RU2114242C1

RU2114242C1 - Device for determining performance indices of road pavements

Info

Publication number: RU2114242C1
Application number: RU96120673/03A
Authority: RU
Inventors: В.В. Карчихин; С.С. Коновалов; В.П. Иванов; С.В. Шведенко; Д.Н. Большаков
Original assignee: Московский государственный автомобильно-дорожный институт (Технический университет); Проектно-ремонтно-строительное объединение "Тулавтодор"
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-06-27

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: this relates to construction, operation and maintenance of motor roads. Device is made up of die in the form of two paired wheels installed on base motor vehicle. Die is movable in vertical direction under action of falling load and this affords possibility for testing load-bearing capacity of road pavements. Additionally installed on vibration-isolated bogie over longitudinal axis on frame is unit of gyroscopic sensors of geometric characteristics of road pavements. Device allows for determining strength and geometric parameters of motor roads with high accuracy and within wide ranges. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к устройствам для контроля технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд и геометрических характеристик автомобильных дорог, в частности прогиба и геометрических параметров автомобильных дорог. The invention relates to the field of construction and operation of roads, and in particular to devices for monitoring the technical and operational indicators of pavements and the geometric characteristics of roads, in particular the deflection and geometric parameters of roads.

Существуют различные приборы и устройства для оценки эксплуатационных параметров дорожной одежды, а именно прочности и геометрических характеристик автомобильных дорог. Однако эти показатели оцениваются путем раздельного их измерения с помощью специально оборудованных отдельных передвижных лабораторий. There are various instruments and devices for assessing the operational parameters of pavement, namely the strength and geometric characteristics of roads. However, these indicators are evaluated by separately measuring them using specially equipped separate mobile laboratories.

Известно устройство КП - 208, устанавливаемое в передвижной лаборатории КП 514, предназначено для измерения в движении и автоматизированной обработки данных об углах поворота, продольных и поперечных уклонах автомобильных дорог. Устройство состоит из блока с двумя гироскопическими датчиками, один из которых применяется для одновременного измерения продольного и поперечного уклонов дороги в движении, а другой - для измерения радиусов горизонтальных кривых (углов поворота). Блок гироскопических датчиков представляет собой несущую платформу с установленными на ней гироскопическими датчиками, которая прикреплена к полу кузова автомобиля (Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. ВСН 6-90). A known device KP - 208, installed in a mobile laboratory KP 514, is designed for measuring in motion and automated processing of data on the rotation angles, longitudinal and transverse slopes of roads. The device consists of a unit with two gyroscopic sensors, one of which is used to simultaneously measure the longitudinal and transverse slopes of the road in motion, and the other to measure the radii of horizontal curves (rotation angles). The block of gyroscopic sensors is a supporting platform with gyroscopic sensors installed on it, which is attached to the floor of the car body (Rules for the diagnosis and assessment of the condition of roads. BCH 6-90).

Недостатком данного устройства является то, что пол кузова, на котором размещены гироскопические датчики, является подрессоренной частью автомобиля, которая при движении лаборатории в процессе измерения геометрических параметров дороги осуществляет вынужденные колебания в зависимости от неровностей дороги и поэтому является дополнительным источником погрешности. При этом любая неровность дороги, воспринимаемая колесами передвижной лаборатории, усиливается ее рессорами и негативно воздействует на гироскопические датчики, которые одновременно воспринимают как сигналы, несущие измерительную информацию, так и колебания подрессоренной части лаборатории, вносящие ошибки в процесс измерения, которые могут быть значительной величины и превосходить полезный сигнал. The disadvantage of this device is that the floor of the body on which the gyroscopic sensors are located is a sprung part of the car, which, when the laboratory moves in the process of measuring the geometric parameters of the road, makes forced vibrations depending on the roughness of the road and therefore is an additional source of error. Moreover, any roughness of the road, perceived by the wheels of the mobile laboratory, is amplified by its springs and adversely affects gyroscopic sensors, which simultaneously perceive both signals carrying measurement information and vibrations of the sprung part of the laboratory, introducing errors into the measurement process, which can be significant and exceed the useful signal.

