CN116519518A - 一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，包括：试验框架系统、沥青路面系统、动力源传动系统以及加载车系统，沥青路面系统包括固定夹具和沥青混合料试件，固定夹具将沥青混合料试件可拆卸地固定在环形加载台上以形成沥青试验环形路面；动力源传动系统包括动力装置、传动装置；加载车系统包括车轮、配重模组以及监测模组，监测模组设置在车轮上以采集加载试验数据，传动装置两端连接车轮，动力装置直接驱动传动装置带动车轮沿沥青试验环形路面上滚动行驶和加载。本发明还公开了一种上述试验系统的使用方法。实现了方便、快捷地研究“车轮‑路面”相互作用所涉及到的摩擦、磨耗、噪音等沥青路面表面功能服役性能演化规律。

Description

一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及 方法

技术领域

本发明涉及道路工程足尺加速加载测试技术领域，尤其涉及一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法。

背景技术

车辆行驶在沥青路面上时，轮胎与路面相互接触和作用的过程，会涉及到路面摩擦、磨耗、噪声和降雨轮胎打滑等多方面的科学问题，由此针对沥青路面表面功能服役性能的演化开展系统性深入探索，这对于长寿命沥青路面的相关研究至关重要。

现有相关针对“车轮-路面”相关试验的研究，其核心思路是尽可能模拟实际车轮与沥青路面相互作用的过程，再根据研究目的来对不同的考察指标进行测试。例如，我国规范要求采用车辙试验系统的小型橡胶实心模拟轮胎作用于沥青混合料试件上，主要是从材料性能的角度进行高温抗变形能力的评价。现有足尺加速加载试验系统可采用实际大型货车轮胎对现场沥青路面进行作用，用于评价路面结构或材料的综合服役性能与寿命，但开展相关大型试验研究往往需要铺筑足尺试验路，致使试验成本较高。国外有学者采用固定车轮联合旋转圆盘路面的中型试验系统来对路表性能演化规律进行探索，但此类从动轮的形式却与实际车辆主动驱动轮的情况相差甚远，致使试验路的磨耗效果会被不准确预估。

由上述分析可知，现阶段亟需发明一种中等尺度的沥青路面磨耗加速加载试验系统，通过实验室成型沥青混合料试件的形式进行试验路面的快速拼接成型，采用主驱动真实车轮的形式进行加载，形成系统性的试验方法，以实现针对“车轮-路面”相互作用沥青路面表面功能服役性能演化规律的经济性、快捷性深入研究。

因此，现有技术中存在对基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法改进的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法，实现方便、快捷地研究“车轮-路面”相互作用所涉及到的摩擦、磨耗、噪音等沥青路面表面功能服役性能演化规律。

基于上述目的，本发明实施例的提供了基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，包括：

试验框架系统，试验框架系统包括底座和设置在底座上的环形加载台；

沥青路面系统，沥青路面系统包括固定夹具和多个沥青混合料试件，固定夹具将多个沥青混合料试件可拆卸地固定在环形加载台上以形成沥青试验环形路面；

动力源传动系统，动力源传动系统包括动力装置、传动装置，动力装置设置在底座内；

加载车系统，加载车系统包括车轮、配重模组以及监测模组，配重模组设置在车轮上方，监测模组设置在车轮上以采集加载试验数据，传动装置两端连接车轮，动力装置直接驱动传动装置带动车轮沿沥青试验环形路面上滚动行驶和加载。

在一些实施方式中，动力装置为电机，传动装置包括传动轴、主驱动轴和转动轴，传动轴一端与电机连接，另一端与主驱动轴连接，主驱动轴和转动轴连接，转动轴平行于环形加载台平面，电机驱动传动装置的各个转轴转动以带动车轮沿沥青试验环形路面滚动行驶和加载。

在一些实施方式中，固定夹具为环形，环形固定夹具内设置有多个试件固定位，沥青混合料试件放置在试件固定位通过锁紧机构固定。

在一些实施方式中，环形固定夹具内设置有十二个试件固定位，试件固定位的尺寸与沥青混合料试件的尺寸均为300mm*300mm*50～100mm。

在一些实施方式中，锁紧机构为螺栓紧固件。

在一些实施方式中，监测模组包括电机扭转扭矩传感器、三维激光扫描仪、高清高精度摄像机及噪声监测仪。

在一些实施方式中，加载车系统外围设置有防护罩。

在一些实施方式中，环形加载台距离地面高度为1～1.5m，直径为2～3m。

本发明再一方面还提供了一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、制备沥青混合料试件并安装至固定夹具中，通过锁紧机构逐一紧固，拼接组装为沥青试验环形路面；

