路面加載試驗機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及交通運輸行業、交通運輸道路建設、路面材料及路面結構研究等領域。
【背景技術】
[0002]人民交通出版社股份有限公司出版的由田澤峰等著作的《MLS足尺瀝青路面加速加載試驗》中對路面加速加載試驗做了較全面的介紹，這部著作中闡述了路面加速加載試驗(Accelerated Pavement Testing，APT)的3個發展階段--試驗路階段、車道試驗階段、現代APT階段，根據Larson等提出的標準將APT分為三類一一可控車道試驗、固定線型APT、其他類，本發明屬于其歸屬的固定線型APT類型中的固定在一個位置加載的直線式車道試驗，這部著作中介紹了各種直線式APT，加載速率最大可及6000次/小時，最大載荷輪載可達200kN，對比本發明的特征，將直線式APT分為恒定載荷和慣性質量載荷，恒定載荷即無論路面平整度如何，載荷都是恒定的，這種載荷對于平整度很好的路面其載荷與實際路況區別不大，但當路面出現損傷后或研究的路面為凹面或凸面或凹凸不平時，恒定載荷就不能準確的再現實際路況的載荷，慣性質量載荷在平整路面與恒定載荷一樣，但在路面不平整的情況下，慣性質量載荷可以很好的再現實際路況的載荷，即在下坡面由于慣性的原因載荷較小而在上坡面或在谷底則會有較大的慣性負荷，目前的直線式APT如澳大利亞ALF形式的屬于慣性質量載荷，其運行軌跡為往復移動，效率較低，而南非MLS公司的APT其運行軌跡為環形，運行效率較高，但載荷為恒定載荷，其加載方式如同搟面杖搟面，搟面施加的力通過搟面杖作用到面團上，本發明引入南非MLS公司APT的加載方式，南非MLS公司APT的加載軌道(相當于搟面的手)的高度是固定不動的，在加載單元上有一個彈性環節，彈性環節使加載單元在軌道與路面之間產生一個支撐力，這個力即為加載力，MLS的彈性環節由蓄能器和油缸構成，根據氣態方程蓄能器中氣囊的壓力與體積和溫度有關，在溫度恒定、路面平整且與軌道平行的情況下，氣囊容積不變，壓力不變，由于APT試驗時間通常經歷白晝的高溫和黑夜的低溫，在溫差較大的情況下，以及當路面出現了缺損的情況下，其壓力均會發生變化，也即加載作用力會發生變化，其變化與汽車在路面上的實際載荷狀況相比完全不同，對比變化程度仍可以說是恒定的；本發明是針對目前運行效率最高的南非MLS公司APT的再創造，除了將其恒定載荷擴展成慣性質量載荷外，MLS_APT采用的動力驅動單元的執行部件為直線電機，直線電機的突出特點是高響應性，因此常用作控制電機，在APT中這個用途主要是恒速拖動，沒有快速啟停和改變方向的需求，而直線電機由于應用還不夠普及，特別是在拖動方面的應用更是可憐，要選用這類電機需要定制，其可靠性、經濟性與技術成熟、大量生產的旋轉電機或液壓馬達相比不言而喻，由于機械結構的原因，磁感應磁路氣隙較大，效率較低，發熱較大，直線電機的感應板也稱動子與線圈間一旦掉進異物將會毀損直線電機，而設備中大量的螺栓在設備運行時因振動都有可能松脫，為避免損毀電機，必須經常檢查，工作量很大。
【發明內容】
[0003]如同南非MLS公司APT的加載方式，軌道壓在加載車輪單元的導向輪上，再由加載車輪單元的加載輪壓在路面上，加載車輪單元包括在路面上用于對路面實施加載的加載輪、承受軌道壓力的導向輪、固定導向輪和加載輪的車架等，不同之處是將給加載車輪單元施加作用力的軌道脫離機架體，使其僅在重力方向上浮動，再以加載砝碼壓在軌道上，加載砝碼的重量可以調整，從而可以按需調整加載力，軌道由機架體約束，使其僅在鉛垂方向上可以移動，如同汽車輪胎通過車架承載貨物一樣，加載車輪單元通過軌道承載加載砝碼，加載砝碼可以是離散的物質如砂子可以是液體如水可以是固體砝碼，在加載輪遇下坡時，由于慣性的緣故，加載砝碼的重力不能全部通過加載車輪單元的加載輪施加到路面上，而在由下坡轉到上坡時，則加載砝碼的慣性負荷(重力+慣性力)將施加到加載輪上，這樣既保持了 MLS_APT加載頻率高的特點，又能真實地再現實際道路汽車運行時的路面載荷路況。
