了现有技术中拉拔试验装置结构复杂的问题，具有便于观测，能有效获得拉拔试验所需数据的有益效果，其方案如下：用于轮胎条拉拔试验的试验装置，包括试验箱，试验箱内部设置土工填料；轮胎条试验件，装于试验箱土工填料内，轮胎条试验件的数量为若干个，且轮胎条试验件与拉拔机构连接，以通过拉拔机构将轮胎条试验件从试验箱土工填料中抽出；反力架，试验箱土工填料顶部与反力架之间设置升降部件，升降部件与反力架之间安装与控制器连接的第一拉压传感器。

Description

用于轮胎条拉拔试验的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及土木建筑技术领域，特别是涉及用于轮胎条拉拔试验的试验装置及方法。

背景技术

近年来，随着交通运输事业日益发达，各类汽车的数量急剧增加，由此造成的废旧轮胎的数量与日俱增。据不完全统计，美国每年超过两亿五千万的废旧轮胎需要处理，加拿大每年超过两千八百万，韩国每年超过两千万，目前中国已经成为全球第一大轮胎生产国，轮胎生产量达到三亿多，废旧轮胎的产生量达到两亿多。伴随而来的对环境造成的恶劣影响及资源浪费使得如何有效处理及利用这些轮胎，成为了当下全球应考虑的问题。

轮胎是通过硫化橡胶与高强钢丝制成，抗拉强度高、抗摩擦性能好，柔韧性和耐久性优良等(即使作为汽车轮胎使用的寿命已尽，其优良的力学性能仍然存在)，这些特性恰好满足了加筋材料特性要求最主要的几个方面。因此，工程师们提出了一种新的处理方法——轮胎加筋。

现在还没有关于轮胎条专门的拉拔试验，规范对于土工材料的拉拔试验也只是给了一个范围，没有给出具体尺寸和试验方法(参考规范《土工合成材料测试规程》(SL235-2012)中的32拉拔摩擦试验)。

拉拔试验是土工试验的一种，测试被拉物体与周围材料界面参数的试验。为了研究筋土界面特性，国外制定了相关的直剪试验和拉拔试验的试验标准，而我国制定的《土工合成材料测试规程》(SL235-2012)也都以直剪试验和拉拔试验作为其基本方法。通常认为，直剪试验多用于刚度较小的土工合成材料中，而对于刚度较大的土工合成材料，普遍采用拉拔试验确定其界面参数。

拉拔试验的原理是摩擦作用，通过施加正应力，使筋材与土体(砂体)之间紧密结合，从而利用彼此界面上的静摩擦力抵抗外力(拉拔力)。拉拔试验应用甚广：如测量加筋土挡墙中的筋带与土的界面参数、测量土工合成材料(格栅/格室)与土的界面参数、测量锚杆与土的界面参数、测量锚定板的相关参数。但现有的试验装置结构复杂，操作复杂，测量准确度较低，而且没有针对轮胎条拉拔试验的装置，若采用现有技术对轮胎条进行拉拔试验，无法精确控制，控制影响试验效果。

因此，需要对用于轮胎条拉拔试验的试验装置进行新的研究设计以用于轮胎条拉拔试验。

发明内容

为了克服现有轮胎条拉拔试验技术的不足，本发明提供了用于轮胎条拉拔试验的试验装置，操作简便、省力、易于安装，能有效得测得拉拔试验所需试验数据。

用于轮胎条拉拔试验的试验装置的具体方案如下：

用于轮胎条拉拔试验的试验装置，包括试验箱，试验箱内部设置土工填料；

轮胎条试验件，装于试验箱土工填料内，轮胎条试验件的数量为若干个，且轮胎条试验件与拉拔机构连接，以通过拉拔机构将轮胎条试验件从试验箱土工填料中抽出；

反力架，试验箱土工填料顶部与反力架之间设置升降部件，升降部件与反力架之间安装与控制器连接的第一拉压传感器。

通过第一拉压传感器的设置，可以有效控制升降部件对试验箱内土工填料施加的荷载量级，简单方便，而且整体设置简单，操作方便，利用升降部件对反力架产生反力对土工填料施加荷载，无需额外施加荷载，使得整体结构设置简单。

