CN111254787B - 路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置及测试方法 - Google Patents

路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置及测试方法，该装置包括横向导杆、轮胎式加载机构、承载板式加载机构；所述轮胎式加载机构通过第一横向移动机构与横向导杆活动连接，所述承载板式加载机构通过第二横向移动机构与横向导杆活动连接；所述横向导杆两侧分别通过螺栓固定连接支腿，所述支腿下端固定连接纵向行走机构；还包括液压系统，测控系统；该测试方法包括选择测试点，选择对应的加载机构并通过测控系统将加载机构移动至测试点上方，设置测试参数，进行计算分析。本装置测试精度高、工作效率高，有效的解决了现行技术中仅能测试静态弯沉、静态回弹模量及“标准车”不标准的问题。

Description

路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及一种路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置及测试方法。
背景技术
路面结构设计的基本原则是荷载响应小于等于结构抗力。弯沉是路基路面各结构层竣工验收的一个重要指标，是表征公路路基路面结构抗力的重要参数；回弹模量表征的是路基路面的抗变形能力，是计算路基路面荷载响应的重要参数。故弯沉和回弹模量的精确快速测定对路基路面结构设计、施工质量控制与养护决策具有重要的工程应用价值。
我国现行《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60-2008)中分别采用贝克曼梁弯沉仪和承载板测定路基路面的弯沉和回弹模量。但是无论是贝克曼梁法还是承载板法均为静态检测方法，仅能测试路基路面的静态弯沉和静态回弹模量，且存在着测试效率低、便捷性差、人为影响因素大、数据离散性大等问题，难以满足公路工程精确快速检测的需要。
此外，弯沉和回弹模量测试采用的轴载车为后轴10t的“标准车”，但我国“标准车”的产量越来越低，“标准车”无法标准化，导致了不同的“标准车”对同一种路面结构所测试的结果千差万别，直接影响了路基路面弯沉和回弹模量测试的精确性与科学性，难以对路基路面的结构抗力和荷载响应进行科学评价，故亟需开发一种能够准确快速检测路基路面弯沉和回弹模量的测试装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供了一种路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，该装置测试精度高、工作效率高，有效的解决了现行技术中仅能测试静态弯沉、静态回弹模量及“标准车”不标准的问题。
本发明的另一目的是，提供了一种利用路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置进行测试的测试方法。
本发明所采用的技术方案是，路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，包括横向导杆、轮胎式加载机构、承载板式加载机构；所述轮胎式加载机构通过第一横向移动机构与横向导杆活动连接，所述承载板式加载机构通过第二横向移动机构与横向导杆活动连接；所述第一横向移动机构、第二横向移动机构分别通过轮系活动连接于横向导杆上；
所述轮胎式加载机构包括两个轮胎、两个导向杆、双缸液压油缸；所述两个轮胎分别通过轴承转动连接于转轴上，所述转轴两端分别通过锁紧螺母固定安装于车轮支架上；所述转轴固定安装轴承挡圈，所述轴承挡圈的侧面与轴承内圈的侧面贴合；所述导向杆下端通过螺栓固定连接于车轮支架上，导向杆上端套设法兰轴承，所述法兰轴承通过螺栓固定连接于第一横向移动机构的支撑板上；所述双缸液压油缸下端通过螺栓固定连接于车轮支架上，双缸液压油缸上端通过螺栓固定连接于第一横向移动机构的支撑板上；所述双缸液压油缸的活塞杆与第一横向移动机构的支撑板之间安装有第一力传感器；所述第一力传感器开有通孔，通过螺栓固定连接于双缸液压油缸和第一横向移动机构的支撑板之间；所述两个轮胎接触测试点的轮隙中间处布设第一位移传感器；
所述承载板式加载机构包括承载板、单缸液压油缸；所述单缸液压油缸上端通过螺栓与第二横向移动机构的支撑板固定连接，单缸液压油缸的活塞杆与第二横向移动机构的支撑板之间安装第二力传感器；所述单缸液压油缸下端与承载板通过球铰连接；所述承载板两边分别设有立柱，所述两个立柱与单缸液压油缸之间分别布设第二位移传感器；
进一步的，所述第一横向移动机构包括支撑板，所示支撑板包括一个底板以及竖立于底板上的两个左右侧板，所述支撑板的左侧板上通过轴承转动连接驱动滚轮，所述驱动滚轮与驱动电机的输出轴通过联轴器连接，所述驱动电机固定安装于支撑板的底板上；所述驱动滚轮下方设有第一从动滚轮，所述第一从动滚轮与第一偏心轮的偏心孔通过轴承连接，所述第一偏心轮的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板的左侧板上；所述支撑板的右侧板通过轴承连接第二从动滚轮，所述第二从动滚轮下方设有第三从动滚轮，所述第三从动滚轮与第二偏心轮的偏心孔通过轴承连接，所述第二偏心轮的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板的右侧板上；
所述第二横向移动机构与第一横向移动机构的结构相同。
进一步的，所述横向导杆两侧分别通过螺栓固定连接支腿，所述支腿下端固定连接纵向行走机构；所述纵向行走机构包括纵向导轨，所述纵向导轨固定安装于地基上，纵向导轨上固定安装光电缓冲装置；