[0004]驅動加載車輪單元運行的動力驅動單元包括旋轉電機或液壓馬達(以下統稱旋轉電機或液壓馬達為馬達)、帶輪等，動力驅動單元帶動傳動帶，傳動帶牽拉加載車輪單元，動力驅動單元的馬達通過減速機拖動主動輪旋轉，主動輪和被動輪(包括轉向帶輪和張緊帶輪)使傳動帶圍繞成一個環帶，帶輪(主動輪及被動輪的總稱)軸線與軌道中線所在面垂直(即圖1所示位置，亦即傳動帶中線所在面與軌道中線所在面平行)或非垂直相交，垂直時環帶圍繞腰形(形似腰子)的軌道一圈，圍繞在外圍，非垂直相交或平行時，環帶在加載輪運行方向的兩側，無論垂直、非垂直相交或平行，其直線段與軌道直線段平行，加載車輪單元的車架上有鎖扣機構，鎖扣機構在車架上面向傳動帶的一側，在直道的兩端有閉鎖器和開鎖器且都與導軌固定在同一架體上，從彎道進入直道的一端有閉鎖器，鎖扣機構在直線段將車架與傳動帶鎖扣在一起隨同傳動帶移動，在直道的另一端有開鎖器，車架在進入彎道前其鎖扣被開鎖器打開，車架在進入環形道之前與傳動帶脫離，各行其道，開、閉鎖器都與導軌固定在同一架體上，在加載車輪單元上的鎖扣機構相繼交替的與傳動帶鎖緊相連從而獲得連續不斷的驅動力，采用馬達與直線電機比較具有技術成熟、馬達為通用部件可方便采購、經濟性強、效率高、可靠性高等。
【附圖說明】
[0005]圖1動力驅動單元、加載車輪單元及軌道等主要部件相對關系示意圖
[0006]圖2軌道約束示意圖
[0007]圖3加載車輪單元組成示意圖
[0008]圖4載荷施加示意圖
[0009]圖5載荷施加示意圖(橫截面視圖)
[0010]圖6鋼絲繩鎖扣結構打開狀態示意圖[0011 ]圖7鋼絲繩鎖扣結構鎖緊狀態示意圖
[0012]圖8采用鋼帶作為傳動帶時的鎖扣結構形式(鋼帶橫截面觀察)
[0013]圖9采用鋼帶作為傳動帶時的鎖扣結構形式(局部俯視圖)
[0014]圖10包含多組加載車輪單元的APT系統
[0015]圖中代號說明:
[0016]1.軌道；2.加載車輪單元；3.傳動帶；4.主動輪；5.被動輪；6.車架；7.加載輪；8.鎖扣機構；9.導向輪；10.連桿；11.導向支撐；12.加載梁；13.機架體；14.加載砝碼；15.鎖扣；16.鋼帶開鎖器；17.鋼帶鎖芯；18.鋼帶閉鎖器；19.鋼帶鎖扣開關；20.鋼帶鎖扣止動壓板；
具體實施方案
[0017]下面結合附圖對本發明技術方案進行進一步詳細說明:
[0018]圖1以單線表示了軌道(I)、加載車輪單元(2)、動力驅動單元及其相互間的關系，軌道的導向軌跡為兩端半圓中間直線，軌道壓在加載車輪單元上，加載車輪單元支撐在路面上，動力驅動單元包括馬達、減速機、主動輪(4)、被動輪(5)以及傳動帶(3)等，傳動帶為封閉環狀，由主動輪、被動輪張緊支撐的傳動帶圍成的圈在腰形軌道外圍，傳動帶與軌道在直線段是平行的，圖1顯示的結構示意中，軌道是不穩定的，圖1所示的帶輪軸線與導向輪軌跡面(亦即軌道的軌面法平面)垂直，或者說鋼帶中線所在面與軌道中線所在面平行。
[0019]圖2表示了軌道⑴與機架體(13)之間的約束關系，在圖1中軌道由加載車輪單元支撐但不穩定，為了保證軌道穩定地壓在加載車輪單元(2)上，軌道在鉛垂方向上的位移自由度不能約束，其余5個自由度均應該是被約束的，為此，需要一個座立在路面上支撐軌道的機架體，在軌道與機架體之間設置一個導向支撐(11)，導向支撐可以是直線導向機構，或者是由相互垂直的兩組平行擺桿，圖2所示采用的是平行擺桿將兩者間約束在一起，即平行擺桿的一端與機架體(13)鉸接，另一端與軌道(I)或安裝軌道(I)的架體鉸接，