專利名稱：瀝青混合料試件室內碾壓成型儀及其成型控制方法
技術領域：
本發明涉及路面鋪設材料試驗設備，尤其涉及浙青混合料試件室內碾壓成型儀及 其成型控制方法。
背景技術：
由于浙青混合料的粘彈性特征，浙青路面在重復荷載的作用下會出現永久變形 (車轍)。近年來，車轍損壞已經成為浙青路面較為突出的早期損壞模式之一。車轍不僅會 增大道路的不平整度，還會在雨季引起行駛車輛的漂移、在冰凍季節導致行駛車輛的滑移， 這些將顯著影響路面服務質量并危及人民生命財產安全。為了控制浙青路面車轍，在進行 浙青路面結構設計時將考慮容許車轍檢驗。目前，以浙青混合料的車轍試驗作為主要的檢 驗手段，它是確保浙青結構整體路用性能的關鍵。車轍儀是一種小比例尺的車轍模擬試驗機，它是通過縮小尺寸類似于輪胎的加載 輪，在一定溫度和一定尺寸的浙青混凝土試件上往復行走，模擬汽車荷載的作用效果，可以 較為迅速、經濟地預估和評價浙青混合料的抗車轍性能。目前我國車轍儀其結構如圖9，它主要由機架100、載荷101、碾壓輪201、碾壓輪支 架202、模具和模具傳動機構300組成。碾壓輪支架為一杠桿結構，碾壓輪連接在該支架上， 碾壓輪支架一端鉸接于機架，支架上置有載荷101，調節載荷101在支架上相對于鉸接點的 位置，就能調節碾壓輪對模具內的浙青混凝土試件的壓力，模具301在模具傳動機構300的 驅動下，相對碾壓輪往復運動，模擬車輪的相對地面的運動。這種輪碾成型儀，存在這樣的 不足碾壓輪相對試件的運動是非勻速運動，試件各部位所受載荷不均勻，壓實度不一致， 使得成型后的試件各部分密度不均勻，無法較準確地模擬現場施工過程中壓路機的碾壓狀 況，因而試驗數據的可靠性差。同時碾壓輪上的壓力調節是依靠調節載荷的位置，這種調節 不易做到精確和任意設置，因此操作不是很方便，精確性差。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可較好地模擬浙青路面現場施工實況的一種浙青混 合料試件室內碾壓成型儀及其成型控制方法，該目的通過如下技術方案來實現
所述成型儀，包括機架、碾壓輪、模具、模具驅動裝置，還包括碾壓輪驅動裝置，該裝置 主要由第一減速機構、碾壓輪支架、液壓油缸、第一導軌和傳動鏈組成；所述模具驅動裝置 主要由模具驅動支架、第二導軌、第二減速機構、減速升降機構、升降臺和水平絲杠組成；第 一、第二導軌和第一、第二減速機構分別固定在機架上；模具驅動支架滑動連接在第二導軌 上，第二減速機構的輸出軸與水平絲杠連接，水平絲杠上旋接螺母，該螺母與模具驅動支架 連接，在水平絲杠旋轉時，模具驅動支架沿第二導軌移動；減速升降機構固定在模具驅動支 架上，模具安裝在升降臺上，減速升降機構的輸出軸與升降臺連接，帶動升降臺沿所述輸出 軸的軸向移動；碾壓輪支架滑動連接在第一導軌上，碾壓輪安裝在碾壓輪支架上并使碾壓 輪處于所述模具的上側，碾壓輪支架上端置有液壓油缸，該液壓油缸的活塞桿端部壓觸在碾壓輪上，第一減速機構的輸出軸與所述傳動鏈傳動連接，該傳動鏈與碾壓輪支架連接，在 傳動鏈傳動時帶動碾壓輪支架沿第一導軌滑動。所述成型儀的進一步設計在于，在活塞桿端部與碾壓輪的壓觸部位設有測壓傳感器。所述成型儀的更進一步設計在于，所述碾壓輪為充氣輪。所述成型儀的更進一步設計在于，所述第三減速機構由第三電機、皮帶輪傳動鏈 和蝸輪蝸桿減速升降機組成，皮帶輪傳動鏈中的主、從動皮帶輪分別連接在第三電機的輸 出軸和所述減速升降機的蝸桿軸上。