Отмеченный недостаток, связанный с влиянием колебаний подрессоренной части автомобиля на точность измерения геометрических характеристик, можно устранить путем ее блокировки во время проведения измерений. Однако блокировка может сыграть негативную роль в экстремальной ситуации, ограничивая маневренность и управляемость автомобиля. The noted drawback associated with the influence of the vibrations of the sprung part of the car on the accuracy of measuring geometric characteristics can be eliminated by blocking it during measurements. However, locking can play a negative role in an extreme situation, limiting the car's maneuverability and handling.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является устройство для создания динамической нагрузки на дорожную одежду, содержащее штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных платформой, и подвижно связанный с кузовом-фургоном автомобиля, две направляющие штанги, между которыми расположен падающий груз с подъемным механизмом, жестко закреплены на платформе, при этом падающий груз с подъемным механизмом связан посредством троса с электроприводом в виде электротали. Устройство также содержит траверсу, измерительное приспособление в виде ролика и сейсмоприемника, установленные на траверсе между спаренными колесами, и информационно-измерительную систему (авт. св. N 1170031, кл. E 01 C 23/07, 1984). The closest in technical essence to the invention is a device for creating a dynamic load on the pavement, containing a stamp made in the form of two twin wheels connected by a platform, and movably connected with a car body-van, two guide rods between which there is a falling load with lifting mechanism, rigidly fixed to the platform, while the falling load with the lifting mechanism is connected via a cable with an electric drive in the form of electric hoist. The device also contains a traverse, a measuring device in the form of a roller and a geophones, mounted on the traverse between the twin wheels, and an information-measuring system (ed. St. N 1170031, class E 01 C 23/07, 1984).

В данном устройстве, оснащенном информационно-измерительным комплексом, созданным на базе портативного компьютера и обладающим мощным энергетическим потенциалом, не в полной мере реализуются вычислительные и энергетические возможности, так как измеряется только один технико-эксплуатационный показатель автомобильных дорог - прогиб дорожной одежды с одновременным вычислением эквивалентного модуля упругости дорожной конструкции. In this device, equipped with an information-measuring complex, created on the basis of a laptop computer and having a powerful energy potential, the computational and energy capabilities are not fully realized, since only one technical and operational indicator of roads is measured - the deflection of the pavement with the simultaneous calculation of the equivalent modulus of elasticity of the road structure.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения технико-эксплуатационных показателей автомобильных дорог и расширение функциональных возможностей устройства. An object of the invention is to improve the accuracy of measuring technical and operational indicators of roads and expand the functionality of the device.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что известное устройство, содержащее размещенную на базовом автомобиле установку для динамических испытаний дорожных одежд в виде гибкого штампа с двумя спаренными колесами, объединенных опорной платформой, жестко связанной с двумя направляющими штангами, которые подвижно связаны с кузовом-фургоном базового автомобиля с возможностью их вертикального перемещения, размещенный между направляющими штангами падающий груз с подъемным механизмом, информационную систему, связанную с измерительным приспособлением, содержащим инерционный датчик прогиба дорожных одежд, виброизолированную тележку, выполненную в виде рамы, соединенной с одной стороны с помощью двух шарниров, жестко связанных с подкладками заднего моста базового автомобиля, а с другой стороны опирающейся на два колеса с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, согласно изобретению устройство снабжено блоком гироскопических датчиков геометрических характеристик дорожных одежд, установленным на раме виброизолированной тележки по линии ее продольной оси. The solution of this technical problem is achieved by the fact that the known device containing the installation for dynamic testing of road pavement in the form of a flexible die with two twin wheels, united by a support platform, rigidly connected with two guide rods, which are movably connected with the body of the base van a vehicle with the possibility of their vertical movement, a falling load with a lifting mechanism located between the guide rods, an information system associated with and a measuring device containing an inertial sensor for deflection of pavement, a vibration-insulated trolley made in the form of a frame connected on one side by two hinges rigidly connected to the backings of the rear axle of the base vehicle, and on the other hand supported by two wheels with the possibility of rotation in the horizontal plane , according to the invention, the device is equipped with a block of gyroscopic sensors of the geometric characteristics of the pavement mounted on the frame of the vibration-insulated carriage along its product line olny axis.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство имеет существенные признаки, отличные от прототипа. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствие источников, в которых была бы описана совокупность заявляемых отличительных от прототипа признаков. При этом совокупность отличительных признаков не является очевидной, так как не следует непосредственно из уровня техники. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". При этом предлагаемое устройство осуществимо в промышленных условиях и, следовательно, является промышленно применимым. A comparative analysis of the proposed device with the prototype shows that the inventive device has significant features that are different from the prototype. Therefore, the proposed device meets the criteria of the invention of "novelty." Analysis of the sources of information used to determine the prior art showed the absence of sources in which the totality of the claimed distinctive features from the prototype would be described. Moreover, the set of distinctive features is not obvious, since it does not follow directly from the prior art. Therefore, the proposed device meets the criteria of the invention of "inventive step". Moreover, the proposed device is feasible in an industrial environment and, therefore, is industrially applicable.

