公路沥青路面多功能试验检测系统的制作方法

本发明涉及沥青路面试验技术领域，尤其涉及一种公路沥青路面多功能试验检测系统。

背景技术：

随着我国经济的高速发展，公路交通基础设施建设也取得跨越式发展。在我国公路的路面结构中，沥青路面占有相当重要的位置，尤其是高等级公路已占到90%左右。2005年“五纵七横”国道主干线系统完全贯通,2016年底，我国公路通车总里程达469.3万公里。在已建成的高速公路中半刚性基层沥青混凝土路面所占比重高达3∕4。

公路交通量的增大和轴重的增加对沥青路面提出了严峻的考验。新建公路的设计寿命和病害周期在短期内不能得到验证，不能为以后的道路改进和道路预防性养护及时提供可靠的依据。只能在道路修好后经过一段时间的运营，才能采集一些数据。目前急需一套对准备建造道路的设计寿命和病害周期在短时间内做出较为准确的检测系统，这样能为新道路优化设计和道路预防性养护提供科学的检测数据。

当前世界上有少量生产路面加速加载试验设备，但这些试验设备体积庞大、结构复杂、故障率高、制作成本和维修成本昂贵、检验的项目相对有限。国内此类设备更少，检验项目更少。进口设备，价格昂贵，耗能高，维修不便。且这些设备较多采用单一主动轮组或单一从动轮组的碾压方式，与实际车辆主动轮组、从动轮组共同碾压的情况不符，试验数据准确性差，不能准确预测路面病害发生的周期。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种公路沥青路面多功能试验检测系统，采用结构与常规车辆结构相同的试验小车，并配套铺设与现有公路路面结构相同的环形试验路面，试验小车在环形试验路面上行走，能够充分模拟行驶车辆对路面的碾压状态，结构简单，成本低，同时，本发明还配套设置试验控制系统和路面检测系统，试验控制系统能够实时控制试验小车行走速度，并能够全面模拟试验环境，路面检测系统能够在试验小车行走过程中实时监测路面状况，并将路面状况参数化后反馈给数据分析计算机进行分析，能够准确检测出不同试验条件和试验环境下的道路构造深度、道路平整度、连续变化的车辙深度、路面破损及路面应力变化情况，准确预测道路使用寿命和病害周期。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种公路沥青路面多功能试验检测系统，包括环形试验路面、试验小车、试验控制系统、路面检测系统以及围设在环形试验路面外围的保温墙板，所述保温墙板顶面和底面分别设置顶板和底板，用于围成封闭试验空间，所述环形试验路面内侧设置环形导轨，所述试验小车置于环形试验路面上、且通过导向杆和导向轮与环形导轨连接，所述试验控制系统用于控制试验小车、试验温度控制装置、试验湿度控制装置以及环境模拟装置，环境模拟装置包括降雨模拟装置和紫外线照射装置，所述降雨模拟装置安装在环形试验里面正上方，所述紫外线照射装置安装在顶板上，所述路面检测系统用于检测不同试验环境和试验参数下的路面受力和变形情况。

所述环形试验路面为按公路施工标准铺设的环形路面，环形路面自上至下分别为上面层、中面层和下面层。

所述试验小车包括车厢、驱动电机、驱动轴、行走轮和转向轮对，所述主轴借助于轴承和轴承座安装在车厢一端下方，轴承座与车厢之间安装称重传感器，所述驱动电机固定安装在车厢内，驱动电机动力端安装小链轮，驱动轴中部安装大链轮，大链轮和小链轮之间安装链条，转向轮对包括两套万向轮，两套万向轮借助于旋转套和旋转轴安装在车厢前端，所述车厢中部水平安装导向杆，所述环形导轨包括呈连续环形的工字钢和立柱，立柱沿环形试验路面内侧均匀布置，工字钢腹板下表面与立柱顶端焊接，所述导向杆开放端水平安装两套调心滚动轴承，两套调心滚动轴承卡装在工字钢翼缘内侧面和外侧面，所述试验小车通过滑触线与电源线连通。

