PL248486B1 - Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Kola polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody, zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). W podstawie ramy umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenia pomiarowe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych w celu oceny ich właściwości przeciwpoślizgowych.

Technologie wykonywania górnych warstw nawierzchni drogowej wymagają zastosowania narzędzi, które umożliwią ocenę ich właściwości przeciwpoślizgowych w warunkach laboratoryjnych na etapie ich projektowania i doboru składników. W rzeczywistych warunkach na drodze pod wpływem ruchu opon samochodowych, drobnych cząstek mineralnych oraz wody, na powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych zachodzą zjawiska polerowania oraz ścierania, które przyczyniają się do ich powierzchniowego zużycia. W konsekwencji wpływa to na właściwości przeciwpoślizgowe górnych warstw nawierzchni drogowych w okresie ich użytkowania.

Ze zgłoszenia patentowego ES2754083A1 „Test apparatus for measuring the slip resistance of a flat specimen of a pavement and the accelerated polishing test method therefor” znane jest urządzenie do pomiaru odporności na poślizg nawierzchni płaskiej próbki, które składa się z obudowy ochronnej, wewnątrz której znajduje się urządzenie polerujące z trzema kołami zamocowanymi do obrotowej platformy połączonej ze środkami napędowymi, sterowania, dostarczania materiału ściernego na powierzchnię próbki oraz środkami do kontrolowanego dozowania na nią wody. Koła urządzenia polerującego są kołami pełnymi przymocowanymi do platformy obrotowej w ustalonym położeniu (ustawione stycznie w jednej linii). Ich kolisty ślad pozostawiany na próbce po drugim cyklu polerowania jest zawarty w śladzie pozostawianym po badaniu w pierwszym cyklu. Po przeprowadzeniu kolejnych cykli polerowania, po uniesieniu urządzenia polerującego, możliwe jest ustawienie na próbce urządzenia do pomiaru oporu na poślizg.

Ze zgłoszenia patentowego CN104101552A „Accelerated loading abrasion device for pavement” znane jest urządzenie do badania obciążenia i zużycia próbek nawierzchni dróg. Urządzenie składa się z obudowy, wspornika, opony obciążeniowej, tacy na próbki testowe, hydraulicznego-samosterującego urządzenia ładującego, układu napędowego opony obciążeniowej, urządzenia rozsypującego korund, środków dozowania wody oraz układu regulacji temperatury. Jest ponadto wyposażone w pulpit sterowniczy. Dzięki zastosowaniu urządzenia można symulować ruchy obrotowe i toczne opony po nawierzchni, a jednocześnie symulować efekty siły ścinającej wywieranej na próbkę nawierzchni przez oponę podczas skrętu.

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych według wynalazku składa się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie z uwolnionym stopniem swobody, zamocowane są do platformy obrotowej za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy, osie mocowania wahaczy względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich, zaś promienie osi mocowania wahaczy względem osi obrotu platformy obrotowej nie są równe.

Korzystnie w podstawie ramy poniżej platformy obrotowej z kołami polerskimi umieszczona jest wysuwana szuflada z gniazdem do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi urządzenie do pomiaru tarcia.

Korzystnie na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe, zaś elementy pozycjonujące w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach gniazda do mocowania próbki badawczej.

Korzystnie szuflada ma kształt prostokątnej wanny i posiada odpływ.

Korzystnie szuflada jest blokowana w ramie nakrętkami motylkowymi nakręcanymi na wystające z ramy szpilki gwintowane.

Korzystnie szuflada jest wyposażona w koło podporowe.

Korzystnie szuflada wyposażona jest w wyłącznik krańcowy zamocowany do tylnej ściany ramy.

Koła polerskie w urządzeniu według wynalazku zamocowane są przegubowo z uwolnionym stopniem swobody i z przesuniętą pionowo osią obrotu, co sprawia, że są kołami wleczonymi. Ślady zużycia na próbce powstają jedynie na skutek obtaczania a nie jak w przypadku kół stałych obtaczania oraz ślizgania i ustawiają się samoczynnie do kierunku ruchu. Ponadto ustawienie mocowania zestawów kołowych nie po okręgu a po spiralni sprawia, że polerowany ślad na próbce odpowiada wielokrotności szerokości ogumienia koła polerskiego. W konsekwencji ocena właściwości przeciwpoślizgowych może być wykonana na podstawie pomiaru wahadłem angielskim, urządzeniem DFT (ang. Dynamie Friction Taster), urządzeniem CTM (ang. Circular Track Meter).

