CN213148634U - 一种抗冲刷试验设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种抗冲刷试验设备，包括试验装置、温度控制装置、频率控制装置和冲刷力控制装置，所述试验装置包括试验器皿，所述试验器皿设有冲刷室，所述冲刷室内装有试件和水；所述温度控制装置包括控温机构，所述控温机构设于冲刷室内；所述频率控制装置包括相连接驱动机构和变频机构，所述冲刷控制装置包括设于试件上方的冲刷调节机构，所述驱动机构和冲刷调节机构相连接。采用本实用新型，可控冲刷力、冲刷频率和水温，更真实地模拟实际工程中的冲刷情况，使试验结构更具合理性、有效性，且操作简单，适用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及道路基层材料试验领域，特别涉及一种道路基层材料抗冲刷试验设备。
背景技术
随着经济的高速发展，我国高速公路里程数位居世界第一，在经济发展的同时，道路交通的质量要求也相对提高。在雨天或存在积水的路面，高速行驶的重载及超载车量的轮胎会对水泥混凝土路面、沥青路面产生泵吸作用，即形成动水压力，这对路面结构造成了严重的破坏力。此外，路面的自由水及基层的毛细水通过孔隙，裂缝等进入面层与基层、路基与基层的交界处，该处的积水在车辆荷载作用下也会产生较大的动水压力，半刚性基层在重复荷载作用下将对道路基层材料产生冲刷现象，造成基层掏空，严重影响道路基层材料的路用性能。通过大量的工程调研显示，路面基层的损坏不是因为其承载力不足，基层材料的抗冲刷性能是主要影响因素之一。
国内外常见的评价道路材料的冲刷性能试验设备主要有旋转刷、振动台、MTS试验机等设备。旋转刷和振动台这一类设备没有水的参与，与实际工程相差较大。道路材料冲刷试验机在冲刷过程中虽然有水的参与，但不能调节动水压力、冲刷频率的大小；高压喷射冲刷设备虽能控制动水压力的大小，但不能模拟自由水在轮胎作用下的压力和吸力，以上设备的试验数据并不能准确反映路面基层材料的实际冲刷情况。MTS试验机虽然能较好地控制冲刷频率、动水压力，能较为真实的反映路面的冲刷情况，但该设备为美国原装进口设备，操作较为复杂、价格昂贵，不适合推广使用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种可控冲刷力、冲刷频率和水温的抗冲刷试验设备，更真实地模拟实际工程中的冲刷情况，使试验结构更具合理性、有效性，且操作简单，适用范围广。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种抗冲刷试验设备，包括试验装置、温度控制装置、频率控制装置和冲刷力控制装置，所述试验装置包括试验器皿，所述试验器皿设有冲刷室，所述冲刷室内装有试件和水；
所述温度控制装置包括用于调节水温的控温机构，所述控温机构设于冲刷室内；所述频率控制装置包括相连接驱动机构和变频机构，所述冲刷控制装置包括设于试件上方的冲刷调节机构，所述驱动机构和冲刷调节机构相连接，所述驱动机构用于驱动所述冲刷调节机构，所述变频机构用于调节所述驱动机构的输出频率，所述冲刷调节机构用于对试件进行冲刷并能调节对试件的冲刷压力。
作为上述方案的改进，所述驱动机构包括电机、偏心轮和第一轴承，所述电机的输出端设有转轴，所述偏心轮套设于转轴外并与转轴固定连接，所述第一轴承套设于偏心轮外并与偏心轮固定连接，所述第一轴承和冲刷调节机构连接；
所述变频机构包括变频器，所述变频器和电机连接。
作为上述方案的改进，所述变频机构还包括时控开关和中间继电器，所述时控开关通过中间继电器与变频器连接。
作为上述方案的改进，所述冲刷调节机构包括连接杆和套设于连接杆外的调节件，所述连接杆包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与第一轴承固定连接，另一端与第二连接杆连接；所述第二连接杆的一端套设于第一连接杆外，另一端设有冲刷压头，所述冲刷压头设于试件的上方；所述调节件用于固定第一连接杆和第二连接杆的连接。
作为上述方案的改进，所述冲刷压头包括压盘和作用件，所述作用件设于试件上方，所述作用件通过压盘与连接杆连接，所述压盘设有第一通孔，所述作用件设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔相适配。
