CN110031322A - 用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统 - Google Patents

用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统 Download PDF

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赵学涛
张津嘉
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魏会韬
乐亚兰
徐金真
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范红侠
徐逸
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杨文朝
冯魁
田磊
安春燕
姜亚伟
李小伟
赵瑞扬
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梁邵华
梁卲冰
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张风涛
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Abstract

本发明公开了一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，涉及沥青疲劳试验技术领域。本发明包括控制处理终端、气候仿真单元、环境控制箱、加载及应变测量单元、车辙深度测量单元和数据处理单元；控制处理终端信号输出端与气候仿真单元连接；气候仿真单元输出端分别连通有温度控制模块和湿度控制模块；温度控制模块和湿度控制模块一端均与环境控制箱连接。本发明可以在计算机控制下，对试件进行各种气候条件下仿真试验，测出试件的车辙深度、疲劳裂纹、应变、应力、温度等指标；自动采集，形成应力应变曲线并通过计算机导出数据；车辙深度时间关系，温度、湿度随时间变化曲线和裂纹扩展数据。

Description

用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统
技术领域
本发明属于沥青疲劳试验技术领域，特别是涉及一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统。
背景技术
高级公路、市政道路多数采用沥青路面，其破坏形式是疲劳与气候条件引起的，沥青路面疲劳性能试验可以修建室外试验路，进行室内直道、环道模拟试验方法，但却存在成本高，时间长，所以市场上亟待一种验证快速，能够以较低成本测出适合当地沥青最佳结构所需配合比的试验系统。
本系统由加载及应变测量单元、环境箱、测量控制系统、计算机控制和处理系统组成，用于模仿真实的气象条件下，在不同车辆荷载碾压时路面耐久性的测试；可用于新拌沥青混凝土与冷再生厂拌沥青混凝土配合比优化设计，达到以最低的仿真试验成本，加快沥青混合料性能测试时间，节省早期铺设试验路费用，预测沥青混合料耐久性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，通过控制处理终端、加载及应变测量单元和车辙深度测量单元，解决了现有的沥青路面疲劳试验装置成本高，时间长的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统：
包括控制处理终端、气候仿真单元、环境控制箱、加载及应变测量单元、车辙深度测量单元和数据处理单元；所述控制处理终端信号输出端与气候仿真单元连接；所述气候仿真单元输出端分别连通有温度控制模块和湿度控制模块；所述温度控制模块和湿度控制模块一端均与环境控制箱连接；所述控制处理终端输出端连通有PLC；所述PLC输出端与加载及应变测量单元连接；所述加载及应变测量单元与环境控制箱连接；所述加载及应变测量单元一端连通有动态采集仪；所述动态采集仪输入端与车辙深度测量单元连接；所述动态采集仪输出端连通有数据处理单元；
所述数据处理单元包括应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块；所述应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块一端均与控制处理终端连接；所述控制处理终端输出端连通有数据输出单元；所述车辙深度测量单元一端连通有可视化技术处理单元；所述可视化技术处理单元一端连通有裂纹扩展数据输出模块；所述裂纹扩展数据输出模块输出端与控制处理终端连接。
进一步地，所述环境控制箱分别连接有温度传感器和湿度传感器；所述温度传感器输出端与温度控制模块连接；所述湿度传感器输出端与湿度控制模块连接。
进一步地，所述温度控制模块输出端分别设置有恒温模式和变温模式；所述恒温模式输出端连接有制冷加热装置；所述制冷加热装置输入端与变温模式连接；所述湿度控制模块输出端连接有烘干加湿装置；所述制冷加热装置和烘干加湿装置输出端均与环境控制箱连接。
进一步地，所述加载及应变测量单元分别包括一号伺服油缸、二号伺服油缸、三号伺服油缸、一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器；所述环境控制箱中分别设置有一号试件、二号试件和三号试件；所述车辙深度测量单元分别包括一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块。
