CN117367904A - 一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及道路结构室内实验技术领域，尤其涉及一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，包括碎石撒布机构、沥青撒布机构、纤维撒布机构、清洁机构、碾压切割机构和运输机构，碎石撒布机构、沥青撒布机构和清洁机构从左到右依次排列设置，纤维撒布机构和碾压切割机构分别设置于沥青撒布机构和碎石撒布机构的底部，运输机构设置于纤维撒布机构的底部，碎石撒布机构包括碎石第一储存箱，以及固定连通于碎石第一储存箱底部的碎石第二储存箱。本发明可高效、自动成型多种类型的路面封层试件，解决了传统人工制备封层试件耗工耗时的问题，并可以实现试件成型、试件切割、装置清洁等多种功能，有助于实现路面封层的性能检测、评定，促进路面预防性养护技术的发展。
Description
技术领域
本发明涉及道路结构室内实验技术领域，尤其涉及一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法。
背景技术
道路在投入使用后，在交通载荷和环境因素的影响下，路面会出现裂缝、沉陷、车辙、泛油等损坏，如果不及时采取修复措施，将严重影响道路使用性能。预防性养护技术在路面结构尚未产生病害或刚刚出现病害时及时采取措施，从而维护路面结构和延缓路面损坏，被广泛应用于道路养护工程，目前常见的预防性养护技术有碎石封层、稀浆封层、微表处、纤维碎石封层等。
在实际应用中，封层中各原料的种类、掺量、封层厚度等变量的参数不同，会具备不同的使用性能参数，受当地气候、温度、交通量等因素的影响，不同道路对封层的性能需求不同，为确定所需封层各原料的种类和掺量，目前常用方法是制备出不同变量参数的多个封层试件，并对所制备的封层试件进行大量试验，从而确定性能满足需求的封层各变量的参数值。
目前实验室制备封层试件通常是凭借人工操作，由于制备封层试件的过程中需要经过撒布、碾压等多个步骤，但是人工操作时不可避免的会产生误差，难以精准把控各原料的撒布量，导致所制备的封层试件理论参数值和实际参数值存在误差，使得实验所得结果数据不准确，且人工制备封层试件的操作步骤繁琐，使得制备封层试件的效率较为低下，难以满足实际的使用需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，解决了目前人工制备封层试件的操作步骤繁琐而使得制备效率较为低下的缺点。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，包括碎石撒布机构、沥青撒布机构、纤维撒布机构、清洁机构、碾压切割机构和运输机构，所述碎石撒布机构、沥青撒布机构和清洁机构从左到右依次排列设置，所述纤维撒布机构和碾压切割机构分别设置于沥青撒布机构和碎石撒布机构的底部，所述运输机构设置于纤维撒布机构的底部；
所述碎石撒布机构包括碎石第一储存箱，以及固定连通于碎石第一储存箱底部的碎石第二储存箱，在碎石第一储存箱的顶部固定有四个呈圆周阵列的碎石进料口，在碎石第一储存箱内侧固定有隔板，且隔板将碎石第一储存箱内侧均匀分割成完全相同的四个碎石储存分箱，四个碎石进料口分别对应于每个碎石储存分箱的上方，在碎石第一储存箱底部内侧转动设置有碎石第一储存挡板，在碎石第二储存箱的底部固定有碎石撒布器，在碎石撒布器底部设有碎石第二储存挡板；
所述沥青撒布机构包括固定于碎石第一储存箱一侧底端面为弧形面的沥青储存箱，以及固定于沥青储存箱顶部的第一异步电机，在第一异步电机的输出端固定有第一转轴，在第一转轴的两侧分别设有从属转轴，在沥青储存箱顶部一侧固定有沥青进料口，在第一转轴和从属转轴上分别固定有自上至下螺旋旋转方向相同的螺旋搅拌器，在沥青储存箱的外侧固定有温度调节器，根据不同种类的沥青设置合适的温度，在沥青储存箱的底部固定连通有沥青下料箱，在沥青下料箱的顶部设有圆形片状的沥青调节板，在沥青储存箱底部的一侧固定有破乳剂储存盒，在破乳剂储存盒底部固定连通有与沥青下料箱相连通的破乳剂输送管。
优选的，在所述第一转轴的顶部设有上端开口，在第一转轴与从属转轴之间设有相互连通的管道，且第一转轴和从属转轴均设置为具有内外两层的空心圆杆，在第一转轴和从属转轴上设有若干个阵列分布的圆孔，在所述第一转轴上固定有主动齿轮，在两个从属转轴上分别固定有从动齿轮，主动齿轮直径大于从动齿轮，且两个从动齿轮对称分布于主动齿轮两边并与其啮合。