S2、安装车轮，将配重模组固定于车轮上方，根据施加荷载需求来对配重模组中配重块的数量作精确调整；

S3、基于拟开展研究的路表功能服役性能类型装配监测模组；

S4、开始试验，通过动力装置驱动传动装置带动车轮在沥青试验环形路面上转动行驶并加载，调节车速同时监测车轮前方及后方路表的实时状态并记录其随时间的演化规律；

S5、结束试验，检测沥青试验路面最终所呈现的开裂及车辙变形情况，分析其整体表面功能服役性能的演化规律。

在一些实施方式中，车轮为14～19英寸轿车车轮，通过调控驱动电机的转速调控车速，最大车速范围为5～10km/h，并通过调节配重块的数量和驱动电机的转速，实现调控轮胎接地压强范围为0.7～1.4MPa。

本发明至少具有以下有益技术效果：

(1)本发明采用电机加速驱动的方式，主动驱使真实轿车车轮在试验沥青路面上有效实现滚动行驶和加载，相较于现有技术中的小型模拟车轮和从动轮形式，可以实现对“车轮-路面”相互作用过程进行真实模拟。

(2)本发明的试验沥青路面采用实验室成型沥青混合料试件进行拼接而成，相较于现有技术中的足尺试验路铺筑形式，无需大型机械的施工组织，试验路面的质量更易于控制，占地面积小、能耗相对经济，整体试验成本相对较低。

(3)本发明配置扭矩传感器、激光扫描装置、高速相机、噪音测试装置等多种监测手段，可实现对“车轮-路面”相互作用过程中所涉及的摩擦、磨耗、开裂和噪音等多种科学问题进行有效的探索研究，相较于现有技术针对单一功能的专项研究，具有功能拓展性好的特点。

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实施例。

图1为本发明提供的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统实施例的主视图；

图2为本发明提供的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统实施例的侧视图；

图3为本发明提供的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统实施例的俯视图。

附图标记说明：

10、试验框架系统；11、底座；12、环形加载台；20、沥青路面系统；21、固定夹具；22、沥青混合料试件；23、锁紧机构；30、动力源传动系统；31、动力装置；32、传动轴；33、主驱动轴；34、转动轴；40、加载车系统；41、车轮；42、加载框架；43、配重块；44、防护罩；45、监测模组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1～3所示为本发明提供的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统实施例的示意图，本发明的系统包括试验框架系统10、沥青路面系统20、动力源传动系统30以及加载车系统40。

其中，试验框架系统10进一步包括底座11和设置在底座11上的环形加载台12；

沥青路面系统20进一步包括固定夹具21和多个沥青混合料试件22，固定夹具21将多个沥青混合料试件22可拆卸地固定在环形加载台12上以形成沥青试验环形路面；

动力源传动系统30进一步包括动力装置31、传动装置，动力装置31设置在底座11内；

加载车系统40进一步包括车轮41、配重模组以及监测模组45，配重模组设置在车轮41上方，监测模组45设置在车轮41上以采集加载试验数据，传动装置两端连接车轮41，动力装置31直接驱动传动装置带动车轮41沿沥青试验环形路面上滚动行驶和加载。

进一步地，在加载车系统中，配重模组进一步包括多个配重块43和加载框架42，加载框架42固定在车轮41上用于为配重块43提供支撑平台，在试验过程中，根据施加荷载需求来调整配重块43的数量。

进一步地，在加载车系统中，监测模组45进一步包括电机扭转扭矩传感器、三维激光扫描仪、高清高精度摄像机及噪声监测仪等高精尖技术设备，监测模组45固定在加载框架上，在加载车系统旋转行驶加载的过程中，实现对沥青路面表面功能服役性能演化情况的实时监测与评估，可实现对“车轮-路面”相互作用过程中所涉及的摩擦、磨耗、开裂和噪音等多种科学问题进行有效的探索研究，相较于现有技术针对单一功能的专项研究，具有功能拓展性好的特点。

