CN113820269A - 一种道路表面功能快速测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种道路表面功能快速测试仪，包括环境箱、试件放置平台、加荷控制装置和控制台，环境箱内设有温度调节器和湿度调节器，环境箱上设有注水孔和排水孔，试件放置平台设在环境箱中，试件设在试件放置平台上，加荷控制装置设在试件放置平台上方，加荷控制装置包括加压机构、升降杆和试验轮组，加压机构对升降杆提供压力并驱动升降杆升降，升降杆底部安装有转动电机，通过转动电机驱动试验轮组转动，试验轮上设有转动圈数传感器、速度传感器和加速度传感器，控制台设在环境箱外侧，本发明能够模拟车辆或飞机的刹车情况，测量刹车距离和刹车时间，检测道路表面的磨损程度和道路表面材料的耐久程度。

Description

一种道路表面功能快速测试仪
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种道路表面功能快速测试仪。
背景技术
随着我国交通运输基础设施建设和汽车保有量的快速发展，我国每年交通事故约20万起，其中因机动车造成的道路安全事故比例达到90％以上。这与我国道路交通基础建设对于道路表面功能安全性的检测缺乏有效手段不无关系。
目前，对于路面、机场道面及赛车跑道等道路表面材料质量、结构功能的检测方法及相关试验装置发展已较为完善，然而，相关技术中，并没有对道路表面的功能性检测装置，无法模拟不同环境及表层材料条件下，车辆和飞机等的刹车情况，进而无法对车辆和飞机等的刹车距离和刹车时间进行测量以及无法对道路表面的磨损程度和道路表面材料的耐久程度等进行检测，如果在实际道路上针对刹车距离、抗滑程度等涉及行驶安全性的问题进行实验，则费时费力，影响其他车行驶，且容易发生安全事故。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种道路表面功能快速测试仪，能够模拟车辆或飞机的刹车情况，测量刹车距离和刹车时间，且能够对道路表面的磨损程度和道路表面材料的耐久程度进行检测。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种道路表面功能快速测试仪，其特征在于：包括环境箱、试件放置平台、加荷控制装置和控制台；
所述环境箱内设有温度调节器和湿度调节器，所述环境箱上设有注水孔和排水孔，所述注水孔和所述排水孔能够通过塞子塞紧；
所述试件放置平台设在所述环境箱内，试件设在所述试件放置平台上，所述试件放置平台上设有卡扣，所述卡扣用于卡住所述试件；
所述加荷控制装置设在所述试件放置平台上方，所述加荷控制装置包括加压机构、升降杆和试验轮组，所述升降杆顶部与所述加压机构相连，所述加压机构对所述升降杆提供压力并驱动所述升降杆升降，所述升降杆底部安装有转动电机，所述试验轮组包括轮轴和试验轮，两个所述试验轮设在所述轮轴两侧，所述试验轮上设有轮胎，所述试验轮内设有刹车机构，所述转动电机的输出轴与所述轮轴相连，通过所述转动电机驱动所述试验轮组转动，所述试验轮上设有转动圈数传感器、速度传感器和加速度传感器；
所述控制台设在所述环境箱外侧，用于控制所述温度调节器、所述湿度调节器、所述加压机构和所述转动电机的工作，且收集所述转动圈数传感器、所述速度传感器和所述加速度传感器的数据。
进一步地，所述试验轮包括外轮和内轮，所述内轮固定在所述外轮内侧，所述轮胎套设在所述外轮上，所述刹车机构设在所述内轮上。
进一步地，所述刹车机构包括刹车片和刹车槽，所述刹车片卡设在所述内轮上，所述刹车槽固定在所述刹车片上，所述刹车槽上设有推动件，所述推动件用于推动所述刹车片卡紧所述内轮。
进一步地，所述环境箱上设有多个传感器放置孔，所述传感器放置孔能够通过塞子塞紧。
进一步地，所述环境箱由顶板、4个侧板和底板构成矩形腔体结构，所述底板底部设有滚轮。
进一步地，所述环境箱上设有观察门，所述观察门上设有观察窗，所述试件放置平台和所述观察窗的底部在同一水平面，所述观察窗上设有竖直的标尺。