优选的，所述沥青下料箱的内侧底部依次转动设有第一送料器和第二送料器，在沥青下料箱底部一端固定连通有若干个横向等距设置的沥青喷头，在沥青下料箱的底部中间开设有沥青下料口，在沥青下料口内侧转动设有底部活动挡板，且沥青下料口通过底部活动挡板控制开合，在沥青喷头底部设有与沥青下料箱固定的沥青挡板，在沥青挡板内部两侧分别设有左右对称分布的卡槽。
优选的，所述纤维撒布机构包括固定于沥青储存箱底部一端的纤维储存箱，以及固定于纤维储存箱一侧的纤维进料口，在纤维储存箱内部两侧固定有纤维挡板，在两个纤维挡板之间设有与纤维储存箱转动连接的纤维运输器，且纤维运输器由两个表面粗糙、形状完全相同的圆柱体结构组成，在纤维储存箱底部固定有第二异步电机，在第二异步电机的输出端上固定有第二转轴，在第二转轴顶部两侧固定有纤维撒布转片，在纤维储存箱底部的一侧开设有纤维下料口。
优选的，所述清洁机构包括固定于沥青储存箱一侧的清洁液储存箱，以及固定于清洁液储存箱顶部的清洁液进料口，在清洁液储存箱底部一侧固定连通有导液管，在导液管出液端安装有液压泵，且液压泵的输出端与上端开口可拆卸连通，在沥青挡板底部设有收液器，在收液器底部固定有与清洁液储存箱固定连通的收液管，在收液管与清洁液储存箱的衔接处安装有单向阀。
优选的，所述碾压切割机构包括固定于碎石第一储存箱底部的碾压切割滑轨，在碾压切割滑轨上滑动设置有调节夹杆，且调节夹杆可在碾压切割滑轨上任意水平移动，在调节夹杆底部转动设置有旋转杆，在旋转杆的顶部转动设置有碾压滚轮，在旋转杆的底部转动设置有切割刃，且旋转杆可围绕调节夹杆端点处旋转，控制碾压滚轮和切割刃的使用。
优选的，所述运输机构包括固定于碎石第一储存箱底部的试件模传送轨道，以及固定于试件模传送轨道两侧的传送齿条，在两个传送齿条的一侧分别啮合设置有传送齿轮，在传送齿轮上设置有用于驱动其转动的伺服电机，在试件模传送轨道上滑动设置有试件模传送夹，且试件模传送夹两端分别与两个传送齿轮转动连接。
优选的，所述碾压切割机构、碎石撒布器、沥青喷头、沥青下料口和纤维下料口正下方分别固定安装有感应装置。
优选的，所述碎石第一储存挡板由两个相同半圆型片状结构组成，通过调节两个半圆形片状结构的角度控制开口位置调节碎石下料种类，所述碎石第二储存挡板是长方形片状结构，通过控制长方形片状结构可调节碎石撒布器的开口大小。
一种复合碎石养护封层的实验成型装置的定量撒布方法，该方法应用于调节试件模运动速度实现碎石的定量撒布，所述定量撒布方法为：
在试件模喷洒上沥青之后，试件模被输送至碎石撒布器105处，碎石第二储存挡板106打开，碎石匀速下落，调节试件模运行速度，可以保证碎石能够精确定量、均匀撒布在试件模上，计算得到铺撒各层碎石时试件模的运行速度；
所述上述中试件模的运行速度采用如下公式进行计算：
式中，v为试件模运行速度，y为碎石撒布器长度，l为碎石铺撒长度，x为碎石撒布器宽度，ρp为碎石的颗粒密度，ε为碎石的孔隙率，g为重力加速度，dp为碎石粒径，M为试件所需碎石质量，C1、k1根据颗粒形状和摩擦确定的经验常数，通常0.5＜C1＜0.7、1.2＜k1＜3。
借由上述技术方案，本发明提供了一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，相比于现有技术，至少具备以下有益效果：
1、本发明能够自动化快速成型标准的单层、多层复合碎石封层、纤维碎石封层以及稀浆封层等多种路面封层的室内成型试件，且施工流程与现场施工流程相同，既与现场施工效果一致，又解决了传统人工制备封层试件耗工耗时的问题，同时可以精准的把控制备封层试件原料的撒布量，避免出现制备的封层试件理论参数值和实际参数值存在误差而导致实验所得结果数据不准确的情况，有助于实现路面封层的性能检测、评定，促进路面预防性养护技术的发展。
2、本发明可实现“分级定量撒布”效果，通过碎石第一储存挡板确定碎石级配，实现“一次确定”，并根据路面封层试件所需碎石量和碎石下料速度，提出理论公式确定试件模的运行速度，实现“二次确定”，且碎石撒布器为与试件模等宽的矩形结构，从而达到试件成型过程中碎石精确定量、均匀撒布的效果。
3、本发明通过设置碾压切割机构可对复合碎石封层试件进行切割，得到不同层位组合的剪切试件，获得不同层位之间的性能，据此对碎石封层各层的掺料进行调整，对单层路面封层试件进行切割，得到多个剪切试件，方便后续进行不同性能的检测，提高检测效率，同时避免不同检测之间的相互影响。