所述试验控制系统包括plc、温度传感器、湿度传感器、车速传感器、称重传感器、驱动电机控制模块、降雨控制模块、工控机触摸屏和紫外线控制模块，所述plc信号输出端连接温度控制器、湿度控制器、降雨模拟装置控制端和驱动电机控制端，所述温度传感器、湿度传感器、车速传感器、称重传感器、驱动电机控制模块和降雨控制模块与plc输入端无线通信，工控机触摸屏与plc双向通信，所述温度传感器和湿度传感器安装在保温板内侧，所述保温板上水平安装加热装置、加湿装置和制冷装置，湿度控制器连接加湿装置控制端，温度控制器连接加热装置和制冷装置控制端，温度传感器用于检测试验环境温度，湿度传感器用于检测试验环境湿度，车速传感器用于实时监测试验小车行走速度，称重传感器用于检测试验小车加载重量，紫外线控制模块用于控制紫外线照射的强度和时长，降雨控制模块用于控制降雨模拟装置的降雨强度和降雨时长。

所述降雨模拟装置包括环形供水管、水泵、降雨电机和喷头，环形供水管位于环形试验路面正上方，水泵出水口与环形供水管连通，降雨电机用于驱动水泵，环形供水管下侧设有沿其长度方向均布的喷头，降雨电机控制端连接plc输出端，所述紫外线照射装置包括位于环形试验路面正上方的紫外灯，紫外灯沿环形试验路面长度方向均匀布置、且紫外灯控制端连接plc输出端。

所述路面检测系统包括车辙深度测量装置、构造深度测量装置、平整度测量装置、压力传感器和路面综合成像仪、数据处理装置、无线信号发生装置、无线信号接收装置、数据分析计算机和显示屏，所述车辙深度测量装置、构造深度测量装置、平整度测量装置、压力传感器和路面综合成像仪与数据处理装置单向通信，无线信号发射装置与数据处理装置单向通信，无线信号接收装置用于接收无线信号发射装置的信号，并将接收的信号传递给数据分析计算机，显示屏连接数据分析计算机信号端。

所述车辙深度测量装置、构造深度测量装置和平整度测量装置均采用激光传感器作为信号采集装置，所述试验小车尾端横向安装呈水平状态的激光探头架，激光探头架下表面固定安装五套激光传感器，其中两套激光传感器分别安装在激光探头架最左端和最右端，一套激光传感器安装在激光探头架的中间位置，另外两套激光传感器分别安装在激光探头架上位于两侧行走轮的行走轨迹正上方，所述路面综合成像仪固定安装在试验小车前端，所述压力传感器包括三套埋设在上面层、中面层和下面层底部的的压力盒，所述压力盒埋设在内侧行走轮的行走轨迹正下方（参见附图2）。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用结构与常规车辆结构相同的试验小车，分为车厢、行走轮和转向轮，在车厢内安装驱动电机，也可以根据试验条件在车厢内放置砝码，便于模拟不同载重条件下试验小车对环形试验路面的破坏程度，同时，与本发明配套铺设和现有公路路面结构相同的环形试验路面，试验小车在环形试验路面上行走，为了确保试验小车的行走轨迹与环形试验路面的轨迹相同，在环形试验路面内侧安装环形导轨，试验小车通过导向杆及调心滚动轴承连接环形导轨，能够充分模拟行驶车辆对路面平直段和弯道等不同道路形态的碾压状态，结构简单，成本低；同时，本发明还配套设置试验控制系统和路面检测系统，试验控制系统能够实时控制试验小车行走速度，并能够全面模拟试验环境，比如试验温度、试验湿度、淋雨以及紫外线照射情况，更加全面反映在不同试验环境下试验小车路面碾压后路面的变形情况；路面检测系统能够在试验小车行走过程中实时监测路面状况，并将路面状况参数化后反馈给数据分析计算机进行分析，能够准确检测出不同试验条件和试验环境下的道路构造深度、道路平整度、连续变化的车辙深度、路面破损及路面应力变化情况，准确预测道路使用寿命和病害周期。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（俯视图）；

