道路材料沖刷試驗儀的制作方法

專利名稱：道路材料沖刷試驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械制造技術領域，具體涉及一種道路材料沖刷試驗儀。本實用新型采用曲柄滑塊機構帶動滑塊上安裝的噴嘴往復運動，使噴嘴噴出的高 壓水在試塊表面反復沖刷，在室內真實的模擬道路材料沖刷實際工況。
背景技術：
隨著國家經濟的發展，道路交通量不斷增大，特別是貨物運輸中的車輛超載超限 現象嚴重，道路基層易沖刷破壞。在現有的道路施工技術和結構設計方法條件下，浙青路面 面層收縮開裂、水泥混凝土路面接縫失效、反射裂縫等原因使路表水進入路面結構中，水分 積聚在面層底面和基層頂面，使基層材料浸泡在水中軟化失效，并產生了自由水。在行車荷 載作用下自由水會產生很高的水壓力，沖刷基層頂面，使部分基層材料脫離整體，在水壓力 的作用下從面層的裂縫中抽出，形成“唧泥”現象。這種現象主要發生在重載和多雨地區。 基層受到沖刷后會在面層下面產生脫空區，加速路面結構的破壞。目前，國內外主要采用旋轉刷和振動臺進行沖刷實驗。旋轉刷試驗是依靠旋轉著 的鋼絲刷對試件的表面進行磨刷作用，并通過不同試件在鋼絲刷的磨刷作用下的磨刷量的 多少來衡量它們抗沖刷能力的強弱。鋼絲刷的壓力由鋼絲刷的垂直重量來控制，整個試驗 過程未能考慮鋼絲刷和試件的接觸壓力和轉速對材料沖刷量的影響，且整個磨刷試驗過程 中無水，不能模擬材料的水攜砂過程，與路面實際狀況不符。振動臺法模擬水波對基層試件表面的沖擊作用。將試件放入固定在振動臺上的鋼 桶之中，然后開啟振動臺，從外表來看振動臺的運動是有規律的，但置于鋼桶中的試件運動 卻很難保持一定的規律且振動過程容易對試件造成損傷。即使在實驗開始的時候我們能夠 使試件的運動狀態有規律，但是在試驗的過程中由于水流的沖刷作用，試件的質量會不斷 的減少，質量上的變化又會使試件在鋼桶中的運動處于無規律狀態。在完成試驗所規定的 沖刷時間后，不能明確的給出試件到底被沖刷作用了多少次，同時也難以確定試件在整個 試驗過程中每次受到了的沖擊力有多大。由于缺乏合適的實驗儀器，使得道路材料抗沖刷性能的試驗研究難以深入下去。 為了研究水壓力的大小，作用次數，溫度等因素對材料沖刷效果的影響，并得出耐充刷的道 路材料，有必要設計一種能在室內模擬道路實際使用狀況的儀器，通過實驗研究提出基層 材料組成設計中應采取的措施。目前，國內外均無此類設備。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種道路材料沖刷試驗儀，使其不僅能模擬現場多種 道路沖刷工況，而且可以模擬夏季高溫條件下新型浙青材料的抗沖刷能力。該儀器具有操 作簡單方便、水溫可控，觀察準確等特點，為道路材料試驗提供科學依據。本實用新型提出的道路材料沖刷試驗儀，由加熱器1、主水箱2、回水箱3、齒輪箱 4、回水罩5、主電機6、水泵7、滑塊連桿8、噴嘴回轉支架9、滑塊10、回轉軸11、導軌12、感應開關13、防護罩14、噴嘴15、試件16、試件夾具17和電氣控制柜20組成，其中主水箱2 內安裝有加熱器1，主水箱2上方設置有齒輪箱4和回水箱3，主電機6通過齒輪箱4內的曲 柄連桿機構連接滑塊連桿8的一端，滑塊連桿8另一端連接位于滑塊10中間的回轉軸11， 滑塊10位于導軌12上，且滑塊10能在導軌12上左右平移；滑塊10的左右兩個極限位安 裝有感應開關13，位于滑塊左側的感應開關13對應于電氣控制柜20的操作面板上的正向 計數器，位于滑塊右側的感應開關13對應于電氣控制柜20的操作面板上的負向計數器；滑 塊10上固定噴嘴回轉支架9，噴嘴回轉支架9上設有噴嘴15，噴嘴15對面為試件夾具17， 試件夾具17內固定有試件16 ；主水箱2通過水泵7和管道連接噴嘴15，水泵7連接水泵電 機，主電機6連接變頻器，電機控制柜20連接電源。本實用新型中，所述電氣控制柜20設有控制面板，控制面板上面設有溫控表、顯 示噴嘴內水壓的數字壓力表，水泵啟動/停止開關，水壓調整旋鈕，噴嘴往返運動啟動/停 止開關及往返運動次數調整旋鈕，其中溫控表通過管線連接加熱器1，數字壓力表通過管 線連接噴嘴15，用于對噴嘴15的水壓進行調節，水泵啟動/停止開關通過管線連接水泵電 機，噴嘴往返運動啟動/停止開關通過管線連接主電機6，往返運動次數調整旋鈕通過管線 連接變頻器。