进一步地，所述环境箱内设有底座，所述底座上设有滑动导槽、定位挡板和定位扣件，所述试件放置平台设在所述滑动导槽并通过所述定位挡板卡紧所述试件放置平台前侧，所述定位扣件卡紧所述试件放置平台后侧。
进一步地，所述试件放置平台上设有定位板，所述卡扣设在所述定位板上。
进一步地，所述试件为用作制作路面、道面或赛道表面的材料。
进一步地，所述加压机构通过液压装置对所述升降杆提供压力并驱动所述升降杆升降，所述推动件为液压杆。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种道路表面功能快速测试仪，用途广泛，可用于道路、机场跑道、赛道等一系列有轮胎作用的路面表层功能性及安全性检验，对于试件的组成材料无硬性要求，适用于一切可制作成型、满足试验要求尺寸的路面或道面材料。
2.本发明所述的一种道路表面功能快速测试仪，功能全面，加荷控制装置可调节加压大小，试验轮组的旋转速度，制动力的大小，可全方位模拟不同车辆在行驶过程或飞机在起降过程中的多种状态；环境箱的设置使得本发明装置能自主调节试验工况，模拟不同温度、湿度，以及不同积水程度甚至是道路结冰条件下的实验环境，最大程度贴合实际的服役环境；同时，本装置可用于试件破坏试验，破坏后的试件可取出用于进行其他结构及材料试验检测。
3.本发明所述的一种道路表面功能快速测试仪，填补了我国对于道路表面功能性及安全性检测的空白，有助于降低道路、赛道及机场道面的行驶安全隐患。
附图说明
图1是本发明道路表面功能快速评估装置整体结构示意图。
图2是本发明道路表面功能快速评估装置分解示意图。
图3是本发明加荷控制装置示意图。
图4是本发明试件放置平台示意图。
图5是本发明定位扣件示意图。
图6是本发明试验轮组的示意图。
图7是本发明刹车机构示意图。
图8是本发明刹车机构与试验轮的连接的示意图。
图9是本发明试件放置平台示意图。
其中：1-加压机构；2-升降杆；3-顶板；4-试验轮组；5-刹车槽；6-轮轴；7-试验轮旋转方向；8-底板；9-滑动导槽；10-试件放置平台；11-活动的定位板；12-定位挡板；13-试件；14-旋钮；15-定位槽；16-定位扣件；17-车辙痕；18-疏水槽；19-侧板；20-门框；21-观察窗；22-把手；23-底座；24-加荷控制装置；25-标尺；26-海绵塞；27-传感器；28-传感器引线；29-控制按钮；30-控制台；31-滚轮；32-底座；33-排水管；34-环境箱；35-刹车机构；36-滚珠；37-套筒；38-内轮；39-刹车片；40-固定的定位板；41-调节板；42-滑动导轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
一种道路表面功能快速测试仪，如图1-图9所示，包括环境箱34、试件放置平台10、加荷控制装置24和控制台30。
如图1所示，环境箱34用于构建实验环境，环境箱34提供保温保湿及浸水环境，环境箱34内设有温度调节器和湿度调节器，环境箱34上设有注水孔和排水孔，注水孔和排水孔能够通过塞子塞紧，塞子可以为海绵塞26；
如图4所示，试件放置平台10用于放置需要试验的试件13，试件放置平台10设在环境箱34中，试件13设在试件放置平台10上，试件放置平台10上设有卡扣，卡扣用于卡住试件13；
如图2和图3所示，加荷控制装置24用于对试件13施加压力、驱动试件13转动并对试件13进行制动，模拟车轮和飞机轮刹车情况，加荷控制装置24设在试件放置平台10上方，加荷控制装置24包括加压机构1、升降杆2、转动电机和试验轮组4，升降杆2顶部与加压机构1相连，加压机构1对升降杆2提供压力并驱动升降杆2升降，升降杆2底部安装有转动电机，试验轮组4包括轮轴6和试验轮，两个试验轮设在轮轴6两侧，试验轮上设有轮胎，试验轮内设有刹车机构35，转动电机的输出轴与轮轴6相连，通过转动电机驱动试验轮组4转动，试验轮上设有转动圈数传感器27、速度传感器27和加速度传感器27；
