沥青混合料试件的综合轮碾成型机的制作方法

本实用新型涉及沥青混合料试验设备技术领域，尤其涉及一种沥青混合料试件的综合轮碾成型机。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展，作为服务于经济发展的公路交通建设事业取得了举世瞩目的成就。在我国公路网结构中，由于沥青路面具有行驶舒适、视觉效果好、噪声低、养护维修方便等优点，各等级公路均采用沥青路面作为主要铺装形式。在沥青混合料的大量室内试验中沥青混合料试件的成型是其他所有测试的基础，同时轮碾成型方法也是沥青混合料试件成型的一个重要成型方法。

但是，我们现行的轮碾成型机采用的是与钢筒压路机相似的圆弧形碾压轮，只能模拟钢轮压路机的静压压实状态，无法模拟胶轮压路机的压实状态，也无法模拟钢轮压路机的振动压实状态。而且在实际沥青路面施工过程中，是钢轮压路机静压、钢轮压路机振动压实、胶轮压路机组合共同完成初压、复压和终压过程的。我们现行的轮碾成型机是不能模拟实际压路机工作状态。

而且，扇形碾压轮在车辙试件表面作往返运动，试件长为30cm，试验轮行走距离为23cm。这样就必然碾压轮在未压实沥青混合料试件表面的折返。但是工程实际中我们是不允许压路机在未压实的沥青路面路段折返的。

因此，如何对试验进行优化设计解决以上两个问题是我们面临的一项难题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作简便以及使用效果好的沥青混合料试件综合轮碾成型机及试件制作方法。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种沥青混合料试件的综合轮碾成型机，包括荷载架、碾压轮转换器、试样支撑装置、碾压轮驱动装置和控制箱，所述碾压轮驱动装置设置于控制箱上，所述荷载架与控制箱连接固定，所述荷载架中安装有碾压轮转换器，在碾压轮转换器底部分别安装有液压传力杆A和液压传力杆B，所述碾压轮驱动装置与碾压轮转换器动力连接，碾压轮驱动装置驱动碾压轮转换器沿着荷载架来回运动，并带动碾压轮或充气橡胶轮在试模表面的长度方向上来回运动；碾压轮转换器用于分别将液压动力传输至液压传力杆A或液压传力杆B中，所述液压传力杆A外壁通过机架一与碾压轮动力连接，所述液压传力杆B外壁通过机架二与充气橡胶轮动力连接；所述碾压轮与液压传力杆A的液压力加载杆动力连接，所述碾压轮转换器用于驱动液压传力杆A的液压力加载杆向碾压轮提供液压动力荷载，所述碾压轮转换器还用于驱动液压传力杆B的液压力加载杆向充气橡胶轮提供液压动力荷载；所述试样支撑装置包括支撑架、成型平台和试模，所述成型平台设置于支撑架上方，在成型平台上方放置有试模；所述充气橡胶轮包括轮辋、挡圈和轮胎，所述液压传力杆B底部与机架二铰接，所述充气橡胶轮的轮辋顶部中心与机架二底部固定连接，所述轮辋外边缘设有挡圈，所述轮胎通过挡圈环绕安装在轮辋外边缘，所述液压传力杆B底部铰接安装在机架二上，所述轮辋顶部安装有用于对轮胎进行充气的碾压轮充气装置；所述试模由底板和设置于底板四周的侧模构成一个长方体形试模腔；所述长方体形试模腔被两个侧模分成三个平面为正方形的长方体形试模腔单元；三个平面为正方形的长方体形试模腔单元分别为区域A、区域B、区域C，所述区域A中设有大小吻合的硬质橡胶块，所述区域C中设有大小吻合的硬质橡胶块；所述试模的长方体形试模腔分别与碾压轮、或充气橡胶轮对应设置。

为了更好地实现本实用新型所述碾压轮顶部设有振动压实装置，所述振动压实装置固定于机架一上，所述振动压实装置包括用于向碾压轮施加振动力的振动器，振动压实装置与机架一之间安装有橡胶隔振器。

进一步的技术方案是：所述轮胎包括垫带、内胎、外胎，所述内胎配合安装于外胎内部，所述内胎或/和外胎内侧对应安装有与挡圈相紧密配合的垫带，所述碾压轮充气装置与内胎对应充气连通，碾压轮充气装置用于对内胎进行充气操作。