Amortyzacja zestawów kołowych wpływa korzystnie na proces polerowania i odwzorowuje naturalne zachowanie kół pojazdów poruszających się po drogach. Dodatkowo amortyzator sprężynowy przyczynia się do wydłużenia trwałości eksploatacyjnej urządzenia i powoduje, że próbka pod wpływem nadmiernego nacisku nie ulega spękaniu. Obciążenie jest równomiernie rozkładane na jej powierzchni.

Urządzenie pozwala na płynną, powtarzalną i precyzyjną regulację siły nacisku w trakcie procesu polerowania, dzięki czemu można sterować szybkością procesu polerowania i uwidaczniać ślady zużycia nawierzchni na skutek oddziaływania różnych obciążeń.

Szufladę do mocowania próbek badawczych zaprojektowano jako wysuwaną na prowadnicach szynowych z podstawy ramy urządzenia. Posiada rozwiązania pozwalające na szybki i stabilny montaż próbki w urządzeniu. Próbka może być pozycjonowana w gniazdach szuflady i dociskana za pomocą docisków klinowych do jej powierzchni. Konstrukcja wannowa pozwala na gromadzenie produktów zużycia, ścierniwa oraz wody wspomagającej proces polerowania. Dodatkowo w celu zmniejszenia reakcji kół polerskich na próbkę możliwe jest jej podparcie kołem podporowym. Konstrukcja wysuwanej szuflady pozwala na zamocowanie w niej urządzeń weryfikujących ślady zużycia, takich jak wahadło angielskie, urządzenia DFT i urządzenia CTM, bez konieczności wyjmowania próbki badawczej. Pozwala to na powrót do procesu polerowania po dokonanym pomiarze w takich samych warunkach jak sprzed pomiaru, próbka badawcza nie zmienia bowiem swojej pozycji względem zestawu kół polerujących.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie z wysuniętą szufladą, fig. 2 przedstawia widok od dołu na zespół kół polerskich (koło polerskie; zakreślany tor przez koła polerskie, polerowany ślad na próbce), fig. 3 przedstawia szufladę z gniazdem do mocowania próbki badawczej.

Przykład 1

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych, składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania, ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). Osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania wahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe. Punkty obrotu wahaczy są usytuowane co 120 stopni i rozmieszczone na spirali, której środek znajduje się w centrum polerowanej próbki badawczej.

W podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi umieszczona jest wysuwana szuflada (8) z gniazdem (9) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (10) urządzenie do pomiaru tarcia. Na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (9) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (10), zaś elementy pozycjonujące w postaci tulejek (11) umieszczone są w narożnikach gniazda (9) do mocowania próbki badawczej. Szuflada ma kształt prostokątnej wanny.

Przykład 2

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych, składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). Osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania wahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe. Punkty obrotu wahaczy są usytuowane co 120 stopni i rozmieszczone na spirali, której środek znajduje się w centrum polerowanej próbki badawczej.

W podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi (1) umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenie do pomiaru tarcia. Na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (6) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (8), zaś elementy pozycjonujące (7) w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach (9) gniazda (6) do mocowania próbki badawczej. Szuflada (5) ma kształt prostokątnej, wanny z odpływem (10) umożliwiającym usuwanie ścierniwa przed pomiarem współczynników tarcia urządzeniami wahadłem angielskim i DFT oraz parametru MPD (ang. Mean Profile Depth) urządzeniem CTM.

Przykład 3

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych, składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). Osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami, obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania wahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe. Punkty obrotu wahaczy są usytuowane co 120 stopni i rozmieszczone na spirali, której środek znajduje się w centrum polerowanej próbki badawczej.

W podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi (1) umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenie do pomiaru tarcia. Na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (6) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (8), zaś elementy pozycjonujące (7) w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach (9) gniazda (6) do mocowania próbki badawczej. Szuflada (5) ma kształt prostokątnej wanny z odpływem (10) umożliwiającym usuwanie ścierniwa przed pomiarem współczynników tarcia urządzeniami wahadłem angielskim i DFT oraz parametru MPD urządzeniem CTM. Jest blokowana w ramie nakrętkami motylkowymi (11) nakręcanymi na wystające z ramy szpilki gwintowane.

Przykład 4

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych, składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). Osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania wahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe. Punkty obrotu wahaczy są usytuowane co 120 stopni i rozmieszczone na spirali, której środek znajduje się w centrum polerowanej próbki badawczej.

W podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi (1) umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenie do pomiaru tarcia. Na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (6) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (8), zaś elementy pozycjonujące (7) w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach (9) gniazda (6) do mocowania próbki badawczej. Szuflada (5) ma kształt prostokątnej wanny z odpływem (10) umożliwiającym usuwanie ścierniwa przed pomiarem współczynników tarcia i parametru MPD. Jest blokowana w ramie nakrętkami motylkowymi (11). Ponadto jest wyposażona w koło podporowe (12) zabezpieczające szufladę (5) przed jej niekontrolowanym przechylaniem w pozycji wysuniętej.

Przykład 5

Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych, składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi. Koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3). Osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania w ahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe. Punkty obrotu wahaczy są usytuowane co 120 stopni i rozmieszczone na spirali, której środek znajduje się w centrum polerowanej próbki badawczej .

W podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi (1) umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenie do pomiaru tarcia. Na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (6) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (8), zaś elementy pozycjonujące (7) w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach (9) gniazda (6) do mocowania próbki badawczej. Szuflada (5) ma kształt prostokątnej wanny z odpływem (10) umożliwiającym usuwanie ścierniwa przed pomiarem współczynników tarcia wahadłem angielskim i urządzeniem DFT oraz parametru MPD urządzeniem CTM. Jest blokowana w ramie nakrętkami motylkowymi (11) nakręcanymi na wystające z ramy szpilki gwintowane.

Ponadto, jest wyposażona w koło podporowe (12) zabezpieczające szufladę (5) przed jej niekontrolowanym przechylaniem w pozycji wysuniętej oraz w wyłącznik krańcowy (13), zamocowany do tylnej ściany ramy. Czujnik położenia szuflady (5) jest elementem systemu bezpieczeństwa. Nie pozwala na przypadkowe uruchomienie zestawu kół polerskich (1) w momencie, gdy szuflada (5) znajduje się w pozycji wysuniętej.

Urządzenie umożliwia symulację zjawiska ścierania, polerowania i pomiaru właściwości płyt z mieszanki mineralno-asfaltowej, betonowej, mineralno-gumowo-asfaltowych i warstw kompozytowych. Próbkę badawczą o wymiarach 400x400 mm i grubościach od 30 do 50 mm umieszcza się w szufladzie w gnieździe do mocowania próbki badawczej z elementami pozycjonującymi urządzenie do pomiaru tarcia. Położenie gniazda zapewnia precyzyjne ustawienie próbki względem kół polerskich. Po umieszczeniu próbki w gnieździe szuflady unieruchamia się ją. W tym celu wykorzystuje się dociski klinowe lub śruby dociskowe, które zapewniają pewne dociskanie próbki do szuflady. Próbka może być również wsunięta w odpowiednio wyprofilowane gniazda. Po zamocowaniu próbki szuflada jest wsuwana w ramę i dodatkowo może być zabezpieczana nakrętkami motylkowymi.

Następnie za pomocą ręcznej pompy hydraulicznej zestaw amortyzowanych kół polerskich opuszcza się na próbkę badawczą.

Na każde koło za pomocą uformowanych na kształt spirali rynien zrzutowych podawane jest ścierniwo (I faza) i mączka korundowa (II faza). Z pomocą kapilary dozowana jest woda o stałym wypływie. Strumień wody jest skierowany w kierunku osi obrotu kół polerskich na poziomie ich średnicy.

