JP4129341B2

JP4129341B2 - 荷重移動試験装置

Info

Publication number: JP4129341B2
Application number: JP23755099A
Authority: JP
Inventors: 智川眞田; 保坂野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2001059805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アスファルト舗装において用いられるアスファルト混合物の摩耗を促進させこのアスファルト混合物の品質試験を行うための荷重移動試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アスファルト舗装において用いられるアスファルト混合物の品質試験を行うための荷重移動試験装置としては、例えばアスファルト混合物の圧密、流動に対する抵抗性を評価することにより、例えば高速道路等におけるアスファルト舗装面に生じるわだち掘れ現象等の予想評価を行うためのホイールトラッキング試験機がある。
【０００３】
図１１に示すように、このホイールトラッキング試験機１０１は、供試体１０２上で水平往復運動を行う試験車輪１０３を有している。
【０００４】
この試験車輪１０３が供試体１０２上を所定回数往復運動することによって、供試体１０２表面は変形される。この往復運動を温度等を一定とした所定の条件下で行って、上記変形状態を測定して、供試体１０２の評価を行っている。
【０００５】
ところで、最近は、安全性の確保や地下水の涵養等を目的として、ポーラスな材料を用いて雨水を舗装体の空隙中を通過させる透水性舗装や排水性舗装が出現してきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この透水性舗装や排水性舗装についての評価方法は確立されていないのが現状であり、上記ホイールトラッキング試験機を用いた試験も、水密性の高い材料に関するもので、透水性舗装や排水性舗装については対象としていない。
【０００７】
したがって、従来の試験機では想定される様々な条件下で高い忠実度でかつ精密に変形や摩耗等の破損の発生状況を再現することが困難であるため、信頼性の高い評価を行うことができないという問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、様々な条件に対応して高い忠実度で精密に破損の発生状況を再現し、信頼性の高い評価を行うために役立てることができる荷重移動試験装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、舗装路面の供試体に移動荷重を与えて前記供試体の品質試験を行うための荷重移動試験装置であって、前記供試体を載置する載置台と、前記供試体に移動荷重を加える試験車輪を含む走行載荷機構とを備え、前記走行載荷機構は、前記試験車輪を回転駆動させる車輪駆動手段と、前記試験車輪を前記走行方向に対して水平面上で直交する横方向に沿って移動させるトラバース機構と、前記試験車輪を上下動させる車輪昇降機構及び前記試験車輪を走行方向に対して水平面上で角度変位させる角度変位機構とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の荷重移動試験装置であって、回転する前記試験車輪の周面上の任意の点の前記供試体への接地時の速度と前記供試体の前記走行方向に沿って移動する移動速度とが所定の比を保つように、前記車輪駆動手段と前記載置台移動機構とが連動制御されることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項３記載の発明は、請求項１に記載の荷重移動試験装置であって、前記車輪駆動手段は前記試験車輪を回転駆動させる電動機を含み、前記電動機のトルクは所定の一定値を保持するように制御されることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項４記載の発明は、請求項１に記載の荷重移動試験装置であって、前記角度変位機構によって前記試験車輪を所定の角度変位させ前記所定の角度を保持した状態で、前記トラバース機構によって前記試験車輪を前記横方向に沿って移動させるように制御されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による促進摩耗耐久試験装置の構成を示す正面図、図２は同促進摩耗耐久試験装置の構成を示す平面図、図３は同促進摩耗耐久試験装置を構成する試験車輪及び車輪駆動部を示す側面図、図４は同試験車輪及び車輪駆動部を示す正面図、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図，図６は車輪角度調整部の構成を模式的に示す分解斜視図、図７は同促進摩耗耐久試験装置の電気的構成を示すブロック図、図８は同車輪角度調整部における角度変位の方法を説明するための説明図、図９は同促進摩耗試験装置の動作を説明するための説明図、図１０は同試験車輪及び供試体の速度を連動させる場合の方法を説明するための説明図である。