如图1和图2所示，控制台30设在环境箱34外侧，用于控制温度调节器、湿度调节器、加压机构1和转动电机的工作，且收集转动圈数传感器27、速度传感器27和加速度传感器27的数据，控制台30上设有多个控制按钮29。
在对道路表面功能快速检测的过程中，在试件放置平台10上放入成型的试件13，并通过卡扣卡住试件13；根据实验要求通过注水孔和排水孔对环境箱34注水至目标水位，通过温度调节器调节环境箱34内的温度，通过湿度调节器调节环境箱34内的湿度，设置加压机构1加压的压力值和转动电机输出轴的旋转速度，准备就绪后开始试验；启动加压机构1，通过转动电机驱动试验轮组4转动，使试验轮组4在转动电机发动状态下旋转下降到试件放置平台10上，并对试验轮组4施加压力，通过转动电机驱动试验轮组4转动，使试验轮组4两侧的两个试验轮开始作用于试件13表面，一段时间后根据实验要求进行通过刹车机构35进行制动控制，试验轮组4刹车后，转动电机停止工作，试验轮产生车辙痕17，记录刹停的时间、刹车距离及刹车加速度；试验结束后，通过排水孔将环境箱34内的水排出，取出试件13，试验后的试件13可用于研究其表面车辙深度及破坏情况；通过改变温度调节器调节的温度，湿度调节器调节的湿度、加压机构1施加的压力、转动电机驱动试验轮组4转动的速度以及试验轮上的轮胎，对同一类型的试件13进行多次试验，获取道路表面功能性能。
本发明能用于车辆行驶或飞机起降滑行时道路表面功能快速检测，满足不同环境温度和干湿工况下不同道路表面对于抗滑和抗冲磨快速检测的需求。
如图2所示，为了方便移动试件放置平台10，环境箱34由顶板3、4个侧板19和底板8构成矩形腔体结构，注水孔和排水孔均设在侧板19上并能够通过海绵塞26进行封闭，以保证环境箱34的封闭环境，底板8底部设有多个滚轮31，用于方便道路表面功能快速测试仪挪动。
本发明中，试验过程中，为了获取一种道路表面材料的表面功能，对一种类型的试件13进行多次试验，同一类型的试件13均切割成相同尺寸，方便获取准确的试验结果，同时也方便放置在试件放置平台10上，试件13长度为300mm，宽度为300mm，高度为40-100mm。
加压机构1通过液压装置提供，使得加压机构1能够对升降杆2提供压力并驱动升降杆2升降，使得试件13高度能够变化，方便放置试件13和对试件13作用压力，升降杆2底部设有压力传感器27，便于控制压力的施加大小。试验时将加压机构1带动升降杆2伸长直至试验轮与试件13表面相接，同时在竖向压力和旋转扭矩7的作用下使试验轮在试件13表面碾压，模拟车轮或飞机轮滚动情况。试验轮转动的速度大小由扭矩7产生的转速决定，用于模拟不同轴重、载重及不同速度下试验轮在路面、跑道或机场道面上的作用。试验轮组4上两个试验轮的间距为250-270mm，轮轴6长度为290-310mm，直径不大于30mm，保证了试验轮在转动时一定会落于试件13表面而不会偏离试件13，试验轮的直径推荐为150-160mm，且具有一定重量，试验轮内部设有计数装置、速度和加速度传感器27，可记录试验轮试验过程中的旋转圈数、速度和加速度变化。
如图3所示，转动电机驱动试验轮组4转动，使其按试验轮旋转方向7转动，由于试验轮组4包括轮轴6和试验轮，两个试验轮设在轮轴6两侧，试验轮上设有轮胎，试验轮内设有刹车机构35，转动电机的输出轴与轮轴6相连，通过转动电机驱动试验轮组4转动，模拟车轮或飞机轮滚动。
具体地，如图6-图8所示，轮轴6上设有套筒37，套筒37与转动电机的输出轴固定，试验轮包括外轮和内轮39，内轮39固定在外轮内侧，轮胎套设在外轮上，刹车机构35设在内轮39上。为了使外轮滚动的灵敏性，轮轴6和外轮间设有滚珠36。
如图6-图8所示，刹车机构35包括刹车片39和刹车槽5，刹车片39卡设在内轮39上，刹车槽5固定在刹车片39上，刹车槽5上设有推动件，推动件用于推动刹车片39卡紧内轮39。内轮39与外轮形成一个整体，共同转动，刹车片39虚扣于内轮39上，推动件推动刹车片39卡紧内轮39时，能够模拟车轮和飞机轮的制动，试验轮组4轮胎可根据试验要求更换，模拟不同类型的车轮或飞机轮。