所述纵向行走机构还包括纵向行走机构框架，所述纵向行走机构框架中间通过螺栓与支腿下端固定连接，纵向行走机构框架靠近端部通过加强臂与支腿固定连接；所述纵向行走机构框架两端分别通过轴承与纵向行走从动轮、纵向行走驱动轮，所述纵向行走驱动轮与大齿轮固定连接，所述大齿轮上方设有小齿轮，大齿轮与小齿轮啮合；所述小齿轮与第二驱动电机的输出轴连接，所述第二驱动电机固定安装于纵向行走机构框架上；
进一步的，还包括液压系统，所述液压系统包括吸油过滤器，所述吸油过滤器与定量叶片泵通过油管连接；所述定量叶片泵通过联轴器与三相电机的输出端连接；所述定量叶片泵与系统溢流阀通过油管连接；所述系统溢流阀与节流阀通过油管连接；所述节流阀与电液比例溢流阀通过油管连接；
所述液压系统包括温度计，所述温度计安装在油箱中。
进一步的，所述定量叶片泵分别与第一M型电磁换向阀、第二M型电磁换向阀通过油管连接；所述第一M型电磁换向阀、第二M型电磁换向阀分别与系统溢流阀通过油管连接；所述第一M型电磁换向阀、第二M型电磁换向阀均有两个出油口；所述第一M型电磁换向阀的两个出油口分别与第一分流集流阀、第二分流集流阀的进油口通过油管连接；
所述第一分流集流阀的两个出油口与第一电液比例调速阀、第三电液比例调速阀通过油管连接；所述第二分流集流阀的两个出油口与第二电液比例调速阀、第四电液比例调速阀通过油管连接；所述第一电液比例调速阀、第二电液比例调速阀、第三电液比例调速阀、第四电液比例调速阀分别与第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第四流量传感器通过油管连接；所述第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第四流量传感器分别与第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀通过油管连接；
所述第一液控单向阀、第三液控单向阀分别与双缸液压油缸的两个油缸右侧的有杆腔通过油管连接；所述第二液控单向阀、第四液控单向阀分别与双缸液压油缸的两个油缸左侧的无杆腔通过油管连接；所述第一液控单向阀与第二液控单向阀通过油管连接；所述第三液控单向阀与第四液控单向阀通过油管连接；
所述第二M型电磁换向阀的两个出油口分别与第五电液比例调速阀、第六电液比例调速阀通过油管连接；所述第五电液比例调速阀、第六电液比例调速阀分别与第五流量传感器、第六流量传感器通过油管相连；所述第五流量传感器、第六流量传感器分别与第五液控单向阀、第六液控单向阀通过油管连接；所述第五液控单向阀与单缸液压油缸右侧的有杆腔连接；所述第六液控单向阀与单缸液压油缸左侧的无杆腔连接；所述第五液控单向阀、第六液控单向阀通过油管连接。
进一步的，还包括测控系统，所述测控系统包括控制器，所述控制器通过电线分别与第一D/A转换器、第二D/A转换器连接，所述第一D/A转换器通过电线与第一比例控制器连接，所述第一比例控制器通过电线与电液比例溢流阀连接；
所述第二D/A转换器通过电线与第二比例控制器连接，所述第二比例控制器共有6个输出接口，通过电线分别与第一电液比例调速阀、第二电液比例调速阀、第三电液比例调速阀、第四电液比例调速阀、第五电液比例调速阀、第六电液比例调速阀连接；
所述控制器通过电线与第一力传感器、第二力传感器连接；
所述控制器通过电线分别与第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第四流量传感器、第五流量传感器、第六流量传感器连接。
进一步的，所述控制器通过电线与触摸屏连接。
进一步的，所述第一位移传感器、第二位移传感器分别通过电线与测控系统的控制器连接。
采用上述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置的测试方法，按照如下步骤进行：
步骤S1：根据测试需要选择路基路面上的测试点，并做好标记与编号；
步骤S2：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，选择对应的加载机构，再将加载机构移动到测试点上方，然后通过测控系统，控制加载机构竖向向下移动，使其与测试点接触；
步骤S3：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，通过测控系统的触摸屏设置测试参数，进行测试并采集数据；
步骤S4：根据步骤S3测试的数据进行动静态弯沉和动静态回弹模量的分析计算；
进一步的，步骤S2具体包括：
步骤S2.1：进行路基路面动静态弯沉测试时，选择轮胎式加载机构，通过第一横向移动机构、横向导杆、纵向行走机构，将轮胎式加载机构移动至测试点上方；
在进行动态弯沉测试时，通过测控系统控制轮胎式加载机构，使其轮胎与测试点接近但不接触，再在轮胎式加载机构的两轮胎间隙中间处布设第一位移传感器，通过电线与测控系统连接；在第一位移传感器布设完成后，控制轮胎式加载机构竖向向下移动，使其轮胎与测试点轻微接触进行预压，调节第一位移传感器并清零；
在进行静态弯沉测试时，控制轮胎式加载机构，使其轮胎与测试点接触的力为50KN，再在轮胎式加载机构的两轮胎间隙中间处布设第一位移传感器，通过电线与测控系统连接；
步骤S2.2：进行路基路面动静态回弹模量测试时，选择承载板式加载机构，通过第二横向移动机构、横向导杆、纵向行走机构，将承载板式加载机构移动至测试点上方；通过测控系统控制承载板式加载机构，使其承载板水平状态下与测试点轻微接触，然后在承载板上布设第二位移传感器，通过电线将第二位移传感器与测控系统连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明轮胎式加载机构、承载板式加载机构与液压系统协同施加动静态荷载，设置第一力传感器、第二力传感器以精确控制载荷的大小，动态施加荷载范围为0～25KN，静态施加荷载范围为0～120KN，施加荷载精度均为0.1KN，有效的解决了现行《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60-2008)仅能测试静态弯沉、静态回弹模量及“标准车”不标准的问题。