图2是图1的a-a向剖视图；

图3是结构示意图（主视图）；

图4是试验小车结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是图4的俯视图；

图7是环形试验路面俯视图；

图8是图7的断面结构示意图；

图9是试验控制系统原理图；

图10是路面检测系统原理图；

其中：1、保温墙板；2、环形试验路面；3、加热装置；4、降雨模拟装置；5、紫外线照射模拟装置；6、试验小车；6-1、车厢；6-2、行走轮；6-3、车速传感器；6-4、驱动轴；6-5、大链轮；6-6、链条；6-7、小链轮；6-8、驱动电机；6-9、转向轮；6-10、激光探头架；6-11、激光传感器；6-12、路面综合成像仪；6-13、称重传感器；6-14、砝码；7、加湿装置；8、导向杆；9、环形导轨；10、制冷装置；11、电源线；12、滑触线；13、温度传感器；14、压力盒；15、顶板；16、承载台。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-3所示，本发明公开了一种公路沥青路面多功能试验检测系统，包括环形试验路面2、试验小车6、试验控制系统、路面检测系统以及围设在环形试验路面2外围的保温墙板1，所述保温墙板1顶面和底面分别设置顶板15和底板，用于围成封闭试验空间，所述环形试验路面2内侧设置环形导轨9，所述试验小车6置于环形试验路面2上、且通过导向杆8和导向轮与环形导轨9连接，所述试验控制系统用于控制试验小车6、试验温度控制装置、试验湿度控制装置以及环境模拟装置，环境模拟装置包括降雨模拟装置4和紫外线照射装置5，所述降雨模拟装置4安装在环形试验里面正上方，所述紫外线照射装置5安装在顶板15上，所述路面检测系统用于检测不同试验环境和试验参数下的路面受力和变形情况，采用结构与常规车辆结构相同的试验小车，分为车厢6-1、行走轮6-2和转向轮6-9，在车厢6-1内安装驱动电机6-8，也可以根据试验条件在车厢内放置砝码6-14，便于模拟不同载重条件下试验小车6对环形试验路面2的破坏程度，同时，与本发明配套铺设与现有公路路面结构相同的环形试验路面2，试验小车6在环形试验路面2上行走，为了确保试验小车6的行走轨迹与环形试验路面2的轨迹相同，在环形试验路面2内侧安装环形导轨9，试验小车6通过导向杆8连接环形导轨9，能够充分模拟行驶车辆对路面平直段和弯道等不同道路形态的碾压状态，结构简单，成本低。

所述环形试验路面2为按公路施工标准铺设的环形路面，环形路面自上至下分别为上面层、中面层和下面层，上面层、中面层和下面层根据普通路面施工规范的要求铺设（参见附图7-8）。

参见附图4-6，所述试验小车6包括车厢6-1、驱动电机6-8、驱动轴6-4、行走轮6-2和转向轮对，所述主轴借助于轴承和轴承座安装在车厢6-1一端下方，轴承座与车厢6-1之间安装称重传感器6-13，所述驱动电机6-8固定安装在车厢6-1内，驱动电机6-8动力端安装小链轮6-7，驱动轴6-4中部安装大链轮6-5，大链轮6-5和小链轮6-7之间安装链条6-6，转向轮对包括两套万向轮，两套万向轮借助于旋转套和旋转轴安装在车厢6-1前端，所述车厢6-1中部水平安装导向杆8，所述环形导轨9包括呈连续环形的工字钢和立柱，立柱沿环形试验路面2内侧均匀布置，工字钢腹板下表面与立柱顶端焊接，所述导向杆8开放端水平安装两套调心滚动轴承，两套调心滚动轴承卡装在工字钢翼缘内侧面和外侧面，所述试验小车6通过滑触线12与电源线11连通，两套调心滚动轴承用于限制试验小车6的行走轨迹，采用滑触线连接电源线，方便试验小车6在环形轨迹内行走，降低布线成本。

试验小车参考43吨的重载车辆设计，对路面碾压及对路面的损害程度与43吨的重载车辆一致，在试验过程中可以根据试验要求在车厢内添加相应比例的砝码，使试验结果更加准确，车厢1内设置驱动电机8，驱动电机8得电转动，通过小链轮7、链条6和大链轮5带动驱动轴4转动，驱动轴带动行走轮2旋转从而实现小车驱动。两个驱动轮6-2中，一个驱动轮与驱动轴固接，另一个驱动轮可以在驱动轴6-4上自由转动，这样两个驱动轮可以实现差速转弯。

