CN109448529A - 多工况路面加速加载教学试验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多工况路面加速加载教学试验仪。由于现有大型的室外足尺寸路面加速加载实验设备尺寸较大，造价较高，操作过程复杂，不能广泛的推广与应用。故桂林理工大学和桂林长海发展有限公司联合研制出多工况路面加速加载试验仪。本发明包括试验箱，温控装置和支架结构，设备机架固定在底座上，设备机架上安装有设备水平移动平台，与水平移动平台相连的是曲轮。曲轮转动带动推杆进行周期往复运动，从而推动水平移动平台往复直线运动进行碾压或加载试验。本发明能够真实模拟不同路面温度，不同荷载，不同作用时间下的实际受力状况。可广泛用于沥青路面结构受力分析与破坏机理研究，沥青路面养护和重建方案的实施效果评价研究等。
Description
技术领域
本发明涉及一种多工况路面加速加载教学试验仪，属于试验设备领域。
背景技术
作为我国规范规定的标准试验之一,车辙试验在道路设计中得到广泛的应用。但许多研究人员发现，往往动稳定度指标满足规范要求的沥青混合料路面,在运营初期仍会出现不同程度的车辙损坏现象,也就是说在室内模拟过程与实际道路施工过程有些微差异,现有的室内车辙试验不能准确模拟实际路面的真实受力状况和荷载作用下的路面实际响应情况。
而大型足尺环道试验能够最大程度的模拟道路的实际受力情况和环境状况，但由于其造价太高，试验周期较长，且操作较为复杂，难以大范围的推广和应用。
发明内容
针对上述所说的缺点，本试验仪综合室内模拟试验仪器与大型足尺环道试验仪的优点，提供了一种新型的多功能路面加速加载教学试验仪，可设定不同的坡度，温度，不同轮压，轮胎类型，以及试验时间的多功能路面加速加载教学试验仪。
本试验仪采用的技术方案是：一种多工况路面加速加载教学试验仪，所属装置包括基座、电控柜、支架机构、2个碾压钢轮、一组碾压系统提升机构、5个侧向导轮、4个上轮、一组导柱、1个飞轮、路面模拟试验箱、4个检测轮轴、4个检测轮子、减速机构、连杆、4个轮子滑块、一组碾压油缸、连接板、压路机构模型、油缸固定架、可调砝码、多点竖向位移尺、油泵站。
支架机构的外形为长方体支架机构包括支架底架、2个外斜撑、4个侧支架、2个连接槽钢、4个斜支撑、2个托板筋、6个三角架。2个连接槽钢位于支架结构的上端，4个斜支撑连接侧支架上，2个连接槽钢上部安装有2个托板筋、然后4个侧支架通过2个外斜撑连接在支架底架上，共同组成整个支架机构。支架机构、电控柜、还有减速机构共同固定在基座上，其中压路机构模型架在支架机构上端，油缸固定架通过两个导轨轮子架设在压路机构模型之上，一组碾压油缸通过螺栓连接到油缸固定架上。4个检测轮子通过4个轮子滑块和4个测试轮外筒固定在油缸固定架上，以方便进行上下伸缩。压路机构模型通过连杆连接飞轮，并在压路机构模型上设置安装5个侧向导轮实现压路机构模型在水平方向的移动。路面模拟试验箱位于压路机构模型的正下方，固定在支架机构之上，可根据试验所需，在路面模拟试验箱内铺设相应的模拟路段。在路面模拟试验箱正上方是固定在油缸固定架上的4个检测轮子和2个碾压钢轮，其中2个碾压钢轮与碾压油缸相连，碾压油缸架设在油缸固定架上，通过碾压油缸来控制碾压钢轮的碾压高度。
本发明具有以下优点：
本教学试验仪器可通过模拟温度变化、降雨冲刷、坡度改变等多工况条件下，沥青路面结构在轮载多次作用下的变形破坏过程，让学生更为直观的了解沥青路面组成形式，结构受力原理；深刻理解沥青路面损坏机理，路面疲劳破坏和车辙形成过程；并有助于学生进一步掌握沥青结构受力分析和路面设计方法。该教学试验仪是“路面工程”理论课程教学的重要辅助工具，也是“路面检测与试验”试验课程的重要补充仪器