Решение поставленной технической задачи, а именно повышение точности и достоверности результатов измерения и расширение функциональных возможностей, становится возможным благодаря использованию виброизолированной тележки для установки на ее раме блока гироскопических датчиков. The solution of the technical task, namely improving the accuracy and reliability of the measurement results and expanding the functionality, is made possible by using a vibration-insulated trolley for installing on its frame a block of gyroscopic sensors.

Применение данного устройства дает возможность получать выходной сигнал при больших вертикальных перемещениях спаренных колес, пропорциональных числу импульсов, и носит абсолютно линейный характер, при этом данные, полученные благодаря непосредственному непрерывному контакту спаренных колес гибкого штампа с дорожной поверхностью, обладают большей достоверностью о неровностях, чем информация, полученная с помощью толчкомера в прототипе. The use of this device makes it possible to obtain an output signal at large vertical movements of the twin wheels, proportional to the number of pulses, and is absolutely linear in nature, while the data obtained due to the direct continuous contact of the twin wheels of the flexible die with the road surface have greater reliability about bumps than information obtained using the push-button in the prototype.

С помощью блока гироскопических датчиков становится возможным контроль геометрических параметров автомобильных дорог. Using the block of gyroscopic sensors, it becomes possible to control the geometric parameters of roads.

На фиг. 1 изображено устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - устройство, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - виброизолированная тележка, вид Б на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device, side view; in FIG. 2 is a device, view A in FIG. one; in FIG. 3 - vibration-insulated carriage, view B in FIG. one.

Устройство для определения технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд на базовом автомобиле 1 содержит установку для динамических испытаний дорожных одежд в виде гибкого штампа (не обозначены) с двумя спаренными колесами 2, объединенными опорной платформой 3, жестко связанной с двумя направляющими штангами 4. Последние подвижно связаны с кузовом-фургоном (не обозначен) базового автомобиля 1 с возможностью их вертикального перемещения посредством роликов 5 и 6 на кронштейнах 7 и 8 соответственно, жестко связанных с кузовом-фургоном. Между направляющими штангами 4 размещен падающий груз 9, снабженный подъемным механизмом 10 в виде электропривода. A device for determining the technical and operational characteristics of pavement on a base vehicle 1 comprises a unit for dynamic testing of pavement in the form of a flexible die (not indicated) with two twin wheels 2, united by a supporting platform 3, rigidly connected with two guide rods 4. The latter are movably connected with a van body (not indicated) of the base vehicle 1 with the possibility of their vertical movement by means of rollers 5 and 6 on the brackets 7 and 8, respectively, rigidly connected with the van body . Between the guide rods 4 is placed a falling load 9, equipped with a lifting mechanism 10 in the form of an electric drive.

