SU1101490A1

SU1101490A1 - Apparatus for evaluating strength of road coatings

Info

Publication number: SU1101490A1
Application number: SU833564199A
Authority: SU
Inventors: Сергей Степанович Коновалов; Владимир Васильевич Карчихин; Степан Васильевич Коновалов; Борис Анатольевич Хейриш; Юрий Михайлович Яковлев
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Автомобильно-Дорожный Институт
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1984-07-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕВД,включающее тран- Л спортируемый автомобилем источник динамического нагружени на спаренные колеса в виде вибратора виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещени датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени , оно снабжено датчиками ортогональных составл ющих усилий, установленными на штоке измерител вертикальных перемещений, делителем и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составл кщих усилий соединены с входами делител , выход которого подключен к первому входу умножител , второй вход которого § объединен с датчиком скорости, а выход подключен к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещени , а выход схемы компенсации через синхронный фильтр соединен с регистрирующим прибором.A DEVICE FOR ESTIMATING THE STRENGTH OF ROADWEARING APPARELS, including a vehicle that transmits a dynamic load source to a coupled wheel in the form of a vibrator, a vibration-isolated trolley with a vertical displacement meter, made in the form of a measuring wheel and a rod with a vibration displacement sensor, a speed sensor mounted on the measuring wheel, a multiplier, and a multiplier mounted on a measuring wheel, a speed sensor mounted on the measuring wheel, a multiplier, and a speed sensor mounted on a measuring wheel, a speed sensor mounted on the measuring wheel, a multiplier, and a multiplier, mounted on a measuring wheel, a speed sensor mounted on a measuring wheel, a multiplier, and a multiplier, a speed sensor mounted on a measuring wheel. compensation and recording device, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, it is equipped with sensors of orthogonal components forces installed on the rod of the vertical displacement meter, divider and synchronous filter, the sensors of orthogonal component forces are connected to the inputs of the divider, the output of which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is combined with the speed sensor, and the output is connected to the first input of the compensation circuit , the second input of which is connected to the vibration displacement sensor, and the output of the compensation circuit is connected to a recording device via a synchronous filter.

Description

4four

;о;about

Изобретение относитс к строительству и эксплуатации дорог и может быть использовано дл определени прочности дорожных одежд, при этом оценка -прочности производитс по величине прогиба, возникающего в ре- зультате нагружени исследуемого участка дорожной одежды динамической нагрузкой.The invention relates to the construction and operation of roads and can be used to determine the strength of road pavements, and the assessment of the strength is based on the magnitude of the deflection resulting from loading the pavement under study with a dynamic load.

Известно устройство дл динамических испытаний дорожных одежд, включающее источник динамической нагрузки - вибратор, измерительнь1й злемент в .виде колес, через которые передаетс на испытуемую дорожную одежду динамическа нагрузка, регистрирующую и задающую аппаратуру В данном устройстве изменение реакции испытываемо о дорожного покрыти на воздействие динамической нагрузки фиксируют путем измерени перепадов давлени в камерах колес, выходные отверсти которых соединены трубопроводом jf регистрирующей аппаратурой 1 1. A device for dynamic testing of pavements is known, which includes a source of dynamic load — a vibrator, a measuring element in the form of wheels through which dynamic load, recording and specifying equipment, is transmitted to the tested road pavement. by measuring the pressure drops in the chambers of the wheels, the outlet openings of which are connected by the pipeline jf with the recording apparatus 1 1.

Однако оценка реакции дорожного покрыти по величине измер емого давлени в камерах колес приводит к существенным погрешност м: рабочее давление воздуха в камерах колес, нагружаемых источником динамической нагрузки , быстро мен етс в зависимости от условий эксплуатации и Может значительно отличатьс от номинального значени , относительйо которого измер етс величина прогиба дорожной одежды, кроме того, не учитываетс вли ние неровностей дороги.However, the evaluation of the road surface response to the measured pressure in the wheel chambers leads to significant errors: the working air pressure in the wheel chambers loaded with a source of dynamic load varies rapidly depending on the operating conditions and may differ significantly from the nominal value, relative to which The magnitude of the deflection of the pavement, in addition, does not take into account the influence of road irregularities.