作为优选，所述控制箱具有箱体，所述控制箱的箱体内部设有控制器和与控制器电连接的电子线路板，所述碾压轮充气装置与内胎接口位置处对应设有气压传感器，所述碾压轮驱动装置与碾压轮转换器之间设有荷载校准器，荷载校准器位于碾压轮驱动装置上方，荷载校准器用于检测碾压轮转换器所施加的液压力荷载大小；所述气压传感器、振动压实装置、荷载校准器、碾压轮充气装置、碾压轮转换器、碾压轮驱动装置分别与控制器电通信连接，所述箱体外表面还设有显示器和参数输入单元；所述参数输入单元用于输入与设定碾压轮转换器是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载的大小，参数输入单位还用于输入与设定碾压轮与充气橡胶轮的交替工作流程，荷载校准器用于实时检测碾压轮转换器是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载大小，显示器用于显示荷载校准器测量到的碾压轮转换器是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载大小数据信息，显示器还用于显示碾压轮与充气橡胶轮的交替工作流程，控制器用于根据参数输入单元所输入的控制信息控制碾压轮转换器是否提供液压动力荷载、给液压传力杆A还是给液压传力杆B提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载的大小；所述参数输入单元还用于输入与设定碾压轮充气装置是否提供充气以及充气时间、充气速度、充气量，气压传感器用于实时检测碾压轮充气装置是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量，显示器用于显示气压传感器测量到的碾压轮充气装置是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量的数据信息，控制器用于根据参数输入单元所输入的控制信息控制碾压轮充气装置是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量。

作为优选，本综合轮碾成型机还包括与控制器电连接的图像处理装置，所述图像处理装置设置于成型平台上，所述图像处理装置分别电连接有摄像头A、摄像头B、摄像头C，所述摄像头A、摄像头B、摄像头C依次从上至下对应试模设置。

一种沥青混合料试件的制作方法，其方法步骤如下：

A、将轮胎通过碾压轮充气装置和挡圈固定在轮辋上，通过参数输入单元控制充气橡胶轮内的气压为690kPa，通过控制器、碾压轮转换器调整充气橡胶轮的总荷载为9kN；

B、将碾压轮预热至100℃左右；通过控制器、碾压轮转换器调整碾压轮的总荷载为9kN，通过控制器调整振动压实装置的振动器的振动频率为100Hz；

C、将预热的试模从烘箱中取出，该试模为制备沥青混合料试件的模具，在试模上安装好试模框架；在试模的区域A和区域C中分别放入一个硬质橡胶块；在试模的区域B中铺一张裁好的普通纸，使区域B底面及侧面均被普通纸隔离；将拌和好的沥青混合料用小铲均匀地沿区域B由边缘至中部按顺序装入区域B，区域B中部的沥青混合料略高于区域B四周的沥青混合料；

D、取下试模的试模框架，用预热的小型击实锤由边缘至中转圈夯实一遍，整平成凸圆弧形，将盛有沥青混合料的试模放置于成型平台上；

E、插入温度计，待沥青混合料达到规定的压实温度时，在沥青混合料表面铺一张裁好尺寸的普通纸；

F、打开摄像头、摄像头和摄像头，启动图像处理装置分别与摄像头、摄像头、摄像头电通信连接，摄像头、摄像头和摄像头分别记录沥青混合料在充气橡胶轮、碾压轮荷载下的碾压录像过程；

G、启动综合轮碾成型机；

G1、启动碾压轮转换器，将充气橡胶轮置于沥青混合料试件表面，先在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到40％；模拟实际沥青路面施工的轮胎压路机的初压；

G2、卸荷；再抬起充气橡胶轮，将沥青混合料试件调转方向；启动碾压轮转换器，将碾压轮置于沥青混合料试件表面，启动振动压实装置，再加振动荷载的同时，让碾压轮在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到90％；模拟实际沥青路面施工的振动钢轮压路机的复压；

G3、关闭振动压实装置，再加相同荷载让碾压轮在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到100％；模拟实际沥青路面施工的钢轮压路机静压状态完成的终压；

H、待沥青混合料试件压实成型后，揭去沥青混合料试件表面的普通纸，用粉笔在沥青混合料试件表面标明碾压方向；

I、将盛有压实沥青混合料试件的试模置于室温下冷却，至少12h后，将试模中的沥青混合料试件取出。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、所采用的模拟实际压路机工作状态的沥青混合料试件综合轮碾成型机结构简单、设计合理且安装及使用操作简便，投入成本较低，安装紧凑，占用空间较小。

