CN113567332A - 一种模拟振动压实的室内试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟振动压实的室内试验装置。因为现有的表面振动压实仪无法模拟出实际振动轮的动力学反映，因此本发明在该装置的基础上进行了改进，替换了原有的夯锤结构，使用了圆弧形碾压轮，同时在碾压轮中心轴上安装偏心块，有旋转电机通过传动装置带动其旋转，提供激振力，最后对试筒进行了配套改进，使用方形试筒，通过曲柄连杆机构带动试筒前进和后退，实现碾压轮的来回碾压。本发明在一定程度上弥补了智能压实和连续压实控制技术在室内模拟振动压实的试验装置上的空白，为开展室内振动压实的研究提供了便利。
Description
技术领域
本发明属于道路工程室内试验领域，具体涉及一种模拟振动压实的室内试验装置。
背景技术
当前公路土工试验规范中，对路基和基层材料的密实试验方法主要有击实法和表面振动压实仪法两种。击实法无法模拟振动压实过程，与现场施工方法有很大区别，而表面振动压实仪虽然也采用了振动压实的方法，但其采用的扁圆柱型压头与实际的振动轮在接触区域形状上有很大区别，对实际工程的还原程度同样不高。
而今，智能压实和连续压实控制技术的发展要求能通过振动轮的加速度等动力学响应反映出材料的压实质量，目前该项技术的试验研究主要通过现场进行，因为室内缺乏相应的试验装置能够模拟振动轮的动力学响应。为了解决这一问题，本发明开发了一种室内模拟振动压实的试验装置。
发明内容
本发明目的是提供一种模拟振动压实的室内试验装置，使得能够在室内通过小型试验的方式得到与实际振动压路机相近的动力响应，方便观察和研究振动响应与材料压实质量之间的联系，为智能压实技术和连续压实控制技术的研究和应用提供便利，同时能大大减少试验成本。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种模拟振动压实的室内试验装置，包括自上而下依次设置的电机、横架和立柱，所述横架上配合安装有竖直设置的螺杆，其特征在于，所述横架的端部下方安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端上配合安装有圆弧形碾压轮，所述圆弧形碾压轮的中心轴通过传动装置与旋转电机连接，且其中心轴上还设有两组偏心块，所述圆弧形碾压轮上设有初始配重，所述圆弧形碾压轮的下方设置方形试验筒，所述方形试验筒的下方安装有导轨，所述导轨水平设置，并垂直于圆弧形碾压轮的中心轴，其中，方形试验筒可前后滑动的置于导轨上。
在原有表面振动压实仪的基础上，对其钢制夯结构、振动电机以及圆柱形试验筒等结构进行改进，使其更符合实际振动压实的工况：放弃使用钢制夯结构，用与轮碾成型机相似的圆弧形碾压轮替代，达到与压路机钢筒相似的效果；不再使用振动电机单独提供激振力，而是将偏心块安装在弧形碾压轮的中心轴上，同时改振动电机为只提供旋转扭矩的旋转电机，工作时带动圆弧形碾压轮中心轴旋转，届时由偏心块的旋转提供激振力；最后，修改圆柱形试验筒，使用方形试验筒替代原来的圆柱形试验筒，同时在方形试验筒下方安装导轨，导轨水平且垂直于碾压轮中心轴，方形试验筒可以沿导轨前进或后退。
作为本发明的进一步改进，弧形碾压轮的轮宽可采用200mm，半径可参考轮碾成型机碾压轮的半径。
作为本发明的进一步改进，参照多级调幅压路机的原理，弧形碾压轮的中心轴上宜有两组偏心块，两组偏心块的初始相位差可以多档位调节，由此实现激振力的多级调整，推荐使用的激振力按目标压路机激振力的1%来换算，试验时选择与该值最接近的档位。
作为本发明的进一步改进，弧形碾压轮、旋转电机、初始配重以及其它附属结构加载在压实材料上的初始重量推荐为100kg左右，除初始配重外，仪器可配备一组5kg的砝码，砝码可固定在碾压轮中心轴上，振动过程中不允许出现与中心轴的相对位移，试验时可按照目标压路机前轮分配质量的1%来拟定仪器静压质量，进而选择砝码数量。
作为本发明的进一步改进，旋转电机的旋转频率和功率可以按照具体的传动装置和传动效率来设计，但最终偏心块旋转频率的推荐范围为27Hz~33Hz。
作为本发明的进一步改进，试筒尺寸的长和宽推荐为300mm×300mm，深度推荐为200mm，导轨行程推荐为200mm，试验开始时，碾压轮位于试筒表面中心，试筒也同样与导轨行程的中心对应。
作为本发明的进一步改进，推动试筒在导轨上前进和后退的机构可以参考轮碾成型机或车辙试验仪，采用曲柄连杆机构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）模拟效果的优越性，相对于当前市场上已有的表面振动压实仪，本发明使用了圆弧形的碾压轮结构，与实际滚筒压路机在与压实材料的接触特性上有很大的相似性，因此弧形碾压轮的动力学响应与实际压路机钢轮的动力学响应可以建立关联，与压实材料的压实质量也存在联系，由此可以替代现场试验进行智能压实和连续压实质量控制等相关方面的研究。
（2）经济性，智能压实技术和连续压实技术要求使用压路机振动轮的动力学响应来反映压实质量，但目前能够较好模拟出实际振动轮动力反应的室内试验装置近乎空白，因此相关研究的试验大都是通过现场试验（包括室内小型压路机）进行，试验占据场地大，消耗材料多，成本较高，本发明提供的试验装置可以有效克服这一缺陷。
（3）可控性，振动压实的现场试验不可控因素太多，需要协调大量人员配合，所使用的材料和压实机械规格未必能符合预期需求，甚至未必准确，另外其巨大的成本也限制了调整参数进行对比研究，而本发明一定程度上弥补了室内模拟振动压实试验装置的空白，方便相关参数的调整和控制，也方便多次调整进行对比研究。
附图说明
图1为现有表面振动压实仪的示意图。
图2为本发明中圆弧形碾压轮的示意图。
附图标记列表
1-电机，2-横架，3-立柱，4-螺杆，5-圆弧形碾压轮，6-方形试验筒，7-振动电机，8-连接杆，9-钢制夯，10-夯板，11-套筒，12-圆柱形试验筒，13-底板。
具体实施方法
下面结合具体实施方式和说明书附图进一步阐明本发明的内容。
如图1所示现有表面振动压实仪的示意图，由电机1、横架2、立柱3、螺杆4、振动电机、连接杆、钢制夯、夯板、套筒、圆柱形试验筒、底板组成。