Наиболее близким по технической сущности вл етс устройство дл оценки прочности дорожных одежд, включающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружени на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещени , датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель , схему компенсации и регистрирующий прибор. В известном устройстве механическим звеном дл передачи усили от источника импульсной нагрузки на поверхность дорожной одежды вл етс колесо нагружени . К автомобилю, который перемещает установку, креп тс последовательно две виброизолированные тележки, несущие по одному измерителю вертикальных перемещений, который представл ет собой измерительное колесо, на котором устанавливаетс датчик дл The closest in technical essence is a device for assessing the strength of pavements, including a source of dynamic loading transported by an automobile on twin wheels in the form of a vibrator, a vibration-proof trolley with a vertical displacement meter, made in the form of a measuring wheel and a rod with a vibration displacement sensor, a speed sensor mounted on measuring wheel, multiplier, compensation circuit and recording device. In the known device, the mechanical link for transmitting the force from the source of impulsive load to the surface of the pavement is the loading wheel. Two vibration-proof trolleys, carrying one vertical displacement gauge, which is the measuring wheel on which the sensor is mounted for, are attached to the vehicle that moves the installation.

определени вертикального перемещени измерительного колеса относительно рамы виброизолированной тележки. Измеритель вертикальных перемещений первой виброизолированной тележкиdetermining the vertical movement of the measuring wheel relative to the frame of the vibration-proof trolley. Measuring instrument of vertical movements of the first vibration-proof trolley

располагаетс в точке максимального прогиба, измеритель вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки преднамеренно удален и находитс вне зоны действи нагрузки . Оба измерительных колеса проход т одинаковые отрезки пути приблизительно по одной линии, но с разницей во времени Г2.located at the point of maximum deflection, the vertical displacement meter of the second vibroisolated carriage is deliberately removed, and is outside the zone of the load. Both measuring wheels run the same lengths of the path approximately along the same line, but with a time difference T2.

Дл того, чтобы нагрузка не вли лаIn order for the load not to affect

0 на второй измеритель вертикального перемещени , виброизолированные тележки относ т друг от друга в зависимости от типа дорожной одежды на рассто ние 1,5-6 м. Это условие существенно усложн ет обеспечение прохода второго измерител вертикальных перемещений и, следовательно, вносит погрешность в измерение прогиба. Дл того, чтобы выделить сигнал прогиба,0 to the second vertical displacement gauge, vibration-proof trolleys are separated from each other depending on the type of pavement over a distance of 1.5-6 m. This condition significantly complicates the passage of the second vertical displacement gauge and, therefore, introduces an error in the deflection measurement. . In order to isolate the deflection signal,

суммарный сигнал прогиба микропрофил , который поступает с датчика дл определени вертикального перемещени первой виброизолированной тележки , сравнивают с сигналом микропрофил , поступающим с датчика дл определени вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки. Последний сигнал надо задержать на отрезок времени между двум моментами, когда два измерител вертикальных перемещений проход т по очереди над . исследуемой точкой. Дл выполнени этого услови необходимо строго соблюдать посто нную скорость перемещени виброизолированньпс тележек, что на практике трудно обеспечить и что вносит погрешность в измерение прогиба дорожной одежды.The total micro profile deflection signal that comes from the sensor to determine the vertical movement of the first vibroisolating bogie is compared with the microprofile signal from the sensor to determine the vertical displacements of the second vibration insulated bogie. The last signal must be delayed for a period of time between two moments when the two gauges of vertical displacements pass in turn over. the point studied. In order to fulfill this condition, it is necessary to strictly observe the constant speed of movement of the vibration-insulated carts, which is difficult to achieve in practice and which introduces an error in the measurement of the deflection of the pavement.

Цель изобретени - повьщ1ение точности измерени . .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy. .

