一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置的制作方法

本发明涉及公路工程沥青混合料设备试验领域，具体涉及一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置。

背景技术：

沥青混合料的力学及路用性能需要良好的摊铺和压实工艺来保证，散体沥青混合料的矿料界面效应是影响其摊铺均匀性及压实效果的关键因素，然而长期以来，道路工程领域更关注路面材料与结构力学性能及工程应用研究，施工质量控制主要依据工程经验，而在沥青混合料拌合、摊铺等过程中，沥青混合料呈松散流动态，矿料颗粒不断发生碰撞、滚动、旋转等行为，矿料颗粒界面摩擦以滚动摩擦为主，同时存在滑动摩擦。

对沥青混合料摊铺、压实等工程阶段的矿料颗粒体系微细观作用机制及动力学特性的研究相对较少，因此针对沥青混合料的流动状态和特性，开发基于摩擦力矩的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置显得极为迫切。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，在拌合过程中，实时采集散体沥青混合料的搅拌功率及拌合扭矩，准确地反映矿料颗粒体系的摩擦效应，对控制沥青混合料摊铺压实过程中的均匀性以及沥青混合料的离析现象的研究具有重大意义。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，其特征在于，包括：底座，所述底座的两端分别固定有支座和拌锅控制箱，所述支座与所述拌锅控制箱之间通过横轴连接有拌合锅；所述拌锅控制箱的上部连接支撑柱，所述支撑柱的上端连接有横板，所述横板上设置有竖直挡板，所述竖直挡板的一侧从上到下依次设置有电机、减速机和扭矩传感器；所述减速机和所述扭矩传感器通过第一联轴器连接，所述扭矩传感器的下部通过第二联轴器连接有连接轴，所述连接轴贯穿所述横板并伸入所述拌合锅的内部，所述连接轴的下端连接搅拌叶片；所述电机连接有变频器；所述扭矩传感器连接有数据采集器，所述扭矩传感器的信号输出端连接数据采集器的信号输入端。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，拌锅控制箱内设置有控制器，可控制搅拌叶片的搅拌时间；减速机通过导线连接变频器，变频器可对减速机进行无极变速调节，以便于调整散体沥青混合料的搅拌速率，以考察搅拌速率对流动态矿料颗粒体系摩擦效应的量化影响；扭矩传感器通过导线与数据采集器连接，实现流动态沥青混合料拌合过程中扭矩的实时输出并通过其程序编辑器输出拌合过程中的拌合功率值，得到的实验数据通过与数据采集器连接的数据处理器进行快速的记录保存，便于实验数据的分析处理，重复可操作性及数据准确性大大提高，由此进行流动态矿料颗粒体系摩擦效应的评价。

作为优选地，所述支撑柱为可升降支撑柱。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，支撑柱为可升降支撑柱，拌锅控制箱内设置有控制支撑柱升降的控制器，可控制支撑柱的升降进而实现搅拌叶片的高度的控制。

作为优选地，所述拌合锅为可加热拌合锅。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，拌合锅为可加热拌合锅，可以通过拌锅控制箱控制拌合锅内沥青混合料的搅拌温度。

作为优选地，所述连接轴上还设置有拌合锅盖板，所述拌合锅盖板设置于所述搅拌叶片的上端，且距所述搅拌叶片的底端的距离小于等于拌合锅的深度。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，支撑柱下降使得搅拌叶片深入拌合锅的内部进行搅拌时，搅拌叶片上端的拌合锅盖板可对拌合锅内的沥青混合料起到保温的作用。

作为优选地，所述拌合锅上设置有温度传感器，所述拌锅控制箱内设置有微处理器和温度报警器，所述温度传感器的温度信号输出端连接所述微处理器的温度信号输入端，所述微处理器的温度警示信号输出端连接所述温度报警器的报警信号输入端。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，拌合锅上设置温度传感器，温度传感器可以测定拌合锅内的温度，通过拌锅控制箱内设置的的控制器设置拌合锅的温度，温度传感器检测拌合锅内的温度，并将检测到的温度信号传输给微处理器，当温度传感器检测到拌合锅内的温度超过拌锅控制箱内的温度时，微处理器将输出温度警示信号并传输给温度警报器，温度警报器将输出温度警示信号。

作为优选地，所述横轴为可活动旋转的横轴，所述横轴与支座连接的外端设置有转动手柄。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，可活动旋转的横轴使得拌合锅可以旋转倾斜，当拌合锅内的沥青混合料拌合结束后需要倾倒出时，使用转动手柄旋转可活动旋转横轴，从而实现拌合锅的倾斜，方便拌合锅内沥青混合料的倾倒。