进一步地，所述升降部件为千斤顶。

进一步地，所述拉拔机构包括直线驱动机构，直线驱动机构与伸缩杆连接，伸缩杆通过夹具与所述的轮胎条试验件连接。

进一步地，所述夹具与所述伸缩杆连端设有第二拉压传感器，第二拉压传感器与所述的控制器连接。

进一步地，所述夹具包括上下两层间隔设定距离设置的夹板，两层夹板之间的空间用于夹持所述的轮胎条试验件，且两层夹板夹持轮胎条试验件后通过紧固件连接，夹板均采用钢板，上下两钢板之间均设置开孔，便于设置试验材料后，通过螺栓或螺丝拧紧上下两夹板，保证轮胎条试验件在拉拔过程中与夹具无相对位移，夹具一侧夹持轮胎条试验件，另一侧设置螺纹孔，通过螺栓上下拧紧，螺栓螺母设于轮胎条试验件的两侧。

进一步地，两层夹板侧部共同连接到连接板，连接板与第二拉压传感器连接，第二拉压传感器与所述的伸缩杆连接，第二拉压传感器的设置用于获取试验过程中的拉拔力大小，拉拔力是测量轮胎条试验件的界面参数，即轮胎条埋置于填料时的抗拉拔性能，或者说是摩擦性能，用于加筋土挡墙方面。

进一步地，所述反力架包括设于试验箱底部的下支撑和设于试验箱土工填料上方的反力梁，下支撑和反力梁通过设于试验箱两侧的支架连接，反力梁与所述的升降部件能够接触设置，试验箱底部与底座固连，下支撑设于底座的下方；支架留有不同高度的多个孔位，用于调整反力梁的高度，千斤顶把力传给反力梁，在千斤顶逐渐抬升过程中，整个反力架被顶起，直至下部的下支撑顶到底座。而试验箱与底座连为一体，下支撑和反力梁形成自反力。

进一步地，两侧支架顶部通过上支撑进行连接。

进一步地，所述试验箱设置出口，出口处活动安装第二活动板，试验箱在轮胎条试验件处设置入口，入口两侧设置与所述夹具配合的导轨，入口处活动安装第一活动板用于防止土工填料流出，导轨的设置用于夹具保持水平移动。试验完成后，将第二活动板打开，用于卸除试验箱内的土工填料，打开第一活动板，用于放置轮胎条试验件。第一活动板和的第二活动板与试验箱铰接连接。

进一步地，所述试验箱侧部采用透明或半透明材料制成，能在试验过程中观察土工材料即砂土的破裂面情况，且试验箱内部在周围四面均高度刻度槽，用以控制压实度时的高度控制。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了用于轮胎条拉拔试验的试验装置的试验方法，具体步骤如下：

1)根据试验工况确定土工填料种类和相应的压实度、含水率，确定轮胎条试验件上覆荷载，确定轮胎条试验件的放置数量和间距；

2)在试验箱内分层压实土工填料，每层压实完毕后均整平顶面，计算得到设定密实度下的土工填料高度，压实至设定高度后设置轮胎条试验件，轮胎条试验件与拉拔机构连接；

3)继续分层压实土工填料至所需工况高度，压实完成后设置盖板，在盖板顶部设置升降部件，再在升降部件顶部设置第一拉压传感器，升降部件升高直至达到所需上覆荷载；

4)启动拉拔机构，带动轮胎条试验件抽出，通过第一拉压传感器传送信息至控制器，并观察试验箱内土工填料的变化情况；

5)试验完成后，卸除升降部件，卸除土工填料；

6)改变步骤1)的试验工况，重复步骤2)-步骤5)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过反力架施加上部荷载，能根据需要调整反力梁的高度，前入口和出口能调整土工材料的放置情况和试验完成后及时卸除填料，操作便捷省力，两个活动板的设置能有效地防止试验过程中砂土从缝隙中掉出。

2)本发明能进行各种材料下的拉拔试验，能调整材料的放置情况，夹具能有效放置在拉拔过程中材料和夹具的相对位移；通过侧壁的有机玻璃，可以观察破裂面情况，可应用于探究拉拔试验过程中土的破坏机理和力值大小，为“拉拔试验”提供了新的试验方法。

3)本发明通过第一拉压传感器的设置，便于确定对土工填料的施加荷载，通过第二拉压传感器的设置，便于确定拉拔试验中破坏的力值大小。

4)本发明能实现轮胎试验件的拉拔力测量，确定土工材料荷载与拉拔力大小的关系，为废旧轮胎应用于实践提供较好的指导。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明试验装置的主视图；

