CN113945511A - 一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备与精细评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备与精细评价方法。该设备主要由试验机外壳、超距点触传感器、限位传感器、转轴、滑轨、试验平台、试件槽、轮胎、激光三维成像仪、气压缸、电机、齿轮、传动链条、丝杆固定架、丝杆、试验机系统控制面板组成。本发明操作方便，通过电机驱动滑轨带动平台作反复平移运动，同时使用系统操作面板设置所需压力、转速、圈数等参数，以气压缸、转轴带动轮胎对放置与试件槽中的水泥混凝土进行冲击摩擦试验，模拟了实际路面车辆轮胎荷载作用下混凝土三维形貌与抗滑值衰变行为的情景，进而提出一种新的方法对水泥混凝土耐磨性能作出评价。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土抗滑性能评价技术领域，尤其涉及一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备与精细评价方法。
背景技术
水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、使用寿命长、养护费用低等特点，广泛应用于我国公路建设中，但水泥混凝土抗滑构造损失快、维修困难等缺陷限制了其在高等级公路的大规模应用。
公路隧道内车速较正常路段慢，制动多，湿度相对较大，空气流动性小，汽车尾气、油烟在潮湿状况下极易在路表面集结形成油腻性膜层，使得隧道内水泥混凝土路面表面呈镜面现象，隧道内交通安全事故屡见报道，这与公路隧道内水泥混凝土路面抗滑性能严重不足密切相关。
传统的对水泥混凝土路面抗滑性能评价仅有两种：一种是构造深度的测量，大多采用铺砂法。铺砂法对于纹理分布不规则的路面，表征了路面宏观的粗糙度，此项指标对于评价高速行车下的抗滑衰减具有明显的意义，但对于刻槽等有规则纹理分布的路面，由于影响构造深度的因素较多，如槽参数的改变，铺砂法测值不能直接反映刻槽路面抗滑性能的大小。在刻槽路面的设计及施工过程中，规范要求了构造深度的大小，但施工前并不能将构造深度与刻槽参数建立起良好的关系，为施工中槽参数的选择提供一定的依据。另一种是使用较为普遍的抗滑测试设备—摆式摩擦系数仪，在测量横向刻槽路面时，测值常因跳起而变大，不能真实反应路面的抗滑性能。
现行行业标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420-2020）T0567给出的水泥混凝土耐磨性试验方法中采用钢制花轮刀片对混凝土进行磨耗，刀片与混凝土的接触压力固定，能够间接评价混凝土和胶砂的磨耗性能。但是该方法存在两个缺陷：一是钢制刀片磨头不能有效表征真实轮胎（类别、胎压、接地压力等）及其纹理参数对混凝土的磨耗作用；二是无法连续调节接地压力来模拟不同等级车辆荷载作用；三是无法连续精细的测量混凝土表面构造三维形貌。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷与不足，提供了一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备与精细评价方法。本发明能够准确模拟测试实际使用情况下水泥混凝土的抗滑构造衰减情况，能够为路面水泥混凝土抗滑构造设计和加铺罩面材料选择提供准确的量化评价方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，主要由试验机外壳、以及安装在试验机外壳内部的超距点触传感器、限位传感器、转轴、滑轨、试验平台、试件槽、轮胎、激光三维成像仪、气压缸、电机、齿轮、传动链条、丝杆固定架、丝杆、试验机系统控制面板组成；所述的试验机外壳的前侧板上设有试验机系统控制面板，并且在试验机系统控制面板两侧分别开设有对称的防护门；所述的试验平台可滑动安装在两根滑轨上，并且这两根滑轨的外侧均固定安装有超距点触传感器与限位传感器；所述的滑轨固定安装在试验机外壳的底板上；所述的试验平台上开有两个对称设置的试件槽；所述的试验平台的底部设有通过丝杆固定架与丝杆连接和电机；所述的丝杆通过丝杆固定架与试验平台相接，所述的丝杆由电机与齿轮连接通过传动链条带动丝杆运动；所述的转轴的两侧分别通过连杆连接安装轮胎，在转轴的上侧固定安装有两个对称设置的激光三维成像仪，转轴的顶部与气压缸的伸缩轴连接。