本實用新型中，在試件16的正前方與噴嘴15的后面設有內防護罩18。內防護罩 18采用鐵板制成，防止濺水。當儀器沖刷時可將其翻下，停止后可將其翻上。在試件16的 正前方、左前方及右前方設有外防護罩19，外防護罩19采用3塊有機玻璃制成，位于左前方 那塊玻璃可拆卸。內防護罩18位于外防護罩19里面。本實用新型中，試件16的正下方設有回水罩5，當沖刷試件16的水流下來后由回 水罩5進入回水箱3。本實用新型的工作過程如下首先合上總電源，按下水泵7啟動按鈕，水泵7從主 水箱2內抽出大量的清水，經連接管路從噴嘴15噴出，由于噴嘴15直徑很小，從而產生很 大的噴出壓力。通過操作面板的旋鈕調節變頻器，使水泵7電機的轉速發生變化，這樣額定 時間內的出水量連續可調，噴嘴15噴出的水壓會回隨之改變，通過這種方式就可以控制噴 嘴15噴出的水壓，可根據測試要求在0 —范圍內進行合理設定；按下噴嘴15啟動按 鈕，主電機6開始轉動，通過齒輪箱4內曲柄連桿機構帶動滑塊10來回平移運動，從而帶動 噴嘴15往復運動，通過調節操作面板上噴嘴往返次數旋鈕控制主電機變頻器，可以改變主 電機的轉速，滑塊每分鐘往返的頻次就會發生變化，可根據測試要求在1-30次/每分鐘范 圍內進行合理設定；這樣噴嘴15噴出的高壓水在試件16表面反復沖刷，真實的模擬道路路 基在不同溫度下實際環境中所受的雨水等的沖刷狀況，本儀器運行到設定沖刷次數后會自 動停止運行。本實用新型所設計的道路沖刷試驗儀的安裝簡便，采用螺栓將水箱的四角固定于 地基上，具有以下優點1. 該設備利用計數器可在室內試驗研究不同沖刷次數對同一種道路路基材料 的影響，同時也可以設定相同沖刷次數，比較不同材料在同樣沖刷次數下的抗沖刷能力，到 達該設定值后本儀器會自動停止工作保證對試件樣塊沖刷次數的同一性。2. 通過旋轉操作面板的壓力調整旋鈕，可以合理的控制噴嘴出水口壓力，比 較同一種材料在不同壓力下的抗沖刷能力；同時也可以對比在相同壓力下不同材質的樣塊抗沖刷能力。管道內的壓力通過數字傳感器以數字形式直觀的顯示在操作面板上，方便操 作者調整及記錄。3. 通過旋轉操作面板的噴嘴往返速度旋鈕，可以合理的控制噴嘴每分鐘往返 速度；以數字形式直觀的顯示在操作面板上，方便操作者合理的控制噴嘴對試件的每分鐘 沖刷次數，用合理的時間完成實驗。4. 本儀器試件夾具為方形，通過更換調整墊塊，可以完成國際通用的不同尺 寸樣塊如直徑為150mm，IOOmm及方形150mm，IOOmm不同尺寸樣塊的裝卡。5. 為了防止高壓水霧的出現本儀器內部安裝內防護罩一個，可以有效的阻擋 噴嘴噴出的高壓水，外防護罩為透明的有機玻璃板，可方便地觀察沖刷情況，同時再次阻擋 從內防護罩外濺的水霧，防水效果明顯。6. 本實驗儀具有加熱功能，可以模擬夏季高溫下不同浙青材質的路基材料抗 沖刷能力，本儀器對水溫的控制可達士 1°，填補了國內該項領域研究的空白。

圖1為本實用新型的主視圖。圖2為本實用新型的左視圖。圖中標號1為加熱器，2為主水箱，3為回水箱，4為齒輪箱，5為回水罩，6為主電 機，7為水泵，8為滑塊連桿，9為噴嘴回轉支架，10為滑塊，11為回轉軸，12為導軌，13為感 應開關，14為防護罩，15為噴嘴，16為試件，17為試件夾具，18為內防護罩，19為外防護罩， 20為電氣控制柜。
具體實施方式