本发明提供了一种模拟振动压实的室内试验装置，包括自上而下依次设置的电机、横架和立柱，横架上配合安装有竖直设置的螺杆，其特征在于，横架的端部下方安装有旋转电机，旋转电机的输出端上配合安装有圆弧形碾压轮5（如图2），圆弧形碾压轮的中心轴通过传动装置与旋转电机连接，且其中心轴上还设有两组偏心块，圆弧形碾压轮上设有初始配重，圆弧形碾压轮的下方设置方形试验筒6，方形试验筒的下方安装有导轨，导轨水平设置，并垂直于圆弧形碾压轮的中心轴，其中，方形试验筒可前后滑动的置于导轨上。
原有表面振动压实在接触区域形状上与实际振动轮有很大区别，因此，其夯锤的动力响应无法反映实际振动轮的工作状态，需要对其钢制夯以及振动电机和试验筒等配套结构进行改进，使其更符合实际振动压实的工况。
本发明放弃使用原有钢制夯结构，用与轮碾成型机相似的圆弧形碾压轮替代，达到与压路机钢筒相似的效果。弧形碾压轮的轮宽采用200mm，半径参考轮碾成型机碾压轮的半径，可采用500mm。参照多级调幅压路机的原理，弧形碾压轮的中心轴上设置两组偏心块，两组偏心块的初始相位差可以多档位调节，分别是0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°，不同初始相位差对应不同激振力。最后，在弧形碾压轮上设置初始配重，使其与碾压轮、旋转电机及其它附属结构在压实材料上的初始重量为100kg左右，另外配备一组5kg的砝码，砝码可固定在碾压轮中心轴上，振动过程中不会出现相对位移。
改振动电机为只提供旋转扭矩的旋转电机，旋转电机通过传动装置与碾压轮中心轴相连，可以带动圆弧形碾压轮5的中心轴转动，旋转电机的功率等参数，使得中心轴的旋转频率范围为27Hz～33Hz。
使用方形试验筒替代原来的圆柱形试验筒，试验筒尺寸的长和宽为300mm×300mm，深度为200mm。同时在方形试验筒下方安装导轨，导轨水平且垂直于碾压轮中心轴，方形试验筒可以沿导轨前进或后退，导轨行程推荐为200mm。另外，试验筒与曲柄连杆机构相连，可以推动试验筒在导轨上前进或后退。
开始试验前，按照目标压路机激振力的1%来换算试验激振力，并根据激振力最接近的原则选择初始相位差的设置。同时，同样根据目标压路机前轮分配质量1%的换算原则来拟定仪器静压质量，进而选择砝码数量。最后，在开始试验时应将碾压轮放于方形试验筒表面中心，方形试验筒也同样与导轨行程的中心对应。试验开始后，开动旋转电机，偏心块开始旋转提供激振力，同时曲柄连杆机构带动试筒前后运动，实现碾压轮的来回振动碾压。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种模拟振动压实的室内试验装置，包括自上而下依次设置的电机（1）、横架（2）和立柱（3），所述横架（2）上配合安装有竖直设置的螺杆（4），其特征在于，所述横架（2）的端部下方安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端上配合安装有圆弧形碾压轮（5），所述圆弧形碾压轮（5）的中心轴由旋转电机驱动转动，且中心轴上还设有两组偏心块，所述圆弧形碾压轮（5）上设有初始配重，所述圆弧形碾压轮（5）的下方设置方形试验筒（6），所述方形试验筒（6）的下方安装有导轨，所述导轨水平设置，并垂直于圆弧形碾压轮的中心轴，其中，方形试验筒（6）可前后滑动的置于导轨上。
2.根据权利要求1所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述圆弧形碾压轮（5）的中心轴上还配合固定有砝码。
3.根据权利要求4所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述砝码为5kg。
4.根据权利要求1所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述方形试验筒（6）通过曲柄连杆机构配合连接有可推动其在导轨上前后滑动的驱动机构。
5.根据权利要求4所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述驱动机构为轮碾成型机或车辙试验仪。
6.根据权利要求1所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述弧形碾压轮的轮宽为200mm，半径为轮碾成型机碾压轮的半径。
7.根据权利要求1所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述偏心块的旋转频率范围为27Hz～33Hz。
8.根据权利要求1所述的一种模拟振动压实的室内试验装置，其特征在于，所述方形试验筒的长和宽为300mm×300mm，深度为200mm，所述导轨的行程为200mm。
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| CN202110874900.9A CN113567332A (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 一种模拟振动压实的室内试验装置 |
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| CN (1) | CN113567332A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114354250A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-15 | 屠文水 | 一种建筑工程和道路工程质量检测设备及检测方法 |
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2021
- 2021-07-30 CN CN202110874900.9A patent/CN113567332A/zh active Pending
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