Цель достигаетс тем, что устройство дл оценки прочности дорожных одежд,вкл1бчающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружени на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещени , датчик скорости , установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, снабжено датчиками ортогональных составл ющих усилий, установленными на- штоке измерител вертикальных перемещений делителрм и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составл ющих уси лий соединены со входами делител ,вьп4о которого подключен к первому входу умножител , второй вход которого объединен с датчиком скорости, а выход подключён к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещени , а выход схемы компенсации через синхро ный фильтр соединен с регистрирующим прибором. Это позвол ет ограничитьс одним измерителем вертикальных перемещений и тем самым исключить- погрешности, св занные с возможным рассогласовани ем траекторий движени отдельных изм рителей вертикальных перемещений. На фиг. 1 представлена функционал на схема устройства дл оценки проч ности дорожных одежд в движении, на фиг. 2 - силы действующие на измеритель вертикальных перемещений, наход шл .йс в контакте с покрытием дороги . Устройство содержит транспортируемый автомобилем прицеп, 1 с установленными на нем вибраторами 2, источником динамического нагружени на cij ренные колеса 3, виброизолированную тележку 4, св занную с прицепом 1 через вертикальные штанги 5 и снабженную измерителем 6 вертикальных перемещений, состо щим из измери ,тельного колеса 7 и штока 8 с размещенными на нем датчиком 9 виброперемещени , датчиками 10 и 11 ортогональных составл ющих усилий и датчиком 12 скорости, состо щим из источника света и фотоприемника (не показаны ) , делитель 13, умножитель 14, схему 15 компенсации, синхронный фильтр 16 и регистрируюпщй прибор 17 I - Устройство работает следующим образом. Транспортируемый автомобилем исто ник динамического нагружени - вибра тор 2, установленный на прицепе 1, производит нагружение дорожной одежд периодической нагрузкой через спарен ные колеса 3. Совместное лвижение при Цепа 1 с виброизолированной Тележкой 4, несущей измеритель 6 вертикальных перемещений, и разв зка последней от колебаний вибратора 2 обеспечиваетс вертикальными штангами 5. Измеритель 6 вертикальных перемещений, состо пр й из измерительного колеса 7 и щтока 8, перемещаетс в зоне приложени вибрационной нагрузки и- синхронно с ней по поверхности дорожного покрыти , вследствие чего датчик 9 виброперемещенн , размещенный на штоке 8, воспринимает и преобразует абсолютные п еремещени измерительного колеса 7, представл кшще сумму виброперемещений , вызванных. нагр5 жением вибратора 2, и перемещений, св занных с обкатыванием микропрофил до- ; роги, в электрический сигнал, пропорциональный сумме перемещений. В то же врем при движении измерительного колеса 7 по неровност м последние вызывают упругую деформацию штока 8, котора измер етс датчиком 10 и 11 ортогональных составл ющих усилий. Одновременно измерение деформаций датчиками 10 и 11 в горизонтальной и вертикальной плоскост х дает возможность независимо от действи вибратора производить.измерение микропрофил дорожных одежд. С выхода датчика 10 горизонтальных усилий сигнал, пропорциональный величине горизонтальных деформаций, возникающих в щтоке 8, за счет действи горизонтальных сил вследствие реакции подпружиненного измерительного колеса 7 на неровности поступает на вход делител 13. На другой выход делител 13 с вЫхода датчика 11 вертикальньпс усилий поступает сигнал, пропорциональный величине вертикальных деформаций, возникающих также в штоке 8, но за счет действи вертикальньрс сил. С выхода делител 13 сигнал, пропорциональный производной микропрофил , поступает на выход умножител 14, на другой вход которого поступает сигнал с датчика 12 скорости. Операци умножени производитс с целью компенсации микропрофил на всех скорост х движени измерител 6 вертикальных перемещений. Сигнал с выхода умножител 14, пропорциональный скорости вертикальных перемещений измерительного колеса 7, вызываемых неровност ми, поступает на один вход схеьы 15 компенсации , на второй ее вход поступа . ет суммарный сигнал с выхода датчика 9 виброперемещени , пропорциональный величине перемещени колеса 7 от действи микропрофил дброги и сигнала прогиба. В результате операции вычитани н выходе схемы компенсации получаетс сигнал, пропорциональный перемещению измерител 6 вертикальных перемещений только за счет колебани дорожной одежды, вызываемого вибрацион ными нагружени ми. Пол рность и спек сигнала микропрофил с выхода згмножи , тел установлены таким образом, что сигнал вычитаетс из суммарного сигнала . Окончательна компенсаци микропрофил осуществл етс синхронным фильтром 16, который пропускает сигнал только с частотой нагружени , пр чем полоса пропускани его может измен тьс в зависимости от изменени частоты нагружени , На вход синхронного фильтра 16 поступает сигнал, смесь периодического полезного сигнала и случайного шума, вл ющегос помехой, искажающей полезный сигнал. Так как полезный сигнал носит периодический характер, а сигнал помехи