如图1和图2所示，环境箱34上设有多个传感器放置孔，多个传感器放置孔中分别放入传感器27，传感器27通过传感器引线28与控制台30相连，例如噪声传感器、湿度传感器和温度传感器，方便后续试验进行噪声监测、温度监测和湿度监测。
如图1和图2所示，环境箱34为矩形腔体结构，环境箱34上设有门框20，门框20内设有观察门，观察门上设有把手22，观察门上设有观察窗21，试件放置平台10和观察窗21的底部在同一水平面，观察窗21上设有竖直的标尺25。
如图2和图4所示，环境箱34内设有底座23，底座23上设有滑动导槽9、定位挡板12和定位扣件16，试件放置平台10设在滑动导槽9上并通过定位挡板12卡紧试件放置平台10后侧，试件放置平台10底部设有卡设在滑动导槽9上的滑动导轨42，滑动导槽9侧边设有定位槽15，定位扣件16在定位槽15内滑动并卡紧试件放置平台10前侧，底座23上设有疏水槽18，方便水排出，排水孔设在疏水槽18下方。
试件放置平台10上设有定位板，卡扣设在定位板上，用于卡住试件13。
本发明中，试件放置平台10的尺寸为400×400×20mm，试件放置平台10的正中由三个固定的定位板40和一个活动的定位板11围成矩形的试件区域，用于放置试件13，试件区域尺寸为302×302mm(允许试件13有2mm以内误差)，定位板高度不超过20mm，卡扣为穿过活动的定位板11的旋钮14，当试件13放置在试件区域后，转动卡扣，压紧活动的定位板11，使得试件13完全固定。
具体地，卡扣为锁定螺丝，通过定位板压紧试件13，锁定螺丝穿过固定板卡紧活动的定位板11，进而卡紧试件13。
试件13为用作制作路面、道面或赛道表面的材料。
上述道路表面功能快速测试仪的应用过程，如图1-图9所示，包括：
步骤S1、在试件放置平台10上放入成型的试件13，并通过卡扣卡住试件13；
步骤S2、根据实验要求通过注水孔和排水孔对环境箱34注水至目标水位，通过温度调节器调节环境箱34内的温度，通过湿度调节器调节环境箱34内的湿度；
步骤S3、设置加压机构1加压的压力值和转动电机输出轴的旋转速度，准备就绪后开始试验；
步骤S4、启动加压机构1，通过转动电机驱动试验轮组4转动，使试验轮组4一边旋转一边下降到试件放置平台10上，并对试验轮组4施加压力，通过转动电机驱动试验轮组4转动，使试验轮组4两侧的两个试验轮开始作用于试件13表面，一段时间后根据实验要求进行通过刹车机构35进行制动控制，试验轮组4刹车后，转动电机停止工作，试验轮产生车辙痕17，记录刹停的时间、刹车距离及刹车加速度；
步骤S5、试验结束后，通过排水孔将环境箱34内的水排出，取出试件13，试验后的试件13可用于研究其表面车辙深度及破坏情况；
步骤S6、通过改变温度调节器调节的温度，湿度调节器调节的湿度、加压机构1施加的压力、转动电机驱动试验轮组4转动的速度以及试验轮上的轮胎，对同一类型的试件13进行多次试验，获取道路表面功能性能。
步骤S7、试验停止后，通过温度调节器调节环境箱34内温度至常温，打开排水孔将环境箱34内的水排尽，取出试件13，观测其表面破坏情况，并将其用于进一步试验，例如表面构造深度测试。
在步骤S1中，试件13可以为任何材质的沥青混凝土路面面层试件。此处须注意，若是水泥混凝土试件，需进行必要的养护，达到预期的试验条件后，才可进行本发明的试验。
在步骤S2中，如果需要模拟冬季低温环境，伸入水管向环境箱34内注水，打开排水管33，根据标尺25反复调节直至水面高度至高于试件13表面约2mm，然后通过海绵塞26堵住注水孔和排水孔，开启控温开关，设定0到-5℃的实验环境温度，等待一段时间，直至试件13表面凝结出一层薄薄的冰膜。若实验条件发生改变，如需测试夏季高温环境或雨天浸水环境，则需根据具体试验条件调节环境箱34内温度、湿度和水位。