进一步地，所述一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器测量端依次分别与一号伺服油缸、二号伺服油缸和三号伺服油缸连接。
进一步地，所述一号伺服油缸和一号传感器模块一端均与一号试件连接；所述二号伺服油缸和二号传感器模块一端均与二号试件连接；所述三号伺服油缸和三号传感器模块一端均与三号试件连接。
进一步地，所述一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块均包括压力传感器、温湿度传感器和变形传感器。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明可以在计算机控制下，对试件进行各种气候条件下仿真试验，测出试件的车辙深度、疲劳裂纹、应变、应力、温度等指标；自动采集，形成应力应变曲线并通过计算机导出数据；车辙深度时间关系，温度、湿度随时间变化曲线和裂纹扩展数据。
2、本发明通过气候仿真单元、加载及应变测量单元和数据处理单元，可做出给定模拟温度曲线模式或恒温模式的仿真试验，将已有的温度曲线输入电脑，由试验机按照已有的温度曲线给出温度，使试件在此温度条件下进行试验，在试验中再现沥青混凝土的开裂与车辙变化，并实时将试件内力、变形数据测出，恒温试验模式则可以在设定的恒定温度进行试验。
3、本发明试件内设有温度、变形、压力传感器，通过动态采集仪可及时采集试件随时间变化的参数，且一次性可进行多个试件的试验。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统的原理框图；
图2为气候仿真单元的原理框图；
图3为一号传感器模块的原理框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-3，本发明为一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统：
包括控制处理终端、气候仿真单元、环境控制箱、加载及应变测量单元、车辙深度测量单元和数据处理单元；控制处理终端信号输出端与气候仿真单元连接；控制处理终端中设置有控制和数据处理软件；气候仿真单元输出端分别连通有温度控制模块和湿度控制模块；温度控制模块和湿度控制模块一端均与环境控制箱连接；控制处理终端输出端连通有PLC；PLC为控制器；PLC控制器的型号为FX1S-10MT-001；PLC输出端与加载及应变测量单元连接；加载及应变测量单元与环境控制箱连接；加载及应变测量单元一端连通有动态采集仪；动态采集仪用于动态采集来自一号位移传感器、二号位移传感器、三号位移传感器、一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块的数据并实时得出数据曲线；动态采集仪的型号为YSV8000；动态采集仪输入端与车辙深度测量单元连接；动态采集仪输出端连通有数据处理单元；
数据处理单元包括应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块；数据处理单元为数据智能处理算法；应力应变曲线输出模块实时输出应力应变曲线；车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块用于实时输出车辙深度随时间和温湿度变化曲线；应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块一端均与控制处理终端连接；控制处理终端输出端连通有数据输出单元；数据输出单元为数据输出软件；车辙深度测量单元一端连通有可视化技术处理单元；可视化技术处理单元为摄像头或人眼观测等技术手段；可视化技术处理单元一端连通有裂纹扩展数据输出模块；裂纹扩展数据输出模块用于输出路面的裂纹数据；裂纹扩展数据输出模块输出端与控制处理终端连接。
其中如图2所示，环境控制箱分别连接有温度传感器和湿度传感器；温度传感器用于实时监测环境控制箱的温度数据并实时反馈至温度控制模块；温度传感器的型号为DS18B20；湿度传感器用于实时监测环境控制箱的湿度数据并实时反馈至湿度控制模块；湿度传感器的型号为DHT11；温度传感器输出端与温度控制模块连接；湿度传感器输出端与湿度控制模块连接；温度控制模块和湿度控制模块均为普通PLC控制器。
其中如图2所示，温度控制模块输出端分别设置有恒温模式和变温模式；变温模式由试验机按照已有的温度曲线给出温度；恒温模式则为恒定温度；恒温模式输出端连接有制冷加热装置；制冷加热装置输入端与变温模式连接；湿度控制模块输出端连接有烘干加湿装置；制冷加热装置和烘干加湿装置输出端均与环境控制箱连接。
其中如图3所示，加载及应变测量单元分别包括一号伺服油缸、二号伺服油缸、三号伺服油缸、一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器；一号伺服油缸、二号伺服油缸、三号伺服油缸均连接有伺服油泵；环境控制箱中分别设置有一号试件、二号试件和三号试件；一号试件、二号试件和三号试件均为沥青路面试件；车辙深度测量单元分别包括一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块。
其中，一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器测量端依次分别与一号伺服油缸、二号伺服油缸和三号伺服油缸连接；位移传感器与加载油缸相联，可直接测出试件的最大变形；位移传感器的型号为XKC-Y25-V。