进一步地，加载车系统外围设置有防护罩44，防护罩将整个加载车系统上方包裹，以达到安全防护的目的。

进一步地，在本发明实施例中，动力装置31为驱动电机，传动装置包括传动轴32、主驱动轴33和转动轴34，传动轴32一端与驱动电机(动力装置)31连接，另一端与主驱动轴33连接，主驱动轴33和转动轴34连接，其中，转动轴34平行于环形加载台12的平面设置，驱动电机(动力装置)31驱动传动装置的各个转轴转动以带动车轮41沿沥青试验环形路面滚动行驶和加载。本发明的系统通过主动驱使车轮在试验沥青路面上有效实现滚动行驶和加载，相较于现有技术中的小型模拟车轮和从动轮形式，可以实现对“车轮-路面”相互作用过程进行真实模拟。

进一步地，底座11用于承载环形加载台12，底座11可以设置与环形加载台12配合的环形，也可以设置为其它任意形状，固定夹具21同样设置为与环形加载台12配合的环形，环形的固定夹具21上设置有多个试件固定位，如图3所示，沥青混合料试件22的安装位置即为试件固定位，沥青混合料试件22放置在试件固定位通过锁紧机构23固定。

在一些实施方式中，环形固定夹具21内设置有十二个试件固定位，在试验时，可以选3～6个沥青混合料试件为一组，例如，以3个沥青混合料试件为一组，则本发明的环形固定夹具可放置4组，则可以实现4组材料的同时试验，提升试验效率。试件固定位的尺寸与沥青混合料试件22的尺寸相同，均为300mm*300mm*50～100mm，将沥青混合料试件22放入试件固定位后，通过锁紧机构23逐一锁紧以将沥青混合料试件22固定在环形加载台12上，并形成沥青试验环形路面，该路面为沥青混合料试件和环形夹具组合形成的平整路面。在一些实施方式中，锁紧机构23可以为螺栓紧固件。本发明的试验沥青路面采用实验室成型沥青混合料试件进行拼接而成，相较于现有技术中的足尺试验路铺筑形式，无需大型机械的施工组织，试验路面的质量更易于控制，占地面积小、能耗相对经济，整体试验成本相对较低。

进一步地，环形加载台距离地面高度为1～1.5m，直径为2～3m。优选地，本发明的沥青路面磨耗加速加载试验系统的整体尺寸为直径2.5m、高度2.3m，其中试验加载台12的高度设置为1.3m，以便于实验人员对沥青混合料试件3的安装和拆卸。

进一步地，本发明直接采取真实商用14～19英寸轿车车轮41对试验沥青路面进行荷载的施加，分别通过调节配重块43的数量和动力装置31的转速，实现调控轮胎接地压强范围为0.7～1.4MPa、最大车速范围为5～10km/h。

本发明另一方面还提供了一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、制备沥青混合料试件并安装至固定夹具中，通过锁紧机构逐一紧固，拼接组装为沥青试验环形路面；

S2、安装车轮，将配重模组固定于车轮上方，根据施加荷载需求来对配重模组中配重块的数量作精确调整；

S3、基于拟开展研究的路表功能服役性能类型装配监测模组；

S4、开始试验，通过动力装置驱动传动装置带动车轮在沥青试验环形路面上转动行驶并加载，调节车速同时监测车轮前方及后方路表的实时状态并记录其随时间的演化规律；

S5、结束试验，检测沥青试验路面最终所呈现的开裂及车辙变形情况，分析其整体表面功能服役性能的演化规律。

其中，沥青混合料试件的可以在实验室内直接制备，借助叉车将其运送至环形加载台上，由实验人员将沥青混合料试件安装至固定夹具中，并用锁紧机构逐一紧固，拼接组装为沥青试验环形路面。同样地，配重块的装配也可以借助叉车操作。

进一步地，在S1中，按照3～4个沥青混合料试件作为1个实验组，可同时对3～4种类型材料的表面性能演化规律进行试验评估。

进一步地，在S2中，配重模组包括多个配重块和加载框架，根据施加荷载需求来对配重模组中配重块的数量作精确调整。

进一步地，在S3中，沥青路面表面功能服役性能包括摩擦、磨耗和噪声等，可选用的监检测设备包括电机扭转扭矩传感器、三维激光扫描仪、高清高精度摄像机及噪声监测仪，在试验中，基于拟开展研究的路表功能服役性能类型装配相应的监测组件。