所述成型儀的更進一步設計在于，所述第二減速機構由第二電機和第二皮帶輪傳 動鏈組成，第二皮帶輪傳動鏈中的主、從動皮帶輪分別連接在第二電機的輸出軸和水平絲 杠上。所述成型儀的更進一步設計在于，所述第一、第二導軌分別通過連接于機架的兩 平行基座固定于機架，所述第一減速機構置于所述兩基座之間。所述成型儀的更進一步設計在于，所述碾壓輪支架下端設有與其運動方向垂直的 滑動槽；所述第一減速機構由第一電機、鏈輪傳動鏈、輪蝸桿減速機和傳動銷組成，第一電 機傳動輪蝸桿減速機，蝸輪桿減速機傳動鏈輪傳動鏈，組成鏈輪傳動鏈的鏈條上設有傳動 銷，傳動銷置于所述碾壓輪支架下端的滑動槽中，鏈條傳動時通過傳動銷推動滑動槽，帶動 所述碾壓輪支架運動。所述成型儀的更進一步設計在于，所述模具的內壁上設有數條凸筋。所述成型控制方法包括如下步驟
1)向控制計算機輸入設定參數；
2)碾壓輪是否到起始位置，如未到起始位置，第一減速機構工作使碾壓輪運動直至到 起始位置；
3)液壓油缸向碾壓輪施加碾壓壓力；
4)機根據測壓傳感器傳送的壓力值與設定值比較，如未達設定值，由液壓油缸繼續施 加壓力，直至達到設定值；
5)碾壓輪按設定參數進行一輪碾壓
6)根據碾壓輪運行到設定的邊緣區域的對邊信號，判斷一輪碾壓是否結束，未結束按 設定路線碾壓；
7)—輪碾壓結束，液壓油缸卸載，碾壓輪抬起；
8)第二減速機構工作，使模具運動到設定的位置，向控制計算機傳送一輪碾壓結束的
信號；
9)判斷是否達到設定的碾壓輪數，如未達到設定的輪數進入步驟2)，如達到，則本次成
型結束。本發明具有如下有益效果1)通過對各種參數的設置，成型儀能很好地模擬出各 種實際路面的承載狀況，模擬準確性高，使試驗數據更可靠；2)在成型過程中，碾壓輪對試 件的碾壓均衡，從而保證試件各部分密度均勻，使得成型出來的車轍試驗板更均勻；3)碾壓 的豎向載荷為1 12千牛，調節范圍大，可適應不同的成型要求；4)整個操作過程只需向 計算機輸入相應數據，自動化程度高，效率高，勞動強度低。
圖1是本發明輪碾成型儀的結構示意圖(其中模具驅動裝置中的第三減速機構省 略)。圖2是圖1所示輪碾成型儀的右視圖其中模具驅動裝置中的第三減速機構省略)。圖3是圖1所示輪碾成型儀的俯視圖。圖4是圖1所示輪碾成型儀的A向視圖。圖5是圖1所示輪碾成型儀的B部位的局部放大圖。圖6是圖1所示輪碾成型儀的C向視圖(補充圖1、圖2被省略的第三減速機構) 圖7是圖6的D-D部位的剖視圖
圖8是圖6的E-E部位的剖視圖 圖9是現有車轍儀結構示意圖。圖10是碾壓輪碾壓路線示意圖。圖11是成型控制的流程框圖。
具體實施例方式對照圖1、圖2、圖3，本發明的輪碾成型儀主要由機架10、碾壓輪3、模具2、模具驅 動裝置和碾壓輪驅動裝置組成。碾壓輪驅動裝置和模具驅動裝置分別置于機架的內、外側 (相對于操作位置，圖1的左側為內側，右側為外側)。碾壓輪驅動裝置主要由第一減速機構30、碾壓輪支架33、液壓油缸36、第一導軌 32和傳動鏈組成。而第一減速機構30是由第一電機30a、鏈輪傳動鏈35、蝸輪蝸桿減速機 30b和傳動銷30c組成。鏈輪傳動鏈35包含鏈輪35a、鏈輪35b和與該兩鏈輪嚙合的鏈條。 碾壓輪支架33通過下端的兩平行滑槽滑動連接在第一導軌32上。第一導軌32連接在基 座31上，基座31固定在連接于機架10的支架34上。在支架34下方設有支架39，第一電 機30a和第一蝸輪蝸桿減速機30b及鏈輪傳動鏈35固定在該支架上。減速機30b的蝸輪 軸通過聯軸節30c與鏈輪35b的連接，鏈輪35a、35b位于支架34的上方，并處于同一平面 上，由鏈條(未畫出)使其傳動連接。