2、本发明测控系统配置了加卸载过程中动静态荷载与相应变形的自动采集装置及分析软件，具有信号采集、数据存储、数据分析等功能，对测试结果进行自动分析处理，无需人工加载和读数，达到对弯沉和回弹模量测试全过程的自动化、精确化，大大提高了测试效率和试验结果的精确性，消除了人为因素的影响，为耐久性路基路面的设计提供了有效的支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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是本发明实施例路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置整体结构图。
图2是本发明实施例轮胎式加载机构结构示意图。
图3是本发明实施例横向移动机构结构示意图。
图4是本发明实施例承载板式加载机构结构示意图。
图5是本发明实施例纵向行走机构结构示意图。
图6是本发明实施例液压系统工作原理图。
图7是本发明实施例测控系统工作原理图。
图中，1.横向导杆，2.轮胎式加载机构，3.第一横向移动机构，4.承载板式加载机构，5.第二横向移动机构，6.支腿，7.纵向行走机构，8.液压系统，9.测控系统，10.第一位移传感器，11.第二位移传感器，201.转轴，202.锁紧螺母，203.轴承挡圈，204.轴承，205.轮胎，206.车轮支架，207.导向杆，208.双缸液压油缸，209.第一力传感器，210.法兰轴承，301.支撑板，302.驱动滚轮，303.联轴器，304.驱动电机，305.第一从动滚轮，306.第一偏心轮，307.第二从动滚轮，308.第三从动滚轮，309.第二偏心轮，401.承载板，402.单缸液压油缸，403.第二力传感器，701.光电缓冲装置，702.纵向导轨，703.纵向行走机构框架，704纵向行走从动轮，705.加强臂，706.纵向行走驱动轮，707.第二驱动电机，708.小齿轮，709.大齿轮，801.吸油过滤器，802.三相电机，803.定量叶片泵，804.系统溢流阀，805.温度计，806.节流阀，807.电液比例溢流阀，8081.第一M型电磁换向阀，8082.第二M型电磁换向阀，8091.第一分流集流阀，8092.第二分流集流阀，8101.第一电液比例调速阀，8102.第二电液比例调速阀，8103.第三电液比例调速阀，8104.第四电液比例调速阀，8105.第五电液比例调速阀，8106.第六电液比例调速阀，8111.第一流量传感器，8112.第二流量传感器，8113.第三流量传感器，8114.第四流量传感器，8115.第五流量传感器，8116.第六流量传感器，8121.第一液控单向阀，8122.第二液控单向阀，8123.第三液控单向阀，8124.第四液控单向阀，8125.第五液控单向阀，8126.第六液控单向阀，901.控制器，9021.第一D/A转换器，9022.第二D/A转换器，9031.第一比例控制器，9032.第二比例控制器，904.触摸屏。
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的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本测试装置包括横向导杆1、轮胎式加载机构2、承载板式加载机构4，所述横向导杆1为H型钢架梁，所述轮胎式加载机构2通过第一横向移动机构3与横向导杆1活动连接，所述承载板式加载机构4通过第二横向移动机构5与横向导杆1活动连接。所述第一横向移动机构3、第二横向移动机构5分别通过轮系活动连接于横向导杆1上。所述横向导杆1两侧分别通过螺栓固定连接支腿6，所述支腿6采用桁架结构，支腿6下端固定连接纵向行走机构7。
如图2所示，所述轮胎式加载机构2包括两个轮胎205、两个导向杆207、双缸液压油缸208。所述两个轮胎205分别通过轴承204转动连接于转轴201上，所述转轴201两端分别通过锁紧螺母202固定安装于车轮支架206上。所述转轴201固定安装轴承挡圈203，所述轴承挡圈203的侧面与轴承204内圈的侧面贴合，防止轴承204在转轴201的轴向方向移动。
所述导向杆207下端通过螺栓固定连接于车轮支架206上，导向杆207上端套设法兰轴承210，所述法兰轴承210通过螺栓固定连接于第一横向移动机构3的支撑板301上。
所述双缸液压油缸208下端通过螺栓固定连接于车轮支架206上，双缸液压油缸208上端通过螺栓固定连接于第一横向移动机构3的支撑板301上；所述双缸液压油缸208的活塞杆与第一横向移动机构3的支撑板301之间安装有第一力传感器209，所述第一力传感器209开有通孔，通过螺栓固定连接于双缸液压油缸208和第一横向移动机构3的支撑板301之间，第一力传感器209用于采集双缸液压油缸208承受的负载信号，再将采集的负载信号传输至测控系统9。
所述两个轮胎205接触测试点的轮隙中间处布设第一位移传感器10，所述第一位移传感器10通过电线与测控系统9连接。