本发明进一步说明，所述的试验平台的一侧设有平台位移调节杆。平台位移调节杆的作用是松紧试件槽，拧松情况下是使试件方便放入，拧紧的情况下是避免在轮胎荷载作用下试件松动影响试验结果。
本发明进一步说明，所述的气压缸安装在试验机外壳顶部并外接空压机。
本发明进一步说明，所述的转轴带动轮胎做360°旋转运动。
本发明进一步说明，所述的试验平台在电机和丝杆的带动下，在滑轨上做往返平移运动。
在本发明中，所述试件槽，其作用是放置与固定水泥混凝土试件；所述滑轨，其作用是使试验平台做反复来回水平运动，所述电机，其作用是与齿轮连接通过传动链条带动丝杆运动，所述丝杆，其作用是通过丝杆固定架固定在试验平台上使得丝杆在转动时试验平台能够左右平移运动，所述限位传感器，其作用是使试验平台在滑轨带动下达到设定位置后返回；所述超距点触传感器，其作用是试验平台在滑轨带动下的反复水平运动在限位传感器在出现故障下的情况下，防止试验平台撞击试验机外壳从而造成试验事故；所述轮胎与转轴相连，其作用是使得轮胎能在试验平台水平运动时做360°旋转运动，同时使试件受到均匀的轮胎荷载冲击摩擦；所述激光三维成像仪（10），其作用是能够实时扫描水泥混凝土试件三维形貌，通过光纤线外连移动式电脑进行三维点云数据处理；所述系统控制面板，其作用是根据试验要求设置所需压力、转速、圈数等参数；所述气压缸，与转轴连接以及外连气压机，其作用是在轮胎冲击摩擦试件时保持设定的压力值不变，控制与试验不相关的外因素影响。
本发明还提供了一种基于使用上述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备的精细评价方法，包括以下步骤：
1）测量养护好的水泥混凝土试件的重量，记录为g1，测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN0；
2）将水泥混凝土试件放入试件槽，启动水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，通过试验机系统控制面板调节实验所需的实验参数，包括压力、转速、圈数；同时使用激光三维成像仪扫描初始三维形貌；
3）使用试验机系统控制面板设置好实验参数后，气压缸工作，同时转轴带动轮胎对水泥混凝土试件的表面进行模拟轮胎荷载作用下的冲击摩擦试验；
4）实验达到所设定条件后，转轴与气压缸停止工作，电机停止运作，，结束冲击摩擦试验，启动激光三维成像仪扫描实验后的三维形貌变化，同时测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN1；
5）调整实验参数，重复步骤3）和4）；
6）计算水泥混凝土的表面抗滑值与加载压力、转速、圈数的因素影响下的变化规律；
7）通过MATALB软件处理激光三维成像仪扫描获取的三维点云数据，分析水泥混凝土的表面抗滑值、加载压力、转速、圈数的因素影响下的水泥混凝土试件的三维形貌变化规律；
8）建立水泥混凝土路面三维形貌变化与加载情况、抗滑衰减之间的指标关系。
本发明进一步说明，所述的水泥混凝土试件的规格尺寸与试验平台上的试件槽相匹配。
本发明的优点：
1.本发明的设备操作简单、方便，通过电机驱动丝杆带动平台在滑轨上作反复平移运动，同时使用系统控制面板设置所需压力、转速、圈数等参数，以气压缸、转轴带动轮胎对放置于试件槽中的水泥混凝土试件进行冲击摩擦试验，模拟了实际路面车辆轮胎荷载作用下混凝土三维形貌与抗滑值衰变行为的情景，进而提出一种新的方法对水泥混凝土耐磨性能作出评价。
2.本发明的设备通过气压缸对轮胎作用直接对试件进行加载，真实模拟路面磨损；采用轮胎对试件进行冲击摩擦更真实模拟路面受到的摩擦作用。
3.本发明能够根据需求通过系统调节控制气压缸作用与轮胎从而直接作用与试件上，真实模拟行车荷载的作用情况。
4.本发明能够根据需求通过系统调节控制转速、圈数更真实地模拟路面的长期所受的冲击摩擦作用。