4、本发明通过设置清洁机构可实现清洁液在沥青撒布机构中的循环流动，实现沥青撒布机构中各结构的充分清洁，清洁完成后清洁液通过导液管流入废物箱，实现清洁液的安全回收，避免环境污染。
5、本发明沥青撒布机构中的第一转轴转速高于两侧从属转轴，螺旋搅拌器的转速差使得沥青下部压强小于上部压强，中和碎石的重力作用使碎石分布更均匀，同时转轴旋转方向与其上固定的螺旋搅拌器向下旋转方向相反，实现位于沥青储存箱下部的碎石向上运动，位于上部的碎石向下运动的效果，使碎石在沥青中分布更加均匀。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的正面局部剖视图；
图3为本发明碎石撒布机构的三维透视图；
图4为本发明碎石第一储存挡板的结构示意图；
图5为本发明沥青下料箱的三维透视图；
图6为本发明纤维撒布机构的三维透视图；
图7为本发明收液器的结构示意图；
图8为本发明从属转轴上圆孔的结构示意图；
图9为本发明碾压切割机构的结构示意图；
图10为本发明纤维撒布机构的结构示意图；
图11为本发明主动齿轮和从动齿轮的结构的示意图。
图中：1、碎石撒布机构；101、碎石进料口；102、碎石第一储存箱；103、碎石第一储存挡板；104、碎石第二储存箱；105、碎石撒布器；106、碎石第二储存挡板；
2、沥青撒布机构；201、第一异步电机；202、第一转轴；202-1、上端开口；202-2、管道；202-3、圆孔；202-4、主动齿轮；
203、从属转轴；203-1、从动齿轮；
204、沥青进料口；205、沥青储存箱；206、螺旋搅拌器；207、温度调节器；208、沥青调节板；209、破乳剂储存盒；2010、破乳剂输送管；
2011、沥青下料箱；2011-1、第一送料器；2011-2、第二送料器；2011-3、沥青喷头；2011-4、沥青下料口；2011-5、底部活动挡板；2011-6、沥青挡板；2011-7、卡槽；
3、纤维撒布机构；301、纤维进料口；302、纤维储存箱；303、纤维运输器；304、纤维挡板；305、第二异步电机；306、第二转轴；307、纤维撒布转片；308、纤维下料口；
4、清洁机构；401、清洁液储存箱；402、清洁液进料口；403、导液管；403-1、液压泵；405-1、单向阀；404、收液器；405、收液管；
5、碾压切割机构；501、碾压滚轮；502、碾压切割滑轨；503、调节夹杆；504、旋转杆；505、切割刃；
6、和运输机构；601、伺服电机；602、试件模传送轨道603、试件模传送夹；604、传送齿轮；605、传送齿条；606、感应装置。
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。
实施例一
参考图1-图11，一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，根据以下流程完成两层复合碎石封层试件的室内成型：
首先，本实施例中选取复合碎石封层所用碎石为花岗岩，第一层所用碎石的级配范围为6-10mm，撒布密度为8m3/1000m2，第二层所用碎石的级配范围为4-6mm，撒布密度为5m3/1000m2。
本实施例中试件模尺寸为30cm×30cm，花岗岩平均密度为2.68t/m3，因此在本实施例中需要级配范围为6-10mm的碎石质量M1，需要级配范围为4-6mm的碎石质量M2，M1和M2分别为：
M1＝0.3×0.3×8/1000×2.68×1000＝1.9296(kg)
M2＝0.15×0.3×5/1000×2.68×1000＝0.603(kg)
将封层所需两种级配的碎石分别通过碎石进料口101放在碎石第一储存箱102的两个分箱，将所需沥青通过沥青进料口204放入沥青储存箱205，通过温度调节器207将沥青储存箱205中的温度调节至适宜温度，对沥青进行调温，第一异步电机201启动带动第一转轴202及其上固定的主动齿轮202-4旋转，主动齿轮202-4与两个从动齿轮203-1啮合，使第一转轴202和从属转轴203上的螺旋搅拌器206同时旋转，且旋转方向相反，三个螺旋搅拌器206自上至下螺旋旋转方向相同，且与第一转轴202的旋转方向相反，以实现沥青储存箱中205沥青均匀搅拌的目的。