2、所采用的模拟实际压路机工作状态的沥青混合料试件综合轮碾成型机参数调整简便，能对充气橡胶轮胎压、充气橡胶轮荷载、碾压轮荷载、碾压轮振动频率、碾压轮和充气橡胶轮的工作流程等参数进行调整，并且设置有控制箱，控制简易，能精确控制充气橡胶轮胎压、充气橡胶轮荷载、碾压轮荷载、碾压轮振动频率、碾压轮和充气橡胶轮的工作流程；另外，碾压轮充气装置与轮胎接口处设置有气压传感器，能对轮胎胎压进行有效监测，使得沥青混合料试件的制备过程易于控制。

3、所采用的模拟实际压路机工作状态的沥青混合料试件综合轮碾成型机，通过碾压轮转换器同时连接了充气橡胶轮和碾压轮，实现了充气橡胶轮和碾压轮的实时转换，使得轮碾成型机，既能够模拟胶轮压路机的压实过程、也能够模拟钢轮压路机振动压实过程、也能够模拟钢轮压路机静压压实过程，这也使得轮碾成型机在不同的压实阶段(初压、复压、终压)模拟不同压路机的压实状态成为可能，制备的沥青混合料试件的宏观特性、微细观结构特性与实际路面更为接近。

4、本沥青混合料试件综合轮碾成型机所采用的三个摄像头和图像处理装置能够实时监测沥青混合料试件的压实度状态，使得轮碾成型机精确的界定了初压、复压和终压时间点。

5、本沥青混合料试件综合轮碾成型机所采用的试模有效避免充气橡胶轮和碾压轮在沥青混合料试件表面的折返，使充气橡胶轮和碾压轮在区域A和区域C的硬质橡胶块上折返，同时硬质橡胶块能够抵抗充气橡胶轮和碾压轮折返带来的巨大扭矩。试模在实现避免折返的功能性的同时，其保持了试模良好的一体性，不影响车辙试件成型。

6、所采用的模拟实际压路机工作状态的沥青混合料试件综合轮碾成型机使用效果好且实用价值高，外形美观，极大程度上方便了模拟实际压路机工作状态的沥青混合料试件的轮碾成型，并且成型过程易于控制，具有成型效率高、操作方便、控制精确等优点，能有效保证所成型沥青混合料试件的性能。

7、本实用新型所采用的沥青混合料试件成型方法步骤简单、设计合理且操作简易，所成型沥青混合料试件与现场压实沥青路面芯样的相关性好，包括九个步骤，各步骤的工艺参数设计合理且实现方便、控制简易，并且成型过程安全、可靠。