作为上述方案的改进，所述压盘由金属材料制成，所述作用件由高阻尼橡胶材料制成。
作为上述方案的改进，所述冲刷控制装置还包括用于检测冲刷压力大小的压力检测机构，所述压力检测机构包括相连接的压力传感器和压力显示器；所述第二连接杆包括第二上连接杆和第二下连接杆，所述第二上连接杆通过压力传感器与第二下连接杆连接。
作为上述方案的改进，所述温度控制装置还包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器与温度控制器连接，所述温度控制器与控温机构连接，所述温度传感器设于冲刷室内。
作为上述方案的改进，所述试验装置还包括用于将试件固设于试验器皿内的试件固定机构，所述试件固定机构包括固设于试验器皿内的试件容器，所述试件容器为顶部开口，所述试件容器装载所述试件；
所述试验器皿包括器皿本体和盖体，所述器皿本体和盖体之间形成所述冲刷室；所述盖体设有第三通孔，所述冲刷调节机构穿设于第三通孔上。
作为上述方案的改进，所述器皿本体和盖体之间设有密封件；所述第三通孔设有第二轴承，所述第二轴承套设于冲刷调节机构外。
实施本实用新型，具有如下有益效果：
1、本实用新型在冲刷室内装有试件和水，试件浸泡在水中，模拟现实中道路基层材料的环境，并通过控温机构来调节冲刷室内水温，模拟现实中道路基层材料的环境温度。
2、本实用新型通过驱动机构来驱动冲刷调节机构，实现冲刷调节机构上下周期性线性运动，使冲刷调节机构对试件进行冲刷，模拟自由水在轮胎作用下对水泥混凝土路面、沥青路面产生的压力和吸力。通过变频机构来改变驱动机构的输出频率，从而能实现精准控制冲刷调节机构的冲刷频率，达到模拟现实中对道路基层材料不同的冲刷频率目的。具体的，通过调节变频器的输出功率来改变电机的转速，从而达到控制电机输出频率的目的，再通过偏心轮与第一轴承的转换，进一步将电机的圆周运动转化为连接杆的周期性线性运动，最终实现抗冲刷试验设备冲刷频率的精准控制。
3、本实用新型的冲刷调节机构能调节对试件的冲刷压力，模拟现实中道路基层材料所受到的不同冲刷压力。具体的，通过调节螺母来改变刚性连接杆的长度，进而调节冲刷压力的大小。
4、本实用新型通过调节冲刷频率、冲刷压力大小、水温来实现冲刷试验设备的多功能、多档位的目的，更真实地模拟实际工程中的冲刷情况，使试验结构更具合理性、有效性。
5、本实用新型结构合理、操作简单、成本较低、易于实现、适用范围广。
附图说明
图1是本实用新型抗冲刷试验设备的结构示意图；
图2是图1冲刷调节机构的结构示意图；
图3是图1冲刷压头的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。
道路基层材料在实际运营过程中由于自由水和重复的车轮荷载共同作用下会产生动水压力，对道路基层材料产生冲刷现象，基层将会被脱空，造成路面的水损害，严重影响道路基层材料的路用性能。
为了能更加真实有效的模拟实际工程中道路基层材料的冲刷情况，本实用新型提供了一种抗冲刷试验设备，其是一种不同水温及水压下的流动水来对基层材料进行模拟冲刷和泵吸作用的试验设备。
如图1所示，本实用新型提供一种抗冲刷试验设备，包括试验装置、温度控制装置、频率控制装置和冲刷力控制装置，所述试验装置包括试验器皿，所述试验器皿设有冲刷室1，所述冲刷室1内装有试件10和水。需要说明的是，冲刷室内流入一定高度的水，且使试件浸没于水中。所述试件由水泥、碎石等材料制成，模拟道路基层材料。
所述温度控制装置包括用于调节水温的控温机构8，所述控温机构8设于冲刷室1内；所述频率控制装置包括相连接驱动机构和变频机构，所述冲刷控制装置包括设于试件10上方的冲刷调节机构，所述驱动机构和冲刷调节机构相连接，所述驱动机构用于驱动所述冲刷调节机构，所述变频机构用于调节所述驱动机构的输出频率，所述冲刷调节机构用于对试件10进行冲刷并能调节对试件10的冲刷压力。所述控温机构8为控温棒，可以对水温进行加热。
所述驱动机构包括电机11、偏心轮13和第一轴承14，所述电机 11的输出端设有转轴12，所述偏心轮13套设于转轴12外并与转轴 12固定连接，所述第一轴承14套设于偏心轮13外并与偏心轮13固定连接，所述第一轴承14和冲刷调节机构连接。所述电机11为三相交流电机。第一轴承14为滚珠轴承。驱动机构还包括电机固定基座 26和电机固定螺栓25，将电机11用电机固定螺栓25固定在电机固定基座26上。具体的，偏心轮13的内壁与转轴12的外壁固定连接，使偏心轮13和转轴12的周向相对固定，电机11驱动转轴12旋转时转轴12便带动偏心轮13旋转。第一轴承14的内壁与偏心轮13的外壁固定连接，使第一轴承14的内环与偏心轮13的周向相对固定，使偏心轮13带动第一轴承14内环旋转。即由外往内依次为第一轴承 14、偏心轮13和转轴12。在偏心轮的作用下，使第一轴承在竖向上呈现上下周期性运动。
