CN220339924U - 一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，包括试验箱，试验箱的顶端固定有支撑架，支撑架顶部设有导轨，导轨滑动连接有滑块，导轨和滑块之间可拆卸的设置有锁紧件以将导轨和滑块锁紧固定，滑块底面可拆卸的连接有加载机构，加载机构的加载部底端连接减振组件，减振组件与加载轮连接，所述加载机构的加载部与减振组件之间设有压力检测元件，所述加载轮采用电动轮，本实用新型的试验装置适用性强。

Description

一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置

技术领域

本实用新型涉及试验设备技术领域，具体涉及一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

受路面材料、交通荷载、服役环境等多种因素的影响，沥青路面在设计寿命期内逐步损坏。路面性能劣化是一个动态变化的复杂过程。交通荷载下沥青路面表现出的力学响应特征是引起结构服役性能变化的重要因素。因此，对路面力学响应场的准确分析是揭示路面性能演化过程的基础性、关键性工作。

试验是开展路面结构动力响应研究的重要方法。目前以加速加载试验机或实车为核心的加载模式是公认的最可靠的加载方法。

现有专利《一种透水沥青路面渗透性衰减模型试验系统及方法》(申请号202011357086.5)公开了一种路面车辆荷载施加的试验装置，现有专利《模拟往复交通移动荷载下碎石土路基力学行为的试验装置》(申请号201310127747.9)也公开了一种路面车辆荷载施加的试验装置，发明人发现，上述两个专利中，车轮均采用外部驱动，受试验场地限制，支撑立柱、导轨及驱动机构的位置相对固定，车轮移动范围受限，使得车轮的转速受限，只能研究车轮低速转动的问题，而且受导轨等外部装置的限制，无法模拟出车轮跳动状态下对路面的冲击作用，因此上述两个专利技术适用性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，适用性更强。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的实施例提供了一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，包括试验箱，试验箱的顶端固定有支撑架，支撑架顶部设有导轨，导轨滑动连接有滑块，导轨和滑块之间可拆卸的设置有锁紧件以将导轨和滑块锁紧固定，滑块底面可拆卸的连接有加载机构，加载机构的加载部底端连接减振组件，减振组件与加载轮连接，所述加载机构的加载部与减振组件之间设有压力检测元件，所述加载轮采用电动轮。

可选的，所述加载机构采用固定在滑块底面的丝杠升降机，丝杠升降机的丝杠底端通过压力检测元件连接减振组件。

可选的，所述加载机构采用电动缸，电动缸的加载部通过压力检测元件与减振组件连接。

可选的，所述加载机构采用液压缸，液压缸的活塞杆底端通过压力检测元件与减振组件连接。

可选的，所述减振组件包括阻尼器和减震器，阻尼器顶端通过压力检测元件与加载机构的加载部连接，阻尼器的底端连接减震器，减震器连接加载轮。

可选的，所述锁紧件采用锁紧螺栓，锁紧螺栓通过滑块设置的螺纹孔与滑块螺纹连接，锁紧螺栓能够穿过螺纹孔并顶紧在导轨表面以实现滑块与导轨的锁紧固定。

可选的，所述车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置还包括用于埋设在试验箱内路面内部的应力检测元件、应变检测元件和位移检测元件。

可选的，沿导轨的轴线方向，加载轮的尺寸大于减振组件和升降机构的尺寸以使得加载轮能够优先与支撑架发生碰撞。

可选的，所述试验箱包括底部箱壁，底部箱壁为矩形结构，其四个边缘处连接有侧部箱壁，其中两个相对设置的侧部箱壁与底部箱壁及另外两个侧部箱壁可拆卸连接。

可选的，所述试验箱的侧部箱壁采用透明的亚力克板制成。

上述本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型的试验装置，滑块和导轨之间可拆卸的设置有锁紧件，且加载轮采用电动轮，当滑块与导轨锁紧固定时，加载机构带动加载轮对试验箱内的路面试验施加设定荷载，此时加载轮可做高速转动，进而实现了车轮高速转动下路面结构内部力学响应特征的测试，松开滑块和导轨之间的锁紧件，车轮做低速转动，车轮沿试验箱内路面做直线运动，实现了车轮低速转动下路面结构内部力学响应特征的测试，因此加载试验装置能够模拟的工况更多，适用性更强。