作为优选地，所述竖直挡板的一侧与所述横板之间倾斜设置有支撑板。

作为优选地，所述支撑板与所述竖直挡板的倾斜角度为45°，所述支撑板与所述横板的倾斜角度为45°。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，支撑板用于支撑并固定竖直挡板，其与竖直挡板和横板之间的倾斜角度分别为45°，使得本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置更加稳定。

作为优选地，所述拌合锅的内壁上径向设置有多根钢筋，所述多根钢筋均匀分布于所述拌合锅的内壁。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，拌合锅内壁上设置多根钢筋可以加大沥青混凝土在搅拌过程中与拌合锅内壁的摩阻力。

作为优选地，所述搅拌叶片包含多组螺旋搅拌桨，每组所述螺旋搅拌桨由两个S型的叶片呈螺旋状焊接而成。

根据本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，两个S型的叶片呈螺旋状焊接在一起构成螺旋搅拌桨，搅拌叶片包含至少两组螺旋搅拌桨，螺旋搅拌桨可以对沥青混凝土进行充分的搅拌混合。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置的结构示意图；

图2为本发明的一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置中拌合锅内壁的钢筋的分布结构示意图；

图3为本发明的一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置中搅拌叶片的结构示意图；

图中：1、底座；2、支座；3、拌锅控制箱；4、横轴；5、拌合锅；6、支撑柱；7、横板；8、竖直挡板；9、电机；10、减速机；11、扭矩传感器；12、第一联轴器；13、第二联轴器；14、连接轴；15、搅拌叶片；16、变频器；17、数据采集器；18、数据处理器；19、拌合锅盖板；20、温度传感器；21、转动手柄；22、支撑板；23、钢筋；24、螺旋搅拌桨。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图1，根据本发明提供的一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，包括：底座1，所述底座1的两端分别固定有支座2和拌锅控制箱3，所述支座2与所述拌锅控制箱3之间通过横轴4连接有拌合锅5；所述拌锅控制箱3的上部连接支撑柱6，所述支撑柱6的上端连接有横板7，所述横板7上设置有竖直挡板8，所述竖直挡板8的一侧从上到下依次设置有电机9、减速机10和扭矩传感器11；所述减速机10和所述扭矩传感器11通过第一联轴器12连接，所述扭矩传感器11的下部通过第二联轴器13连接有连接轴14，所述连接轴14贯穿所述横板7并伸入所述拌合锅5的内部，所述连接轴14的下端连接搅拌叶片15；所述电机9连接有变频器16；所述扭矩传感器11连接有数据采集器17，所述扭矩传感器11的信号输出端连接数据采集器17的信号输入端。

在以上实施例中，拌锅控制箱3内设置有控制器，可控制搅拌叶片15的搅拌时间；电机9连接减速机10，电机9为三相异步电动机，减速机10通过导线连接变频器16，变频器16连接电机9可对减速机10进行无极变速调节，以便于调整拌合锅5内的散体沥青混合料的搅拌速率，以便于研究者考察搅拌速率对流动态矿料颗粒体系摩擦效应的量化影响；扭矩传感器11通过导线与数据采集器17连接，实现流动态沥青混合料拌合过程中扭矩的实时输出并通过其程序编辑器输出拌合过程中的拌合功率值，得到的实验数据通过与数据采集器17连接的数据处理器18进行快速的记录保存，便于实验数据的分析处理，重复可操作性及数据准确性大大提高，由此进行流动态矿料颗粒体系摩擦效应的评价。

根据本发明的一种实施例，所述支撑柱6为可升降支撑柱。

在以上实施例中，支撑柱6为可升降支撑柱，拌锅控制箱3内设置有控制支撑柱6升降的控制器，可控制支撑柱6的升降，支撑柱6的升降带动横板7以及设置在横板7上的竖直挡板8的升降，进而实现对设置于连接轴14下端的搅拌叶片15高度即其伸入拌合锅内的深度的控制。

根据本发明的一种实施例，所述拌合锅5为可加热拌合锅。

在以上实施例中，拌合锅5为可加热拌合锅，可以通过拌锅控制箱3控制拌合锅5内沥青混合料的搅拌温度。

根据本发明的一种实施例，所述连接轴14上还设置有拌合锅盖板19，所述拌合锅盖板19设置于所述搅拌叶片15的上端，且距所述搅拌叶片15的底端的距离小于等于拌合锅5的深度。

在以上实施例中，支撑柱6下降使得搅拌叶片15深入拌合锅5的内部进行搅拌时，搅拌叶片15上端的拌合锅盖板19可对拌合锅5内的沥青混合料起到保温的作用。

根据本发明的一种实施例，所述拌合锅5上设置有温度传感器20，所述拌锅控制箱3内设置有微处理器和温度报警器，所述温度传感器20的温度信号输出端连接所述微处理器的温度信号输入端，所述微处理器的温度警示信号输出端连接所述温度报警器的报警信号输入端。