случайный, синхронный фильтр 16, настроенный на частоту нагружени , про пускает полезный сигнал, ха;рактеризующий прогиб, а сигнал о неровности подавл ет, С выхода синхронного филь тра 16 сигнал поступает на регистрирующий прибор 17, На измеритель вертикальных перемещений , наход щийс в контакте с покрытием дорожной одежды, действуют следующие силы (фиг, 2), Колесо измерител вертикальных перемещений, движущеес по поверхности дороги, прижимаетс к ней силой F,, ци дороги, возникающа в точке контакта , уравновешивает силу F j буд чи направлена по линии, проход щей через точку контакта измерительного колеса с дорогой и ось колеса, создает ортогональную составл ющую усили R, уравновещиваемую упругой деформацией штока измерител вертикальных перемещений. Из фиг, 2 видно, что ); R ), Угол отклонени щтока измерител вертикальных перемещений ;рертикали ра4 o ((5() производна микропрофил по координате X в точке контакта, у- микропрофиль дороги. По отношению видно, что дл рещени задачи независимого измерени микропрофил дорожного покрыти достаточно измерить ортогональные составл ющие усилий реакции R по деформации штока измерител вертикальных перемещений по оси X и по оси У с последующим интегрированием производной микропрофил , Таким образом, измерение микропрофил в данной точке с применением одного измерител вертикальных перемещений , снабженного датчиками ортогональных составл ющих усилий, делителем , с использованием в предлагаемом устройстве синхронного фильтра дает принципиально новую возможность осуществлени компенсации микропрофил дороги. Устройство позволит с высокой точностью определить величину прогиба дорожной одежды в движении, кроме того, использование одного измерител вертикальньк перемещений зшрощает устройство и удешевл ет его стоимость по сравнению с известными.The goal is achieved by the fact that a device for assessing the strength of pavements, including a source of dynamic loading transported by an automobile onto twin wheels in the form of a vibrator, a vibration-proof trolley with a vertical displacement meter, made in the form of a measuring wheel and a rod with a vibration displacement sensor, a speed sensor mounted on the measuring wheel , multiplier, compensation circuit and registering device, equipped with orthogonal component force sensors, installed on the measuring rod vertical displacements of the divider and synchronous filter, the sensors of orthogonal components are connected to the inputs of the divider, which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is combined with the speed sensor, and the output is connected to the first input of the compensation circuit, the second input of which is connected to the sensor vibration displacement, and the output of the compensation circuit is connected via a synchronous filter to a recording device. This makes it possible to limit one vertical displacement gauge and thereby eliminate errors associated with the possible mismatch of the movement trajectories of the individual vertical displacement gauges. FIG. Figure 1 shows the functionality of a device for estimating the strength of pavements in motion; FIG. 2 - forces acting on the gauge of vertical displacements, found in contact with the road surface. The device contains a trailer transported by car, 1 with vibrators 2 mounted on it, dynamic wheels 3 loaded on cij, a vibroisolated trolley 4 connected to trailer 1 through vertical rods 5 and equipped with a gauge 6 of vertical displacements consisting of a measuring wheel. 7 and the rod 8 with the vibration displacement sensor 9, the sensors 10 and 11 of the orthogonal component forces, and the speed sensor 12 consisting of a light source and a photodetector (not shown) divider 13 multiply l 14, compensation circuit 15, filter 16 and the synchronous unit 17 registriruyupschy I - The device operates as follows. The source of dynamic loading transported by the car - the vibration torus 2 mounted on the trailer 1 loads the road clothes with a periodic load through the paired wheels 3. Joint movement at the Chain 1 with the vibroisolated Truck 4, carrying the meter 6 vertical movements, and unraveling the latter from vibrations the vibrator 2 is provided with vertical rods 5. The meter 6 vertical displacements, consisting of the measuring wheel 7 and the rod 8, moves in the zone of application of the vibration load and synchronously with it over the surface of the road surface, as a result of which the sensor 9 vibratingly displaced, placed on the rod 8, perceives and converts the absolute displacements of the measuring wheel 7, represented by the sum of the vibratory displacements caused. the loading of the vibrator 2 and the movements associated with the running of the microprofile up-; horns, in an electrical signal proportional to the sum of the movements. At the same time, when the measuring wheel 7 moves along unevenness, the latter cause elastic deformation of the rod 8, which is measured by the sensor 10 and 11 of the orthogonal component forces. At the same time, the measurement of deformations by sensors 10 and 11 in the horizontal