2.本实用新型的试验装置，滑块通过减振组件连接加载轮，车轮能够实现上下跳动，实现了路面平整度较差时路面结构内部力学响应特征的测试，进一步提高了整个试验装置的适用性。

3.本实用新型的试验装置，支撑架的两组立柱中均具有一个膨胀立柱，且加载轮的尺寸大于减振组件和升降机构的尺寸以使得加载轮能够优先与碰撞立柱发生碰撞，因此能够实现撞击状态下路面结构内部力学响应特征的测试，进一步提高了整个试验装置的适用性。

4.本实用新型的试验装置，试验箱中有两个相对设置的侧部箱壁可拆卸连接，拆卸后可对路面结构试样内部进行开挖或换填，用来模拟道路服役状态下的各种病害，实现了不同路面结构情况下的试验，提高了整个试验装置的适用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，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限定。

图1是本实用新型实施例1加载机构采用丝杠升降机时整体结构主视图；

图2是本实用新型实施例1加载机构采用丝杠升降机时整体结构侧视图；

图3是本实用新型实施例1加载机构采用丝杠升降机时整体结构俯视图；

图4是本实用新型实施例1加载机构采用电动缸时整体结构主视图；

图5是本实用新型实施例1加载机构采用电动缸时整体结构侧视图；

图6是本实用新型实施例1加载机构采用电动缸时整体结构俯视图；

图7是本实用新型实施例1加载机构采用液压缸时整体结构主视图；

图8是本实用新型实施例1加载机构采用液压缸时整体结构侧视图；

图9是本实用新型实施例1加载机构采用液压缸时整体结构俯视图；

图10是本实用新型实施例1液压站示意图；

其中，1.丝杠，2.滑块，3.导轨，4.丝杠升降机，5.压力传感器，6.阻尼器，7.减震器，8.加载轮，9.支撑架，10.试验箱，11.丝杠升降机电机，12.侧部箱壁，13.电动缸，14.电缸电机，15.液压缸，16.液压缸电机，17.液压泵，18.换向阀，19.底阀，20.油箱。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，如图1-图3所示，包括试验箱10，试验箱用于放入路面结构试样，试验箱10采用顶部敞口设置的长方体结构，试验箱10的顶部安装有支撑架9，支撑架9的顶部固定有导轨3，导轨3滑动连接有滑块2，滑块2和导轨3之间可拆卸的设置有锁紧件，锁紧件能够将滑块2和导轨3进行锁紧固定，所述滑块2的底面可拆卸的连接有加载机构，加载机构的加载部能够做竖向升降运动，加载机构的加载部通过减振组件连接加载轮8，加载轮8用于与试验箱10内的路面结构试样接触，加载机构通过加载轮8对路面结构试验施加荷载以模拟车辆荷载。

所述试验箱10包括底部箱壁和设置在底部箱壁四个边缘处的侧部箱壁12，其中，长度较长的两个相对设置的侧部箱壁12与底部箱壁及另外两个侧部箱壁12通过螺栓可拆卸固定连接，拆卸后可以道路结构内部进行开挖或换填，可以用来模拟道路服役状态下各种病害，如空洞或脱空等。

优选的，所述侧部箱壁12采用透明亚克力板制成，方便观察试验过程中路面结构试样的情况。

所述试验箱10的顶部固定与支撑架9，所述支撑架9包括两个竖向支撑部，其中一个竖向支撑部的底端通过螺栓与试验箱10一个长度较短的侧部箱壁的顶面可拆卸固定连接，另一个竖向支撑部的底端通过螺栓与试验箱10另一个长度较短的侧部箱壁的顶面可拆卸固定连接。两个竖向支撑部的顶端之间设置有水平支撑部，水平支撑部的底面固定有导轨3，导轨3的轴线沿试验箱10的长度方向设置。

所述导轨3上设置有滑块2，滑块2与导轨3滑动连接，能够沿导轨3做直线运动，所述滑块2和导轨3之间可拆卸的连接有锁紧件，锁紧件用于将滑块2和导轨3进行锁紧固定，本实施例中，所述锁紧件采用锁紧螺栓，锁紧螺栓通过滑块2设置的螺纹孔与滑块2螺纹连接，当锁紧螺栓与导轨3接触并顶紧导轨时，实现导轨3和滑块2的锁紧固定。

