CN202793949U

CN202793949U - 一种加速加载试验仪

Info

Publication number: CN202793949U
Application number: CN 201220500569
Authority: CN
Inventors: 李晓军
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种加速加载试验仪，包括试验台架、安装在试验台架上的竖向传动轴、同轴安装在竖向传动轴上的水平托盘、水平安装于水平托盘上的环形试件、安装于环形试件内部的多个试验轮、对多个试验轮同步进行施压的加载系统和通过竖向传动轴带动水平托盘进行连续转动的加速系统；加载系统包括竖直加压杆，竖直加压杆的下部为直径由上至下逐渐缩小的圆锥形加压头；多个试验轮均布设于同一水平面上，且多个试验轮呈沿圆周方向均匀布设在圆锥形加压头的四周侧；试验轮包括一个直角梯形轮架和一个呈水平向布设的轮体。本实用新型结构简单、设计合理、使用操作简便且模拟程度高、使用效果好，能在短时间内模拟路面的长期使用效果。

Description

一种加速加载试验仪

技术领域

本实用新型属于路面加速加载试验技术领域，尤其是涉及一种加速加载试验仪。

背景技术

众所周知，往复循环作用在路面上的移动载荷是造成路面破坏的主要原因，在车辆载荷的往复循环作用下，路面会产生车辙、裂纹、坑槽等不同形式的破坏。加速加载试验就是通过改变作用在路面上移动载荷的大小与速度，来测试路面的性能参数与抗破坏能力。目前，国内外所采用的室内外加速加载试验，主要包括以下几类：第一、大型加速加载试验，其包括各种环道、直道、大型加速加载设备等足尺路面结构模拟试验，且试验结果能够比较真实地反映实际路面的车辙发展状况；但此类试验存在的缺点是操作难度大、试验复杂，而且试验费用较高；第二、现场路面试验，如交通部公路科学研究所的综合交通试验场、日本建设省土木研究所的室外现场环道、美国西部环道试验等，此类试验采用实际的路面结构和汽车荷载，其试验结果是完全真实的；但是，此类试验投资巨大，试验周期长，并不能作为常规试验方法或单独用于研究路面某一方面的性能。另外，对于环道试验机本身来说，由于车轮在围绕中心作圆周运动时，受到离心力的作用，这时环道路面除了受到垂直方向的力和车轮行驶方向的剪切力作用外，还受到径向剪切力的作用与实际轮胎/路面作用机理并不完全一致。

目前，用于室内的路面材料加速加载试验装置主要有车辙试验仪，其用途比较单一，且所采用的试验轮属于拖曳式，自身不能驱动旋转，荷载轮只能对试件施加竖直力而不能施加水平力，因而与实际路面受力状况存在巨大差异，所得试验结果并不能可靠地评价和预测路面的表面功能，而且速度较低，不符合“加速”的试验目标。