如图3所示，所述第一横向移动机构3包括支撑板301，所示支撑板301包括一个底板以及竖立于底板上的两个左右侧板，所述支撑板301的左侧板上通过轴承转动连接驱动滚轮302，所述驱动滚轮302与驱动电机304的输出轴通过联轴器303连接，所述驱动电机304固定安装于支撑板301的底板上。所述驱动滚轮302下方设有第一从动滚轮305，所述第一从动滚轮305与第一偏心轮306的偏心孔通过轴承连接，所述第一偏心轮306的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板301的左侧板上。通过转动第一偏心轮306的轴心，可使第一从动滚轮305与横向导杆1无间隙接触。
所述支撑板301的右侧板通过轴承连接第二从动滚轮307，所述第二从动滚轮307下方设有第三从动滚轮308，所述第三从动滚轮308与第二偏心轮309的偏心孔通过轴承连接，所述第二偏心轮309的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板301的右侧板上。
如图4所示，所述承载板式加载机构4包括承载板401、单缸液压油缸402。所述单缸液压油缸402上端通过螺栓与第二横向移动机构5的支撑板固定连接，单缸液压油缸402的活塞杆与第二横向移动机构5的支撑板之间安装第二力传感器403。所述单缸液压油缸402下端与承载板401通过球铰连接。
所述承载板401两边分别设有立柱，所述两个立柱与单缸液压油缸402之间分别布设第二位移传感器11，所述第二位移传感器11通过电线与测控系统9连接。
所述第二横向移动机构5与第一横向移动机构3的结构相同。
如图5所示，所述纵向行走机构7包括纵向导轨702，所述纵向导轨702固定安装于地基上，纵向导轨702上固定安装光电缓冲装置701。
所述纵向行走机构7还包括纵向行走机构框架703，所述纵向行走机构框架703中间通过螺栓与支腿6下端固定连接，纵向行走机构框架703靠近端部通过加强臂705与支腿6固定连接，加强臂705起到平衡支撑作用。
所述纵向行走机构框架703两端分别通过轴承与纵向行走从动轮704、纵向行走驱动轮706，所述纵向行走驱动轮706与大齿轮709固定连接，所述大齿轮709上方设有小齿轮708，大齿轮709与小齿轮708啮合；所述小齿轮708与第二驱动电机707的输出轴连接，所述第二驱动电机707固定安装于纵向行走机构框架703上，第二驱动电机707将动力通过齿轮传输至纵向行走驱动轮706，从而带动纵向行走机构7沿纵向导轨702移动。
如图6所示，本装置还包括液压系统8，所述液压系统8包括吸油过滤器801，所述吸油过滤器801安装于油箱上，吸油过滤器801与定量叶片泵803通过油管连接。所述定量叶片泵803安装于油箱上，定量叶片泵803通过联轴器与三相电机802的输出端连接。所述定量叶片泵803分别与系统溢流阀804、第一M型电磁换向阀8081、第二M型电磁换向阀8082通过油管连接。
所述系统溢流阀804安装于油箱阀板上，用于调节液压系统压力。所述系统溢流阀804与节流阀806通过油管连接。所述节流阀806安装在油箱阀板上，节流阀806与电液比例溢流阀807通过油管连接。所述电液比例溢流阀807安装在油箱阀板上，由测控系统9通过电信号控制。节流阀806起油路开关作用，在电液比例溢流阀807没有控制信号的情况下，关断进入电液比例溢流阀807的油路，从而使液压系统压力可以通过电液比例溢流阀807进行调节。
所述液压系统8包括温度计805，所述温度计805安装在油箱中，用来指示液压油的油温。
所述第一M型电磁换向阀8081、第二M型电磁换向阀8082分别与系统溢流阀804通过油管连接。所述第一M型电磁换向阀8081、第二M型电磁换向阀8082均安装于油箱阀板上，第一M型电磁换向阀8081、第二M型电磁换向阀8082均有两个出油口，第一M型电磁换向阀8081用于双缸液压油缸208的进油和回油，第二M型电磁换向阀8082用于单缸液压油缸402的进油和回油。
所述第一M型电磁换向阀8081的两个出油口分别与第一分流集流阀8091、第二分流集流阀8092的进油口通过油管连接。所述第一分流集流阀8091、第二分流集流阀8092均安装在油箱阀板上，用来保证双缸液压油缸208的两个油缸的进油流量相同，从而保证两个油缸的动作同步。
所述第一分流集流阀8091的两个出油口与第一电液比例调速阀8101、第三电液比例调速阀8103通过油管连接；所述第二分流集流阀8092的两个出油口与第二电液比例调速阀8102、第四电液比例调速阀8104通过油管连接。所述第一电液比例调速阀8101、第二电液比例调速阀8102、第三电液比例调速阀8103、第四电液比例调速阀8104分别与第一流量传感器8111、第二流量传感器8112、第三流量传感器8113、第四流量传感器8114通过油管连接。所述第一流量传感器8111、第二流量传感器8112、第三流量传感器8113、第四流量传感器8114分别与第一液控单向阀8121、第二液控单向阀8122、第三液控单向阀8123、第四液控单向阀8124通过油管连接。
所述第一液控单向阀8121、第三液控单向阀8123分别与双缸液压油缸208的两个油缸右侧的有杆腔通过油管连接；所述第二液控单向阀8122、第四液控单向阀8124分别与双缸液压油缸208的两个油缸左侧的无杆腔通过油管连接。所述第一液控单向阀8121与第二液控单向阀8122通过油管(图中虚线所示)连接；所述第三液控单向阀8123与第四液控单向阀8124通过油管(图中虚线所示)连接。
所述第二M型电磁换向阀8082的两个出油口分别与第五电液比例调速阀8105、第六电液比例调速阀8106通过油管连接。所述第五电液比例调速阀8105、第六电液比例调速阀8106分别与第五流量传感器8115、第六流量传感器8116通过油管相连。所述第五流量传感器8115、第六流量传感器8116分别与第五液控单向阀8125、第六液控单向阀8126通过油管连接。所述第五液控单向阀8125与单缸液压油缸402右侧的有杆腔连接；所述第六液控单向阀8126与单缸液压油缸402左侧的无杆腔连接。所述第五液控单向阀8125、第六液控单向阀8126通过油管(图中虚线所示)连接。