将试件模通过试件模传送夹603固定在运输机构6上，固定位置为沥青喷头2011-3右侧，启动运输机构6，伺服电机605带动传动齿轮604开始转动，传动齿轮604带动试件模传动夹沿着传动齿条605自右至左开始运动，沥青调节板208旋转，沥青下落至沥青下料箱2011中，通过控制沥青调节板208的旋转角度可以控制沥青流至沥青下料箱2011的速度，第一送料器2011-1和第二送料器2011-2顺时针旋转，促进沥青向左流动至沥青喷头2011-3处，当试件模左侧运行至沥青喷头2011-3处时被感应装置606识别，沥青喷头2011-3匀速喷洒沥青在试件模上，试件模右端离开沥青喷头2011-3时再次被感应装置606识别，沥青喷头2011-3停止喷洒沥青。
试件模继续向左运动，启动外接有驱动件的碎石第一储存挡板103，碎石第一储存挡板103发生旋转，使级配范围为6-10mm的碎石下落至碎石第二储存箱104，当试件模左侧运行至碎石撒布器105处时，碎石第二储存挡板106打开，碎石匀速下落，为保证碎石能够精确定量、均匀撒布在试件模上，应调节试件模运行速度，试件模运行速度依据下式计算：
式中，v为试件模运行速度，y为碎石撒布器长度，l为碎石铺撒长度，x为碎石撒布器宽度，ρp为碎石的颗粒密度，ε为碎石的孔隙率，g为重力加速度，dp为碎石粒径，M为试件所需碎石质量，C1、k1根据颗粒形状和摩擦确定的经验常数，通常0.5＜C1＜0.7、1.2＜k1＜3。
在本实施例中，通过外接驱动件将碎石第二储存挡板106打开，碎石撒布器105的长度为0.3m，开启宽度为0.02m，复合碎石封层的第一层中，碎石铺撒长度为0.3m，取0.008m作为平均碎石粒径，通过试验获得本实施例中级配范围为6-10mm碎石的孔隙率为0.39，碎石的颗粒密度为2680kg/m3，取＝0.57、＝1.80、g＝10m/s2代入公式进行计算，得到铺撒第一层碎石时试件模的运行速度v1为：
试件模继续向左运动至碾压切割机构5处，启动调节夹杆503在碾压切割滑轨502上相向运动，调整碾压滚轮501高度到合适的位置后同向运动，在路面封层试件上滚动，实现碾压效果，碾压完成后，旋转杆504旋转180°，再次调节碾压切割机构5的位置和高度，使切割刃505沿试件的中线处分割成两份，并将挡板竖直嵌在切割缝中。
试件切割完成后，试件模在运输机构6上自左至右运动到初始位置后再次从右至左运动，试件模左侧运行至沥青喷头2011-3处时被感应装置606识别，沥青喷头2011-3匀速喷洒沥青在试件模上，试件模中线处挡板离开沥青喷头2011-3时再次被感应装置606识别，沥青喷头2011-3停止喷洒沥青。
试件模继续向左运动，碎石撒布机构1中的碎石第一储存挡板103再次发生旋转，使级配范围为4-6mm的碎石下落至碎石第二储存箱104，当试件模左侧运行至碎石撒布器105处时，碎石第二储存挡板106打开，碎石匀速下落，为保证碎石能够精确定量、均匀撒布在试件模上，应调节试件模运行速度，试件模运行速度依据下式计算：
式中，v为试件模运行速度，y为碎石撒布器长度，l为碎石铺撒长度，x为碎石撒布器宽度，ρp为碎石的颗粒密度，ε为碎石的孔隙率，g为重力加速度，dp为碎石粒径，M为试件所需碎石质量，C1、k1根据颗粒形状和摩擦确定的经验常数，通常0.5＜C1＜0.7、1.2＜k1＜3。
在本实施例中，碎石第二储存挡板106打开时，碎石撒布器105的开启长度为0.3m，开启宽度为0.015m，复合碎石封层的第二层中，碎石铺撒长度为0.15m，取0.005m作为平均碎石粒径，通过试验获得本实施例中级配范围为6-10mm碎石的孔隙率为0.32，碎石的颗粒密度为2680kg/m3，取＝0.52、＝1.85、g＝10m/s2代入公式进行计算，得到铺撒第二层碎石时试件模的运行速度v2为：
试件模继续向左运动至碾压切割机构5处，启动调节夹杆503在碾压切割滑轨502上相向运动，调整碾压滚轮501高度到合适的位置后同向运动，在路面封层试件上滚动，实现碾压效果，并将试件模从装置中取下，得到两个不同的切割试件，其中一个为单层碎石封层试件，一个为复合碎石封层试件，对它们渗水性、抗滑性、抗裂性等使用性能分别进行后续的检测，可得到复合碎石封层试件不同层位的使用性能数据，将检测结果进行比较分析，并以此为依据可对各层位碎石掺量、级配进行调整，达到提高复合碎石封层试件使用性能的效果。