下面通過實施例結合附圖進一步說明本實用新型。實施例1 參見圖1和圖2，先將外防護罩19、內防護罩18打開，將噴嘴15沿導軌 12橫向移向左邊一端，松開試件夾具17后將試件16放入沖刷夾具中，然后旋轉鎖緊手柄將 試件16夾緊，再把噴嘴15沿導軌12移到試件16正前方，前后平移整個夾具裝置調整噴嘴 15與試件16間的距離，根據實驗要求調整噴嘴15與試件16之間的夾角，準備結束后放下 內防護罩18及外防護罩19 ；然后在電氣控制柜20的控制面板上設置所做實驗需要的溫度 等實驗參數。首先合上電氣控制柜20上的總電源，按下水泵7啟動按鈕，水泵7將主水箱2 中的水抽上來送入水管，水管中的水在噴嘴15處形成高壓水后噴出。通過操作面板的旋鈕 調節變頻器，可以控制水泵7電機的轉速，在額定時間內的出水量連續可調，噴嘴15噴出的 水壓會回隨之改變，這樣就可以控制噴嘴15噴出的水壓，通過壓力傳感器將管道壓力顯示 在操作面板上，根據實驗要求在0-2MI^范圍內進行設定；按下噴嘴15啟動按鈕，主電機6 開始轉動，通過齒輪箱4內曲柄連桿機構帶動滑塊10來回平移運動，從而帶動噴嘴15往復 運動，通過調節操作面板上噴嘴往返次數旋鈕控制主電機變頻器，可以改變主電機的轉速， 滑塊每分鐘運行的頻次就會發生變化，可根據測試要求在1-30次/每分鐘范圍內進行合理 設定；這樣噴嘴15噴出的高壓水在試件16表面反復沖刷，真實的模擬道路路基在不同溫度 下實際環境中所受的雨水等的沖刷狀況，本儀器運行到設定沖刷次數后會自動停止運行。
權利要求1.一種道路材料沖刷試驗儀，由加熱器(1)、主水箱O)、回水箱(3)、齒輪箱、回水 罩(5)、主電機(6)、水泵(7)、滑塊連桿(8)、噴嘴回轉支架(9)、滑塊(10)、回轉軸(11)、導 軌(12)、感應開關(13)、防護罩(14)、噴嘴(15)、試件(16)、試件夾具(17)和電氣控制柜 (20)組成，其特征在于主水箱(2)內安裝有加熱器(1)，主水箱(2)上方設置有齒輪箱⑷ 和回水箱(3)，主電機(6)通過齒輪箱內的曲柄連桿機構連接滑塊連桿(8)的一端，滑 塊連桿⑶另一端連接位于滑塊(10)中間的回轉軸(11)，滑塊(10)位于導軌(12)上，且 滑塊(10)能在導軌(12)上左右平移；滑塊(10)的左右兩個極限位安裝有感應開關(13)， 位于滑塊左側的感應開關(13)對應于電氣控制柜00)的操作面板上的正向計數器，位于 滑塊右側的感應開關(13)對應于電氣控制柜00)的操作面板上的負向計數器；滑塊(10) 上固定噴嘴回轉支架(9)，噴嘴回轉支架(9)上設有噴嘴(15)，噴嘴(15)對面為試件夾具 (17)，試件夾具(17)內固定有試件(16)；主水箱( 通過水泵(7)和管道連接噴嘴(15)， 水泵(7)連接水泵電機，主電機(6)連接變頻器，電機控制柜00)連接電源。
2.根據權利要求1所述的道路材料沖刷試驗儀，其特征在于所述電氣控制柜00)設 有控制面板，控制面板上面設有溫控表、顯示噴嘴內水壓的數字壓力表，水泵啟動/停止開 關，水壓調整旋鈕，噴嘴往返運動啟動/停止開關及往返運動次數調整旋鈕，其中溫控表 通過管線連接加熱器(1)，數字壓力表通過管線連接噴嘴(15)，用于對噴嘴(15)的水壓進 行調節，水泵啟動/停止開關通過管線連接水泵電機，噴嘴往返運動啟動/停止開關通過管 線連接主電機(6)，往返運動次數調整旋鈕通過管線連接變頻器。
3.根據權利要求1所述的道路材料沖刷試驗儀，其特征在于在試件(16)的正前方與 噴嘴(15)的后面設有內防護罩(18)，在試件(16)的正前方、左前方及右前方設有外防護罩 (19)，內防護罩(18)位于外防護罩(19)里面。
4.根據權利要求1所述的道路材料沖刷試驗儀，其特征在于試件(16)的正下方設有回 水罩(5)。
專利摘要本實用新型涉及一種道路材料沖刷試驗儀，由加熱器、主水箱、回水箱、齒輪箱、回水罩、主電機、水泵、滑塊連桿、噴嘴回轉支架、滑塊、回轉軸、導軌、感應開關、防護罩、噴嘴、試件、試件夾具和電氣控制柜組成，在主水箱內安裝有加熱器，上方設置有齒輪箱，主電機通過曲柄連桿機構帶動滑塊在導軌上左右運動，在滑塊上面固定有角度可以旋轉的噴嘴，噴嘴對面的試件夾具內固定測試材料。首先啟動水泵電機從噴嘴噴出壓力可以調節的高壓水，當主電機連續運轉時滑塊在導軌上左右運動，帶動從噴嘴噴出的高壓水在試件表面反復沖刷，真實的模擬道路路基在實際環境中所受的有壓水的沖刷狀況。
文檔編號G01N17/00GK201876409SQ20102062625
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者徐宏偉, 朱唐亮, 談至明, 靳銘 申請人:上海哈鏝數控設備有限公司, 同濟大學