所述第一电液比例调速阀8101、第二电液比例调速阀8102、第三电液比例调速阀8103、第四电液比例调速阀8104、第五电液比例调速阀8105、第六电液比例调速阀8106均安装在油箱阀板上，用来调节液压油进入液压油缸的速度。
所述第一流量传感器8111、第二流量传感器8112、第三流量传感器8113、第四流量传感器8114、第五流量传感器8115、第六流量传感器8116均安装在油箱阀板上，用来测试进入液压油缸的液压油的流量，测试的流量数据由测控系统9中的控制器901采集、分析，并根据采集到的数据去控制相应的电液比例调速阀，从而改变液压油的速度。
所述第一液控单向阀8121、第二液控单向阀8122、第三液控单向阀8123、第四液控单向阀8124、第五液控单向阀8125、第六液控单向阀8126均安装在油箱阀板上，用来保证在无系统压力的情况下，液压油缸锁紧不动。
如图7所示，本装置还包括测控系统9，所述测控系统9包括控制器901，所述控制器901通过电线分别与第一D/A转换器9021、第二D/A转换器9022连接，所述第一D/A转换器9021通过电线与第一比例控制器9031连接，所述第一比例控制器9031通过电线与电液比例溢流阀807连接。
所述第二D/A转换器9022通过电线与第二比例控制器9032连接，所述第二比例控制器9032共有6个输出接口，通过电线分别与第一电液比例调速阀8101、第二电液比例调速阀8102、第三电液比例调速阀8103、第四电液比例调速阀8104、第五电液比例调速阀8105、第六电液比例调速阀8106连接。
所述控制器901通过电线与触摸屏904连接，触摸屏904用来进行测试参数的设置。
所述控制器901通过电线与第一力传感器209、第二力传感器403连接，力传感器采集的负载信号传输至控制器901，控制器901将采集的负载信号与触摸屏904上设定的负载值进行比较计算得到控制信号，控制信号将经第一D/A转换器9021后，再至第一比例控制器9031，经第一比例控制器9031放大并转换成电流信号控制电液比例溢流阀807，从而使液压油缸施加的载荷达到设定值。
所述控制器901通过电线分别与第一流量传感器8111、第二流量传感器8112、第三流量传感器8113、第四流量传感器8114、第五流量传感器8115、第六流量传感器8116连接，六个流量传感器将采集的流量信号传输至控制器901，控制器901将采集的流量信号与触摸屏904上设定的速度值进行比较计算得到控制信号，控制信号将经第二D/A转换器9022后，再至第二比例控制器9032，经第二比例控制器9032放大并转换成电流信号控制相应的电液比例调速阀，从而使液压油缸的运行速度达到设定值。
所述控制器901为ARM处理器，优选型号为ARM922T。
所述第一位移传感器10、第二位移传感器11分别通过电线与测控系统9的控制器901连接。
利用上述装置进行路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试的方法，按照如下步骤进行：
步骤S1：根据测试需要选择路基路面上的测试点，并做好标记与编号。
步骤S2：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，选择对应的加载机构，再将加载机构移动到测试点上方，然后通过测控系统9，控制加载机构竖向向下移动，使其与测试点接触。
步骤S3：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，通过测控系统9的触摸屏904设置测试参数，进行测试并采集数据。
步骤S4：根据步骤S3测试的数据进行动静态弯沉和动静态回弹模量的分析计算。
进一步地，步骤S1具体包括：
步骤S1.1：进行路基路面动静态弯沉测试时，应选择洁净的路基路面表面作为测试点，在测试点处做好标记与编号。
步骤S1.2：进行路基动静态回弹模量测试时，根据需要在路基上选择测试点，测试点应位于水平的路基上，土质均匀且不含杂物，并在测试点处做好标记与编号；进行路面动静态回弹模量测试时，根据需要在路面上选择测试点，测试点应位于洁净水平的路面上，并在测试点处做好标记与编号。
进一步地，步骤S2具体包括：
步骤S2.1：进行路基路面动静态弯沉测试时，选择轮胎式加载机构2，通过第一横向移动机构3、横向导杆1、纵向行走机构7，将轮胎式加载机构2移动至测试点上方。
在进行动态弯沉测试时，通过测控系统9控制轮胎式加载机构2，使其轮胎205与测试点接近但不接触，再在轮胎式加载机构2的两轮胎205间隙中间处布设第一位移传感器10，通过电线与测控系统9连接；在第一位移传感器10布设完成后，控制轮胎式加载机构2竖向向下移动，使其轮胎205与测试点轻微接触进行预压，调节第一位移传感器10并清零。
在进行静态弯沉测试时，控制轮胎式加载机构2，使其轮胎205与测试点接触的力为50KN，再在轮胎式加载机构2的两轮胎205间隙中间处布设第一位移传感器10，通过电线与测控系统9连接。
步骤S2.2：进行路基路面动静态回弹模量测试时，选择承载板式加载机构4，通过第二横向移动机构5、横向导杆1、纵向行走机构7，将承载板式加载机构4移动至测试点上方。通过测控系统9控制承载板式加载机构4，使其承载板401水平状态下与测试点轻微接触，然后在承载板401上布设第二位移传感器11，通过电线将第二位移传感器11与测控系统9连接。
进一步地，步骤S3具体包括：
步骤S3.1：进行路基路面动态弯沉测试时，设置竖直向下的载荷，其大小范围为0～20KN，加载波形为偏移正弦波或半正矢波，加载频率和重复次数如表1所示。在测试参数设置完成后，启动测控系统9进行测试，实时采集位移Xi、荷载Fi及对应的加载频率fi。