将清洁液从清洁液进料口投入清洁液储存箱401中，调节沥青撒布机构(2)中的第一转轴202和从属转轴203的内层角度使内外层圆孔202-3完全吻合，将收液器404卡到沥青挡板2011-6上的卡槽2011-7，启动清洁机构4，启动第一异步电机201，螺旋搅拌器206开始旋转，清洁液通过液压泵403-1提供动力沿着导液管403向上流动，从上端开口202-1通过管道202-2流向第一转轴202和两个从属转轴203，并从转轴上的圆孔202-3流出到螺旋搅拌器206上，螺旋搅拌器206在旋转过程中将清洁液甩动到沥青储存箱205内壁上进行清洁，清洁液沿沥青喷头2011-3流到收液器404，沿着收液管405经过单向阀405-1再次回到清洁液储存箱401中，往复循环上述过程直至沥青撒布机构2清洁干净，将清洁液通过导液管403流入废物箱，实现清洁液的安全回收，将收液器从卡槽中取下。
在沥青喷头2011-3开启时，沥青下料口2011-4关闭，当沥青中含有碎石等大颗粒物质时，沥青下料口2011-4开启，沥青喷头2011-3关闭，清洁机构4启用时，将导液管403端部的液压泵403-1固定在上端开口202-1，调节第一转轴202和从属转轴203的内层角度使内外层圆孔202-3完全吻合，清洁液顺着转轴202、203从圆孔202-3流出，通过螺旋搅拌器206甩向沥青储存箱205内壁，经过沥青下料箱2011从沥青喷头2011-3流入收液器404，通过收液管405导入清洁液储存箱401，往复循环至清洁完成，将清洁液从导液管403排入废物桶，再次调节转轴内层角度，使圆孔202-3错位堵塞洞口，将收液器404从卡槽2011-7取下。
实施例二
参考图1-图11，一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，根据以下流程完成纤维碎石封层试件的室内成型：
本实施例中选取复合碎石封层所用碎石为花岗岩，所用碎石的级配范围为6-10mm，撒布密度为8m3/1000m2，本实施例中试件模尺寸为30cm×30cm，花岗岩平均密度为2.68t/m3，因此在本实施例中需要级配范围为6-10mm的碎石质量M3为：
M3＝0.3×0.3×8/1000×2.68×1000＝1.9296(kg)
将封层所需的碎石通过碎石进料口101放在碎石第一储存箱102的其中一个分箱，将所需玻璃纤维通过纤维进料口301投入纤维储存箱302，将所需沥青通过沥青进料口204放入沥青储存箱205，通过温度调节器207将沥青储存箱205中的温度调节至适宜温度，对沥青进行调温，第一异步电机201启动带动第一转轴202及其上固定的主动齿轮202-4旋转，主动齿轮202-4与两个从动齿轮203-1啮合，使第一转轴202和从属转轴203上的螺旋搅拌器206同时旋转，且旋转方向相反，三个螺旋搅拌器206自上至下螺旋旋转方向相同，且与第一转轴202的旋转方向相反，以实现沥青储存箱中205沥青均匀搅拌的目的。
将试件模通过试件模传送夹603固定在运输机构6上，固定位置为沥青喷头2011-3左侧，启动运输机构6，伺服电机605带动传动齿轮604开始转动，传动齿轮604带动试件模传动夹沿着传动齿条605自左至右开始运行，沥青调节板208旋转，沥青下落至沥青下料箱2011中，通过控制沥青调节板的旋转角度可以控制沥青流至沥青下料箱2011的速度，第一送料器2011-1和第二送料器2011-2顺时针旋转，促进沥青向左流动至沥青喷头2011-3处，当试件模右侧运行至沥青喷头2011-3处时被感应装置606识别，沥青喷头2011-3匀速喷洒沥青在试件模上，试件模左端离开沥青喷头2011-3时再次被感应装置606识别，沥青喷头2011-3停止喷洒沥青。
试件模继续向右运行，当试件模右端运行到纤维下料口308处时被感应装置606识别，纤维运输器303的两个圆柱形结构对向转动，带动玻璃纤维从两者之间落入纤维运输装置底板308，第二异步电机启动带动第二转轴306旋转，纤维撒布转片307开始转动，在转动过程中纤维运输装置底板308上的玻璃纤维被甩出，从纤维下料口均匀掉落到试件模上，玻璃纤维在被甩出后由于惯性沿各个放向分布在已喷洒的沥青上，有利于增强对后续碎石的加固效果，当试件模左侧运行至纤维下料口308处时被感应装置606识别，玻璃纤维停止撒布。
试件模开始向左运行，当试件模左侧运行至沥青喷头2011-3处时再次被感应装置606识别，沥青喷头2011-3匀速喷洒沥青在试件模上，试件模右端端离开沥青喷头2011-3时再次被感应装置606识别，沥青喷头2011-3停止喷洒沥青。