附图说明

图1为本实用新型液压传力杆A、碾压轮可见一侧的局部结构示意图；

图2为本实用新型液压传力杆B、充气橡胶轮可见一侧的局部结构示意图；。

图3为碾压轮转换器与液压传力杆A、液压传力杆B组合的结构示意图；

图4为图2中轮胎的结构示意图；

图5为本实用新型试模的结构示意图；

图6为硬质橡胶块的结构示意图；

图7为本实用新型的电路原理结构框图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-荷载架；2-碾压轮转换器；3-液压传力杆A；4-机架一；5-碾压轮；6-试样支撑装置；7-试模；8-成型平台；9-振动压实装置；10-荷载校准器；11-碾压轮驱动装置；12-控制器；13-箱体；14-显示器；15-参数输入单元；16-碾压轮充气装置；17-轮辋；18-挡圈；19-轮胎；20-充气橡胶轮；21-气压传感器；22-机架二；23-外胎；24-内胎；25-垫带；26-底板；27-侧模；28-区域A；29-区域B；30-区域C；31-硬质橡胶块；32-摄像头A；33-摄像头B；34-摄像头C；35-图像处理装置；36-控制箱；37-液压传力杆B。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图7所示，一种沥青混合料试件的综合轮碾成型机，包括荷载架1、碾压轮转换器2、试样支撑装置6、碾压轮驱动装置11和控制箱36，碾压轮驱动装置11设置于控制箱36上，荷载架1与控制箱36连接固定，荷载架1中安装有碾压轮转换器2，在碾压轮转换器2底部分别安装有液压传力杆A3和液压传力杆B37，碾压轮驱动装置11与碾压轮转换器2动力连接，碾压轮驱动装置11驱动碾压轮转换器2沿着荷载架1来回运动，并带动碾压轮5或充气橡胶轮20在试模表面的长度方向上来回运动；碾压轮转换器2用于分别将液压动力传输至液压传力杆A3或液压传力杆B37中，液压传力杆A3外壁通过机架一4与碾压轮5动力连接，液压传力杆B37外壁通过机架二22与充气橡胶轮20动力连接；碾压轮5与液压传力杆A3的液压力加载杆动力连接，碾压轮转换器2用于驱动液压传力杆A3的液压力加载杆向碾压轮5提供液压动力荷载，碾压轮转换器2还用于驱动液压传力杆B37的液压力加载杆向充气橡胶轮20提供液压动力荷载；试样支撑装置6包括支撑架、成型平台8和试模7，成型平台8设置于支撑架上方，在成型平台8上方放置有试模7；充气橡胶轮20包括轮辋17、挡圈18和轮胎19，液压传力杆B37底部与机架二22铰接，充气橡胶轮20的轮辋17顶部中心与机架二22底部固定连接，轮辋17外边缘设有挡圈18，轮胎19通过挡圈18环绕安装在轮辋17外边缘，液压传力杆B37底部铰接安装在机架二22上，轮辋17顶部安装有用于对轮胎19进行充气的碾压轮充气装置16；试模7由底板26和设置于底板26四周的侧模27构成一个长方体形试模腔，侧模27的壁厚为10mm，长方体形试模腔被两个侧模分成三个平面为正方形的长方体形试模腔单元，三个平面为正方形的长方体形试模腔单元分别为区域A28、区域B29、区域C30，区域A28、区域B29和区域C30的长、宽、高均为如下尺寸：长为300mm、宽为300mm、高为50mm。区域A28中设有大小吻合的硬质橡胶块31，区域C30中设有大小吻合的硬质橡胶块31。试模7的长方体形试模腔分别与碾压轮5或充气橡胶轮20对应设置。

碾压轮5顶部设有振动压实装置9，振动压实装置9固定于机架一4上，振动压实装置9包括用于向碾压轮5施加振动力的振动器，振动压实装置9与机架一4之间安装有橡胶隔振器。

轮胎19包括垫带25、内胎24、外胎23，内胎24配合安装于外胎23内部，内胎24或/和外胎23内侧对应安装有与挡圈18相紧密配合的垫带25，碾压轮充气装置16与内胎24对应充气连通，碾压轮充气装置16用于对内胎24进行充气操作。

控制箱36具有箱体13，控制箱36的箱体13内部设有控制器12和与控制器12电连接的电子线路板，碾压轮充气装置16与内胎24接口位置处对应设有气压传感器21，碾压轮驱动装置11与碾压轮转换器2之间设有荷载校准器10，荷载校准器10位于碾压轮驱动装置11上方，荷载校准器10用于检测碾压轮转换器2所施加的液压力荷载大小；本实施例的荷载校准器10数量为两个，两个荷载校准器10分别液压传力杆A3和液压传力杆B37连接，荷载校准器10与控制器12连接，通过荷载校准器10与液压传力杆A3、液压传力杆B37、控制器12的协同工作控制碾压轮5和充气橡胶轮20施加的荷载值稳定在设定值。气压传感器21、振动压实装置9、荷载校准器10、碾压轮充气装置16、碾压轮转换器2、碾压轮驱动装置11分别与控制器12电通信连接，箱体13外表面还设有显示器14和参数输入单元15；参数输入单元15用于输入与设定碾压轮转换器2是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载的大小，参数输入单位15还用于输入与设定碾压轮5与充气橡胶轮20的交替工作流程，荷载校准器10用于实时检测碾压轮转换器2是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载大小，显示器15用于显示荷载校准器10测量到的碾压轮转换器2是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载大小数据信息，显示器15还用于显示碾压轮5与充气橡胶轮20的交替工作流程，控制器12用于根据参数输入单元15所输入的控制信息控制碾压轮转换器2是否提供液压动力荷载以及提供液压动力荷载的大小；参数输入单元15还用于输入与设定碾压轮充气装置16是否提供充气以及充气时间、充气速度、充气量，气压传感器21用于实时检测碾压轮充气装置16是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量，显示器14用于显示气压传感器21测量到的碾压轮充气装置16是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量的数据信息，控制器14用于根据参数输入单元15所输入的控制信息控制碾压轮充气装置16是否充气操作以及充气时间、充气速度、充气量。