表1各加载频率下重复加载次数
频率(Hz) 重复次数(次) 频率(Hz) 重复次数(次)
25 200 1 20
10 200 0.5 15
5 100 0.1 15
步骤S3.2：进行路基路面静态弯沉测试时，保持轮胎式加载机构2对测试点施加的载荷为50KN，稳定5min后记取第一位移传感器10采集的数值为初始数值li′，然后卸载载荷，卸载后第一位移传感器10采集的数值记为最终数值li″，测试点的回弹弯沉值Li＝li′-li″。
步骤S3.3：进行路基路面动态回弹模量测试时，载荷大小根据测试需要而定，载荷范围为0～25KN，加载波形为偏移正弦波或半正矢波，加载频率和重复次数如表1所示。在测试之前先对测试点进行加载预处理，预处理的方法为：对测试点施加偏移正弦波或半正矢波的测试荷载，载荷范围为0～25KN，频率为25Hz，200个循环。加载预处理之后，先以5％接触荷载对测试点进行预压，持续10s，保证承载板式加载机构4的承载板401与路基路面接触良好。然后对测试点施加荷载为50KN，从25～0.1Hz由高频到低频如表1给出的重复加载次数进行测试。在任意两个测试频率下，推荐测试间隔时间为2min，间隔时间可适当延长，但不应超过30min。测试采集最后5次加载循环的荷载及变形曲线(变形曲线是指加载过程中不同时间点采集的测试点竖向位移变形量连接形成的曲线)，计算最后5次加载循环中荷载的平均幅值
Figure GDA0003061199220000131
可恢复竖向变形平均幅值Δi及同一加载循环下变形峰值与荷载峰值的平均滞后时间ti。
步骤S3.4：进行路基路面静态回弹模量测试时，预压3.53KN，稳压1min，然后卸载载荷，稳压1min，记录为初始载荷值。测定路基路面的压力—变形曲线(压力—变形曲线是指对测试点施加不同荷载时对应位移变形量与施加荷载值组成的曲线)，采用逐级加载卸载法，从初始载荷值开始，当加载的力小于7.07KN时，每级增加1.41KN，以后每级增加2.82KN。每次加载至预定大小后，稳定1min，立即记录两个第二位移传感器11采集的数值，然后卸载至0，待卸载稳定1min后，再次记录两个第二位移传感器11采集的数值。当两个第二位移传感器11采集数值之差不超过平均值的30％时，取平均值；如超过30％，则应重测。当回弹变形超过1mm时，即可停止加载。各级荷载的回弹变形Si和总变形Si′，按以下方法计算：
回弹变形S＝加载后读数平均值-卸载后读数平均值
总变形S′＝加载后读数平均值-加载初试前读数平均值
进一步地，步骤S4具体包括：
步骤S4.1，进行路基路面动态弯沉计算：
采集的不同测试点位移Xi与对应的加载频率fi数据，绘制关于不同测试点实时位移Xi、荷载Fi与对应加载频率fi的曲线图。
步骤S4.2，进行路基路面静态弯沉计算：
按公式(1)、(2)、(3)计算全部测试点回弹弯沉值的算术平均值
Figure GDA0003061199220000148
(0.01mm)，单次测量的标准差s(0.01mm)和自然误差R0(0.01mm)：
Figure GDA0003061199220000141
Figure GDA0003061199220000142
R0＝0.675s(3)
式中：Li为各测试点的回弹弯沉值(0.01mm)，N为测试点总数。
按公式(4)计算代表弯沉值L1：
Figure GDA0003061199220000143
式中：
Figure GDA0003061199220000144
为舍弃不合要求的测试点后所余各测试点弯沉的算术平均值，s′为舍弃不合要求的测试点后所余各测试点弯沉的标准差。
步骤S4.3，进行路基路面动态回弹模量计算：
根据最后5次加载循环中荷载的平均幅值
Figure GDA0003061199220000145
可恢复竖向变形平均幅值Δi(mm)及同一加载循环下变形峰值与荷载峰值的平均滞后时间ti(s)，然后根据公式(5)-(8)计算测试路基路面的动态模量。
Figure GDA0003061199220000146
式中：σ0为竖向应力幅值(MPa)，A为承载板与路基路面接触面积(mm2)。
Figure GDA0003061199220000147
式中：D为承载板直径(mm)。
Figure GDA0003061199220000151
式中：ε0为竖向应变幅值(mm/mm)，l0为两个第二位移传感器的量测间距(mm)。
Figure GDA0003061199220000152
式中：|E*|为路基路面动态模量(MPa)。
Figure GDA0003061199220000153
式中：
Figure GDA0003061199220000156
为相位角(°)，tp为最后5次加载循环的平均加载周期(s)。
步骤S4.4，进行路基路面静态回弹模量计算：
按公式(10)计算相应于各级荷载下的测试点回弹模量Ei(MPa)值。
Figure GDA0003061199220000154
式中：μ0为相应于测试点的泊松比(根据相关规范规定选定)，D为承载板直径(取30cm)，Pi为承载板对测试点的各级压强值(MPa)，Si为对应的各级载荷的回弹变形(cm)。
由公式(11)计算测试点回弹模量E0(MPa)值。
Figure GDA0003061199220000155
需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，包括横向导杆(1)、轮胎式加载机构(2)、承载板式加载机构(4)；所述轮胎式加载机构(2)通过第一横向移动机构(3)与横向导杆(1)活动连接，所述承载板式加载机构(4)通过第二横向移动机构(5)与横向导杆(1)活动连接；所述第一横向移动机构(3)、第二横向移动机构(5)分别通过轮系活动连接于横向导杆(1)上；
