CN209727663U - 一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统 - Google Patents
一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，属于道路工程材料性能测试技术领域。该系统包括动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置四部分组成。通过外部伺服液压系统驱动活塞按预设频率和振幅沿竖直方向往复运动并形成动水压力环境，有效模拟实际沥青路面上车辆轮胎快速驶过所产生瞬时动水压力过程。通过设置直线轴承滑动套实现车轮接触压力恒定，采用位移传感器两端固定形式实时监测车辙深度，实现动水压力环境的沥青混合料车辙试验评价抗水损害性能。本实用新型实现了动水压力环境下车轮荷载作用于沥青混合料的过程，更真实模拟和定量评价车辆轮胎引起动水压力对沥青路面的具体影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及道路工程材料性能测试技术领域，特别是指一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统。
背景技术
沥青路面暴露于自然环境中，当降雨天气车辆行驶时，轮胎反复挤压和抽吸所产生的正负交替循环动水压力，会造成沥青膜从集料表面剥落，最终发展为松散、坑槽等水损害问题，造成沥青路面服役性能下降和服役寿命缩短。区别于我国现行规范所要求的采用静态浸水和冻融等水养生形式来模拟沥青混合料水损害过程，动水压力的破坏机理与实际沥青路面出现的液态水受车辆轮胎作用所引起水损害更为接近。
目前已有学者研发动水压力相关设备对沥青混合料的抗水损害性能进行分析，这些研究侧重于对小尺寸压实圆柱体试件经动水压力环境养生前后的各项性能指标作测试对比。除此之外，另一类评价沥青混合料抗水损害性能的常见试验方法，是采用试验车轮直接作用于完全浸没水中的大尺寸试件表面并来回碾压，通过分析所形成车辙的形变特征指标作评估。同时，有学者采用向试件表面喷洒水的方式来模拟降雨天气车辆轮胎行驶所产生动水冲刷作用过程。但是，此类车辙试验方法中，受限于室内试验的条件，试验车轮来回行走速度与实际沥青路面车辆行驶速度相差较大，无论是对试件作浸水或洒水处理，由此试验模拟所产生动水压力实际效果是有限的。
因此，为更方便、更真实模拟车辆轮胎作用于沥青路面所产生动水压力过程，有必要开发一种基于动水压力环境的沥青混合料车辙试验系统。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统。
该试验系统包括动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置四部分，其中动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置按照从上至下的顺序连接并固定于系统框架，动水压力发生装置、车轮系统加载装置和沥青混合料试件固定装置分别通过法兰盘和螺栓相互连接并组合为密封的动水压力环境仓，系统框架内还设置伺服液压站和数据采集系统。
其中，动水压力发生装置包括伺服液压作动器、连杆、导管、伺服液压站、活塞和气阀组成，其中伺服液压作动器、连杆、活塞由上至下依次连接，活塞底部设置凹槽并在轴线处设置气阀，活塞外部设置活塞滑轨套筒，伺服液压作动器与伺服液压站通过导管连接。
车轮系统加载装置包括电动机、曲柄摇杆机构、配重块、水平滑块、水平滑轨、竖直支撑杆、位移传感器、拉杆、车轮固定架、车轮固定盖、车轮转轴、车轮、直线轴承滑动套、轴承固定架，其中电动机、曲柄摇杆机构、拉杆从右至左依次连接；车轮通过车轮转轴配合车轮固定盖来与车轮固定架连接成整体，并通过直线轴承滑动套来与轴承固定架滚动接触；配重块、竖直支撑杆、车轮固定架由上至下依次连接，水平滑块固定于轴承固定架顶部并与水平滑轨滑动接触，位移传感器固定于水平滑块和车轮固定架之间。
沥青混合料试件固定装置包括垫块、沥青混合料试件、聚乙烯夹具、钢围压夹具、法兰盘、螺栓、锁紧螺母，其中沥青混合料试件、聚乙烯夹具、钢围压夹具通过锁紧螺母由里向外依次固定，配合垫块与推车底座相连接。
控温水浴装置包含控温水浴、水管、水泵、水阀，其中控温水浴放置于系统框架底层并通过水泵和水管连接至水阀。
动水压力传感器固定于动水压力环境仓壁上，位移传感器和动水压力传感器通过导线与数据采集系统相连通。
活塞通过伺服液压站提供动力，按照预设频率和振幅沿竖直方向往复运动并形成动水压力环境；控温水浴内设电热丝。
直线轴承滑动套固定于轴承固定架上，轴承固定架沿竖直方向自由滑动；电动机通过曲柄摇杆机构和拉杆驱动车轮沿水平方向来回碾压沥青混合料试件顶部；位移传感器两端分别固定于水平滑块和车轮固定架上，位移传感器的中间活动部件监测车轮沿竖直方向的位移。
该试验方法包括以下步骤：
S1.将两个旋转压实成型的沥青混合料试件经切割和水浴养生后，依次由聚乙烯夹具和钢围压夹具包裹并拼接成整体，放置于动水压力环境仓的垫块上，将车轮轻放在沥青混合料试件表面；