本综合轮碾成型机还包括与控制器12电连接的图像处理装置35，图像处理装置35设置于成型平台8上，图像处理装置35分别电连接有摄像头A32、摄像头B33、摄像头C34，摄像头A32、摄像头B33、摄像头C34依次从上至下对应试模7设置。摄像头A32、摄像头B33、摄像头C34同时采集试模7的区域B29中的沥青混合料试件的表面形态和尺寸，并通过图像处理装置35对采集的图像进行处理，得到沥青混合料试件的压实度；所述图像处理装置35与控制器12相接；所述摄像头A32、摄像头B33、摄像头C34均与控制器12电连接。

当模拟钢轮压路机的静压压实状态时，碾压轮转换器2启动，将碾压轮5置于试模7表面，启动碾压轮驱动装置11碾压成型沥青混合料试件；当模拟钢轮压路机的振动压实状态时，碾压轮转换器2启动，将碾压轮5置于试模7表面，启动碾压轮驱动装置11和振动压实装置9振动碾压成型沥青混合料试件；当模拟胶轮压路机的压实状态时，碾压轮转换器2启动，将充气橡胶轮20置于试模7表面，启动碾压轮充气装置16和碾压轮驱动装置11碾压成型沥青混合料试件。

一种沥青混合料试件的制作方法，其方法步骤如下：

A、将轮胎19通过碾压轮充气装置16和挡圈18固定在轮辋17上，通过参数输入单元15控制充气橡胶轮20内的气压为690kPa，通过控制器12、碾压轮转换器2调整充气橡胶轮20的总荷载为9kN；

B、将碾压轮5预热至100℃左右；通过控制器12、碾压轮转换器2调整碾压轮5的总荷载为9kN，通过控制器12调整振动压实装置9的振动器的振动频率为100Hz；

C、将预热的试模7从烘箱中取出，该试模7为制备沥青混合料试件的模具，在试模7上安装好试模框架；在试模7的区域A28和区域C30中分别放入一个硬质橡胶块31；在试模7的区域B29中铺一张裁好的普通纸，使区域B29底面及侧面均被普通纸隔离；将拌和好的沥青混合料用小铲均匀地沿区域B29由边缘至中部按顺序装入区域B29，区域B29中部的沥青混合料略高于区域B29四周的沥青混合料；

D、取下试模7的试模框架，用预热的小型击实锤由边缘至中转圈夯实一遍，整平成凸圆弧形，将盛有沥青混合料的试模7放置于成型平台8上；

E、插入温度计，待沥青混合料达到规定的压实温度时，在沥青混合料表面铺一张裁好尺寸的普通纸；

F、打开摄像头32、摄像头33和摄像头34，启动图像处理装置35分别与摄像头32、摄像头33、摄像头34电通信连接，摄像头32、摄像头33和摄像头34分别记录沥青混合料在充气橡胶轮20、碾压轮5荷载下的碾压录像过程；

G、启动综合轮碾成型机；

G1、启动碾压轮转换器2，将充气橡胶轮20置于沥青混合料试件表面，先在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到40％；模拟实际沥青路面施工的轮胎压路机的初压；

G2、卸荷；再抬起充气橡胶轮20，将沥青混合料试件调转方向；启动碾压轮转换器2，将碾压轮5置于沥青混合料试件表面，启动振动压实装置9，再加振动荷载的同时，让碾压轮5在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到90％；模拟实际沥青路面施工的振动钢轮压路机的复压；

G3、关闭振动压实装置9，再加相同荷载让碾压轮5在一个方向碾压若干个往返，直到沥青混合料试件的压实度达到100％；模拟实际沥青路面施工的钢轮压路机静压状态完成的终压；

H、待沥青混合料试件压实成型后，揭去沥青混合料试件表面的普通纸，用粉笔在沥青混合料试件表面标明碾压方向；

I、将盛有压实沥青混合料试件的试模7置于室温下冷却，至少12h后，将试模中的沥青混合料试件取出。

上述实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本实用新型的保护范围内。