由于该仪器具有多工况条件加速加载的强大功能，可广泛用于沥青路面科研领域，包括沥青路面结构受力分析与破坏机理研究，路面结构耐久性评价，路面新材料、新结构设计与验证，特殊地域条件与环境条件下路用结构性能评价，水泥路面不同材料和厚度的沥青加铺层效果评价研究；沥青路面养护和重建方案的实施效果评价研究等；
多工况路面加速加载教学试验仪体积适中，在满足教学、科研要求的前提下尽量缩小体积，方便教学演示与试验操作。
通过合理设置加压式碾压轮的方式实现了直接在模型试验箱内直接铺筑路面结构，大大方便了沥青路面结构的成型，实现了碾压、试验一体的设想，这是目前同类型加速加载试验仪器所没有的，这有利于在室内完成教学与科研工作。
该仪器实现了模拟降雨、温度、坡度等多工况条件，可控式的快速加载速度及加载时间等，这也是本仪器设备创新亮点之一。
附图说明
图1是本发明的多工况路面加速加载教学试验仪的主视图；
图2是图1的后视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的侧视图；
图5是控制面板的界面图；
图6是多点竖向位移尺图。
图中标记：1基座，2电控柜，3支架机构，3-1支架底架，3-2外斜撑，3-3侧支架，3-4连接槽钢，3-5斜支撑，3-6托板筋，3-7三角架，4碾压钢轮，5碾压系统提升机构，6侧向导轮，7测试轮外筒，8连接支架，9飞轮，10路面模拟试验箱，11检测轮轴，12检测轮子，13减速机构，13-1皮带，13-2电机调节板，13-3机架加强筋，13-4联轴器，13-5飞轮转轴，13-6联轴节，13-7皮带轮，14连杆，15轮子滑块，16碾压油缸，17上升托板，18压路机构模型，19油缸固定架，20一组可调砝码，21标尺，22油泵站，23多点竖向位移尺。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图5说明，一本多工况路面加速加载教学试验仪，所述装置包括基座(1)、电控柜(2)、支架机构(3)、2个碾压钢轮(4)、一组碾压系统提升机构(5)、5个侧向导轮(6)、4个测试轮外筒(7)、一组连接支架(8)、1个飞轮(9)、路面模拟试验箱(10)、4个检测轮轴(11)、4个检测轮子(12)、减速机构(13)、连杆(14)、4个轮子滑块(15)、一组碾压油缸(16)、上升托板(17)、压路机构模型(18)、油缸固定架(19)、一组可调砝码(20)、标尺(21)、油泵站(22)、多点竖向位移尺(23)。
支架机构(3)的外形为长方体支架机构(3)包括支架底架(3-1)、2个外斜撑(3-2)、侧支架(3-3)6个连接槽钢(3-4)、6个斜支撑(3-5)。两个侧支架(3-3)和支架底架(3-1)组成侧支架，然后侧支架与6个斜支撑(3-5)、2个外斜撑(3-2)、6个连接槽钢(3-4)共同组成整个支架机构(3)。支架机构(3)、电控柜(2)还有减速机构(13)共同固定在基座(1)上，其中压路机构模型(18)架在支架机构(3)上端，油缸固定架(19)通过两个导轨轮子(22)架设在压路机构模型(18)之上，一组碾压油缸(16)通过螺栓连接到油缸固定架(19)上。4个检测轮子(12)通过4个轮子滑块(15)和4个测试轮外筒(7)固定在油缸固定架(19)上，以方便进行上下伸缩。压路机构模型(18)通过连杆(14)连接飞轮(9)，并在压路机构模型(18)上设置安装5个侧向导轮(6)实现压路机构模型在水平方向的移动。路面模拟试验箱(10)位于压路机构模型(18)的正下方，固定在支架机构(3)之上，可根据试验所需，在路面模拟试验箱(10)内铺设相应的模拟路段。在路面模拟试验箱(10)正上方是固定在油缸固定架上的4个检测轮子(12)和2个碾压钢轮(4)，其中2个碾压钢轮(4)与碾压油缸(16)相连，碾压油缸(16)架设在油缸固定架(19)上，通过碾压油缸(16)来控制碾压钢轮(4)的碾压高度。