5.本发明提出了新的水泥混凝土耐磨性能评价设备与方法，本评价方法通过获取水泥混凝土试件在水泥混凝土耐磨性能评价设备的冲击摩擦作用前后，抗滑值与三维形貌变化，客观的评价了水泥混凝土路面耐磨性能，其中，三维形貌整体变化值越大，水泥混凝土路面的抗滑值越小，水泥混凝土路面的耐磨性越差；反之，其耐磨性越好；三维形貌局部变化值越大，说明水泥混凝土路面强度均匀性差，从而使得水泥混凝土路面病害出现得越早、越多，同时使得行车舒适度越差，能够更客观地评价水泥混凝土在行车轮胎荷载长期作用下的耐磨性能变化情况，本评价方法为试验与实际路面养护检测工程提供了理论方法参考。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例中试验平台部分结构示意图。
图3是本发明一实施例中模拟行车荷载的动力轮胎部分结构示意图。
图4是本发明一实施例中试验平台动力驱动结构示意图。
附图标记：1-试验机外壳，2-超距点触传感器，3-限位传感器，4-转轴，5-滑轨，6-平台位移调节杆，7-试验平台，8-试件槽，9-轮胎，10-激光三维成像仪，11-气压缸，12-电机，13-齿轮，14-传动链条，15-丝杆固定架，16-丝杆，17-试验机系统控制面板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1-4所示，一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，主要由试验机外壳1、以及安装在试验机外壳1内部的超距点触传感器2、限位传感器3、转轴4、滑轨5、试验平台7、试件槽8、轮胎9、激光三维成像仪10、气压缸11、电机12、齿轮13、传动链条14、丝杆固定架15、丝杆16、试验机系统控制面板17组成；所述的试验机外壳1的前侧板上设有试验机系统控制面板17，并且在试验机系统控制面板17两侧分别开设有对称的防护门；
所述的试验平台7可滑动安装在两根滑轨5上，并且这两根滑轨5的外侧均固定安装有超距点触传感器2与限位传感器3；所述的滑轨5固定安装在试验机外壳1的底板上；
所述的试验平台7上开有两个对称设置的试件槽8；所述的试验平台7的底部设有通过丝杆固定架15与丝杆16连接和电机12；所述的丝杆通过丝杆固定架15与试验平台7相接，所述的丝杆16由电机12与齿轮13连接通过传动链条14带动丝杆16运动；
所述的转轴4的两侧分别通过连杆连接安装轮胎9，在转轴4的上侧固定安装有两个对称设置的激光三维成像仪10，转轴4的顶部与气压缸11的伸缩轴连接。
进一步，所述的试验平台7的一侧设有平台位移调节杆6。
进一步，所述的气压缸11安装在试验机外壳1顶部并外接空压机。
进一步，所述的转轴4带动轮胎9做360°旋转运动。
进一步，所述的试验平台7在电机12和丝杆16的带动下，在滑轨5上做往返平移运动。
本实施例还提供了一种基于使用上述水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备的精细评价方法，包括以下步骤：
1）测量养护好的水泥混凝土试件（300mm*300mm*50mm）的重量，记录为g1，测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN0；
2）将水泥混凝土试件放入试件槽8，启动水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，通过试验机系统控制面板17调节实验所需的实验参数，包括压力、转速、圈数；同时使用激光三维成像仪10扫描初始三维形貌；
3）使用试验机系统控制面板17设置好实验参数后，气压缸11工作，同时转轴4带动轮胎9对水泥混凝土试件的表面进行模拟轮胎荷载作用下的冲击摩擦试验；
4）实验达到所设定条件后，转轴4与气压缸11停止工作，结束冲击摩擦试验，启动激光三维成像仪10扫描实验后的三维形貌变化，同时测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN1；
5）调整实验参数，重复步骤3）和4）；
6）计算水泥混凝土的表面抗滑值与加载压力、转速、圈数的因素影响下的变化规律；
7）通过MATALB软件处理激光三维成像仪10扫描获取的三维点云数据，分析水泥混凝土的表面抗滑值与加载压力、转速、圈数的因素影响下的水泥混凝土试件的三维形貌变化规律；