图2为本发明试验装置的俯视图；

图3为本发明试验装置的侧视图；

图4为本发明试验装置反力架示意图；

图5为本发明试验箱前侧图；

图6为本发明夹具示意图；

其中，1-1、有机玻璃板，1-2、后向挡板，1-3、左侧向挡板，1-4前向挡板，2、反力架，3、底座，4、第二活动板，5、第一活动板，6、轮胎条试验件，7、入口，8、出口，9、导轨，10、夹具，11、第二拉压传感器，12、伸缩杆，13，变速箱，14、电机，15、反力梁，16、下支撑，17、上支撑。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了用于轮胎条拉拔试验的试验装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，用于轮胎条拉拔试验的试验装置，包括试验箱，试验箱内部设置土工填料；轮胎条试验件(从废旧轮胎切割而得，是将轮胎中部部分非两侧部分切割所得)，轮胎条试验件装于试验箱土工填料内，轮胎条试验件的数量为若干个，且轮胎条试验件与拉拔机构连接，以通过拉拔机构将轮胎条试验件从试验箱土工填料中抽出；反力架，试验箱土工填料顶部与反力架之间设置升降部件，升降部件与反力架之间安装与控制器连接的第一拉压传感器。

试验箱为矩形框架结构，包括有机玻璃板1-1构成的右侧挡板、后向挡板1-2、左侧挡板1-3和前向挡板1-4，四块挡板彼此焊接后整体与底座3焊接在一起，试验箱的顶部设置开口，试验过程中可通过透明的有机玻璃板观测试验箱内部土工填料的变化情况。

如图3所示，后向挡板1-2底部设有矩形的出口8和第二活动板4，第二活动板4与试验箱通过螺丝可拆卸连接(或者试验箱侧部设置滑槽，第二活动板和第一活动板设于滑槽内进行移动，滑槽底部两侧分别设置撑板用于支撑闭合后的活动板)，在压实填料的过程中紧闭，在试验完成后可打开用于卸除填料。

如图5所示，前向挡板1-4中部设有矩形的入口7和多块第一活动板，不同的第一活动板同步移动形成不同宽度的活动门，根据轮胎条试验件的宽度，或者轮胎条试验件的是单条或双条，相应打开对应宽度范围内的第一活动板，第一活动板也可为一块，第一活动板相对于试验箱可上下移动。

前向挡板1-4中部两边设有导轨9，导轨9突出前向挡板1-4设置，夹具端部在导轨9表面(可)往复移动，使夹具10在拉拔过程中保持水平移动不倾斜。

如图1所示，前向挡板1-4的导轨表面放置夹具10，夹具10中放置轮胎条试验件6，其中，轮胎条试验件6可为一长条，夹具螺栓设于该轮胎条试验件侧两侧用于夹持，或者，轮胎条试验件为两长条，两长条间隔设定距离设置，且两长条中部通过短轮胎条连接，用于测量一组连接的轮胎条的拉拔性能，夹具10通过螺丝把轮胎条试验件6夹紧，图6为所述夹具示意图。夹具10前段设置连接板，连接板通过螺丝与第二拉压传感器11连接在一起，第二拉压传感器前段与伸缩杆12焊接在一起。伸缩杆12由电机14控制前进或后退，并由变速箱15控制电机14的转动速度。

试验箱左右两侧放置的是反力架2，反力架的具体情况如图4所示。反力架2包括设于试验箱两侧的支架，以及通过支架支撑的反力梁15、下支撑16和上支撑17，支架与反力梁、下支撑和上支撑均通过螺丝连接在一起，可按需要随时调整三者的高度。在试验进行时，在土工填料顶部放置盖板后再放置千斤顶，再在其上放置第一拉压传感器，千斤顶逐渐抬升后顶到反力梁，在把整个反力架逐渐抬升后下支撑会顶到底座，形成反力，以提供所需上覆荷载。

第一拉压传感器和第二拉压传感器分别与控制器连接，控制器为可编程PLC控制器，且该控制器与显示器连接，控制器也可替换为电脑计算机，用于对数据的储存记录。

基于拉拔试验的试验装置的试验方法，具体步骤如下：

1)关闭第一活动板和第二活动板，根据试验工况确定土工填料种类和相应的压实度、含水率，确定上覆荷载，确定轮胎条试验件的放置数量、间距。

2)分层压实土工填料，每层压实完毕后均要整平顶面。计算得到一定密实度下的填料高度，按照这个高度分层压实至前侧开口高度后，打开第一活动板5，按需要放置设置数量的轮胎条试验件6，轮胎条试验件6具有设定的厚度。通过电机14控制伸缩杆12前进至目的位置，量取轮胎条试验件6在试验箱内的长度(或每次试验前控制该长度为一定值)、相邻轮胎条试验件6间的间距和轮胎条试验件本身宽度，通过移动前侧入口7处的多个第一活动板5使开口处仅留下放置轮胎条试验件的空间。