【００１７】
なお、図１は載置台上の正面側の水槽の壁が省略された状態で示されている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、この実施の形態１による促進摩耗耐久試験装置（荷重移動試験装置）１は、アスファルト混合物からなる供試体２に移動荷重を加えて摩耗を促進させて模型的に破損状況を再現して供試体２の品質試験を行うために用いられる試験装置であって、例えば溝形鋼や山形鋼、鋼板等を用いて組み立てられ後述する各種機構等を取り付けて支持するための枠状構造体３と、供試体２を載置する載置台４と、供試体２に上から移動荷重を加えるための走行載荷装置（走行載荷機構）５と、載置台４を水平往復移動させる載置台移動機構６と、供試体２を水に浸漬させた状態で収容する水浸装置７と、当該促進摩耗耐久試験装置１の操作を行うと共に構成各部を制御する操作制御部８とを備えている。
【００１９】
供試体２は金属でできた箱状型枠９に入れられたアスファルト混合物であり、３０ｃｍ角又は５０ｃｍ角、厚さ略５ｃｍの寸法を有している。
【００２０】
走行載荷装置５は、供試体２上を水平往復運動する試験車輪５１と、試験車輪５１を回転駆動する車輪駆動部（車輪駆動手段）５２と、試験車輪５１及び車輪駆動部５２を枠状構造体３の天井部３１から垂下させ水平面上の互いに直交する２方向、すなわち走行方向（図１及び図２に示す左右方向）Ｌ及び走行方向に直交する横方向（図２に示す上下方向）Ｔに沿って枠状構造体３に対して往復移動可能に支持する走行支持体５３と、試験車輪５１を走行方向Ｌに対して水平面上で例えば時計周り又は反時計周りに最大３０°まで角度変位させて保持する車輪角度調節部５４と、走行支持体５３すなわち試験車輪５１を横方向Ｔに移動させるトラバース機構５５とを備えている。
【００２１】
ここで、試験車輪５１としては、外径が２０ｃｍ、幅が５ｃｍ、ゴム厚が１．５ｃｍで、ゴム硬度が２０℃で８０±３、６０℃で７８±２のソリッドタイヤが用いられる。
【００２２】
図１乃至図４に示すように、車輪駆動部５２は、操作制御部８の制御に従って正逆回転する駆動モータ（電動機）５２１と、駆動モータ５２１の回転運動を試験車輪５１へ伝達するベルト５２２とを有している。
【００２３】
また、走行支持体５３は、天井部３１において横方向Ｔに沿って配置された案内レール５５５，５５５上に両側部が横方向Ｔに沿って往復移動可能に載置された移動基台５３１と、移動基台５３１の案内レール５３１ａ，５３１ａ上に走行方向Ｌに沿って往復移動可能に載置された移動取付け台５３２と、移動取付け台５３２の中央部に垂直方向に取り付けられ下端部に試験車輪５１及び車輪駆動部５２が取り付けられる取付けシャフト５３３と、試験車輪５１を垂直方向に沿って上下動させる駆動モータ５３４ａを含む車輪昇降機構５３４と、スクリュージャッキにより供試体２に対する荷重を調整する荷重調整機構５３５とを有している。
【００２４】
ここで、駆動モータ５２１による試験車輪５１の往復の速度（車輪自走速度）は、最大３００ｍｍ／ｓとされる。
【００２５】
また、荷重調整機構５３５においては、標準的なホイールトラッキング試験における荷重である７０ｋｇに対して±２０ｋｇの範囲の荷重が与えられるように調整される。
【００２６】
図３乃至図６に示すように、車輪角度調節部（角度変位機構）５４は、取付部材５３４，５３５を介して取付けシャフト５３３下端部に固定され中央部に所定の口径のボルト挿通孔５４１ａが形成された固定取付板部材５４１と、試験車輪５１側に固定される取付板部材５４２と、ボルト挿通孔５４１ａを挿通されるボルトを用いて取付板部材５４２と連結され駆動モータ５２１側に固定された取付板部材５４３と、取付板部材５４２を支持し固定取付板部材５４１に固定される取付部材５４４とを有している。
【００２７】
取付板部材５４２の両側部には回転軸に対して同心円状に２重に取付部材５４４に固定するための取付け孔５４２ｂ，５４２ｃが車輪角度に対応した位置に配設されている。
【００２８】
取付け孔５４２ｂ，５４２ｃは、回転軸に対して５°の角度間隔で配置され、試験車輪５１及び車輪駆動部５２を走行方向Ｌに対して水平面上で時計周り及び反時計周りにそれぞれ５°ずつ最大３０°まで角度変位されるようになっている。
【００２９】