所述变频机构包括变频器16，所述变频器16和电机11连接。先确定变频器16的输出频率与电机11输出频率之间的关系，然后通过调节变频器16的频率来控制电机11输出频率。
优选地，所述变频机构还包括时控开关15和中间继电器27，所述时控开关15通过中间继电器27与变频器16连接。时控开关的输出点控制中间继电器的线圈，用中间继电器的触点来控制变频器的启闭，通过变频器启闭来控制电机启闭，从而通过时控开关实现对整个冲刷时间的有效控制。
所述冲刷调节机构包括连接杆和套设于连接杆外的调节件20，所述连接杆包括第一连接杆19和第二连接杆21，所述第一连接杆19 的一端与第一轴承14固定连接，另一端与第二连接杆21连接；所述第二连接杆21的一端套设于第一连接杆19外，另一端设有冲刷压头，所述冲刷压头设于试件10的上方；所述调节件20用于固定第一连接杆19和第二连接杆21的连接。所述连接杆为刚性连接杆。所述连接杆为竖向设置，上端与第一轴承14固定连接，下端设有冲刷压头。电机11带动偏心轮13转动，偏心轮13再通过第一轴承14使圆周运动转换为与第一轴承14连接的连接杆的线性运动，从而使与连接杆连接的冲刷压头产生往复运动，最终对试件10形成冲刷和泵吸作用。
其中，第一连接杆19设有外螺纹，第二连接杆21设有内螺纹，所述调节件20为调节螺母。第一连接杆19和第二连接杆21通过内外螺纹来调节第一连接杆19和第二连接杆21的连接长度，再通过套设于第一连接杆19和第二连接杆21外的调节螺母来固定两者的连接，达到精确控制连接杆长度的目的，使得冲刷压头对试件10的冲刷压力大小可调。
优选地，如图1所示，所述冲刷控制装置还包括用于检测冲刷压力大小的压力检测机构，所述压力检测机构包括相连接的压力传感器 17和压力显示器22。如图2所示，所述第二连接杆21包括第二上连接杆211和第二下连接杆212，所述第二上连接杆211通过压力传感器17与第二下连接杆212连接。通过压力传感器可感应连接杆的冲刷压力大小，并通过压力显示器显示出来，从而有助于精确控制冲刷压力的大小。
如图3所示，所述冲刷压头包括压盘23和作用件24，所述作用件24设于试件10上方，所述作用件24通过压盘23与连接杆连接，所述压盘23和作用件24相适配。所述压盘设有第一通孔231，所述作用件24设有第二通孔(图中未示)，所述第一通孔231和第二通孔相适配。具体是，所述压盘23设于第二下连接杆212的底端，所述作用件24设于压盘23的底面。所述第一通孔231和第二通孔的大小、形状、数量以及设置位置均相同，仅材料不同。优选地，所述压盘 23由金属材料制成，所述作用件24由高阻尼橡胶材料制成。其中，压盘将连接杆的力传递给作用件，使作用件对试件产生作用力，作用件用于模拟汽车轮胎对试件的冲刷或泵吸作用。冲刷压头在水中上下运动时，会产生流动的水。增大冲刷频率，将产生剧烈运动的水流，这会对试件10顶部形成多角度、多功能的冲刷作用。当冲刷压头向下运动时，会对水产生挤压，并形成较高的流速，从而对试件10顶部造成冲刷作用。当冲刷压头向上运动时，会对水造成吸附作用，并使试件10表面的水流快速脱离，从而对试件10顶部造成泵吸作用，对材料产生剥离。需要说明的是，在整个冲刷过程中应始终保持冲刷压头浸没于水中。此外，在冲刷过程中作用件23会与试件10发生碰撞，而高阻尼橡胶能较好的吸收碰撞过程中的能量，减小冲刷过程中的振动，从而减少冲刷过程中试件10边角处的损坏，同时也降低了噪声。
所述温度控制装置还包括温度传感器7和温度控制器9，所述温度传感器7与温度控制器9连接，所述温度控制器9与控温机构8连接，所述温度传感器7设于冲刷室1内。冲刷过程中先通过温度控制器设置需要模拟的水温，温度传感器感应水温，并将水温转换为信号传递给温度控制器，温度控制器据此控制控温棒的运作，从而实现水温的调节。温度调节范围为1～40℃。通过温度控制装置的设置能更精确地模拟不同温度条件对道路基层材料的影响。