当试件模左侧运行至碎石撒布器105处时，碎石第二储存挡板106全部打开，碎石匀速下落，为保证碎石能够精确定量、均匀撒布在试件模上，应调节试件模运行速度，试件模运行速度依据下式计算：
式中，v为试件模运行速度，y为碎石撒布器长度，l为碎石铺撒长度，x为碎石撒布器宽度，ρp为碎石的颗粒密度，ε为碎石的孔隙率，g为重力加速度，dp为碎石粒径，M为试件所需碎石质量，C1、k1根据颗粒形状和摩擦确定的经验常数，通常0.5＜C1＜0.7、1.2＜k1＜3。
在本实施例中，将碎石第二储存挡板106打开，碎石撒布器的开启长度为0.3m，开启宽度为0.02m，碎石铺撒长度为0.3m，取0.008m作为平均碎石粒径，通过试验获得本实施例中级配范围为6-10mm碎石的孔隙率为0.39，碎石的颗粒密度为2680kg/m3，取＝0.57、＝1.80、g＝10m/s2代入公式进行计算，得到铺撒第一层碎石时试件模的运行速度v3为：
试件模继续向左运动至碾压切割机构5处，启动调节夹杆503在碾压切割滑轨502上相向运动，调整碾压滚轮501高度到合适的位置后同向运动，在路面封层试件上滚动，实现碾压效果，碾压完成后，旋转杆504旋转180°，再次调节碾压切割机构5的位置和高度，使切割刃505沿试件的四等分线处分割成四份，并将挡板竖直嵌在切割缝中，并将试件模从装置中取下，利用已得到的四个相同的分割试件，可对其渗水性、抗滑性、抗裂性等使用性能同时进行后续的检测，一方面可避免在同一试件先后进行检测时，上一性能检测过程对下一性能检测结果造成影响，同时可节约检测时间，提高检测效率。
试件制备结束后，通过清洁机构4对沥青撒布机构2进行清洁，具体步骤与实施例一中相同。
实施例三
参考图1-图11，一种复合碎石养护封层的实验成型装置及定量撒布方法，根据以下流程完成稀浆封层试件的室内成型：
首先，按照规定级配取定量稀浆封层试件所需碎石、矿粉、改性沥青和水，通过沥青进料口204投入沥青储存箱205，通过温度调节器207将沥青储存箱205中的温度调节至适宜温度，对沥青进行调温，第一异步电机201启动带动第一转轴202及其上固定的主动齿轮202-4旋转，主动齿轮202-4与两个从动齿轮203-1啮合，使第一转轴202和从属转轴203上的螺旋搅拌器206同时旋转，且旋转方向相反，三个螺旋搅拌器206自上至下螺旋旋转方向相同，且与第一转轴202的旋转方向相反，以实现沥青储存箱中205沥青均匀搅拌的目的，将适量破乳剂放入破乳剂储存盒209中，由于稀浆封层厚度较薄，为保证试件成型质量及后续对其性能检测结果的准确性，本实施例提前将一块沥青路面车辙版试件放入试件模中。
将试件模通过试件模传送夹603固定在运输机构6上，固定位置为沥青下料口2011-4右侧，启动运输机构6，伺服电机605带动传动齿轮604开始转动，传动齿轮604带动试件模传动夹沿着传动齿条605自右至左开始运动，沥青调节板208旋转，沥青下落至沥青下料箱2011中，通过控制沥青调节板208的旋转角度可以控制沥青流至沥青下料箱2011的速度，同时破乳剂储存盒209中的破乳剂通过破乳剂运输管2010输送至沥青下料箱2011，第一送料器2011-1顺时针旋转，促进沥青向左流动至沥青下料口2011-4处，也使沥青和破乳剂简单混合，破乳剂的加入促进稀浆封层试件的破乳成型，当试件模左侧运行至沥青下料口2011-4处时被感应装置606识别，底部活动挡板2011-5向下旋转，沥青下料口2011-4开启，第二送料器2011-2旋转送料，沥青匀速流出在试件模中的车辙版试件上，通过控制底部活动挡板2011-5的旋转角度可以控制沥青的下料速度，试件模右端离开沥青下料口2011-4时再次被感应装置606识别，底部活动挡板2011-5向上旋转，混合料下料口2011-4关闭。
试件模继续向左运动，至碾压切割机构5处，启动调节夹杆503在碾压切割滑轨502上相向运动，调整碾压滚轮501高度到合适的位置后同向运动，在路面封层试件上滚动，实现碾压效果，并将试件模从装置中取下，对其渗水性、抗滑性、抗裂性等使用性能进行后续的研究。
试件制备结束后，通过清洁机构4对沥青撒布机构2进行清洁，具体步骤与实施例一中相同。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