所定の車輪角度に対応した取付け孔５４２ｂ又は取付け孔５４２ｃと、取付部材５４４の取付孔５４４ａとを位置合わせし、ボルトを挿通して取付板部材５４２を固定し、さらにこの取付板部材５４２と取付板部材５４３とを、取付孔５４２ａと取付孔５４３ａとを位置合わせしボルト挿通孔５４１ａ内でボルトを挿通して固定することによって、試験車輪５１及び車輪駆動部５２は所定の車輪角度で固定される。
【００３０】
なお、取付部材５４４は、貫通孔５４４ｂに下方からボルトが挿入され、このボルトが固定取付板部材５４１に設けられた図示せぬ雌ねじ部に螺合することで、固定取付板部材５４１に固定されている。
【００３１】
トラバース機構５５は、正逆回転する駆動モータ５５１と、天井部３１において横方向Ｔに沿って配置され、チェーン５５２を介して駆動モータ５５１の回転運動が伝達されて回転し雄ねじが螺設されたスクリューねじ５５３と、移動基台５３１に固着されスクリューねじ５５３と螺合するナット部５５４とを有している。
【００３２】
ここで、駆動モータ５５１による試験車輪５１の横方向Ｔに沿った往復の速度（車輪トラバース速度）は、３０〜１００ｍｍ／ｓとされる。
【００３３】
載置台移動機構６は、正逆回転する駆動モータ６１と、床部３２において走行方向Ｌに沿って配置され、ベルト６２を介して駆動モータ６１の回転運動が伝達されて回転し雄ねじが螺設されたスクリューねじ６３と、床部３２において走行方向Ｌに沿って配置された案内レール６５上に走行方向Ｌに沿って往復移動可能に載置された載置台４に固着されスクリューねじ６３と螺合するナット部６４とを有している。
【００３４】
ここで、駆動モータ６１による載置台４すなわち供試体２の走行方向Ｌに沿った往復の速度（供試体速度）は、最大３００ｍｍ／ｓとされる。
【００３５】
水浸装置７は、載置台４上に形成された水槽７１と、水槽７１内の水を循環させる循環ポンプ７２と、水槽７１内の水を加熱して所定の水温とする容量が例えば３ｋＷのヒータ７３とを有している（図７参照）。
【００３６】
操作制御部８は、制御盤８Ａと枠状構造体３側に取り付けられた図示せぬ中継盤とを有しており、制御盤８Ａのパネル面には、各機構を起動又は停止させたり、車輪自走速度、車輪トラバース速度、供試体速度、駆動モータ５２１の回転速度の駆動モータ６１の回転速度に対する比（連動比）、試験回数（往復回数）、駆動モータ５２１のトルク等の設定等を行うための操作設定部８１や、各速度や駆動モータ５２１の電流値を指示する計器類からなる表示部８２が設けられている。
【００３７】
ここで、上記連動比は、同期状態の１００％から３０％まで設定可能とされている。
【００３８】
次に、この促進摩耗耐久試験装置の電気的構成について述べる。
【００３９】
図７に示すように、この促進摩耗耐久試験装置１は、移動取付け台５３２や載置台４等の移動の限界位置を検出するためのリミットスイッチＬＳ１１〜ＬＳ１４，ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ３１〜ＬＳ３４，ＬＳ４１〜ＬＳ４４と、試験車輪５１の走行方向Ｌ及び横方向Ｔに沿ったセンタ位置及び供試体２のセンタ位置をそれぞれ検出するためのセンタ位置検出器ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３と、水槽７１内の水温を検出するための温度センサＴＤと、駆動モータ５２１，５５１，５３４ａ，６１と、循環ポンプ７２と、ヒータ７３と、操作制御部８とを有している。
【００４０】
上記リミットスイッチのうち、リミットスイッチＬＳ１１〜ＬＳ１４は、移動取付け台５３２の走行方向Ｌに沿った水平往復移動の限界位置に対応して配置され、リミットスイッチＬＳ２１，ＬＳ２２は、試験車輪５１及び車輪駆動部５２の上下移動の限界位置に対応して配置され、リミットスイッチＬＳ３１〜ＬＳ３４は、移動取付け台５３２の横方向Ｔに沿った水平往復移動の限界位置に対応して配置され、リミットスイッチＬＳ４１〜ＬＳ４４は、載置台４の走行方向Ｌに沿った水平往復移動の限界位置に対応して配置される。
【００４１】
ここで、リミットスイッチＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ４１，ＬＳ４２は３０ｃｍ角の供試体２に、リミットスイッチＬＳ１３，ＬＳ１４，ＬＳ３３，ＬＳ３４，ＬＳ４３，ＬＳ４４は５０ｃｍ角の供試体２に、それぞれ対応した位置に配置される。
【００４２】
また、操作制御部８は、操作設定部８１と、表示部８２と、所定の制御プログラムに従って構成各部を制御すると共に各種演算処理を行う主制御部８３とを有している。
【００４３】
主制御部８３は、例えば予め操作設定部８１において設定された各速度、連動比、トルク等に基づいて、駆動モータ５２１等を制御する。
【００４４】
次に、動作について説明する。
【００４５】