优选地，所述试验装置还包括用于将试件10固设于试验器皿内的试件固定机构，所述试件固定机构包括固设于试验器皿内的试件容器2，所述试件容器2为顶部开口，所述试件容器2装载所述试件10。具体的，冲刷室1底部设有容器固定基座3，通过容器固定螺栓4将试件容器2固定在容器固定基座3上，而且试件容器2可以通过调节直径，使试件容器2与试件10之间无间隙，紧密连接，从而防止试件10在冲刷过程中上下振动导致边角处脱落、损坏。其中，试件容器的侧壁可以设有竖向的裂缝，用铁环套在试件容器外壁并通过铁环将该裂缝缩小或扩大，从而达到调节试件容器直径的目的。
具体的，所述试验器皿包括器皿本体1a和盖体1b，所述器皿本体1a和盖体1b之间形成所述冲刷室1。所述盖体1b盖合于器皿本体1a的顶部以形成所述冲刷室1，所述器皿本体1a和盖体1b之间还设有密封件5，所述密封件5为密封圈，所述密封圈为橡胶垫圈，使冲刷室能处于密闭的状态，保证试验效果。
所述盖体1b设有第三通孔，所述冲刷调节机构穿设于第三通孔上。优选地，所述第三通孔设有第二轴承6，所述第二轴承6套设于冲刷调节机构外，以降低冲刷调节机构运动的阻力。所述第二轴承6 为直线轴承。具体的，所述第二下连接杆212穿设于第二通孔上，且第二轴承6套设于第二下连接杆212外。
本实用新型通过电机驱动偏心轮，再通过连接在第一轴承上带有冲刷压头的连接杆，使冲刷压头周期性的挤压试件。由于冲刷压头上开有多个竖向孔洞，即图3所示的第一通孔，在冲刷压头反复挤压试件时，既能产生流动水对试件进行冲刷，又能对试件进行抽吸循环作用。通过调节变频器的输出功率、连接杆上调节螺母以及设置需要模拟的水温来分别控制抗冲刷试验设备的冲刷频率与冲击力的幅值以及设定具体的水温环境，能较为真实地模拟不同冲刷频率、冲刷压力以及水温对道路基层材料的冲刷作用。
实施本实用新型，具有如下有益效果：
1、本实用新型在冲刷室内装有试件和水，试件浸泡在水中，模拟现实中道路基层材料的环境，并通过控温机构来调节冲刷室内水温，模拟现实中道路基层材料的环境温度。
2、本实用新型通过驱动机构来驱动冲刷调节机构，实现冲刷调节机构上下周期性线性运动，使冲刷调节机构对试件进行冲刷，模拟自由水在轮胎作用下对水泥混凝土路面、沥青路面产生的压力和吸力。通过变频机构来改变驱动机构的输出频率，从而能实现精准控制冲刷调节机构的冲刷频率，达到模拟现实中对道路基层材料不同的冲刷频率目的。具体的，通过调节变频器的输出功率来改变电机的转速，从而达到控制电机输出频率的目的，再通过偏心轮与第一轴承的转换，进一步将电机的圆周运动转化为连接杆的周期性线性运动，最终实现抗冲刷试验设备冲刷频率的精准控制。
3、本实用新型的冲刷调节机构能调节对试件的冲刷压力，模拟现实中道路基层材料所受到的不同冲刷压力。具体的，通过调节螺母来改变刚性连接杆的长度，进而调节冲刷压力的大小。
4、本实用新型通过调节冲刷频率、冲刷压力大小、水温来实现冲刷试验设备的多功能、多档位的目的，更真实地模拟实际工程中的冲刷情况，使试验结构更具合理性、有效性。
5、本实用新型结构合理、操作简单、成本较低、易于实现、适用范围广。
综上所述，本实用新型提供一种可控冲刷力、冲刷频率和水温的抗冲刷试验设备，更真实地模拟实际工程中的冲刷情况，使试验结构更具合理性、有效性，且操作简单，适用范围广。
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，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种抗冲刷试验设备，其特征在于，包括试验装置、温度控制装置、频率控制装置和冲刷控制装置，所述试验装置包括试验器皿，所述试验器皿设有冲刷室，所述冲刷室内装有试件和水；
所述温度控制装置包括用于调节水温的控温机构，所述控温机构设于冲刷室内；所述频率控制装置包括相连接驱动机构和变频机构，所述冲刷控制装置包括设于试件上方的冲刷调节机构，所述驱动机构和冲刷调节机构相连接，所述驱动机构用于驱动所述冲刷调节机构，所述变频机构用于调节所述驱动机构的输出频率，所述冲刷调节机构用于对试件进行冲刷并能调节对试件的冲刷压力。
2.如权利要求1所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述驱动机构包括电机、偏心轮和第一轴承，所述电机的输出端设有转轴，所述偏心轮套设于转轴外并与转轴固定连接，所述第一轴承套设于偏心轮外并与偏心轮固定连接，所述第一轴承和冲刷调节机构连接；
