CN111982661A - 道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置 - Google Patents

道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明专利涉及道路工程材料检测的技术领域，公开了一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，所述实验装置包括机壳、底座、驱动机构和滚压模块；其中，所述机壳为环形结构，所述机壳的内部安装有若干用于固定试件的夹具，所述机壳内部用于试件的浸泡；所述底座固定安装在所述机壳的侧壁上；利用由轮圈和轮毂组成的滚压模块在试件上滚动，橡胶制成的轮圈能够完整的模拟轮胎对试件基层表面的冲刷作用，能够模拟车轮在路表行驶时，水分被轮胎压进和吸出的“泵吸过程”，更加贴近现实的实际状况，能够获得更加精准的试验数据，增加了分析的可靠性和结论的可靠性，参考价值高。

Description

道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置
技术领域
本发明专利涉及道路工程材料检测的技术领域，具体而言，涉及一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置。
背景技术
水损害是道路工程无机结合料稳定中、粗粒土(水泥稳定碎石、水泥稳定砾石、二灰稳定碎石和三灰碎石)基层材料破坏的主要形式之一，当雨、雪水通过路面的裂缝进入的路面结构中，在车辆荷载的作用下产生水压力会对基层表面产生冲刷作用，冲刷作用导致的路面底面脱空是面层产生疲劳破坏的根源。
现有技术中，现行规范给出的抗冲刷设备为MTS试验机上，通过上下重复加载作用在冲刷桶上，在压头的反复作用过程中，水在压力下被挤压进试件的内部，在压头抽离时把水分再次吸出。试验时间30min，冲刷荷载峰值0.5MPa，冲刷频率10HZ，以质量损失率为评价指标。试验过程模拟车轮在路表行驶时，水分被轮胎压进和吸出的“泵吸过程”。该设备优点在于可以较为贴近材料在水分和荷载下的受力过程，但是缺点在于试验过程过于复杂，试验效率低，一次只能试验一个试件，试验设备昂贵难以推广。
同时，申请号为2017104276781的一项中国专利公开了一种道路无机结合料类基层材料抗冲刷评价试验装置与评价方法，所述装置包括盖板、底座水槽、旋转叶片、电机和试件盖板五部分，所述盖板压在底座水槽上，盖板上沿其圆周方向均匀设置有若干个圆孔，中心设置有中心圆孔；底座水槽的主体为中空圆柱型水槽，其上端设置有外缘，内部设置有与盖板外侧圆孔同轴的试件盛放台，试件盛放台固定在底座水槽上；旋转叶片的上部与电机相连接，下部固定在底座水槽上；所述电机放置在盖板中心圆孔上侧；所述试件盖板固定在盖板上。该技术方案通过在封闭空间利用叶片的旋转产生动态水流，对放在该空间内的试件产生冲刷，这种方式能够增加试验效率，但是这种方式的冲刷与实际应用场景中车辆轮胎压水后产生的冲刷区别很大，因此所取得的试验结果的参考意义不大，脱离了实际的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验效率高且与实际应用场景贴近的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，旨在解决现有技术中，试验效率低，一次只能试验一个试件以及与实际应用场景中车辆轮胎压水后产生的冲刷区别很大的问题。
本发明是这样实现的：
一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，所述实验装置包括机壳、底座、驱动机构和滚压模块；其中，
所述机壳为环形结构，所述机壳的内部安装有若干用于固定试件的夹具，所述机壳内部用于试件的浸泡；
所述底座固定安装在所述机壳的侧壁上；
所述驱动机构上安装有多个所述滚压模块，所述驱动机构用于带动所述滚压模块沿底座的中心轴转动，并且同时驱动所述滚压模块自身发生旋转；