鏈條上設有傳動銷35c，在碾壓輪支架33的下端面設 有與該支架33運動方向垂直的腰形長槽33a，傳動銷35c置于該腰形長槽中，請參見圖4。 在鏈條傳動時，該銷帶動碾壓輪支架33在第一導軌32上滑動。碾壓輪支架33上設有用于連接碾壓輪3的連接件37，本實施例的碾壓輪3為充 氣膠輪，該碾壓輪通過其軸3a固定在該連接件上，并使碾壓輪3處于模具2的上方。連接 件37的上端設有液壓油缸36，油缸36的活塞桿端部旋接在測壓傳感器38上(見圖5)，通 過測壓傳感器38壓觸在碾壓輪軸3a上。模具驅動裝置主要由模具驅動支架23、第二導軌11、第二減速機構、減速升降機 構、升降臺21、垂直絲杠25和水平絲杠24組成。其中的減速升降機構由第三電機27b、第 一皮帶輪傳動鏈和蝸輪蝸桿減速升降機27e組成，請參見圖6。第一皮帶輪傳動鏈中的主動 皮帶輪27b、從動皮帶輪27分別連接在第三電機的軸和蝸輪蝸桿減速升降機27e的蝸桿軸 上，減速升降機的輸出軸為一垂直絲杠25，旋接在機體中，轉動時沿軸向上下移動。該絲杠 與升降臺21連接。在減速升降機27e工作時，帶動升降臺上下移動。
升降臺21的上端設有頂模22，該頂模的側面設有高度方向的凹槽22a，模具2的 內側面上設有對應的凸筋2a，請參見圖7、圖8。在升降臺上升，頂模22推動模具內的浙青 混凝土試件時，凹槽22a和凸筋2a起導向作用。模具驅動裝置中的第二減速機構20由第二電機20a和第二皮帶輪傳動鏈組成，請 參見圖1。第二皮帶輪傳動鏈中的主動皮帶輪20b、從動皮帶輪20c分別連接在第二電機20a 的輸出軸和水平絲杠24上。模具驅動支架23的下端兩側連接有導軌槽29，對應于導軌槽 29的機架10上設有第二導軌11，模具驅動支架23通過導軌槽29與第二導軌11的滑動連 接而連接于機架10。水平絲杠24旋轉時，模具驅動支架沿第二導軌11移動。上述成型儀的成型過程由計算機控制，對應于升降臺21和模具驅動支架23在一 些位置上設有位置傳感器，以通過計算機判定升降臺21和模具驅動支架23當前所處位置， 使成型過程自動化，具體成型步驟如下，并請參見圖11。1)向控制計算機輸入設定參數 一般設置下列參數
a.成型試件的厚度。根據要求實際使用石料類型和路面設計層位確定成型試件厚度。 b.成型方式。成型方式分為修平碾壓和成型碾壓兩種，修平方主要是表面平整， 碾壓輪的壓力較小，成型碾壓主要是試件成型，碾壓輪的壓力較大。本實施例采用四輪碾壓 過程，前三輪碾壓后一輪修平的成型方式
c.碾壓速度。本實施例采用40cm/s。d.碾壓輪碾壓的起始工作位置。起始工作位置由基準位置定出。本實施例的碾 壓輪3基準位置是碾壓輪3中心線與模具中心線一致時的位置①。起始工作位置設定在距 模具中心線距離為Cl1的位置②，參見圖10，(^=45 。e.每一輪碾壓路線、每一位置的碾壓遍數。由于碾壓輪只做沿試件長度方向的碾壓運動，其相對試件寬度方向的位置確定是 由模具驅動支架的移動作出的。由此，碾壓位置是通過控制模具驅動支架來實現的。本實施例第一輪碾壓路線是在起始工作位置對試件碾壓2個來回(1個來回為1 遍)，移到距模具中心線距離為d2=75mm的位置③處，碾壓2遍，接著在中心的位置①處碾壓 3遍，再移到距模具中心線為Cl1的另一側的位置④處，該位置與位置①對稱，碾壓2遍。最 后移到另一側距模具中心線為d2的位置⑤處，該位置與位置③對稱，在位置⑤處碾壓2遍。2)碾壓輪是否到起始位置，如未到起始位置，第一減速機構工作使碾壓輪運動直 至到起始位置。參數設置好后，成型儀開始工作。首先檢測碾壓輪的起始工作位置，在碾壓輪 未達起始工作位置時，控制計算機將啟動第一減速機構工作，通過鏈輪傳動鏈35的傳動， 傳動銷35c對碾壓輪支架下端的滑動槽33a的作用帶動碾壓輪支架沿第一導軌32運動，使 碾壓輪3至到起始工作位置。3)液壓油缸向碾壓輪施加碾壓壓力。控制計算機啟動液壓油缸36向碾壓輪施加壓力。4)根據測壓傳感器傳送的壓力值與設定值比較，如未達設定值，由液壓油缸繼續 施加壓力，直至達到設定值