所述的多工况路面加速加载教学试验仪整体尺寸为：总长4m，高度2.65m，宽度为2.98m。
具体实施方式二：多工况路面加速加载教学试验仪其特征在于：减速机构(13)被电机罩壳所覆盖并由机架加强筋(13-3)固定，内部由两个联轴器(13-4)通过联轴节(13-6)与飞轮转轴(13-5)进行连接，飞轮转轴(13-5)与飞轮(9)进行连接，通过电机调节板(13-2)调节皮带轮(13-7)的转速然后带动皮带轮(13-7)上的皮带(13-1)转动，从而起到调节飞轮(9)的运动速率。
具体实施方式三：多工况路面加速加载教学试验仪的路面模拟试验箱(10)是由碎石围框，沥青框组成，其内部设置有加热铝板和喷水架，可以对模拟的试验路进行加热或者洒水功能。
具体实施方式四：结合图六说明多点竖向位移尺(23)是通过螺母把调节杆、横向板、卡板连接在一起，横向版通过扣板焊接在底板之上，底板的竖向有四个空槽，可以通过螺栓将底板连同整个多点竖向位移尺(23)固定在路面模拟试验箱(10)指定的位置；卡板、矩形管、调节杆通过销钉连接，与测高表共同组成标尺(21)，矩形管上部安装有气泡固定块，保证整个标尺(21)的水平，矩形管上部还有7个固定板，固定板用来固定测高表进行测量。
具体实施方式五：检测轮子(12)上部连接的有检测轮轴(11)，在检测轮轴(11)上设置有连续可调式配重，即滑杆上加载有多个配重块
具体实施方式六：结合图5说明,本实施方式的控制台上设有电子指示灯，能随时监控设备的运行状态。
工作原理
操作一：在试验模拟试验箱内铺设模拟路段；
操作二：试验之前先将模拟试验箱两侧支撑架与之相连的螺栓拆除；
操作三：开启设备电控柜(2)电源开关为系统供电启动装置；
操作四：将设备操作台面板上的运行状态旋钮调至“碾压”位置、油缸升降状态旋钮调至“试验”位置；
操作五：将设备两端压路机构模型(18)与碾压油缸(16)连接操作六：通过增加检测轮子(12)的配重，达到所需荷载；
操作七：启动液压泵站(22)利用操作面板上的“升”、“降”按钮控制路面模拟试验箱(10)坡度变化，使得模拟试验箱坡度处于1：100状态；设备操作台面板上的运行状态旋钮调至“试验”位置、是利用减速机构调整发动机的频率，使其符合碾压时的工作频率，通过带动飞轮(9)，使得碾压钢轮(4)可以在水平方向进行碾压；
操作八：碾压完成后，进行试验。
操作九：试验停止，将系统断电。
具体试验过程为：试验开始，按要求，先将将模拟试验箱内的模拟路面所需材料准备齐全，执行操作一。然后将模拟实验箱两侧支撑架与之连接的螺栓拆除，执行操作三，操作四。拆除碾压钢轮(4)与油缸固定架(19)的连接螺栓。用碾压系统提升机构(5)将碾压钢轮(4)置于压路机构模型(18)通过一组连接支架(8)进行连接。然后执行操作五。将实验负载(两个大配重块)装置于检测轮子(12)上部杆件处，执行操作七实验轮负载重量为70kg,根据实验要求选装小圆盘负载(2kg/块)于实验轮系统上，旋上防脱螺母及吊装螺母。依照上述方法将四组实验全部安装完毕。然后在电控箱(2)内设置淋水装置的调整与水量设置，将自来水与设备淋水装置连接并保持压力状态；松开淋水装置与支架固定螺钉。开启两水阀开关。将设备操作台面板上的运行状态旋钮调至“实验”位置。开启设备加热按钮，在电源控制箱内，按加热控制器操作分别调整两加热控制器的温度值。上述工作完成后，启动设备操作台面板上主电机工作按钮，执行操作七，操作八。操作七与操作八不同时进行。实验结束后进行操作九，输出参数。
Claims (7)