所述滚压模块为滚轮状结构，所述滚压模块布置在所述机壳内部，所述滚压模块用于在试件上滚动，模拟轮胎对试件基层表面的冲刷作用。
进一步的，所述机壳包括环形集水槽和上盖板，所述环形集水槽为环形结构，所述环形集水槽的外侧壁上可拆卸式安装有上盖板的一边；
所述上盖板的另一边向内弯折，上盖板用于将溅出的水收集并重新流入环形集水槽内，所述上盖板与环形集水槽间预留有用于驱动机构穿过的间隙。
进一步的，所述驱动机构包括旋转电机、传动组件、一号转轴、转盘、安装架、二号转轴、锥齿轮和环形伞齿轮；其中，
所述一号转轴转动安装在底座的中心位置；
所述旋转电机的输出轴通过传动组件连接一号转轴，旋转电机用于带动一号转轴旋转，所述一号转轴的上端固定安装有转盘，所述转盘上等距环形布置有多个安装架；
所述安装架上通过轴承转动安装有二号转轴；
所述二号转轴上固定套接有锥齿轮，所述环形伞齿轮固定连接在环形集水槽的内侧壁上，所述锥齿轮与所述环形伞齿轮间啮合传动，使得二号转轴在绕一号转轴转动时，还能够通过锥齿轮的带动发生自身的旋转；
所述二号转轴的端部延伸到机壳内部并与滚压模块连接。
进一步的，所述滚压模块包括轮毂和轮圈，所述轮圈套接在轮毂上。
进一步的，所述轮毂的边缘设置有向外翻转的凸缘，所述凸缘用于对轮圈的限位，所述轮毂的外侧壁上设置有若干环形凸起，所述轮圈采用橡胶制成。
进一步的，所述旋转电机通过变频器连接控制箱，所述控制箱与外部电源电性连接，控制箱用于控制旋转电机的启停和转速。
进一步的，所述环形集水槽的侧壁上开设有条形通孔，所述条形通孔竖向布置，条形通孔上设置有透明玻璃板，所述透明玻璃板上设置有用于观察液位的刻度线。
进一步的，所述环形集水槽采用不锈钢材质制造，所述上盖板采用塑料材质制造。
进一步的，所述滚压模块的数量至少为四个，且相邻的两个滚压模块间的间距大于试件的直径。
进一步的，所述一号转轴与转盘间固定连接有多根加强筋。
与现有技术相比，本发明提供的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，
1、通过设置环形集水槽和夹具，能够在环形集水槽内安装多个试件，能够在相同的试验条件下，一次性进行多个试件的试验，大大提高试验效率，降低了试验成本。
2、利用由轮圈和轮毂组成的滚压模块在试件上滚动，橡胶制成的轮圈能够完整的模拟轮胎对试件基层表面的冲刷作用，能够模拟车轮在路表行驶时，水分被轮胎压进和吸出的“泵吸过程”，更加贴近现实的实际状况，能够获得更加精准的试验数据，增加了分析的可靠性和结论的可靠性，参考价值高。
3、通过设置带有刻度线的透明玻璃板，方便观察环形集水槽内的液位线，避免液位降低造成试验数据不准确，环形集水槽采用不锈钢材质制造，避免生锈，使用寿命长，上盖板采用塑料材质制造，质量轻，拆卸时更加省力、方便。
附图说明
图1是本发明提供的一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置的结构示意图；
图2是本发明提供的一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置的的俯视图；
图3是在图2的基础上将上盖板拆下后的结构示意图；
图4是图1中A处的局部放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
以下结合较佳的实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例提供一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，如图1所示，实验装置包括机壳1、底座2、驱动机构3和滚压模块4；