and vertical planes makes it possible, regardless of the action of the vibrator, to produce a measurement of the microprofile pavements. From the output of the sensor 10 horizontal forces, a signal proportional to the magnitude of the horizontal deformations occurring in the rod 8, due to the action of horizontal forces due to the response of the spring-loaded measuring wheel 7 to irregularities, goes to the input of the divider 13. To another output of the divider 13, from the output of the sensor 11, vertical force pushes the signal proportional to the magnitude of the vertical deformations that also occur in the rod 8, but due to the effect of the vertical forces. From the output of the divider 13, a signal proportional to the derivative of the microfield, goes to the output of the multiplier 14, to another input of which the signal comes from the speed sensor 12. The multiplication operation is performed in order to compensate the microprofile at all speeds of movement of the meter 6 vertical displacements. The signal from the output of the multiplier 14, proportional to the speed of the vertical displacements of the measuring wheel 7, caused by irregularities, is fed to one input of the compensation circuit 15, to its second input. There is an accumulated signal from the output of the vibration displacement sensor 9 proportional to the amount of movement of the wheel 7 from the action of the micro profile of the damper and the deflection signal. As a result of the subtraction operation on the output of the compensation circuit, a signal is obtained that is proportional to the displacement of the meter 6 vertical displacements only due to the vibration of the pavement caused by vibration loads. The polarity and spectrum of the microprofile signal from the output of the multiplier are set so that the signal is subtracted from the sum signal. The final microprofile compensation is carried out by a synchronous filter 16, which passes a signal only at the loading frequency, otherwise its bandwidth can change depending on the change in the loading frequency. A signal is received at the input of the synchronous filter 16, a mixture of a periodic useful signal and random noise that is interference that distorts the useful signal. Since the useful signal is periodic in nature, and the interfering signal is a random, synchronous filter 16, tuned to the loading frequency, sends a useful signal, x; the measuring deflection, and the irregularity signal suppresses the signal from the output of the synchronous filter 16 17, The following forces act on the vertical displacement gauge in contact with the pavement coating (FIG. 2). The wheel of the vertical displacement gauge moving along the road surface is pressed to it by force F ,, qi of roads and, appearing at the point of contact, balances the force F j, is directed along a line passing through the point of contact of the measuring wheel with the road and the wheel axis, creates an orthogonal component R of force balanced by the elastic deformation of the rod of the gauge of vertical displacements. From FIG. 2 it can be seen that); R) The deviation angle of the gauge of the vertical displacement meter; the vertical distance of 4 ° ((5 () is the derivative of the microprofile on the X coordinate at the contact point, y is the microprofile of the road) forces of reaction R by deformation of the rod of the gauge of vertical displacements along the X axis and along the Y axis with the subsequent integration of the derived micro profile, Thus, the measurement of the micro profile at a given point using one measurement the body of vertical movements, equipped with sensors orthogonal component forces, divider, using the synchronous filter in the proposed device, provides a fundamentally new way to compensate for the road’s micro profile, the device will allow determining the deflection of the pavement in motion with high accuracy; makes the device shorter and cheaper than the known ones.

Claims

DEVICE FOR ASSESSING DURABLE ‘ROAD CLOTHING WEARS, including a source of dynamic loading on twin wheels transported by a car on twin wheels in the form of a vibrator; vibration-proof trolley with a vertical displacement meter made in the form of a measuring wheel and a rod with a vibration displacement sensor '; a speed sensor mounted on the measuring wheel, a multiplier, a compensation circuit and a recording device, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, it is equipped with sensors of orthogonal components of the forces mounted on the rod of the vertical displacement meter, a divider and a synchronous filter, and sensors of orthogonal components forces are connected to the inputs of the divider, the output of which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is combined with a speed sensor, and the output is connected to the first input ode to the compensation circuit, the second input of which is connected to the vibration displacement sensor, and the output of the compensation circuit through a synchronous filter is connected to the recording device.