まず、固定ジャッキ３ａによってキャスタ３ｂを浮かせた状態で各機構等が取り付けられた枠状構造体本体を床面に対して固定する。
【００４６】
そして、載置台３上に予め作成した例えば３０ｃｍ角の供試体２を箱状型枠９で保持した状態で設置する。
【００４７】
次に、車輪角度を所望の角度に調整するために、所定の車輪角度に対応した取付け孔５４２ｂ又は取付け孔５４２ｃと、取付部材５４４の取付孔５４４ａとを位置合わせし、ボルトを挿通して取付板部材５４２を固定し、さらにこの取付板部材５４２と取付板部材５４３とを、取付孔５４２ａと取付孔５４３ａとを位置合わせしボルト挿通孔５４１ａ内でボルトを挿通して固定する。これにより試験車輪５１及び車輪駆動部５２を所定の車輪角度で固定する。
【００４８】
ここで、図８に示すように、試験車輪５１の中心軸を、走行方向Ｌに直交する図中Ｘ0 に示す位置を中心として、図中Ｘ1 に示す時計周りに３０°回転させた位置と、図中Ｘ2 に示す反時計周りに３０°回転させた位置との間で変位させるようにする。
【００４９】
次に荷重を調整した後、操作設定部８１において、所定の条件に適合するように、供試体速度、車輪自走速度、車輪トラバース速度、連動比、駆動モータトルク、試験回数等の設定を行って起動する。
【００５０】
例えば、試験車輪５１のみ単純に水平往復運動させる場合は、車輪自走速度、駆動モータトルク、試験回数の設定を行った後、試験車輪５１及び供試体２をセンタ位置に合わせて往復運動を開始させる。
【００５１】
試験車輪５１は、リミットスイッチＬＳ１１，ＬＳ１２による限界位置検出により、図９に示すように、供試体２上を図中５１Ａに示す供試体２の一方の端縁位置と図中５１Ｂに示す他方の端縁位置との間を所定回数往復運動する。
【００５２】
これによって、供試体２表面には所定の摩耗や変形等の破損が発生することとなる。
【００５３】
また、試験車輪５１と供試体２とを共に走行方向Ｌに沿って水平往復運動させる場合は、例えば連動比の設定を行って起動する。
【００５４】
この最初の設定により、試験車輪５１と供試体２との間の相対運動の程度が広範囲で選択される。
【００５５】
ここで、連動比が１００％のときは、例えば図１０に示すように、試験車輪５１の周面上の任意の点Ｐの供試体２への接地時の速度Ｖa が、供試体の速度Ｖb と大きさ及び向きが同じとなる。
【００５６】
また、例えば車輪自走速度と供試体速度との大きさを変えて、駆動モータ５２１のトルクの値も適切に設定しておくことによって、試験車輪５１の回転時のスリップの発生の有無を制御することも可能である。
【００５７】
また、例えば道路の湾曲部に適用されるものについて調べる場合は、車輪角度調節部５４において予め所定の車輪角度に調整しておき、同時に車輪トラバース速度を設定して、試験車輪５１を横方向Ｔへも移動させながら、繰り返し走行させて、上記湾曲部に適用される場合の破損状況を再現する。
【００５８】
また、水浸状態で試験を行いたい場合は、所定の水温に設定した後、循環ポンプ７２を作動させて水槽７１内で供試体２を水浸させた状態で、上記往復運動を組み合わせて試験を行う。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、試験車輪５１の回転駆動と共に供試体２も走行方向Ｌに沿って移動させることができるので、両者の運動の組合せによって、例えば試験車輪５１の供試体２に対する相対速度を広い範囲で設定できる。
【００６０】
特に、上記連動比を一定値に保つように、駆動モータ５２１と駆動モータ６１とを連動させることによって、試験車輪５１の供試体２に対する相対速度が確実かつ正確に調整でき、幅広い範囲で精密な速度設定が可能となる。
【００６１】
したがって、例えば非常に遅い速さの状態も容易にかつ安定的に実現させることができ、交差点や駐車場等における破損状況が容易かつ忠実に再現される。
【００６２】
また、駆動モータ５２１のトルクは略一定値を保持するように制御することによって、所望の速度が確実に得られると共に、トルクの値を適切に設定することによリ、例えばスリップ発生時の摩耗状況等を忠実に再現することができる。
【００６３】
また、試験車輪５１の回転駆動と共に、試験車輪５１を走行方向Ｌに対して水平面上で角度変位させることができるので、ハンドルを切る可能性の高い箇所に適用される材料について、変形や摩耗等の破損の発生状況を忠実に再現して、信頼性の高い評価を行うために役立てることができる。
【００６４】
特に、トラバース機構５５によって試験車輪５１を横方向Ｔに沿って移動させるように制御することによって、例えば道路の曲線部における変形や摩耗等の発生状況を忠実に再現することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではない。
【００６６】