在本实施例中，机壳1为环形结构，机壳1由环形集水槽101和上盖板102，环形集水槽101为环形结构，环形集水槽101的外侧壁上可拆卸式安装有上盖板102的一边，机壳1的内部安装有若干用于固定试件5的夹具103，机壳1内部用于试件5的浸泡；实验前，先按标准养护方法对道路半刚性基层材料试件5养护7天，拆下上盖板102，再将试件5安装到夹具103上，在机壳1内加入水，使得水完全浸没试件5，进行为期24小时的泡水处理；之后取出试件5，烘干后称取试件5干质量m0；再将试件5安装在夹具103上，向环形集水槽101内注水到规定的高度，完成后将上盖板102安装到环形集水槽101上；上盖板102的另一边向内弯折，滚压模块4在旋转时，会将水溅到上盖板102上，再重新流入环形集水槽101内，上盖板102与环形集水槽101间预留有用于驱动机构3穿过的间隙；具体的，为了去除水中被冲刷出来试件5的残渣，环形集水槽101的外部还设置有过滤装置6，如图2所示，过滤装置6由循环管路、过滤箱和循环泵组成，循环管路的两端分别连通在环形集水槽101的侧壁上，循环管路上设置有过滤箱和循环泵，过滤箱内设有过滤网，工作时，循环泵通过循环管路将环形集水槽101内的水抽出并排回到环形集水槽101，水流经过过滤箱后，过滤箱将残渣过滤下来，避免沉积的残渣影响冲刷实验的进行，保证冲刷的稳定性。
在本实施例中，底座2固定安装在机壳1的侧壁上，如图1所示，底座2用于驱动机构3的安装和支撑；
在本实施例中，驱动机构3包括旋转电机301、传动组件302、一号转轴303、转盘304、安装架305、二号转轴306、锥齿轮307和环形伞齿轮308；如图1所示，一号转轴303转动安装在底座2的中心位置；旋转电机301的输出轴通过传动组件302连接一号转轴303，传动组件302可以采用链条链轮、同步轮同步带或者涡轮蜗杆的传动方式，旋转电机301用于带动一号转轴303旋转，一号转轴303的上端固定安装有转盘304，转盘304上等距环形布置有多个安装架305，为了方便理解，附图中的安装架305为四组；
如图2所示，一组安装架305上通过轴承转动安装有一根二号转轴306；二号转轴306上固定套接有锥齿轮307，环形伞齿轮308固定连接在环形集水槽101的内侧壁上，锥齿轮307与环形伞齿轮308间啮合传动，使得二号转轴306在绕一号转轴303转动时，还能够通过锥齿轮307的带动发生自身的旋转；
如图1和图3所示，二号转轴306的端部延伸到机壳1内部并与滚压模块4连接，驱动机构3上安装有多个滚压模块4，为了方便理解，附图中绘制了四个滚压模块4，驱动机构3用于带动滚压模块4沿底座2的中心轴转动，并且同时驱动滚压模块4自身发生旋转；
在本实施例中，滚压模块4为滚轮状结构，如图3所示，滚压模块4布置在机壳1内部，滚压模块4用于在试件5上滚动，模拟轮胎对试件5基层表面的冲刷作用，能够模拟车轮在路表行驶时，水分被轮胎压进和吸出的“泵吸过程”，更加贴近现实的实际状况，能够获得更加精准的试验数据。
在本实施例中，滚压模块4由轮毂401和轮圈402组成，如图4所示，轮圈402套接在轮毂401上，能够在需要时，如在轮圈402磨损或腐蚀严重时，将轮圈402从轮毂401上拆下，对轮圈402进行更换，保持试验数据的准确性和一致性；轮毂401的边缘设置有向外翻转的凸缘403，凸缘403用于对轮圈402的限位，轮毂401的外侧壁上设置有若干环形凸起404，环形凸起404用于轮圈402的固定，避免在旋转时发生错位，轮圈402采用和汽车轮胎同样材质的橡胶制成，使用相同材料的材质制造轮圈402，能够进一步提升试验结果的准确性，更加具有参考价值。
在本实施例中，旋转电机301通过变频器连接控制箱，控制箱与外部电源电性连接，附图中未画出，控制箱用于控制旋转电机301的启停和转速，进而调节冲刷的评率。
在本实施例中，环形集水槽101的侧壁上开设有条形通孔，条形通孔竖向布置，条形通孔上设置有透明玻璃板104，如图1所示，透明玻璃板104上设置有用于观察液位的刻度线，方便观察环形集水槽101内的液位线，避免液位降低造成试验数据不准确，环形集水槽101采用不锈钢材质制造，避免生锈，使用寿命长，上盖板102采用塑料材质制造，质量轻，便于拆卸。
在本实施例中，如图3所示，滚压模块4的数量为四个，相邻的两个滚压模块4间的间距大于试件5的直径，便于试件5从两个滚压模块4的间隙中被取出。
冲刷试验完成后，将试件5取出烘干，再次称量冲刷后干质量m1；质量损失率p的计算公式为：
P＝(m0-m1)/m0×100％。