需要说明的是，在本文中，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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种复合碎石养护封层的实验成型装置，包括碎石撒布机构(1)、沥青撒布机构(2)、纤维撒布机构(3)、清洁机构(4)、碾压切割机构(5)和运输机构(6)，其特征在于：所述碎石撒布机构(1)、沥青撒布机构(2)和清洁机构(4)从左到右依次排列设置，所述纤维撒布机构(3)和碾压切割机构(5)分别设置于沥青撒布机构(2)和碎石撒布机构(1)的底部，所述运输机构(6)设置于纤维撒布机构(3)的底部；
所述碎石撒布机构(1)包括碎石第一储存箱(102)，以及固定连通于碎石第一储存箱(102)底部的碎石第二储存箱(104)，在碎石第一储存箱(102)的顶部固定有四个呈圆周阵列的碎石进料口(101)，在碎石第一储存箱(102)内侧固定有隔板，且隔板将碎石第一储存箱(102)内侧均匀分割成完全相同的四个碎石储存分箱，四个碎石进料口(101)分别对应于每个碎石储存分箱的上方，在碎石第一储存箱(102)底部内侧转动设置有碎石第一储存挡板(103)，在碎石第二储存箱(104)的底部固定有碎石撒布器(105)，在碎石撒布器(105)底部设有碎石第二储存挡板(106)；
所述沥青撒布机构(2)包括固定于碎石第一储存箱(102)一侧底端面为弧形面的沥青储存箱(205)，以及固定于沥青储存箱(205)顶部的第一异步电机(201)，在第一异步电机(201)的输出端固定有第一转轴(202)，在第一转轴(202)的两侧分别设有从属转轴(203)，在沥青储存箱(205)顶部一侧固定有沥青进料口(204)，在第一转轴(202)和从属转轴(203)上分别固定有螺旋分布方向相同的螺旋搅拌器(206)，在沥青储存箱(205)的外侧固定有温度调节器(207)，根据不同种类的沥青设置合适的温度，在沥青储存箱(205)的底部固定连通有沥青下料箱(2011)，在沥青下料箱(2011)的顶部设有圆形片状的沥青调节板(208)，在沥青储存箱(205)底部的一侧固定有破乳剂储存盒(209)，在破乳剂储存盒(209)底部固定连通有与沥青下料箱(2011)相连通的破乳剂输送管(2010)。
2.根据权利要求1所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：在所述第一转轴(202)的顶部设有上端开口(202-1)，在第一转轴(202)与从属转轴(203)之间设有相互连通的管道(202-2)，且第一转轴(202)和从属转轴(203)均设置为具有内外两层的空心圆杆，在第一转轴(202)和从属转轴(203)上设有若干个阵列分布的圆孔(202-3)，在所述第一转轴(202)上固定有主动齿轮(202-4)，在两个从属转轴(203)上分别固定有从动齿轮(203-1)，主动齿轮(202-4)直径大于从动齿轮(203-1)，且两个从动齿轮(203-1)对称分布于主动齿轮(202-4)两边并与其啮合。
3.根据权利要求2所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述沥青下料箱(2011)的内侧底部依次转动设有第一送料器(2011-1)和第二送料器(2011-2)，在沥青下料箱(2011)底部一端固定连通有若干个横向等距设置的沥青喷头(2011-3)，在沥青下料箱(2011)的底部中间开设有沥青下料口(2011-4)，在沥青下料口(2011-4)内侧转动设有底部活动挡板(2011-5)，且沥青下料口(2011-4)通过底部活动挡板(2011-5)控制开合，在沥青喷头(2011-3)底部设有与沥青下料箱(2011)固定的沥青挡板(2011-6)，在沥青挡板(2011-6)内部两侧分别设有左右对称分布的卡槽(2011-7)。
4.根据权利要求1所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述纤维撒布机构(3)包括固定于沥青储存箱(205)底部一端的纤维储存箱(302)，以及固定于纤维储存箱(302)一侧的纤维进料口(301)，在纤维储存箱(302)内部两侧固定有纤维挡板(304)，在两个纤维挡板(304)之间设有与纤维储存箱(302)转动连接的纤维运输器(303)，且纤维运输器(303)由两个表面粗糙、形状完全相同的圆柱体结构组成，在纤维储存箱(302)底部固定有第二异步电机(305)，在第二异步电机(305)的输出端上固定有第二转轴(306)，在第二转轴(306)顶部两侧固定有纤维撒布转片(307)，在纤维储存箱(302)底部的一侧开设有纤维下料口(308)。