例えば、上述した実施の形態では、供試体として予め作成したものを用いる場合について述べたが、現場から直接切り出したものを用いるようにしても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、トラバース機構によって試験車輪を横方向に沿って移動させることによって、遠心力等によって横ずれの生じやすい箇所に適用される材料について、変形や摩耗等の破損の発生状況を忠実に再現して、信頼性の高い評価を行うために役立てることができる。
【００６８】
また、請求項１記載の発明によれば、試験車輪の回転駆動と共に、試験車輪を走行方向に対して水平面上で角度変位させることができるので、ハンドルを切る可能性の高い箇所に適用される材料について、例えば道路の曲線部における変形や摩耗等の破損の発生状況を忠実に再現して、信頼性の高い評価を行うために役立てることができる。
【００７０】
また、請求項４記載の発明によれば、試験車輪の速度と供試体の移動速度とが所定の比を保つように、車輪駆動手段と載置台移動機構とが連動するので、試験車輪の供試体に対する相対速度が確実かつ正確に調整でき、幅広い範囲で精密な速度設定が可能となり、例えば非常に遅い速さの状態も容易にかつ安定的に実現させることができる。
【００７１】
また、請求項５記載の発明によれば、車輪駆動手段の電動機のトルクは略一定値を保持するように制御されるので、所望の速度が確実に得られると共に、例えば、トルクの値を適切に設定することによって、例えばスリップ発生時の摩耗状況等を忠実に再現することができる。
【００７２】
また、請求項６記載の発明によれば、角度変位機構によって試験車輪を所定の角度変位させた状態で、トラバース機構によって試験車輪を横方向に沿って移動させるように制御されるので、例えば道路の曲線部における変形や摩耗等の発生状況を忠実に再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による促進摩耗耐久試験装置の構成を示す正面図である。
【図２】同促進摩耗耐久試験装置の構成を示す平面図である。
【図３】同促進摩耗耐久試験装置を構成する試験車輪及び車輪駆動部を示す側面図である。
【図４】同試験車輪及び車輪駆動部を示す正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】車輪角度調整部の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図７】同促進摩耗耐久試験装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】同車輪角度調整部における角度変位の方法を説明するための説明図である。
【図９】同促進摩耗試験装置の動作を説明するための説明図である。
【図１０】同試験車輪及び供試体の速度を連動させる場合の方法を説明するための説明図である。
【図１１】従来技術を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１荷重移動試験装置
２供試体
４載置台
５走行載荷装置（走行載荷機構）
５１試験車輪
５２車輪駆動部（車輪駆動手段）
５２１駆動モータ（電動機）
５３４車輪昇降機構
５４車輪角度調節部（角度変位機構）
５５トラバース機構
６載置台移動機構

Claims

舗装路面の供試体に移動荷重を与えて前記供試体の品質試験を行うための荷重移動試験装置であって、前記供試体を載置する載置台と、前記供試体に移動荷重を加える試験車輪を含む走行載荷機構とを備え、前記走行載荷機構は、前記試験車輪を回転駆動させる車輪駆動手段と、前記試験車輪を前記走行方向に対して水平面上で直交する横方向に沿って移動させるトラバース機構と、前記試験車輪を上下動させる車輪昇降機構及び前記試験車輪を走行方向に対して水平面上で角度変位させる角度変位機構とを備えたことを特徴とする荷重移動試験装置。
回転する前記試験車輪の周面上の任意の点の前記供試体への接地時の速度と前記供試体の前記走行方向に沿って移動する移動速度とが所定の比を保つように、前記車輪駆動手段と前記載置台移動機構とが連動制御されることを特徴とする請求項１に記載の荷重移動試験装置。
前記車輪駆動手段は前記試験車輪を回転駆動させる電動機を含み、前記電動機のトルクは所定の一定値を保持するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の荷重移動試験装置。
前記角度変位機構によって前記試験車輪を所定の角度変位させ前記所定の角度を保持した状態で、前記トラバース機構によって前記試験車輪を前記横方向に沿って移動させるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の荷重移動試験装置。