S2.打开水泵、水阀和活塞处的气阀，将控温水浴中的试验温度水注入动水压力环境仓直至活塞处有水溢出时，关闭气阀；
S3.通过伺服液压站驱使活塞缓慢上下移动，随后控制活塞停在平衡位置，打开气阀直至有水溢出，再依次关闭气阀、水阀和水泵；
S4.依次打开电动机和伺服液压站，通过控制活塞上下往复运动的频率和振幅，产生不同量级的动水压力环境；通过控制电动机转速和车轮配重，模拟车辆的不同车速和车载；位移传感器和动水压力传感器分别实时监测沥青混合料试件表面所形成的车辙深度和动水压力环境仓内所产生的正负交替动水压力，从而实现动水压力环境下的车辙试验。
其中，S1中旋转压实成型沥青混合料试件的直径为150mm，切割距离为16mm；S2中注水温度0℃-100℃；S3中活塞缓慢上下往复运动参数为频率0.5Hz、幅度10mm、持续时间1min；S4中活塞上下往复运动的参数范围为频率0Hz～20Hz，幅度0mm～30mm，动水压力范围-0.1MPa～2MPa，车轮水平来回碾压范围0mm～270mm，加载频率为0Hz～2Hz，轮压为0MPa～1.4MPa。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
(1)该系统采用伺服液压站驱动活塞上下往复运动，通过控制活塞运动的频率和幅度即可产生不同量级的动水压力环境，可以有效地模拟实际沥青路面上车辆轮胎快速驶过所产生瞬时动水压力过程，试验环境与实际工况接近，试验结果真实准确；
(2)该车轮系统加载装置采用配重的形式进行加载，通过设置直线轴承滑动套，使得车轮部件始终与沥青混合料试件顶部接触并保持接触压力恒定，试验结果更加合理可靠。
(3)该系统位移传感器两端分别与高程不变的水平滑块和随车辙深度不断竖直下降的车轮固定架相连接，传感器不受动水压力环境的影响，实现了车辙试验过程中实时车辙深度数据监测，使得试验评价指标更为丰富。
(4)该系统动水压力环境仓设置动水压力发生装置、车轮系统加载装置和沥青混合料试件固定装置三个模块化部件，同时配备推车底座，使得试验操作流程更为方便快捷。
附图说明
图1为本实用新型的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统结构示意图；
图2为本实用新型沥青混合料试件固定装置的俯视图；
图3为本实用新型车轮系统加载装置的立面图；
图4为本实用新型车轮系统加载装置的侧视图。
其中：1-系统框架；2-伺服液压作动器；3-连杆；4-导管；5-伺服液压站；6-动水压力环境仓；7-电动机；8-曲柄摇杆机构；9-数据采集系统；10-控温水浴；11-水管；12-水泵；13-水阀；14-推车底座；15-垫块；16-沥青混合料试件；17-聚乙烯夹具；18-钢围压夹具；19-法兰盘；20-螺栓；21-活塞滑轨套筒；22-活塞；23-气阀；24-锁紧螺母；25-配重块；26-水平滑块；27-水平滑轨；28-竖直支撑杆；29-位移传感器；30-拉杆；31-车轮固定架；32-车轮固定盖；33-车轮转轴；34-车轮；35-直线轴承滑动套；36-轴承固定架；37-动水压力传感器。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统。
如图1所示，该试验系统包括动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置四部分，其中动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置按照从上至下的顺序连接并固定于系统框架1，动水压力发生装置、车轮系统加载装置和沥青混合料试件固定装置分别通过法兰盘19和螺栓20相互连接并组合为密封的动水压力环境仓。
其中：
如图1所示，动水压力发生装置包括伺服液压作动器2、连杆3、导管4、伺服液压站5、活塞22和气阀23组成，其中伺服液压作动器2、连杆3、活塞22由上至下依次连接，活塞22底部设置凹槽并在轴线处设置气阀23，伺服液压作动器2与伺服液压站5通过导管4连接。
如图3、图4所示，车轮系统加载装置包括电动机7、曲柄摇杆机构8、配重块25、水平滑块26、水平滑轨27、竖直支撑杆28、位移传感器29、拉杆30、车轮固定架31、车轮固定盖32、车轮转轴33、车轮34、直线轴承滑动套35、轴承固定架36，其中电动机7、曲柄摇杆机构8、拉杆30从右至左依次连接；车轮34通过车轮转轴33配合车轮固定盖32来与车轮固定架31连接成整体，并通过直线轴承滑动套35来与轴承固定架36滚动接触；配重块25、竖直支撑杆28、车轮固定架31由上至下依次连接，水平滑块26固定于轴承固定架36顶部并与水平滑轨27滑动接触，位移传感器29固定于水平滑块26和车轮固定架31之间。
如图2所示，沥青混合料试件固定装置包括垫块15、沥青混合料试件16、聚乙烯夹具17、钢围压夹具18、法兰盘19、螺栓20、锁紧螺母24，其中沥青混合料试件16、聚乙烯夹具17、钢围压夹具18通过锁紧螺母24由里向外依次固定，配合垫块15与推车底座14相连接。