进一步地，在S4中，并通过调节配重块的数量和驱动电机的转速，实现调控轮胎接地压强范围为0.7～1.4MPa。

根据上述方式可较好地实现本发明，基于驱动电机驱使真实轿车车轮主动滚动行驶在由室内实验室制备沥青混合料试件所拼接组装的圆环形沥青路面试验路上，搭载多种高精尖监检测技术手段，可实现针对“车轮-路面”相互作用所涉及到的摩擦、磨耗和噪声等多方面沥青路面表面功能服役性能演化规律的经济性、快捷性深入研究。上述具体实施方式仅为本发明的较好实施方式，并非用来限定本发明的实施范围(例如增大试验系统的整体直径尺寸或缩小固定夹具的空间尺寸，均可实现增多同时开展试验的沥青混合料试件数量；在监测平台上搭载其他监检测技术，可实现其他对应路表性能的研究)，据此，凡是依照本发明内容所做出的试验系统及其部件的相关尺寸以及监测平台搭载监检测技术的类别等修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，包括：

试验框架系统，所述试验框架系统包括底座和设置在所述底座上的环形加载台；

沥青路面系统，所述沥青路面系统包括固定夹具和多个沥青混合料试件，所述固定夹具将所述多个沥青混合料试件可拆卸地固定在所述环形加载台上以形成沥青试验环形路面；

动力源传动系统，所述动力源传动系统包括动力装置、传动装置，所述动力装置设置在所述底座内；

加载车系统，所述加载车系统包括车轮、配重模组以及监测模组，所述配重模组设置在车轮上方，所述监测模组设置在车轮上以采集加载试验数据，所述传动装置两端连接所述车轮，所述动力装置直接驱动所述传动装置带动所述车轮沿所述沥青试验环形路面上滚动行驶和加载。

2.根据权利要求1所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法，其特征在于，所述动力装置为电机，所述传动装置包括传动轴、主驱动轴和转动轴，所述传动轴一端与所述电机连接，另一端与所述主驱动轴连接，所述主驱动轴和所述转动轴连接，所述转动轴平行于所述环形加载台平面，所述电机驱动所述传动装置的各个转轴转动以带动所述车轮沿所述沥青试验环形路面滚动行驶和加载。

3.根据权利要求1所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，所述固定夹具为环形，环形固定夹具内设置有多个试件固定位，所述沥青混合料试件放置在所述试件固定位通过锁紧机构固定。

4.根据权利要求3所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，所述环形固定夹具内设置有十二个试件固定位，所述试件固定位的尺寸与所述沥青混合料试件的尺寸均为300mm*300mm*50～100mm。

5.根据权利要求3所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，所述锁紧机构为螺栓紧固件。

6.根据权利要求1所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统及方法，其特征在于，所述监测模组包括电机扭转扭矩传感器、三维激光扫描仪、高清高精度摄像机及噪声监测仪。

7.根据权利要求1所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，所述加载车系统外围设置有防护罩。

8.根据权利要求1所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统，其特征在于，所述环形加载台距离地面高度为1～1.5m，直径为2～3m。

9.一种基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统的使用方法，其特征在于，包括：

S1、制备沥青混合料试件并安装至固定夹具中，通过锁紧机构逐一紧固，拼接组装为沥青试验环形路面；

S2、安装车轮，将配重模组固定于车轮上方，根据施加荷载需求来对配重模组中配重块的数量作精确调整；

S3、基于拟开展研究的路表功能服役性能类型装配监测模组；

S4、开始试验，通过动力装置驱动传动装置带动车轮在沥青试验环形路面上转动行驶并加载，调节车速同时监测车轮前方及后方路表的实时状态并记录其随时间的演化规律；

S5、结束试验，检测沥青试验路面最终所呈现的开裂及车辙变形情况，分析其整体表面功能服役性能的演化规律。

10.根据权利要求9所述的基于主驱动车轮的沥青路面磨耗加速加载试验系统的使用方法，其特征在于，所述车轮为14～19英寸轿车车轮，通过调控驱动电机的转速调控车速，最大车速范围为5～10km/h，并通过调节所述配重块的数量和驱动电机的转速，实现调控轮胎接地压强范围为0.7～1.4MPa。