測壓傳感器36a將所測壓力傳送至控制計算機，計算機對該測定值與設定的壓力值進行比較，如小于測定值將使液壓油缸36繼續增加壓力直到所施壓力等于設定的壓力值。
5 )碾壓輪按設定參數進行一輪碾壓
控制計算機啟動第一減速機構35工作，碾壓輪3按上述設定的成型方式、碾壓速度、碾 壓輪碾壓的起始工作位置、每一輪碾壓路線、每一位置的碾壓遍數進行碾壓。6)根據碾壓輪運行到設定的邊緣區域的對邊信號，判斷一輪碾壓是否結束，未結 束按設定路線碾壓。完成一輪碾壓，碾壓輪至本輪碾壓最終位置，對應傳感器向控制計算機傳送本 輪碾壓的碾壓輪對邊信號。對邊信號的發出，控制計算機判斷一輪碾壓結束，否則碾壓輪按 上述設定路線繼續碾壓。7) 一輪碾壓結束，液壓油缸卸載，碾壓輪抬起；
控制計算機使液壓油3缸卸載壓力并帶動碾壓輪3上升，脫開試件5。8)第二減速機構工作，使模具運動到設定的位置，向控制計算機傳送一輪碾壓結 束的信號；
控制計算機啟動第二減速機構20工作，絲杠29d轉動，使模具驅動支架沿第二導 軌移動，碾壓輪相對運動到設定的起始位置，控制計算機啟動減速升降機構工作，升降臺上 升，頂模22推動碾壓后被壓縮的試件上升一定高度，以便進行下一輪碾壓。在碾壓輪回到 起始位置的同時，通過對應位置傳感器向控制計算機傳送本輪碾壓結束的信號。9)控制計算機是否達到設定的碾壓輪數，如未達到設定的輪數進入步驟2)，如未 達到，則本次成型結束，如達到，則本次成型結束。
權利要求
1.浙青混合料試件室內碾壓成型儀，包括機架、碾壓輪、模具、模具驅動裝置，其特征在 于還設有碾壓輪驅動裝置，該裝置主要由第一減速機構、碾壓輪支架、液壓油缸、第一導軌 和傳動鏈組成；所述模具驅動裝置主要由模具驅動支架、第二導軌、第二減速機構、減速升 降機構、升降臺和水平絲杠組成；第一、第二導軌和第一、第二減速機構分別固定在機架上； 模具驅動支架滑動連接在第二導軌上，第二減速機構的輸出軸與水平絲杠連接，水平絲杠 上旋接第二螺母，該螺母與模具驅動支架連接，在水平絲杠旋轉時，模具驅動支架沿第二導 軌移動；減速升機構固定在模具驅動支架上，模具安裝在升降臺上，減速升降機構的輸出軸 與升降臺連接，帶動升降臺沿所述輸出軸的軸向移動；兩碾壓輪支架滑動連接在第一導軌 上，碾壓輪安裝在碾壓輪支架上并使碾壓輪處于所述模具的上側，碾壓輪支架上端置有液 壓油缸，該液壓油缸的活塞桿端部壓觸在碾壓輪上，第一減速機構的輸出軸與所述傳動鏈 傳動連接，該傳動鏈與碾壓輪支架連接，在傳動鏈傳動時帶動碾壓輪支架沿第一導軌滑動。
2.根據權利要求1所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于在活塞桿端部 與碾壓輪的壓觸部位設有測壓傳感器。
3.根據權利要求2所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述碾壓輪為 充氣輪。