大型的加速加载设备，如澳大利亚研制的ALF（Accelerated LoadingFacility的英文简称）加速加载装置，是一种可移动式的足尺路面试验系统，可对路面施加可控制的车轮荷载、速度，在足尺试验路或路网实体工程上模拟实际交通荷载对路面结构的作用；但其缺点是体积庞大，机械结构比较复杂，造价昂贵。较小型的加速加载设备，如南非研制美国生产的HVS（Heavy Vehicle Simulato的英文简称）加速加载装置，也是往复运动，但运动轨迹始终是水平的，为了尽量缩短运动周期，运动到端点附近时要采用电气的方式进行制动，此种设备的电控部分比较复杂。比较成功的是南非研制生产的MLS（Mobile Loading Simulato的英文简称）设备，其采用充气轮胎，接地压强与满足实际情况，能够模拟路面不同干湿条件和温度条件；但电动机产生的驱动力并不直接作用在轮胎上，因此各轮胎对试件表面的磨耗效应并不明显。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种加速加载试验仪，其结构简单、设计合理、使用操作简便且模拟程度高、使用效果好，能在短时间内模拟路面的长期使用效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种加速加载试验仪，其特征在于：包括试验台架、安装在试验台架上的竖向传动轴、同轴安装在竖向传动轴上的水平托盘、水平安装于水平托盘上的环形试件、安装于环形试件内部的多个试验轮、对多个所述试验轮同步进行施压的加载系统和通过竖向传动轴带动水平托盘进行连续转动的加速系统；所述加速系统通过传动机构与竖向传动轴进行传动连接；所述加载系统包括与竖向传动轴呈同轴布设的竖直加压杆，所述竖直加压杆的下部为直径由上至下逐渐缩小的圆锥形加压头；多个所述试验轮均布设于同一水平面上，且多个所述试验轮呈沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头的四周侧；多个所述试验轮的结构和尺寸均相同，所述试验轮包括一个直角梯形轮架和一个呈水平向布设的轮体，所述直角梯形轮架包括上平板、位于上平板正下方的下平板、连接于上平板内端部与下平板内端部之间的斜向压板和连接于上平板外端部与下平板外端部之间的竖向轮轴，所述轮体套装在竖向轮轴上，所述上平板、下平板、斜向压板和竖向轮轴布设在同一竖直面上；所述上平板和下平板均呈水平布设，且上平板的横向长度小于下平板的横向长度；多个所述试验轮的轮体均与环形试件的内侧壁相接触；多个所述试验轮中的多个所述斜向压板均沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头外侧，各斜向压板的外侧壁均与所述圆锥形加压头的外侧壁相接触，且各斜向压板的外侧壁均为与所述圆锥形加压头外侧壁结构相同的圆弧形接触面。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述斜向压板与水平面之间的倾斜角度为77°±5°。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：还包括供多个所述试验轮安装的安装支架，所述安装支架包括上压板和位于上压板正下方的下压板，上压板和下压板的中部均开有供竖直加压杆穿过的圆形通孔二，且上压板和下压板之间通过多根竖向支撑杆进行连接，多根所述竖向支撑杆沿圆周方向进行均匀布设。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述上压板的底部开有多道供上平板前后滑移的凹槽一且所述下压板的上部开有多道供下平板前后滑移的凹槽二，所述凹槽一和所述凹槽二的数量均与所述试验轮的数量相同。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：还包括对环形试件进行限位的外侧限位件，且环形试件通过所述外侧限位件紧固固定于水平托盘上；所述外侧限位件为试件固定夹。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述竖直加压杆的中上部为圆柱杆，且所述加载系统还包括套装在所述圆柱杆上的配重物。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述试验轮的数量为4个。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述加速系统包括驱动电机和与驱动电机的动力输出轴进行传动连接的变速箱，所述传动机构包括同轴套装在变速箱的动力输出轴上的主动轮和同轴套装在竖向传动轴上且由主动轮带动进行同步转动的从动轮。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：还包括控制器、对水平托盘的转动圈数进行统计的计数器、对驱动电机进行控制的变频器和对水平托盘的转速进行实时检测的转速检测单元，所述变频器由控制器进行控制，且变频器、转速检测单元和计数器均与控制器相接。

上述一种加速加载试验仪，其特征是：所述竖向传动轴为空心轴，且所述空心轴内安装有压力开关，所述压力开关与控制器相接，所述驱动电机的供电回路中串接有由控制器进行控制的通电控制开关。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且加工制作及拆装方便，投入成本较低。

2、使用操作简便，且测试结果准确。

3、所采用的加载系统与试验轮结构设计合理且使用效果好，试验加载时，采用竖直加压杆放入安装支架中部，之后通过在竖直加压杆上套装砝码实现逐级加载。加载过程中，竖直加压杆将砝码的加载载荷通过各试验轮的直角梯形轮架传递至试验轮的轮体；在砝码载荷的作用下，竖直加压杆垂直向下移动，而竖直加压杆垂直向下移动的同时通过其圆锥形加压头对直角梯形轮架的斜向压板向外施加的压力，相应地各试验轮同步水平向外运动；于此同时，在试件固定夹的限位作用下，各试验轮的轮体与环状试件的内壁之间始终在一定的压力作用下保持紧密接触，从而简便且真实地模仿汽车车轮的实际载荷。

4、所采用的加速系统设计合理，采用变速箱对驱动电机的驱动速度进行减速的同时，也增加了驱动电机的扭矩，以保证加速系统能在一定的低速下正常运转，从而获得较稳定的加载速率，并且在变频器的调控作用下，加速系统的转速能简便、快速进行调控，因而能简便且真实地模拟汽车在路面上的任意速度形式。另外，由于加速加载试验次数比较多，加载时间较长，因而采用铰链代替皮带传动，在长时间的作用下铰链比皮带有更大的力学性能，不易松弛，同时，在低转速下不易滑动，能保持比较稳定的传动比，使得试验的精度大大提高。