两个转向轮6-9为万向轮结构，实现小车转向，激光探头架6-10上安装一组激光传感器6-11，激光传感器6-11的数量与环形试验路面的宽度相关，在试验小车6试验行驶时，可以按照操作规范要求实现对路面平整度、纹理构造深度以及车辙深度的检测。路面综合成像仪12可以实时对路面破损情况进行图像采集和数据分析处理。通过增减砝码14实现试验小车6载重调整，称重传感器13能显示试验小车的载重情况。车速传感器3通过plc计算能实时显示试验小车的行驶速度，在工控触摸屏操作加减速度按钮实现小车速度0-60km/h可调。试验小车在环形路面上跑动一周只需要约2秒，1天即可对需要的试验路段碾压4.3万多次，1月即可碾压超过130万次。为修筑高速公路所选用不同材料提供了准确、高效的试验方法，为不同检验项目提供了快速、真实、有效的试验手段。

参见附图9，所述试验控制系统包括plc、温度传感器13、湿度传感器、车速传感器6-3、称重传感器6-13、驱动电机6-8控制模块、降雨控制模块、工控机触摸屏和紫外线控制模块，所述plc信号输出端连接温度控制器、湿度控制器、降雨模拟装置4控制端和驱动电机6-8控制端，所述温度传感器13、湿度传感器、车速传感器6-3、称重传感器6-13、驱动电机6-8控制模块和降雨控制模块与plc输入端无线通信，工控机触摸屏与plc双向通信，所述温度传感器13和湿度传感器安装在保温板内侧，所述保温板上水平安装加热装置3、加湿装置7和制冷装置10，湿度控制器连接加湿装置7控制端，温度控制器连接加热装置3和制冷装置10控制端，温度传感器13用于检测试验环境温度，湿度传感器用于检测试验环境湿度，车速传感器6-3用于实时监测试验小车6行走速度，称重传感器6-13用于检测试验小车6加载重量，紫外线控制模块用于控制紫外线照射的强度和时长，降雨控制模块用于控制降雨模拟装置4的降雨强度和降雨时长，通过加热装置3、制冷装置10在传感器13监测下实现室内温度在-20℃--60℃之间可控，以模拟在不同温度下对路面加载试验的影响，降雨模拟装置4可以根据需求对路面降雨，降雨时间和降雨量可控，以测试不同气候条件下对加载路面试验的影响。紫外线照射装置5用于模拟路面自然老化程度，本发明中的控制系统中车速传感器6-3和称重传感器6-13是无线信号传入plc，温度传感器13，驱动电机控制和降雨控制是信号线连接plc。

所述降雨模拟装置4包括环形供水管、水泵、降雨电机和喷头，环形供水管位于环形试验路面2正上方，水泵出水口语环形供水管连通，降雨电机用于驱动水泵，环形供水管下侧设有沿其长度方向均布的喷头，降雨电机控制端连接plc输出端，所述紫外线照射装置5包括位于环形试验路面2正上方的紫外灯，紫外灯沿环形试验路面2长度方向均匀布置、且紫外灯控制端连接plc输出端，降雨模拟装置的喷头采用美国spayingsystemsco公司生产的fulljet旋转下喷式喷头模拟降雨，3种不同规格（fulljet1/8，2/8，3/8）的垂直全喷式雨滴模拟专用喷头，叠加成一个雨滴喷射组，既可有较大雨强变化，又可保证雨滴模拟效果从而形成从小到大的雨强连续可调，雨滴形态，降雨均匀度与自然降雨相似的人工自动模拟降雨，紫外灯采用美国sp公司uv-400型大面积照射高强度紫外灯。