控温水浴装置包含控温水浴10、水管11、水泵12、水阀13，其中控温水浴10放置于系统框架1底层并通过水泵12和水管11连接至水阀13。
动水压力传感器37固定于动水压力环境仓6壁上，位移传感器29和动水压力传感器37通过导线与数据采集系统9相连通。
活塞22通过伺服液压站5提供动力，按照预设频率和振幅沿竖直方向往复运动并形成动水压力环境；控温水浴10内设电热丝。
直线轴承滑动套35固定于轴承固定架36上，车轮固定架36沿竖直方向自由滑动；电动机7通过曲柄摇杆机构8和拉杆30驱动车轮34沿水平方向来回碾压沥青混合料试件16顶部；位移传感器29两端分别固定于水平滑块26和车轮固定架31上，位移传感器29的中间活动部件监测车轮34沿竖直方向的位移。
在具体应用中，采用该装置的试验方法包括以下步骤：
S1.将两个旋转压实成型的沥青混合料试件16经切割和水浴养生后，依次由聚乙烯夹具17和钢围压夹具18包裹并拼接成整体，放置于动水压力环境仓的垫块15上，将车轮34轻放在沥青混合料试件16表面；
S2.打开水泵12、水阀13和活塞22处的气阀23，将控温水浴10中的试验温度水注入动水压力环境仓直至活塞22处有水溢出时，关闭气阀23；
S3.通过伺服液压站5驱使活塞22缓慢上下移动，随后控制活塞22停在平衡位置，打开气阀23直至有水溢出，再依次关闭气阀23、水阀13和水泵12；
S4.依次打开电动机7和伺服液压站5，通过控制活塞22上下往复运动的频率和振幅，产生不同量级的动水压力环境；通过控制电动机7转速和车轮34配重，模拟车辆的不同车速和车载；位移传感器29和动水压力传感器37分别实时监测沥青混合料试件16表面所形成的车辙深度和动水压力环境仓内所产生的正负交替动水压力，从而实现动水压力环境下的车辙试验。
S1中旋转压实成型沥青混合料试件16的直径为150mm，切割距离为16mm；S2中注水温度80℃；S3中活塞22缓慢上下往复运动参数为频率0.5Hz、幅度10mm、持续时间1min；S4中活塞22上下往复运动的参数范围为频率10Hz，幅度20mm，动水压力范围1MPa，车轮水平来回碾压范围100mm，加载频率为1Hz，轮压为1MPa。
根据上述方式可较好地实现本实用新型，采用伺服液压系统可驱动活塞以较高频率沿竖直方向往复运动并产生动水压力环境，直线轴承滑动套使得车轮自由落在沥青混合料试件表面并确保接触压力，位移传感器的两端固定形式确保车辙深度实时监测，实现动水压力环境下的沥青混合料车辙试验评价抗水损害性能，从而更真实模拟和定量评价车辆轮胎引起动水压力对沥青路面的具体影响。上述具体实施方式仅为本实用新型的较好实施方式，并非用来限定本实用新型的实施范围(例如通过增大车轮34直径可获得更大行走距离)，据此，凡是依照本实用新型内容所作出的采用直线轴承滑动套设置车轮竖向加载方式以及位移传感器两端固定布置形式修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：包括动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置四部分，其中动水压力发生装置、车轮系统加载装置、沥青混合料试件固定装置和控温水浴装置按照从上至下的顺序连接并固定于系统框架(1)，动水压力发生装置、车轮系统加载装置和沥青混合料试件固定装置分别通过法兰盘(19)和螺栓(20)相互连接并组合为密封的动水压力环境仓(6)，系统框架(1)内还设置伺服液压站(5)和数据采集系统(9)。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述动水压力发生装置包括伺服液压作动器(2)、连杆(3)、导管(4)、伺服液压站(5)、活塞(22)和气阀(23)，其中伺服液压作动器(2)、连杆(3)、活塞(22)由上至下依次连接，活塞(22)底部设置凹槽并在轴线处设置气阀(23)，活塞(22)外部设置活塞滑轨套筒(21)，伺服液压作动器(2)与伺服液压站(5)通过导管(4)连接。
3.根据权利要求1所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述车轮系统加载装置包括电动机(7)、曲柄摇杆机构(8)、配重块(25)、水平滑块(26)、水平滑轨(27)、竖直支撑杆(28)、位移传感器(29)、拉杆(30)、车轮固定架(31)、车轮固定盖(32)、车轮转轴(33)、车轮(34)、直线轴承滑动套(35)和轴承固定架(36)，其中电动机(7)、曲柄摇杆机构(8)、拉杆(30)从右至左依次连接；车轮(34)通过车轮转轴(33)配合车轮固定盖(32)与车轮固定架(31)连接成整体，车轮(34)通过直线轴承滑动套(35)与轴承固定架(36)滚动接触；配重块(25)、竖直支撑杆(28)、车轮固定架(31)由上至下依次连接，水平滑块(26)固定于轴承固定架(36)顶部并与水平滑轨(27)滑动接触，位移传感器(29)固定于水平滑块(26)和车轮固定架(31)之间。