5、智能化程度高且控制简易，当环状试件破裂时，竖直加压杆垂直下压并触及压力开关，使整个试验仪停止运转，同时计数器保持住数据。

6、功能全面，可用于测试沥青混合料的一系列路用性能指标，如摩擦系数、车辙、抗疲劳强度、磨损、抗反射裂缝以及水损害抵抗能力等。

7、适用范围广，既可用于沥青路面的测试，也可用于水泥路面的测试；既可用于沥青混合料的评价，也可用于表面养护封层措施的研究。并且，本实用新型能够在短时间内模拟路面的长期使用效果，属于综合性的路面材料加速加载试验装置，而且结构相对简单，价格便宜，操作方便实用。

8、操作性强，最多可同时对多个试件进行平行试验，消除了试验不均一性带来的误差，更有利于各种比对试验方案的实施。同时，试验台架比较低，利于试件的装载和砝码的加载。

9、模拟程度高，试验轮的轮体也可采用充气轮胎，并通过发动机带动主动轮转动，改善了现有路面材料加速加载试验设备拖曳式试验轮的缺陷，更贴近实际。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、使用操作简便且模拟程度高、使用效果好，能在短时间内模拟路面的长期使用效果。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的使用状态参考图。

图2为本实用新型所采用4个试验轮的布设位置示意图。

图3本实用新型试验轮的结构示意图。

图4为本实用新型上压板的底部结构示意图。

图5为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—试验台架； 2—竖向传动轴； 3—水平托盘；

3-1—圆形通孔一； 4—环形试件； 5-1—轮体；

6—直角梯形轮架； 6-1—上平板； 6-2—下平板；

6-3—斜向压板； 6-4—竖向轮轴； 6-5—环形套；

7-1—竖直加压杆； 8-1—上压板； 8-2—下压板；

8-3—竖向支撑杆； 8-4—螺纹孔； 8-5—圆形通孔二；

8-6—凹槽一； 9—试件固定夹； 10—环形砝码；

11-1—驱动电机； 11-2—变速箱； 11-3—主动轮；

11-4—从动轮； 11-5—链条； 12—转速检测单元；

13—控制器； 14—变频器； 15—压力开关；

16—通电控制开关； 17—计数器。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4及图5所示，本实用新型包括试验台架1、安装在试验台架1上的竖向传动轴2、同轴安装在竖向传动轴2上的水平托盘3、水平安装于水平托盘3上的环形试件4、安装于环形试件4内部的多个试验轮、对多个所述试验轮同步进行施压的加载系统和通过竖向传动轴2带动水平托盘3进行连续转动的加速系统。所述加速系统通过传动机构与竖向传动轴2进行传动连接。所述加载系统包括与竖向传动轴2呈同轴布设的竖直加压杆7-1，所述竖直加压杆7-1的下部为直径由上至下逐渐缩小的圆锥形加压头。

多个所述试验轮均布设于同一水平面上，且多个所述试验轮呈沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头的四周侧。多个所述试验轮的结构和尺寸均相同，所述试验轮包括一个直角梯形轮架6和一个呈水平向布设的轮体5-1，所述直角梯形轮架6包括上平板6-1、位于上平板6-1下方的下平板6-2、连接于上平板6-1内端部与下平板6-2内端部之间的斜向压板6-3和连接于上平板6-1外端部与下平板6-2外端部之间的竖向轮轴6-4，所述轮体5-1套装在竖向轮轴6-4上，所述上平板6-1、下平板6-2、斜向压板6-3和竖向轮轴6-4布设在同一竖直面上。所述上平板6-1和下平板6-2均呈水平布设，且上平板6-1的横向长度小于下平板6-2的横向长度。多个所述试验轮的轮体5-1均与环形试件4的内侧壁相接触。多个所述试验轮中的多个所述斜向压板6-3均沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头外侧，各斜向压板6-3的外侧壁均与所述圆锥形加压头的外侧壁相接触，且各斜向压板6-3的外侧壁均为与所述圆锥形加压头外侧壁结构相同的圆弧形接触面。

实际使用时，所述斜向压板6-3与水平面之间的倾斜角度为77°±5°。本实施例中，所述斜向压板6-3与水平面之间的倾斜角度为77°，具体加工时，可根据实际需要对斜向压板6-3与水平面之间的倾斜角度进行相应调整。