所述变频机构包括变频器，所述变频器和电机连接。
3.如权利要求2所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述变频机构还包括时控开关和中间继电器，所述时控开关通过中间继电器与变频器连接。
4.如权利要求2所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述冲刷调节机构包括连接杆和套设于连接杆外的调节件，所述连接杆包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与第一轴承固定连接，另一端与第二连接杆连接；所述第二连接杆的一端套设于第一连接杆外，另一端设有冲刷压头，所述冲刷压头设于试件的上方；所述调节件用于固定第一连接杆和第二连接杆的连接。
5.如权利要求4所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述冲刷压头包括压盘和作用件，所述作用件设于试件上方，所述作用件通过压盘与连接杆连接，所述压盘设有第一通孔，所述作用件设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔相适配。
6.如权利要求5所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述压盘由金属材料制成，所述作用件由高阻尼橡胶材料制成。
7.如权利要求4所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述冲刷控制装置还包括用于检测冲刷压力大小的压力检测机构，所述压力检测机构包括相连接的压力传感器和压力显示器；所述第二连接杆包括第二上连接杆和第二下连接杆，所述第二上连接杆通过压力传感器与第二下连接杆连接。
8.如权利要求1所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述温度控制装置还包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器与温度控制器连接，所述温度控制器与控温机构连接，所述温度传感器设于冲刷室内。
9.如权利要求1所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述试验装置还包括用于将试件固设于试验器皿内的试件固定机构，所述试件固定机构包括固设于试验器皿内的试件容器，所述试件容器为顶部开口，所述试件容器装载所述试件；
所述试验器皿包括器皿本体和盖体，所述器皿本体和盖体之间形成所述冲刷室；所述盖体设有第三通孔，所述冲刷调节机构穿设于第三通孔上。
10.如权利要求9所述抗冲刷试验设备，其特征在于，所述器皿本体和盖体之间设有密封件；所述第三通孔设有第二轴承，所述第二轴承套设于冲刷调节机构外。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114088566A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-25 | 湖南省交通科学研究院有限公司 | 一种道路基层材料的抗冲刷性能试验系统 |
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2020
- 2020-06-24 CN CN202021202889.9U patent/CN213148634U/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN114088566A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-25 | 湖南省交通科学研究院有限公司 | 一种道路基层材料的抗冲刷性能试验系统 |
| CN114088566B (zh) * | 2021-11-17 | 2023-11-03 | 湖南省交通科学研究院有限公司 | 一种道路基层材料的抗冲刷性能试验系统 |
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