Устройство также содержит виброизолированную тележку 11, траверсу 12, измерительное приспособление в виде ролика 13 и выполняющего роль датчика инерционного типа - сейсмоприемника 14, при этом измерительное приспособление установлено на траверсе 12 и связано с информационной системой 15. The device also contains a vibration-insulated trolley 11, a crosshead 12, a measuring device in the form of a roller 13 and acting as an inertial type sensor - a geophones 14, while the measuring device is installed on the crossarm 12 and connected to the information system 15.

При этом виброизолированная тележка 11 выполнена в виде рамы 16 и соединена с одной стороны с помощью двух шарниров 17, жестко связанных с подкладками 18 заднего моста 19 базового автомобиля, а с другой стороны опирающаяся на дорожное покрытие посредством опор в виде колес 20, выполненных вертолетными. In this case, the vibration-insulated carriage 11 is made in the form of a frame 16 and is connected on one side by two hinges 17, rigidly connected to the linings 18 of the rear axle 19 of the base car, and on the other hand, supported on the road surface by means of supports in the form of helicopter wheels 20.

Устройство снабжено блоком 21 гироскопических датчиков, один из которых - датчик 22 для измерения продольного и поперечного уклонов, а другой - датчик 23 для измерения углов поворота дороги. The device is equipped with a block 21 of gyroscopic sensors, one of which is a sensor 22 for measuring longitudinal and transverse slopes, and the other is a sensor 23 for measuring the turning angles of the road.

При этом блок 21 гироскопических датчиков установлен на раме 16 виброизолированной тележки 11 на поперечине 24 по линии продольной оси тележки 11. In this case, the block 21 of gyroscopic sensors is mounted on the frame 16 of the vibration-insulated carriage 11 on the cross member 24 along the line of the longitudinal axis of the carriage 11.

Устройство для определения технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд работает следующим образом. A device for determining the technical and operational indicators of pavement works as follows.

С помощью предлагаемого устройства в едином технологическом цикле производится одновременно измерение двух показателей: прочности и геометрических параметров автомобильной дороги. Измерение прогиба дорожной одежды осуществляется путем создания динамической нагрузки с помощью падающего груза 9 и передачи ее через спаренные колеса 2 на дорожную одежду, при этом измерение прогиба дорожной одежды, возникающего в результате действия ударной нагрузки, производится с помощью сейсмоприемника 14, входящего в состав измерительного приспособления, связанного с виброизолированной тележкой 11. Сигнал фиксируется информационной системой 15. Using the proposed device in a single technological cycle, two parameters are simultaneously measured: strength and geometric parameters of the road. The measurement of the deflection of the pavement is carried out by creating a dynamic load using the falling load 9 and transferring it through the twin wheels 2 to the pavement, while the measurement of the deflection of the pavement resulting from the impact of the shock is carried out using the geophones 14, which is part of the measuring device associated with the vibration-insulated carriage 11. The signal is recorded by the information system 15.

Возврат падающего груза 9 в исходное положение осуществляется подъемным механизмом 10. Одновременно с этим процессом производится определение геометрических характеристик с помощью блока 21 гироскопических датчиков 22 и 23. The falling load 9 is returned to its original position by the lifting mechanism 10. At the same time, the geometric characteristics are determined using the block 21 of the gyroscopic sensors 22 and 23.

Недостаток, связанный с влиянием подрессоренной части во время движения автомобиля по неровному покрытию на измерительный процесс, может быть устранен путем размещения блока 21 с гироскопическими датчиками 22, 23 на раме 16 виброизолированной тележки 11, соединенной с задним мостом 19 базового автомобиля 1. The disadvantage associated with the influence of the sprung part during the movement of the car on an uneven coating on the measuring process can be eliminated by placing a block 21 with gyroscopic sensors 22, 23 on the frame 16 of the vibration-proof carriage 11 connected to the rear axle 19 of the base vehicle 1.

Крепление гироскопического блока 21 на раме 16 виброизолированной тележки 11 осуществлено по линии ее продольной оси. Это обеспечивает максимальную точность измерения параметров. The gyroscopic unit 21 is mounted on the frame 16 of the vibration-insulated carriage 11 along the line of its longitudinal axis. This ensures maximum measurement accuracy.