在以上实施例中，拌合锅5上设置温度传感器20，温度传感器20可以测定拌合锅5内的温度，通过拌锅控制箱3内设有的温度控制器设置拌合锅5的温度，温度传感器20检测拌合锅5内的温度，并将检测到的温度信号传输给微处理器，当温度传感器20检测到拌合锅5内的温度超过拌锅控制箱内设置的温度时，微处理器将输出温度警示信号并传输给温度警报器，温度警报器将输出温度警示信号，提示研究员拌合锅内温度的变化。

根据本发明的一种实施例，所述横轴4为可活动旋转的横轴，所述横轴4与支座2连接的外端设置有转动手柄21。

在以上实施例中，可活动旋转的横轴4使得拌合锅5可以旋转倾斜，当拌合锅5内的沥青混合料拌合结束后需要倾倒出时，使用转动手柄21旋转可活动旋转的横轴4，从而实现拌合锅5的倾斜，方便拌合锅5内沥青混合料的倾倒。

根据本发明的一种实施例，所述竖直挡板8的一侧与所述横板7之间倾斜设置有支撑板22。

根据本发明的一种实施例，所述支撑板22与所述竖直挡板8的倾斜角度为45°，所述支撑板22与所述横板7的倾斜角度为45°。

在以上实施例中，支撑板22用于支撑并固定竖直挡板8，其与竖直挡板8和横板7之间的倾斜角度分别为45°，使得本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置更加稳定。

参考图2，根据本发明的一种实施例，所述拌合锅5的内壁上径向设置有多根钢筋23，所述多根钢筋23均匀分布于所述拌合锅5的内壁。

在以上实施例中，拌合锅5的内壁上设置多根钢筋23可以加大沥青混凝土在搅拌过程中与拌合锅5内壁的摩阻力，防止出现飘移现象。

参考图3，根据本发明的一种实施例，所述搅拌叶片15包含多组螺旋搅拌桨24，每组所述螺旋搅拌桨24由两个S型的叶片呈螺旋状焊接而成。

在以上实施例中，搅拌叶片15包含多组由两个S型叶片呈螺旋状焊接在一起构成的螺旋搅拌桨24，搅拌叶片15包含至少两组螺旋搅拌桨24，螺旋搅拌桨24可以对沥青混凝土进行充分的搅拌混合，两组螺旋搅拌桨24之间的中心距离为10cm，材质均为不锈钢。

本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置的主要工作过程如下：

首先启动流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置，通过拌锅控制箱设置某一试验温度并保温一段时间，直至温度条件达到设定要求；然后将一定级配的矿质集料和一定用量的沥青倒入拌合锅中，通过拌锅控制箱调节支撑柱的高度，使拌合锅盖板恰好位于拌合锅的上方，用于保证拌合锅内温度不致散失太快；通过对外部连接装置变频器设定试验要求的转速，从而在三相异步电动机及减速机是我共同作用下带动搅拌叶片进行沥青混合料的旋转拌合；扭矩传感器与数据采集器将试试采集在一定拌合时间内，流动态散体沥青混合料间由于矿质集料的嵌挤与沥青的粘结润滑作用产生的在搅拌叶片处的板和扭矩及拌合功率值，测得的数据会被记录保存在数据处理器中；待试验结束，拌合锅内的沥青混合料搅拌均匀，拌锅控制台将自动使流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置处于待机状态。

本发明的流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置的工作原理为：散体沥青混合料在拌合过程中处于低速半流动状态，此时的沥青混合料为一种不均匀的固液混合颗粒性物质，在一定的转速条件下沥青混合料内部的矿料颗粒不断发生碰撞、滚动及旋转等行为，由于混合料内部的颗粒系统之间形成的嵌挤作用及沥青对矿料颗粒产生的粘滞作用，此时矿料颗粒界面接触以滚动摩擦为主，所以沥青混合料在拌合过程中会对搅拌叶片产生一定的摩擦阻力；同时在不考虑沥青混合料内部自身材料性质对摩擦力的影响下，外界环境如拌合温度、拌合速率、拌合时间及搅拌叶片的类型对沥青混合料内部矿料颗粒体系的摩擦均存在很大的影响，使得各种因素的变化均会引起搅拌叶片处的摩阻力的变化，从而导致搅拌叶片拌合功率及拌合扭矩产生变化，所以流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置通过设置电机、减速机及变频器、扭矩传感器、数据采集器等装置测试流动态沥青混合料在拌合锅中拌合时产生的拌合功率及拌合扭矩来表征沥青混合料及拌合扭矩来表征沥青混合料内矿料颗粒体系的摩擦效应。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。