以冲刷前后的质量损失率为抗冲刷性能的评价指标，确定出效果明显，易于实际操作的仪器参数，试件按照试验规程进行击实试验得到最大干密度和最佳含水率，成型φ15×15cm的圆柱形无侧限抗压强度试件。
在本实施例中，如图1所示，一号转轴303与转盘304间固定连接有多根加强筋309，使得转盘304能够稳定运行。
参照图1-4所示，为本发明提供的较佳实施例。
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 (10)

1.一种道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述实验装置包括机壳、底座、驱动机构和滚压模块；其中，
所述机壳为环形结构，所述机壳的内部安装有若干用于固定试件的夹具，所述机壳内部用于试件的浸泡；
所述底座固定安装在所述机壳的侧壁上；
所述驱动机构上安装有多个所述滚压模块，所述驱动机构用于带动所述滚压模块沿底座的中心轴转动，并且同时驱动所述滚压模块自身发生旋转；
所述滚压模块为滚轮状结构，所述滚压模块布置在所述机壳内部，所述滚压模块用于在试件上滚动，模拟轮胎对试件基层表面的冲刷作用。
2.如权利要求1所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述机壳包括环形集水槽和上盖板，所述环形集水槽为环形结构，所述环形集水槽的外侧壁上可拆卸式安装有上盖板的一边；
所述上盖板的另一边向内弯折，上盖板用于将溅出的水收集并重新流入环形集水槽内，所述上盖板与环形集水槽间预留有用于驱动机构穿过的间隙。
3.如权利要求2所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述驱动机构包括旋转电机、传动组件、一号转轴、转盘、安装架、二号转轴、锥齿轮和环形伞齿轮；其中，
所述一号转轴转动安装在底座的中心位置；
所述旋转电机的输出轴通过传动组件连接一号转轴，旋转电机用于带动一号转轴旋转，所述一号转轴的上端固定安装有转盘，所述转盘上等距环形布置有多个安装架；
所述安装架上通过轴承转动安装有二号转轴；
所述二号转轴上固定套接有锥齿轮，所述环形伞齿轮固定连接在环形集水槽的内侧壁上，所述锥齿轮与所述环形伞齿轮间啮合传动，使得二号转轴在绕一号转轴转动时，还能够通过锥齿轮的带动发生自身的旋转；
所述二号转轴的端部延伸到机壳内部并与滚压模块连接。
4.如权利要求3所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述滚压模块包括轮毂和轮圈，所述轮圈套接在轮毂上。
5.如权利要求4所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述轮毂的边缘设置有向外翻转的凸缘，所述凸缘用于对轮圈的限位，所述轮毂的外侧壁上设置有若干环形凸起，所述轮圈采用橡胶制成。
6.如权利要求3所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述旋转电机通过变频器连接控制箱，所述控制箱与外部电源电性连接，控制箱用于控制旋转电机的启停和转速。
7.如权利要求2所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述环形集水槽的侧壁上开设有条形通孔，所述条形通孔竖向布置，条形通孔上设置有透明玻璃板，所述透明玻璃板上设置有用于观察液位的刻度线。
8.如权利要求7所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述环形集水槽采用不锈钢材质制造，所述上盖板采用塑料材质制造。
9.如权利要求1所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述滚压模块的数量至少为四个，且相邻的两个滚压模块间的间距大于试件的直径。
10.如权利要求1所述的道路半刚性基层材料抗冲刷实验装置，其特征在于，所述一号转轴与转盘间固定连接有多根加强筋。
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