本实施例中，所述加载机构设置有三种，每种加载机构均能够与滑块底面可拆卸固定连接，可根据试验需要选择设定的加载机构。

如图1-图3所示，第一种加载机构采用现有的由丝杠升降机电机11驱动的丝杠升降机4，丝杠升降机4通过外壳的法兰盘和螺栓与滑块2的底面固定连接，丝杠升降机4的丝杠1作为加载机构的加载部，能够进行升降运动，其底端通过减振组件连接加载轮8，且丝杠1的底端与减振组件的顶端之间设置有压力检测元件，压力检测元件采用现有的压力传感器5即可。

采用丝杠升降机4，竖向加载力范围介于0-10KN。

如图4-图6所示，第二种加载机构采用现有的由电缸电机14驱动的电动缸13，电动缸13的缸体通过法兰盘和螺栓与滑块2底面可拆卸固定连接，电动缸13的加载部做升降运动，其底端通过减振组件连接加载轮8，且加载部的底端与减振组件的顶端之间设置有压力传感器5。

采用电动缸13，竖向加载力范围介于10KN-50KN。

如图7-图10所示，第三种加载机构采用液压缸15，液压缸15的缸体通过法兰盘和螺栓与滑块2的底面可拆卸固定连接，液压缸15的活塞杆作为加载部做升降运动，其底端通过减振组件连接加载轮，且活塞杆的底端与减振组件的顶端之间设置有压力传感器5。

所述液压缸15通过油管与液压站连接，液压站包括油箱20，油箱20与液压泵17连接，液压泵17连接液压缸电机16以带动其工作，液压泵17通过底阀19和油管连接至换向阀18，换向阀18通过油管连接液压缸15。液压站与液压缸15的连接方式采用现有技术即可，在此不进行进一步的详细叙述。

采用液压缸15，竖向加载力范围介于50KN-500KN。

所述减振组件包括多个阻尼器6和减震器7，阻尼器6的顶端与上板连接，上板与压力传感器5连接，阻尼器6的底端与下板连接，下板与减震器7的顶端连接，减震器7的底端连接至加载轮8的轮轴。

阻尼器6和减震器7均采用现有设备即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述加载轮8采用电动轮，内置电机，能够在电机的带动下转动，采用现有的电动轮即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述试验装置还包括应力检测元件、应变检测元件和位移检测元件，应力检测元件采用现有的应力计，应变检测元件采用现有的应变计、位移检测元件采用现有的位移计，应变计、应力计和位移计用于埋设在路面结构试样内部。

本实施例中，所述应变计、应力计、位移计及压力传感器均与控制系统连接，能够将采集的信息传递给控制系统，加载机构、加载轮与控制系统连接，接受控制系统的指令进行工作。

本实施例的试验装置的工作方法为：

步骤1：在试验箱10内填筑路面结构试样，并在内部埋设应力计、应变计和位移计，用于监测路面结构内部多场信息，路面结构试验填筑完成后，安装支撑架。

本实施例中，可拆卸长度较长的侧部箱壁12，路面结构试样内部进行开挖或换填，可以用来模拟道路服役状态下各种病害，如空洞或脱空，之后安装支撑架。

步骤2：根据试验的实际需要，选择相应的加载机构类型，本实施例中，选择丝杠升降机作为加载机构，将丝杠升降机4及对应的压力传感器5、减振组件和加载轮8进行安装。

步骤3：丝杠升降机4工作，带动加载轮8下降，使得加载轮8与路面结构试样的顶面接触，通过丝杠升降机4向下加载至额定压力，通过压力传感器5进行监测。

步骤4：进行车辆荷载下路面结构内部力学响应特征数据采集的试验，具体的包括以下几种工况：

路面平整状态下：当需要进行加载轮8高速转动工况下的试验时，通过锁紧螺栓将滑块2与导轨3锁紧固定，控制系统控制加载轮8转动，此时加载轮8只绕自身轴线转动，通过应变计、应力计和位移计完成车辆荷载下路面结构内部力学响应特征的采集。