本实施例中，所述上压板8-1和下压板8-2的结构和尺寸均相同。

多根所述竖向支撑杆8-3均为螺杆，且上压板8-1和下压板8-2上均对应开有多个分别供多根所述竖向支撑杆8-3安装的螺纹孔8-4。本实施例中，所述竖向支撑杆8-3的数量为4根。

实际加工时，所述轮体5-1的竖向高度小于上平板6-1和下平板6-2之间的间距，且轮体5-1与上平板6-1和下平板6-2之间均垫装有环形套6-5。本实施例中，所述轮体5-1为铁心聚氨酯滚轮。

本实施例中，所述加速系统包括驱动电机11-1和与驱动电机11-1的动力输出轴进行传动连接的变速箱11-2，所述传动机构包括同轴套装在变速箱11-2的动力输出轴上的主动轮11-3和同轴套装在竖向传动轴2上且由主动轮11-3带动进行同步转动的从动轮11-4。

本实施例中，所述主动轮11-3和从动轮11-4均为链轮，且二者之间通过链条11-5进行传动连接。

同时，本实用新型还包括控制器13、对水平托盘3的转动圈数进行统计的计数器17、对驱动电机11-1进行控制的变频器14和对水平托盘3的转速进行实时检测的转速检测单元12，所述变频器14由控制器13进行控制，且变频器14、转速检测单元12和计数器17均与控制器13相接。

本实施例中，所述竖向传动轴2为空心轴，且所述空心轴内安装有压力开关15，所述压力开关15与控制器13相接，所述驱动电机11-1的供电回路中串接有由控制器13进行控制的通电控制开关16。

同时，本实用新型还包括供多个所述试验轮安装的安装支架，所述安装支架包括上压板8-1和位于上压板8-1正下方的下压板8-2，上压板8-1和下压板8-2的中部均开有供竖直加压杆7-1穿过的圆形通孔二8-5，且上压板8-1和下压板8-2之间通过多根竖向支撑杆8-3进行连接，多根所述竖向支撑杆8-3沿圆周方向进行均匀布设。

实际加工时，所述上压板8-1的底部开有多道供上平板6-1前后滑移的凹槽一8-6且所述下压板8-2的上部开有多道供下平板6-2前后滑移的凹槽二，所述凹槽一8-6和所述凹槽二的数量均与所述试验轮的数量相同。

本实施例中，所述试验轮的数量为4个，所述凹槽一8-6和所述凹槽二的数量相应均为4道，4道所述凹槽一8-6和4道所述凹槽二均呈“十”字形布设。

本实施例中，所述水平托盘3中部开有供竖直加压杆7-1穿过的圆形通孔一3-1，所述环形试件4水平放置于水平托盘3上。所述水平托盘3为圆形托盘。

同时，本实用新型还包括对环形试件4进行限位的外侧限位件，且环形试件4通过所述外侧限位件紧固固定于水平托盘3上。本实施例中，所述外侧限位件为试件固定夹9。

本实施例中，所述竖直加压杆7-1的中上部为圆柱杆，且所述加载系统还包括套装在所述圆柱杆上的配重物。实际操作过程中，所述配重物为环形砝码10。具体加载时，根据实际需要，对套装在所述圆柱杆上的环形砝码10的数量及各环形砝码10的大小进行相应调整。