Ścieranie (I faza) a następnie polerowanie (II faza) płytki odbywa się poprzez obtaczanie się 3 amortyzowanych kół z gładkimi oponami. Bezstopniowa regulacja prędkości obrotowej kół polerskich umożliwia pełną kontrolę nad procesem ścierania (I faza) i polerowania (II faza), w wyniku którego na próbkach badawczych uwidacznia się ślad w postaci okręgu o szerokości 116 mm i o średnicy wewnętrznej 220 mm. Ślad w wyniku zużycia ma kształt pierścienia o średnicy podziałowej 336 mm.

Dzięki mechanizmowi hydraulicznemu istnieje możliwość płynnego zadawania obciążenia kontaktowego kół na próbkę badawczą. Szuflada może posiadać odpływ umożliwiający usuwanie ścierniwa przed pomiarem współczynników tarcia wahadłem angielskim i urządzeniem DFT i parametru MPD urządzeniem CTM.

Po zakończonym procesie polerowania próbki badawczej szuflada jest wysuwana, a w tulejkach pozycjonujących umieszcza się urządzenia pomiarowe, np. pomiar współczynnika tarcia może odbywać się przy pomocy wahadła angielskiego lub urządzenia DFT, zaś pomiar parametru MPD przy pomocy urządzenia CTM.

Szuflada urządzenia może być wyposażona w koło podporowe zabezpieczające szufladę przed jej niekontrolowanym przechylaniem w pozycji wysuniętej.

Zwarta modułowa budowa urządzenia pozwala na przemieszczanie go na potrzeby badań. Dzięki wysuwanej szufladzie zwiększa się ergonomia i komfort pracy osób wykonujących pomiary. Mogą operować poza zakresem ramy urządzenia. Ze względu na to, że badanie właściwości przeciwpoślizgowych nie jest wykonywane w rzeczywistych warunkach na sieci drogowej nie ma konieczności zamykania pasa drogowego, tym samym zmniejsza się czasochłonność pomiarów.

Claims (8)

1. Urządzenie do badania zużycia powierzchni górnych warstw nawierzchni drogowych składające się z ramy, do której zamocowane są silnik, urządzenia napędowe, sterowania i pomiarowe, mechanizm dozowania ścierniwa i środki do aplikacji wody na próbkę, które połączone są z unoszoną platformą obrotową z kołami polerskimi znamiennie tym, że koła polerskie (1) z uwolnionym stopniem swobody, zamocowane są do platformy obrotowej (2) za pośrednictwem amortyzowanych wahaczy (3), osie mocowania wahaczy (3) względem osi kół leżą poza osiami obrotu kół polerskich (1), zaś promienie osi mocowania wahaczy (3) względem osi obrotu platformy obrotowej (2) nie są równe.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w podstawie ramy (4) poniżej platformy obrotowej (2) z kołami polerskimi (1) umieszczona jest wysuwana szuflada (5) z gniazdem (6) do mocowania próbki badawczej oraz elementami pozycjonującymi (7) urządzenia pomiarowe.

PL 248486 Β1

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że na dwóch sąsiadujących ścianach gniazda (6) do mocowania próbki badawczej znajdują się dociski klinowe (8), zaś elementy pozycjonujące (7) w postaci tulejek umieszczone są w narożnikach (9) gniazda (6) do mocowania próbki badawczej.

4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że szuflada ma kształt prostokątnej wanny.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że szuflada ma odpływ (10).

6. Urządzenie według dowolnego z powyższych zastrzeżeń od 2 do 5, znamienne tym, że szuflada jest blokowana w ramie nakrętkami motylkowymi (11), nakręcanymi na wystające z ramy szpilki gwintowane.

7. Urządzenie według dowolnego z powyższych zastrz. od 2 do 6, znamienne tym, że szuflada jest wyposażona w koło podporowe (12).

8. Urządzenie według dowolnego z powyższych zastrz. od 2 do 7, znamienne tym, że szuflada zabezpieczona jest wyłącznikiem krańcowym (13) zamocowanym do tylnej ściany ramy.