路面平整状态下，当需要进行加载轮8低速转动工况下的试验时，拆卸下滑块2和导轨3之间的锁紧螺栓，控制系统控制加载轮8转动，加载轮8绕自身轴线转动的同时，加载轮8在路面结构试样的上表面行进，通过应变计、应力计和位移计完成车辆荷载下路面结构内部力学响应特征的采集。

此种工况下，加载轮可做加速或减速或等速运动。

路面平整度较差的工况下，拆卸下滑块2和导轨3之间的锁紧螺栓，控制系统控制加载轮8转动，加载轮8绕自身轴线转动的同时，加载轮8在路面结构试样的上表面以恒定速度行进，加载轮8发生上下跳动。荷载传递至阻尼器6及减震器7时，观察压力传感器5监测荷载变化幅度情况，通过应变计、应力计和位移计完成车辆荷载下路面结构内部力学响应特征的采集。

撞击状态下的试验：拆卸下滑块2和导轨3之间的锁紧螺栓，控制系统控制加载轮8转动，加载轮8由路面结构试样的一侧运动至另一侧，不做减速处理直至加载轮8与支撑架9的竖向部分发生碰撞，通过阻尼器6及减震器7实现能量耗散，通过应变计、应力计和位移计完成车辆荷载下路面结构内部力学响应特征的采集。

选用电动缸13和液压缸15作为加载机构的试验方法与采用丝杠升降机作为加载机构的试验方法相同，在此不进行重复叙述。

采用本实施例的试验装置，能够模拟车辆荷载的移动性、瞬时性、动力性及随机性特征，揭示出移动荷载作用下结构内部的力学响应特征和演化规律。另一方面，基于本实施例的试验装置可以模拟加速、减速、撞击等实际工况，科学反映车辆的运动行为对道路的动态作用。本实施例的试验装置特别适用于研究多因素对路面性能的耦合作用问题，如车辆速度与路面平整度的耦合，揭示复杂条件下路面结构的动力响应特性，从而实现通过试验手段揭示路面结构性能劣化过程中遇到的机理性问题，具有指导意义，而且本你实施例的装置适用于室内试验适用场景范围广泛。可用于研究复杂服役条件下沥青路面力学响应测试等系列科学问题，如可以用于研究路面结构参数(如路面各层厚度、结构层组合、结构层温度、路面平整度等)、荷载参数(如移动速度、荷载大小、荷载运行状态等)对结构力学响应的影响规律，对数值模拟工作提供补充及可靠性验证，适用性强。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，包括试验箱，试验箱的顶端固定有支撑架，支撑架顶部设有导轨，导轨滑动连接有滑块，导轨和滑块之间可拆卸的设置有锁紧件以将导轨和滑块锁紧固定，滑块底面可拆卸的连接有加载机构，加载机构的加载部底端连接减振组件，减振组件与加载轮连接，所述加载机构的加载部与减振组件之间设有压力检测元件，所述加载轮采用电动轮。

2.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述加载机构采用固定在滑块底面的丝杠升降机，丝杠升降机的丝杠底端通过压力检测元件连接减振组件。

3.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述加载机构采用电动缸，电动缸的加载部通过压力检测元件与减振组件连接。

4.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述加载机构采用液压缸，液压缸的活塞杆底端通过压力检测元件与减振组件连接。

5.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述减振组件包括阻尼器和减震器，阻尼器顶端通过压力检测元件与加载机构的加载部连接，阻尼器的底端连接减震器，减震器连接加载轮。

6.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述锁紧件采用锁紧螺栓，锁紧螺栓通过滑块设置的螺纹孔与滑块螺纹连接，锁紧螺栓能够穿过螺纹孔并顶紧在导轨表面以实现滑块与导轨的锁紧固定。

7.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置还包括用于埋设在试验箱内路面内部的应力检测元件、应变检测元件和位移检测元件。

8.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，沿导轨的轴线方向，加载轮的尺寸大于减振组件和升降机构的尺寸以使得加载轮能够优先与支撑架发生碰撞。

9.如权利要求1所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述试验箱包括底部箱壁，底部箱壁为矩形结构，其四个边缘处连接有侧部箱壁，其中两个相对设置的侧部箱壁与底部箱壁及另外两个侧部箱壁可拆卸连接。

10.如权利要求9所述的一种车辆荷载下路面结构内部力学响应特征试验装置，其特征在于，所述试验箱的侧部箱壁采用透明的亚力克板制成。