8）建立水泥混凝土路面三维形貌变化与加载情况、抗滑衰减之间的指标关系。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，其特征在于：主要由试验机外壳（1）、以及安装在试验机外壳（1）内部的超距点触传感器（2）、限位传感器（3）、转轴（4）、滑轨（5）、试验平台（7）、试件槽（8）、轮胎（9）、激光三维成像仪（10）、气压缸（11）、电机（12）、齿轮（13）、传动链条（14）、丝杆固定架（15）、丝杆（16）、试验机系统控制面板（17）组成；
所述的试验机外壳（1）的前侧板上设有试验机系统控制面板（17），并且在试验机系统控制面板（17）两侧分别开设有对称的防护门；
所述的试验平台（7）可滑动安装在两根滑轨（5）上，并且这两根滑轨（5）的外侧均固定安装有超距点触传感器（2）与限位传感器（3）；所述的滑轨（5）固定安装在试验机外壳（1）的底板上；
所述的试验平台（7）上开有两个对称设置的试件槽（8）；所述的试验平台（7）的底部通过丝杆固定架（15）与丝杆（16）连接；所述的丝杆（16）由电机（12）与齿轮（13）连接通过传动链条（14）带动丝杆（16）运动；
所述的转轴（4）的两侧分别通过连杆连接安装轮胎（9），在转轴（4）的上侧固定安装有两个对称设置的激光三维成像仪（10），转轴（4）的顶部与气压缸（11）的伸缩轴连接。
2.根据权利要求1所述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，其特征在于：所述的试验平台（7）的一侧设有平台位移调节杆（6）。
3.根据权利要求1所述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，其特征在于：所述的气压缸（11）安装在试验机外壳（1）顶部并外接空压机。
4.根据权利要求1所述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，其特征在于：所述的转轴（4）带动轮胎（9）做360°旋转运动。
5.根据权利要求1所述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，其特征在于：所述的试验平台（7）在电机（12）和丝杆（16）的带动下，在滑轨（5）上做往返平移运动。
6.一种基于使用如权利要求1所述的水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备的精细评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）测量养护好的水泥混凝土试件的重量，记录为g1，测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN0；
2）将水泥混凝土试件放入试件槽（8），启动水泥路面抗滑构造轮胎磨耗加载设备，通过试验机系统控制面板（17）调节实验所需的实验参数，包括压力、转速、圈数；同时使用激光三维成像仪（10）扫描初始三维形貌；
3）使用试验机系统控制面板（17）设置好实验参数后，气压缸（11）工作，同时转轴（4）带动轮胎（9）对水泥混凝土试件的表面进行模拟轮胎荷载作用下的冲击摩擦试验；
4）实验达到所设定条件后，转轴（4）与气压缸（11）停止工作，电机（12）停止运作，结束冲击摩擦试验，启动激光三维成像仪（10）扫描实验后的三维形貌变化，同时测量水泥混凝土试件的表面抗滑值BPN1；
5）调整实验参数，重复步骤3）和4）；
6）计算水泥混凝土的表面抗滑值与加载压力、转速、圈数的因素影响下的变化规律；
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8）建立水泥混凝土路面三维形貌变化与加载情况、抗滑衰减之间的指标关系。
7.根据权利要求6所述的精细评价方法，其特征在于，所述的水泥混凝土试件的规格尺寸与试验平台（7）上的试件槽（8）相匹配。
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