本实施例中，所述环形试件4的厚度为140mm，内径为210mm且其外径为450mm。所述主动轮11-3的直径为Φ450mm且其厚度H=10mm，所述从动轮11-4的直径为Φ80mm且其厚度H=60mm。所述上平板6-1的横向长度为450mm，所述下平板6-2的横向长度为600mm，所述直角梯形轮架6的竖向高度为850mm，所述试验轮向外的最大位移为15mm。所述安装支架中的上压板8-1和下压板8-2均为环形板，二者内径均为155mm且二者的外径均为550mm，所述凹槽一8-6和所述凹槽二的深度均为5mm，所述安装支架的竖向高度为115mm。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种加速加载试验仪，其特征在于：包括试验台架（1）、安装在试验台架（1）上的竖向传动轴（2）、同轴安装在竖向传动轴（2）上的水平托盘（3）、水平安装于水平托盘（3）上的环形试件（4）、安装于环形试件（4）内部的多个试验轮、对多个所述试验轮同步进行施压的加载系统和通过竖向传动轴（2）带动水平托盘（3）进行连续转动的加速系统；所述加速系统通过传动机构与竖向传动轴（2）进行传动连接；所述加载系统包括与竖向传动轴（2）呈同轴布设的竖直加压杆（7-1），所述竖直加压杆（7-1）的下部为直径由上至下逐渐缩小的圆锥形加压头；多个所述试验轮均布设于同一水平面上，且多个所述试验轮呈沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头的四周侧；多个所述试验轮的结构和尺寸均相同，所述试验轮包括一个直角梯形轮架（6）和一个呈水平向布设的轮体（5-1），所述直角梯形轮架（6）包括上平板（6-1）、位于上平板（6-1）正下方的下平板（6-2）、连接于上平板（6-1）内端部与下平板（6-2）内端部之间的斜向压板（6-3）和连接于上平板（6-1）外端部与下平板（6-2）外端部之间的竖向轮轴（6-4），所述轮体（5-1）套装在竖向轮轴（6-4）上，所述上平板（6-1）、下平板（6-2）、斜向压板（6-3）和竖向轮轴（6-4）布设在同一竖直面上；所述上平板（6-1）和下平板（6-2）均呈水平布设，且上平板（6-1）的横向长度小于下平板（6-2）的横向长度；多个所述试验轮的轮体（5-1）均与环形试件（4）的内侧壁相接触；多个所述试验轮中的多个所述斜向压板（6-3）均沿圆周方向均匀布设在所述圆锥形加压头外侧，各斜向压板（6-3）的外侧壁均与所述圆锥形加压头的外侧壁相接触，且各斜向压板（6-3）的外侧壁均为与所述圆锥形加压头外侧壁结构相同的圆弧形接触面。

2.按照权利要求1所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述斜向压板（6-3）与水平面之间的倾斜角度为77°±5°。

3.按照权利要求1或2所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：还包括供多个所述试验轮安装的安装支架，所述安装支架包括上压板（8-1）和位于上压板（8-1）正下方的下压板（8-2），上压板（8-1）和下压板（8-2）的中部均开有供竖直加压杆（7-1）穿过的圆形通孔二（8-5），且上压板（8-1）和下压板（8-2）之间通过多根竖向支撑杆（8-3）进行连接，多根所述竖向支撑杆（8-3）沿圆周方向进行均匀布设。

4.按照权利要求3所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述上压板（8-1）的底部开有多道供上平板（6-1）前后滑移的凹槽一（8-6）且所述下压板（8-2）的上部开有多道供下平板（6-2）前后滑移的凹槽二，所述凹槽一（8-6）和所述凹槽二的数量均与所述试验轮的数量相同。

5.按照权利要求1或2所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：还包括对环形试件（4）进行限位的外侧限位件，且环形试件（4）通过所述外侧限位件紧固固定于水平托盘（3）上；所述外侧限位件为试件固定夹（9）。

6.按照权利要求1或2所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述竖直加压杆（7-1）的中上部为圆柱杆，且所述加载系统还包括套装在所述圆柱杆上的配重物。

7.按照权利要求1或2所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述试验轮的数量为4个。

8.按照权利要求1或2所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述加速系统包括驱动电机（11-1）和与驱动电机（11-1）的动力输出轴进行传动连接的变速箱（11-2），所述传动机构包括同轴套装在变速箱（11-2）的动力输出轴上的主动轮（11-3）和同轴套装在竖向传动轴（2）上且由主动轮（11-3）带动进行同步转动的从动轮（11-4）。

9.按照权利要求8所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：还包括控制器（13）、对水平托盘（3）的转动圈数进行统计的计数器（17）、对驱动电机（11-1）进行控制的变频器（14）和对水平托盘（3）的转速进行实时检测的转速检测单元（12），所述变频器（14）由控制器（13）进行控制，且变频器（14）、转速检测单元（12）和计数器（17）均与控制器（13）相接。

10.按照权利要求9所述的一种加速加载试验仪，其特征在于：所述竖向传动轴（2）为空心轴，且所述空心轴内安装有压力开关（15），所述压力开关（15）与控制器（13）相接，所述驱动电机（11-1）的供电回路中串接有由控制器（13）进行控制的通电控制开关（16）。