5.根据权利要求3所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述清洁机构(4)包括固定于沥青储存箱(205)一侧的清洁液储存箱(401)，以及固定于清洁液储存箱(401)顶部的清洁液进料口(402)，在清洁液储存箱(401)底部一侧固定连通有导液管(403)，在导液管(403)出液端安装有液压泵(403-1)，且液压泵(403-1)的输出端与上端开口(202-1)可拆卸连通，在沥青挡板(2011-6)底部设有收液器(404)，在收液器(404)底部固定有与清洁液储存箱(401)可拆卸连通的收液管(405)，在收液管(405)与清洁液储存箱(401)的衔接处安装有单向阀(405-1)。
6.根据权利要求1所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述碾压切割机构(5)包括固定于碎石第一储存箱(102)底部的碾压切割滑轨(502)，在碾压切割滑轨(502)上滑动设置有调节夹杆(503)，且调节夹杆(503)可在碾压切割滑轨(502)上任意水平移动，在调节夹杆(503)底部转动设置有旋转杆(504)，在旋转杆(504)的顶部转动设置有切割刃(505)，在旋转杆(504)的底部转动设置有碾压滚轮(501)，且旋转杆(504)可围绕调节夹杆(503)端点处旋转，控制碾压滚轮(501)和切割刃(505)的使用。
7.根据权利要求1所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述运输机构(6)包括固定于碎石第一储存箱(102)底部的试件模传送轨道(602)，以及固定于试件模传送轨道(602)两侧的传送齿条(605)，在两个传送齿条(605)的一侧分别啮合设置有传送齿轮(604)，在传送齿轮(604)上设置有用于驱动其转动的伺服电机(601)，在试件模传送轨道(602)上滑动设置有试件模传送夹(603)，且试件模传送夹(603)两端分别与两个传送齿轮(604)转动连接。
8.根据权利要求6所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述碾压切割机构(5)、碎石撒布器(105)、沥青喷头(2011-3)、沥青下料口(2011-4)和纤维下料口(308)正下方分别固定安装有感应装置(606)。
9.根据权利要求1所述的一种复合碎石养护封层的实验成型装置，其特征在于：所述碎石第一储存挡板(103)由两个相同半圆型片状结构组成，通过调节两个半圆形片状结构的角度控制开口位置调节碎石下料种类，所述碎石第二储存挡板(106)是长方形片状结构，通过控制长方形片状结构可调节碎石撒布器的开口大小。
10.一种用于实现上述权利要求1-9任一项所述的成型装置的定量撒布方法，其特征在于，该方法应用于调节试件模运动速度实现碎石的定量撒布，所述定量撒布方法为：
在试件模喷洒上沥青之后，试件模被输送至碎石撒布器105处，碎石第二储存挡板106打开，碎石匀速下落，调节试件模运行速度，可以保证碎石能够精确定量、均匀撒布在试件模上，计算得到铺撒各层碎石时试件模的运行速度；
所述上述中试件模的运行速度采用如下公式进行计算：
式中，v为试件模运行速度，y为碎石撒布器长度，l为碎石铺撒长度，x为碎石撒布器宽度，ρp为碎石的颗粒密度，ε为碎石的孔隙率，g为重力加速度，dp为碎石粒径，M为试件所需碎石质量，C1、k1根据颗粒形状和摩擦确定的经验常数，通常0.5＜C1＜0.7、1.2＜k1＜3。
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| CN (1) | CN117367904A (zh) |
-
2023
- 2023-09-05 CN CN202311133406.2A patent/CN117367904A/zh active Pending
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