При движении базового автомобиля 1 гироскопический блок 21, установленный на раме 16 виброизолированной тележки 11, не подвержен в процессе измерений технико-эксплуатационных показателей дороги воздействию каких-либо колебаний, благодаря тому, что оно не размещено на подрессоренной части автомобиля, а соединено непосредственно через шарниры 17 с задним мостом 19 базового автомобиля 1 и опирается на вертолетные колеса 20 с внутренним давлением ниже номинального, что увеличивает площадь поверхности соприкосновения с поверхностью дороги. When the base vehicle 1 moves, the gyroscopic unit 21 mounted on the frame 16 of the vibration-proof trolley 11 is not exposed to any fluctuations in the process of measuring the technical and operational performance of the road due to the fact that it is not placed on the sprung part of the car, but connected directly through hinges 17 with the rear axle 19 of the base vehicle 1 and is supported by helicopter wheels 20 with internal pressure below the nominal, which increases the surface area of contact with the road surface.

Предлагаемое устройство, позволяющее совместно измерять прогибы дорожных одежд и геометрические параметры автомобильных дорог путем введения гироскопического блока 21, включающего два гироскопических датчика 22 и 23, позволяет расширить функциональные возможности передвижной лаборатории за счет одновременного определения нескольких параметров автомобильных дорог. Это снижает себестоимость измерений каждого параметра благодаря применению одной лаборатории и экономии людских и материальных ресурсов. The proposed device, which allows to jointly measure the deflection of the pavement and the geometric parameters of roads by introducing a gyroscopic unit 21, including two gyroscopic sensors 22 and 23, allows you to expand the functionality of a mobile laboratory by simultaneously determining several parameters of roads. This reduces the cost of measuring each parameter through the use of a single laboratory and the saving of human and material resources.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность измерений геометрических параметров автомобильных дорог. Это достигается размещением блока 21 гироскопических датчиков на виброизолированной тележке и непосредственным ее подсоединением к заднему мосту автомобиля, что исключает влияние на него колебаний подрессоренной части автомобиля. In addition, the proposed device can significantly improve the accuracy of measurements of the geometric parameters of roads. This is achieved by placing the block 21 of gyroscopic sensors on a vibration-insulated carriage and connecting it directly to the rear axle of the car, which eliminates the influence of vibrations of the sprung part of the car on it.

Виброизолированная тележка демпфирует воздействующие на нее колебания от неровностей дорожной поверхности. Демпфирующим свойством тележка обладает благодаря использованию вертолетных колес с внутренним давлением ниже номинального. Vibro-insulated trolley dampens vibrations acting on it from unevenness of the road surface. The trolley has damping property due to the use of helicopter wheels with internal pressure below the nominal.

Оценка двух важнейших технико-эксплуатационных показателей: прочности и геометрических характеристик дорожных одежд в едином технологическом цикле с помощью данного устройства позволит снизить затраты и ускорит процесс окупаемости, а также обеспечит оптимальный режим эксплуатации. Evaluation of the two most important technical and operational indicators: the strength and geometric characteristics of pavements in a single technological cycle with the help of this device will reduce costs and speed up the payback process, as well as provide an optimal mode of operation.

Claims

A device for determining the technical and operational performance of pavements, comprising an installation for dynamic testing of pavements placed on a base vehicle in the form of a flexible die with two twin wheels connected by a support platform rigidly connected to two guide rods that are movably connected to the body of the base vehicle with the possibility of their vertical movement, a falling load with a lifting mechanism located between the guide rods, an information system associated with a measuring device containing an inertial sensor for deflection of pavement, a vibration-insulated carriage made in the form of a frame connected on one side by two hinges rigidly connected to the rear axle pads of the base car, and on the other hand supported by two wheels with the possibility of rotation in the horizontal plane characterized in that the device is equipped with a block of gyroscopic sensors of the geometric characteristics of clothes mounted on the frame of the vibration-insulated trolley along its longitudinal axis si.