参见附图10，所述路面检测系统包括车辙深度测量装置、构造深度测量装置、平整度测量装置、压力传感器和路面综合成像仪6-12、数据处理装置、无线信号发生装置、无线信号接收装置、数据分析计算机和显示屏，所述车辙深度测量装置、构造深度测量装置、平整度测量装置、压力传感器和路面综合成像仪6-12与数据处理装置单向通信，无线信号发射装置与数据处理装置单向通信，无线信号接收装置用于接收无线信号发射装置的信号，并将接收的信号传递给数据分析计算机，显示屏连接数据分析计算机信号端，本系统采用激光传感器组合成惯性参照路面纵断面剖面检测系统，实时检测包括短波长及长波长的路面纵断面剖面曲线（直接式检测类），同时获得各种路面评价指标，包括：国际平整度指标（iri）、平整度标准差（σ）、观测打分值（rn）、行驶质量指数（rqi）、路面构造深度（td），车辙深度测量过程中，5个激光传感器负责路面横断面数据采集，测试系统自动记录每个横断面和距离数据，系统处理软件按照规范的规定模式通过各横断面相对高度数据计算车辙深度，。

采用激光传感器作为数据采集装置，将激光传感器6-11借助于激光探头架6-10安装在试验小车6尾端，激光传感器6-11距离地面高度300毫米，激光传感器6-11用于测量道路不同测试点的高程，将激光传感器6-11所测得的不同测试点的高程行程连续曲线，即可直观显示出路面变形情况。

所述车辙深度测量装置、构造深度测量装置和平整度测量装置均采用激光传感器6-11作为信号采集装置，所述试验小车6尾端横向安装呈水平状态的激光探头架6-10，激光探头架6-10下表面固定安装五套激光传感器6-11，其中两套激光传感器6-11分别安装在激光探头架6-10最左端和最右端，一套激光传感器6-11安装在激光探头架6-10的中间位置，另外两套激光传感器6-11分别安装在激光探头架上位于两侧行走轮的行走轨迹正上方，所述路面综合成像仪6-12固定安装在试验小车6前端，所述压力传感器包括三套埋设在上面层、中面层和下面层底部的的压力盒14，所述压力盒14埋设在内侧行走轮6-2的行走轨迹正下方，平整度测量装置、构造深度测量装置、车辙深度测量装置，分别依据jtge60-2008《公路路基路面现场测试规程》中t0934-2008车载式激光平整度仪测定平整度试验方法、t0966-2008车载式激光构造深度测定构造深度试验方法、t0973沥青路面车辙测试方法的要求进行设置的，所测结果满足jtge60-2008《公路路基路面现场测试规程》要求。

总之，本发明通过采用结构与常规车辆结构相同的试验小车6，分为车厢6-1、行走轮6-2和转向轮6-9，在车厢6-1内安装驱动电机6-8，也可以根据试验条件在车厢6-1内放置砝码6-14，便于模拟不同载重条件下试验小车6对环形试验路面2的破坏程度，同时，与本发明配套铺设与现有公路路面结构相同的环形试验路面2，试验小车6在环形试验路面2上行走，为了确保试验小车6的行走轨迹与环形试验路面2的轨迹相同，在环形试验路面2内侧安装环形导轨9，试验小车6通过导向杆8连接环形导轨9，能够充分模拟行驶车辆对路面平直段和弯道等不同道路形态的碾压状态，结构简单，成本低；同时，本发明还配套设置试验控制系统和路面检测系统，试验控制系统能够实时控制试验小车6行走速度，并能够全面模拟试验环境，比如试验温度、试验湿度、淋雨以及紫外线照射情况，更加全面反映在不同试验环境下试验小车6对路面碾压后路面的变形情况；路面检测系统能够在试验小车6行走过程中实时监测路面状况，并将路面状况参数化后反馈给数据分析计算机进行分析，能够准确检测出不同试验条件和试验环境下的道路构造深度、道路平整度、连续变化的车辙深度、路面破损及路面应力变化情况，准确预测道路使用寿命和病害周期，在道路病害临近出现之前进行预防性养护，能极大地延长道路使用寿命，降低道路运营成本。能较准确地预测出道路病害周期和病害种类，就能对道路进行针对性的预防养护。其经济价值是不可估量的，可以说预测道路病害周期是道路修建的一场革命。