3)继续分层压实填料至所需工况高度，压实完成后盖上盖板，放置千斤顶，再在千斤顶放置第一拉压传感器，升起千斤顶直至对土工材料施加所需上覆荷载。

4)按所需速率启动电机，电机带动轮胎条试验件抽出，开始拉拔试验，通过有机玻璃板观察土工填料变化情况，通过电脑软件收集试验数据，待曲线出现峰值下落设定比例(如为峰值的90％)后，自动或手动停止电机转动，保存试验数据。

5)卸除千斤顶荷载，取出盖板，通过后侧开口卸除填料，松开夹具并取出试验材料。

6)根据实验方案，改变工况，重复上述1)-5)，完成整个试验操作。

选用平均粒径为0.25～0.5mm的砂土作为墙背填筑材料，晒干保证其含水率为0％。试验用砂根据公路土工试验规程(JTG E40-2007)，通过相关土工试验测试得基本力学参数如表1所示：

表1试验用砂的基本力学性能

本实施方式研究轮胎条-土界面特性试验，根据试验工况设计填土高度为40cm，分4层填筑；根据试验要求密实度70％计算每层填土所需质量，采用橡皮锤静压。压实完两层后放置轮胎条，调整长度和间距并记录，用夹具夹紧轮胎条试验件。继续压实完后面两层后盖上盖板，放置千斤顶、传感器，开始进行拉拔试验，通过电脑软件收集和记录数据。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，包括：

试验箱，试验箱内部设置土工填料；

轮胎条试验件，装于试验箱土工填料内，轮胎条试验件的数量为若干个，且轮胎条试验件与拉拔机构连接，以通过拉拔机构将轮胎条试验件从试验箱土工填料中抽出；

反力架，试验箱土工填料顶部与反力架之间设置升降部件，升降部件与反力架之间安装与控制器连接的第一拉压传感器。

2.根据权利要求1所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述升降部件为千斤顶。

3.根据权利要求1所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述拉拔机构包括直线驱动机构，直线驱动机构与伸缩杆连接，伸缩杆通过夹具与所述的轮胎条试验件连接。

4.根据权利要求3所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述夹具与所述伸缩杆连端设有第二拉压传感器，第二拉压传感器与所述的控制器连接。

5.根据权利要求3所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述夹具包括上下两层间隔设定距离设置的夹板，两层夹板之间的空间用于夹持所述的轮胎条试验件，且两层夹板夹持轮胎条试验件后通过紧固件连接。

6.根据权利要求5所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，两层夹板侧部共同连接到连接板，连接板与第二拉压传感器连接，第二拉压传感器与所述的伸缩杆连接。

7.根据权利要求1所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述反力架包括设于试验箱底部的下支撑和设于试验箱土工填料上方的反力梁，下支撑和反力梁通过设于试验箱两侧的支架连接，反力梁与所述的升降部件能够接触设置，试验箱底部与底座固连，下支撑设于底座的下方；

进一步地，两侧支架顶部通过上支撑进行连接。

8.根据权利要求3所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述试验箱设置出口，出口处活动安装第二活动板，试验箱在轮胎条试验件处设置入口，入口两侧设置与所述夹具配合的导轨，入口处活动安装第一活动板。

9.根据权利要求1所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置，其特征在于，所述试验箱侧部采用透明或半透明材料制成。

10.权利要求1-9中任一项所述的用于轮胎条拉拔试验的试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)根据试验工况确定土工填料种类和相应的压实度、含水率，确定轮胎条试验件上覆荷载，确定轮胎条试验件的放置数量和间距；

2)在试验箱内分层压实土工填料，每层压实完毕后均整平顶面，计算得到设定密实度下的土工填料高度，压实至设定高度后设置轮胎条试验件，轮胎条试验件与拉拔机构连接；

3)继续分层压实土工填料至所需工况高度，压实完成后设置盖板，在盖板顶部设置升降部件，再在升降部件顶部设置第一拉压传感器，升降部件升高直至达到所需上覆荷载；

4)启动拉拔机构，带动轮胎条试验件抽出，通过第一拉压传感器传送信息至控制器，并观察试验箱内土工填料的变化情况；

5)试验完成后，卸除升降部件，卸除土工填料；

6)改变步骤1)的试验工况，重复步骤2)-步骤5)。