在步骤S4中，由于本发明测试目标为测定路面抗滑性能和抗冲磨性能，因此，当试验轮行驶距离达到试验要求(如：20km)，且行驶速度达到设计时速(如40km/h)后，打开刹车机构35，施加目标大小的制动力，同时关闭转动电机，使得试验轮组4在试件13表面产生平动摩擦，直至停止运动，获取试验轮在从开始制动到停止过程中的水平旋转圈数、速度变化以及加速度大小，进而计算路面在试验状态下，设计时速条件下的刹车距离。同时，噪声传感器在试验过程中同步记录噪声等级情况，由控制台30采集并显示。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种道路表面功能快速测试仪，其特征在于：包括环境箱、试件放置平台、加荷控制装置和控制台；
所述环境箱内设有温度调节器和湿度调节器，所述环境箱上设有注水孔和排水孔，所述注水孔和所述排水孔能够通过塞子塞紧；
所述试件放置平台设在所述环境箱内，试件设在所述试件放置平台上，所述试件放置平台上设有卡扣，所述卡扣用于卡住所述试件；
所述加荷控制装置设在所述试件放置平台上方，所述加荷控制装置包括加压机构、升降杆和试验轮组，所述升降杆顶部与所述加压机构相连，所述加压机构对所述升降杆提供压力并驱动所述升降杆升降，所述升降杆底部安装有转动电机，所述试验轮组包括轮轴和试验轮，两个所述试验轮设在所述轮轴两侧，所述试验轮上设有轮胎，所述试验轮内设有刹车机构，所述转动电机的输出轴与所述轮轴相连，通过所述转动电机驱动所述试验轮组转动，所述试验轮上设有转动圈数传感器、速度传感器和加速度传感器；
所述控制台设在所述环境箱外侧，用于控制所述温度调节器、所述湿度调节器、所述加压机构和所述转动电机的工作，且收集所述转动圈数传感器、所述速度传感器和所述加速度传感器的数据。
2.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述试验轮包括外轮和内轮，所述内轮固定在所述外轮内侧，所述轮胎套设在所述外轮上，所述刹车机构设在所述内轮上。
3.根据权利要求2所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述刹车机构包括刹车片和刹车槽，所述刹车片卡设在所述内轮上，所述刹车槽固定在所述刹车片上，所述刹车槽上设有推动件，所述推动件用于推动所述刹车片卡紧所述内轮。
4.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述环境箱上设有多个传感器放置孔，所述传感器放置孔能够通过塞子塞紧。
5.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述环境箱由顶板、4个侧板和底板构成矩形腔体结构，所述底板底部设有滚轮。
6.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述环境箱上设有观察门，所述观察门上设有观察窗，所述试件放置平台和所述观察窗的底部在同一水平面，所述观察窗上设有竖直的标尺。
7.根据权利要求6所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述环境箱内设有底座，所述底座上设有滑动导槽、定位挡板和定位扣件，所述试件放置平台设在所述滑动导槽并通过所述定位挡板卡紧所述试件放置平台前侧，所述定位扣件卡紧所述试件放置平台后侧。
8.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述试件放置平台上设有定位板，所述卡扣设在所述定位板上。
9.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述试件为用作制作路面、道面或赛道表面的材料。
10.根据权利要求1所述的道路表面功能快速测试仪，其特征在于：所述加压机构通过液压装置对所述升降杆提供压力并驱动所述升降杆升降，所述推动件为液压杆。
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