所述轮胎式加载机构(2)包括两个轮胎(205)、两个导向杆(207)、双缸液压油缸(208)；所述两个轮胎(205)分别通过轴承(204)转动连接于转轴(201)上，所述转轴(201)两端分别通过锁紧螺母(202)固定安装于车轮支架(206)上；所述转轴(201)固定安装轴承挡圈(203)，所述轴承挡圈(203)的侧面与轴承(204)内圈的侧面贴合；所述导向杆(207)下端通过螺栓固定连接于车轮支架(206)上，导向杆(207)上端套设法兰轴承(210)，所述法兰轴承(210)通过螺栓固定连接于第一横向移动机构(3)的支撑板(301)上；所述双缸液压油缸(208)下端通过螺栓固定连接于车轮支架(206)上，双缸液压油缸(208)上端通过螺栓固定连接于第一横向移动机构(3)的支撑板(301)上；所述双缸液压油缸(208)的活塞杆与第一横向移动机构(3)的支撑板(301)之间安装有第一力传感器(209)；所述第一力传感器(209)开有通孔，通过螺栓固定连接于双缸液压油缸(208)和第一横向移动机构(3)的支撑板(301)之间；所述两个轮胎(205)接触测试点的轮隙中间处布设第一位移传感器(10)；
所述承载板式加载机构(4)包括承载板(401)、单缸液压油缸(402)；所述单缸液压油缸(402)上端通过螺栓与第二横向移动机构(5)的支撑板固定连接，单缸液压油缸(402)的活塞杆与第二横向移动机构(5)的支撑板之间安装第二力传感器(403)；所述单缸液压油缸(402)下端与承载板(401)通过球铰连接；所述承载板(401)两边分别设有立柱，两个立柱与单缸液压油缸(402)之间分别布设第二位移传感器(11)。
2.根据权利要求1所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，所述第一横向移动机构(3)包括支撑板(301)，所示支撑板(301)包括一个底板以及竖立于底板上的两个左右侧板，所述支撑板(301)的左侧板上通过轴承转动连接驱动滚轮(302)，所述驱动滚轮(302)与驱动电机(304)的输出轴通过联轴器(303)连接，所述驱动电机(304)固定安装于支撑板(301)的底板上；所述驱动滚轮(302)下方设有第一从动滚轮(305)，所述第一从动滚轮(305)与第一偏心轮(306)的偏心孔通过轴承连接，所述第一偏心轮(306)的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板(301)的左侧板上；所述支撑板(301)的右侧板通过轴承连接第二从动滚轮(307)，所述第二从动滚轮(307)下方设有第三从动滚轮(308)，所述第三从动滚轮(308)与第二偏心轮(309)的偏心孔通过轴承连接，所述第二偏心轮(309)的中心孔通过螺栓固定连接于支撑板(301)的右侧板上；
所述第二横向移动机构(5)与第一横向移动机构(3)的结构相同。
3.根据权利要求1所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，所述横向导杆(1)两侧分别通过螺栓固定连接支腿(6)，所述支腿(6)下端固定连接纵向行走机构(7)；所述纵向行走机构(7)包括纵向导轨(702)，所述纵向导轨(702)固定安装于地基上，纵向导轨(702)上固定安装光电缓冲装置(701)；
所述纵向行走机构(7)还包括纵向行走机构框架(703)，所述纵向行走机构框架(703)中间通过螺栓与支腿(6)下端固定连接，纵向行走机构框架(703)靠近端部通过加强臂(705)与支腿(6)固定连接；所述纵向行走机构框架(703)两端分别通过轴承与纵向行走从动轮(704)、纵向行走驱动轮(706)，所述纵向行走驱动轮(706)与大齿轮(709)固定连接，所述大齿轮(709)上方设有小齿轮(708)，大齿轮(709)与小齿轮(708)啮合；所述小齿轮(708)与第二驱动电机(707)的输出轴连接，所述第二驱动电机(707)固定安装于纵向行走机构框架(703)上。
4.根据权利要求1所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，还包括液压系统(8)，所述液压系统(8)包括吸油过滤器(801)，所述吸油过滤器(801)与定量叶片泵(803)通过油管连接；所述定量叶片泵(803)通过联轴器与三相电机(802)的输出端连接；所述定量叶片泵(803)与系统溢流阀(804)通过油管连接；所述系统溢流阀(804)与节流阀(806)通过油管连接；所述节流阀(806)与电液比例溢流阀(807)通过油管连接；
所述液压系统(8)包括温度计(805)，所述温度计(805)安装在油箱中。
5.根据权利要求4所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，所述定量叶片泵(803)分别与第一M型电磁换向阀(8081)、第二M型电磁换向阀(8082)通过油管连接；所述第一M型电磁换向阀(8081)、第二M型电磁换向阀(8082)分别与系统溢流阀(804)通过油管连接；所述第一M型电磁换向阀(8081)、第二M型电磁换向阀(8082)均有两个出油口；所述第一M型电磁换向阀(8081)的两个出油口分别与第一分流集流阀(8091)、第二分流集流阀(8092)的进油口通过油管连接；
所述第一分流集流阀(8091)的两个出油口与第一电液比例调速阀(8101)、第三电液比例调速阀(8103)通过油管连接；所述第二分流集流阀(8092)的两个出油口与第二电液比例调速阀(8102)、第四电液比例调速阀(8104)通过油管连接；所述第一电液比例调速阀(8101)、第二电液比例调速阀(8102)、第三电液比例调速阀(8103)、第四电液比例调速阀(8104)分别与第一流量传感器(8111)、第二流量传感器(8112)、第三流量传感器(8113)、第四流量传感器(8114)通过油管连接；所述第一流量传感器(8111)、第二流量传感器(8112)、第三流量传感器(8113)、第四流量传感器(8114)分别与第一液控单向阀(8121)、第二液控单向阀(8122)、第三液控单向阀(8123)、第四液控单向阀(8124)通过油管连接；