4.根据权利要求1所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述沥青混合料试件固定装置包括垫块(15)、沥青混合料试件(16)、聚乙烯夹具(17)、钢围压夹具(18)、法兰盘(19)、螺栓(20)和锁紧螺母(24)，其中沥青混合料试件(16)、聚乙烯夹具(17)、钢围压夹具(18)通过锁紧螺母(24)由里向外依次固定，配合垫块(15)与下部的推车底座(14)相连接。
5.根据权利要求1所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述控温水浴装置包含控温水浴(10)、水管(11)、水泵(12)和水阀(13)，其中控温水浴(10)放置于系统框架(1)底层并通过水泵(12)和水管(11)连接至水阀(13)；控温水浴(10)内设电热丝。
6.根据权利要求1所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述动水压力环境仓(6)的仓壁上固定动水压力传感器(37)，动水压力传感器(37)通过导线与数据采集系统(9)相连通。
7.根据权利要求2所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述活塞(22)通过伺服液压站(5)提供动力，按照预设频率和振幅沿竖直方向往复运动并形成动水压力环境。
8.根据权利要求3所述的沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统，其特征在于：所述直线轴承滑动套(35)固定于轴承固定架(36)上，轴承固定架(36)沿竖直方向自由滑动；电动机(7)通过曲柄摇杆机构(8)和拉杆(30)驱动车轮(34)沿水平方向来回碾压沥青混合料试件(16)顶部；水平滑块(26)和车轮固定架(31)之间设置位移传感器(29)，位移传感器(29)的中间活动部件监测车轮(34)沿竖直方向的位移。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920354147.9U CN209727663U (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920354147.9U CN209727663U (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN209727663U true CN209727663U (zh) | 2019-12-03 |
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Family Applications (1)
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| CN201920354147.9U Active CN209727663U (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN209727663U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109932260A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-25 | 北京科技大学 | 一种沥青混合料动水压力环境的车辙试验系统及试验方法 |
| CN112067476A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-11 | 同济大学 | 一种斜面单向加载车辙试验装置 |
| CN112881217A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 东南大学 | 一种改进的沥青混合料车辙实验装置及实验方法 |
| CN114577642B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-12-15 | 长沙理工大学 | 交通荷载作用下路基土持水状态演变规律测试装置及方法 |
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2019
- 2019-03-19 CN CN201920354147.9U patent/CN209727663U/zh active Active
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| CN112881217A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 东南大学 | 一种改进的沥青混合料车辙实验装置及实验方法 |
| CN114577642B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-12-15 | 长沙理工大学 | 交通荷载作用下路基土持水状态演变规律测试装置及方法 |
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