其中，一号伺服油缸和一号传感器模块一端均与一号试件连接；二号伺服油缸和二号传感器模块一端均与二号试件连接；三号伺服油缸和三号传感器模块一端均与三号试件连接。
其中如图3所示，一号伺服油缸和一号传感器模块一端均与一号试件连接；二号伺服油缸和二号传感器模块一端均与二号试件连接；三号伺服油缸和三号传感器模块一端均与三号试件连接。
其中，一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块均包括压力传感器、温湿度传感器和变形传感器；三个温湿度传感器用以实时监测三个试件的温湿度数据；三个温湿度传感器型号相同；温湿度传感器的型号为HR-NTC；变形传感器为变形测量仪；三个变形测量仪用于实时监测三个试件的变形数据；变形传感器的型号为YF-8426；三个压力传感器用于实时监测三个试件的受压数据；压力传感器的型号为RP-S40-ST；
实施例二
本实施例的一个具体应用为：本发明可以在控制处理终端即计算机的控制下，对试件进行各种气候条件下仿真试验，测出试件的车辙深度、疲劳裂纹、应变、应力、温度等指标；且自动采集，形成应力应变曲线并通过控制处理终端即计算机导出数据；车辙深度时间关系，温度、湿度随时间变化曲线和裂纹扩展数据；仿真试验通过气候仿真单元进行，温度控制模块和湿度控制模块通过制冷加热装置和烘干加湿装置控制环境控制箱的温湿度数据，温度传感器和湿度传感器用以监测环境控制箱的温湿度数据并反馈至温度控制模块和湿度控制模块；该系统在测试时可一次测量出多个工件包括一号试件、二号试件、三号试件和N号试件；每个试件试验时对应有一个伺服油缸、一个位移传感器和一个传感器模块；位移传感器与加载油缸相联，可直接测出试件的最大变形，温湿度传感器用以实时监测试件的温湿度数据；变形测量仪用于实时监测试件的变形数据，压力传感器用于实时监测试件的受压数据，动态采集仪则用于实时接收来自变形测量仪、位移传感器、温湿度传感器和位移传感器的监测数据，并通过智能算法得出应力应变曲线和车辙深度随时间温湿度变化曲线，应力应变曲线和车辙深度随时间温湿度变化曲线最终经控制处理终端即计算机处理经数据输出单元输出；裂纹扩展数据则通过可视化技术处理单元即摄像头或人眼观测经计算机处理输出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于：
包括控制处理终端、气候仿真单元、环境控制箱、加载及应变测量单元、车辙深度测量单元和数据处理单元；所述控制处理终端信号输出端与气候仿真单元连接；所述气候仿真单元输出端分别连通有温度控制模块和湿度控制模块；所述温度控制模块和湿度控制模块一端均与环境控制箱连接；所述控制处理终端输出端连通有PLC；所述PLC输出端与加载及应变测量单元连接；所述加载及应变测量单元与环境控制箱连接；所述加载及应变测量单元一端连通有动态采集仪；所述动态采集仪输入端与车辙深度测量单元连接；所述动态采集仪输出端连通有数据处理单元；
所述数据处理单元包括应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块；所述应力应变曲线输出模块和车辙深度随时间温湿度变化曲线输出模块一端均与控制处理终端连接；所述控制处理终端输出端连通有数据输出单元；所述车辙深度测量单元一端连通有可视化技术处理单元；所述可视化技术处理单元一端连通有裂纹扩展数据输出模块；所述裂纹扩展数据输出模块输出端与控制处理终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于，所述环境控制箱分别连接有温度传感器和湿度传感器；所述温度传感器输出端与温度控制模块连接；所述湿度传感器输出端与湿度控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于，所述温度控制模块输出端分别设置有恒温模式和变温模式；所述恒温模式输出端连接有制冷加热装置；所述制冷加热装置输入端与变温模式连接；所述湿度控制模块输出端连接有烘干加湿装置；所述制冷加热装置和烘干加湿装置输出端均与环境控制箱连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于，所述加载及应变测量单元分别包括一号伺服油缸、二号伺服油缸、三号伺服油缸、一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器；所述环境控制箱中分别设置有一号试件、二号试件和三号试件；所述车辙深度测量单元分别包括一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块。
5.根据权利要求4所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于,所述一号位移传感器、二号位移传感器和三号位移传感器测量端依次分别与一号伺服油缸、二号伺服油缸和三号伺服油缸连接。
6.根据权利要求4所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于，所述一号伺服油缸和一号传感器模块一端均与一号试件连接；所述二号伺服油缸和二号传感器模块一端均与二号试件连接；所述三号伺服油缸和三号传感器模块一端均与三号试件连接。
7.根据权利要求4所述的一种用于沥青路面仿真加速疲劳试验系统，其特征在于，所述一号传感器模块、二号传感器模块和三号传感器模块均包括压力传感器、温湿度传感器和变形传感器。
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