所述第一液控单向阀(8121)、第三液控单向阀(8123)分别与双缸液压油缸(208)的两个油缸右侧的有杆腔通过油管连接；所述第二液控单向阀(8122)、第四液控单向阀(8124)分别与双缸液压油缸(208)的两个油缸左侧的无杆腔通过油管连接；所述第一液控单向阀(8121)与第二液控单向阀(8122)通过油管连接；所述第三液控单向阀(8123)与第四液控单向阀(8124)通过油管连接；
所述第二M型电磁换向阀(8082)的两个出油口分别与第五电液比例调速阀(8105)、第六电液比例调速阀(8106)通过油管连接；所述第五电液比例调速阀(8105)、第六电液比例调速阀(8106)分别与第五流量传感器(8115)、第六流量传感器(8116)通过油管相连；所述第五流量传感器(8115)、第六流量传感器(8116)分别与第五液控单向阀(8125)、第六液控单向阀(8126)通过油管连接；所述第五液控单向阀(8125)与单缸液压油缸(402)右侧的有杆腔连接；所述第六液控单向阀(8126)与单缸液压油缸(402)左侧的无杆腔连接；所述第五液控单向阀(8125)、第六液控单向阀(8126)通过油管连接。
6.根据权利要求1所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，还包括测控系统(9)，所述测控系统(9)包括控制器(901)，控制器(901)通过电线分别与第一D/A转换器(9021)、第二D/A转换器(9022)连接，所述第一D/A转换器(9021)通过电线与第一比例控制器(9031)连接，所述第一比例控制器(9031)通过电线与电液比例溢流阀(807)连接；
所述第二D/A转换器(9022)通过电线与第二比例控制器(9032)连接，所述第二比例控制器(9032)共有6个输出接口，通过电线分别与第一电液比例调速阀(8101)、第二电液比例调速阀(8102)、第三电液比例调速阀(8103)、第四电液比例调速阀(8104)、第五电液比例调速阀(8105)、第六电液比例调速阀(8106)连接；
所述控制器(901)通过电线与第一力传感器(209)、第二力传感器(403)连接；
所述控制器(901)通过电线分别与第一流量传感器(8111)、第二流量传感器(8112)、第三流量传感器(8113)、第四流量传感器(8114)、第五流量传感器(8115)、第六流量传感器(8116)连接。
7.根据权利要求6所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，所述控制器(901)通过电线与触摸屏(904)连接。
8.根据权利要求1所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置，其特征在于，所述第一位移传感器(10)、第二位移传感器(11)分别通过电线与测控系统(9)的控制器(901)连接。
9.如权利要求1-8任意一项所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置的测试方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
步骤S1：根据测试需要选择路基路面上的测试点，并做好标记与编号；
步骤S2：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，选择对应的加载机构，再将加载机构移动到测试点上方，然后通过测控系统(9)，控制加载机构竖向向下移动，使其与测试点接触；
步骤S3：根据动静态弯沉和回弹模量测试需要，通过测控系统(9)的触摸屏(904)设置测试参数，进行测试并采集数据；
步骤S4：根据步骤S3测试的数据进行动静态弯沉和动静态回弹模量的分析计算。
10.根据权利要求9所述路基路面动静态弯沉与回弹模量联合测试装置的测试方法，步骤S2具体包括：
步骤S2.1：进行路基路面动静态弯沉测试时，选择轮胎式加载机构(2)，通过第一横向移动机构(3)、横向导杆(1)、纵向行走机构(7)，将轮胎式加载机构(2)移动至测试点上方；
在进行动态弯沉测试时，通过测控系统(9)控制轮胎式加载机构(2)，使其轮胎(205)与测试点接近但不接触，再在轮胎式加载机构(2)的两轮胎(205)间隙中间处布设第一位移传感器(10)，通过电线与测控系统(9)连接；在第一位移传感器(10)布设完成后，控制轮胎式加载机构(2)竖向向下移动，使其轮胎(205)与测试点轻微接触进行预压，调节第一位移传感器(10)并清零；
在进行静态弯沉测试时，控制轮胎式加载机构(2)，使其轮胎(205)与测试点接触的力为50KN，再在轮胎式加载机构(2)的两轮胎(205)间隙中间处布设第一位移传感器(10)，通过电线与测控系统(9)连接；
步骤S2.2：进行路基路面动静态回弹模量测试时，选择承载板式加载机构(4)，通过第二横向移动机构(5)、横向导杆(1)、纵向行走机构(7)，将承载板式加载机构(4)移动至测试点上方；通过测控系统(9)控制承载板式加载机构(4)，使其承载板(401)水平状态下与测试点轻微接触，然后在承载板(401)上布设第二位移传感器(11)，通过电线将第二位移传感器(11)与测控系统(9)连接。
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