4.根據權利要求3所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述碾壓輪支 架的一側設有連接件，碾壓輪通過連接件固定在碾壓輪支架上。
5.根據權利要求3所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述第三減速 機構由第三電機、第一皮帶輪傳動鏈和蝸輪蝸桿減速升降機組成，皮帶輪傳動鏈中的主、從 動皮帶輪分別連接在第三電機的輸出軸和所述減速升降機的蝸桿軸上。
6.根據權利要求3所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述第二減速 機構由第二電機和第二皮帶輪傳動鏈組成，第二皮帶輪傳動鏈中的主、從動皮帶輪分別連 接在第二電機的輸出軸和水平絲杠上。
7.根據權利要求3所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述碾壓輪為 充氣膠輪，兩所述導軌分別通過連接于機架的兩平行基座固定于機架，所述第一減速機構 置于所述兩基座之間。
8.根據權利要求7所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述碾壓輪支 架下端設有與其運動方向垂直的滑動槽；所述第一減速機構由第一電機、鏈輪傳動鏈、輪蝸 桿減速機和傳動銷組成，第一電機傳動輪蝸桿減速機，輪蝸桿減速機傳動鏈輪傳動鏈，組成 鏈輪傳動鏈的鏈條上設有傳動銷，傳動銷置于所述碾壓輪支架下端的滑動槽中，鏈條傳動 時通過傳動銷推動滑動槽，帶動所述碾壓輪支架運動。
9.根據權利要求8所述的浙青混合料試件室內碾壓成型儀，其特征在于所述模具的內 壁上設有數條凸筋。
10.如權利要求1至9任一項所述成型儀的成型控制方法，其特征在于包括如下步驟 1)向控制計算機輸入設定參數；2)碾壓輪是否到起始位置，如未到起始位置，第一減速機構工作使碾壓輪運動直至到 起始位置；3)液壓油缸向碾壓輪施加碾壓壓力；4)根據測壓傳感器傳送的壓力值與設定值比較，如未達設定值，由液壓油缸繼續施加壓力，直至達到設定值；5)碾壓輪按設定參數進行一輪碾壓6)根據碾壓輪運行到設定的邊緣區域的對邊信號，判斷一輪碾壓是否結束，未結束按 設定路線碾壓；7)—輪碾壓結束，液壓油缸卸載，碾壓輪抬起；8)第二減速機構工作，使模具運動到設定的位置，向控制計算機傳送一輪碾壓結束的信號； 9)判斷是否達到設定的碾壓輪數，如未達到設定的輪數進入步驟2)，如達到，則本次成型結束。
全文摘要
本發明涉及瀝青混合料試件室內碾壓成型儀及其成型控制方法。所述成型儀，包括機架、碾壓輪、模具、模具驅動裝置，還包括碾壓輪驅動裝置，該裝置主要由第一減速機構、碾壓輪支架、液壓油缸、第一導軌和傳動鏈組成；所述模具驅動裝置主要由模具驅動支架、第二導軌、第二減速機構、減速升降機構、升降臺和水平絲杠組成；碾壓輪安裝在碾壓輪支架上，碾壓輪支架與第一減速機構連接，模具驅動支架通過水平絲杠與第二減速機構連接，減速升機構固定在模具驅動支架上并與升降臺連接。所述方法包括參數的設定、是否到起始位置、施加碾壓力、壓力值與設定值比較、碾壓輪碾壓、判斷一輪碾壓是否結束等步驟。其優點是模擬準確性高、自動化程度高、適用性廣。
文檔編號G01N1/28GK102042923SQ201010540220
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者關永勝, 吳曉東, 張志祥, 李小燕, 李豪, 程一鳴, 賈渝, 黃榮華 申請人:江蘇省交通科學研究院股份有限公司