1.一种多工况路面加速加载教学试验仪，其特征在于：包括基座(1)、电控柜(2)、支架机构(3)、碾压系统提升机构(5)和减速机构(13)；所述基座(1)端面固定连接有电控柜(2)、支架机构(3)和减速机构(13)；所述支架机构(3)外形为长方体，所述支架机构(3)包括支架底架(3-1)、两个外斜撑(3-2)、四个侧支架(3-3)、两个连接槽钢(3-4)、四个斜支撑(3-5)、两个托板筋(3-6)和六个三角架(3-7)；所述两个连接槽钢(3-4)分别位于支架机构(3)的上端，所述四个斜支撑(3-5)的一端分别连接在四个侧支架(3-3)上，另一端分别连接在两个连接槽钢(3-4)上，所述两个连接槽钢(3-4)上部分别安装有两个托板筋(3-6)并固定在支架机构(3)上，所述四个侧支架(3-3)分别通过两个外斜撑(3-2)连接在支架底架(3-1)上，共同组成整个支架机构(3)；其中压路机构模型(18)架在支架机构(3)上端，一组碾压油缸(16)通过螺栓连接到油缸固定架(19)上，所述油缸固定架(19)分别通过两个导轨轮子架设在压路机构模型(18)之上，所述压路机构模型(18)通过连杆(14)连接飞轮(9)，并在压路机构模型(18)上安装五个侧向导轮(6)实现压路机构模型(18)在水平方向的移动；所述压路机构模型(18)分别与四个检测轮子(12)通过四个轮子滑块(15)和四个测试测试轮外筒(7)固定，碾压系统提升机构(5)将碾压钢轮(4)置于压路机构模型(18)通过一组连接支架(8)进行连接，碾压钢轮(4)向上上调节时，碾压提升机构(5)利用上升托板(17)进行托升碾压钢轮(4)，四个检测轮子(12)连接的轴承上可通过添加或减少可调砝码(20)，来模拟实际所需荷载，位于所述压路机构模型(18)正下方的是路面模拟试验箱(10)，固定在支架机构(3)之上，可根据试验所需，在路面模拟试验箱(10)内铺设相应的模拟路段，位于所述路面模拟试验箱(10)正上方是固定在压路机构模型(18)的四个检测轮子(12)和两个碾压钢轮(4)，其中两个碾压钢轮(4)与碾压油缸(16)分别相连，所述碾压油缸(16)架设在油缸固定架(19)上，通过碾压油缸(16)来控制碾压钢轮(4)的碾压高度。
2.根据权利要求1所述的多工况路面加速加载教学试验仪，其特征在于，所述减速机构(13)被电机罩壳所覆盖并由机架加强筋(13-3)固定，内部由两个联轴器(13-4)通过联轴节(13-6)与飞轮转轴(13-5)进行连接，飞轮转轴(13-5)与飞轮(9)进行连接，通过电机调节板(13-2)调节皮带轮(13-7)的转速然后带动皮带轮(13-7)上的皮带(13-1)转动，从而起到调节飞轮(9)的运动速率。
3.根据权利要求1所述的多工况路面加速加载教学试验仪，其特征在于，路面模拟试验箱(10)是由碎石围框，沥青框组成，其内部设置有加热铝板和喷水架(不再统一视出)，可以满足模拟的试验路段的温度要求和湿度要求。
4.根据权利要求1所述的多工况路面加速加载教学试验仪其特征在于：多点竖向位移尺(23)是通过螺母把调节杆、横向板、卡板连接在一起，横向板通过扣板焊接在底板之上，底板的竖向有四个空槽，可以通过螺栓将底板连同整个多点竖向位移尺(23)固定在路面模拟试验箱(10)指定的位置；卡板、矩形管、调节杆通过销钉连接，与测高表共同组成标尺(21)，矩形管上部安装有气泡固定块，保证整个标尺(21)的水平，矩形管上部还有七个固定板，固定板用来固定测高表进行测量。
5.根据权利要求1所述的多工况路面加速加载教学试验仪其特征在于：检测轮子(12)上部连接的有检测轮轴(11)，在检测轮轴(11)上设置有连续可调式配重，即滑杆上加载有多个配重块。
6.根据权利要求5所述的多工况路面加速加载教学试验仪其特征在于：检测轮子(12)的直径为200mm，轮宽为50mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的多工况路面加速加载教学试验仪，其特征在于，多工况路面加速加载教学试验仪总长4m，高度2.65m，宽度为2.98m。
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