一种测定路面微波除冰性能的可移动式试验装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城市道路、机场道路和公路等的融雪除冰技术领域，具体设及到一种 测定路面微波除冰性能的试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 我国大部分地区的公路、城市道路和机场道路等在冬季都会受到冰雪影响。道路 的积雪结冰不仅导致交通中断，还容易引发交通事故，带来严重的经济和生命财产损失。近 年来，由于全球气候变暖等因素的影响，持续强降雪等极端恶劣天气呈现不断增加的趋势， 而且波及和影响的范围也越来越广。道路积雪结冰时，路面的摩擦系数降低，使得车辆行 驶、制动困难，极易发生交通事故。对世界主要大中城市进行调查得出，因道路结冰造成的 交通事故占冬季交通事故总量的35%W上。因此，世界上地处高缔度地区的各国都在研究 有效清除道路冰雪的方法。
[0003] 在传统的融雪除冰方式中，喷撒各种融雪剂等化学融冰雪法往往带来巨大的环境 危害；人工和机械除冰雪法，速度慢，效率低，而且耗费巨大的人力物力，面对紧急情况，往 往难W应付。微波融雪除冰是一项具有环保、节能等特点的技术，利用微波除冰车可W边行 走边除冰，在除冰过程中，微波车发射的微波可W穿过冰层直接作用在冰层与路面的结合 部，使路面发热、融化结合部冰层，冰层与路面随之脱离，实现融雪除冰的目的。微波除冰技 术除冰效率高，且对清除厚冰层具有优势，因此得到越来越多的研究和应用。
[0004]不同道路路面材料对微波的吸收和发热效率有很大的差别，直接影响微波除冰的 效率。目前尚没有能够直接测定路面材料微波除冰性能的试验装置和试验方法，使得研究 人员只能采用间接的试验方法对其进行估计，如利用微波直接加热路面材料，测定路面材 料的微波发热效率，并据此判断路面材料的微波除冰性能。经过大量试验研究发现该方法 存在如下缺陷：（1)微波加热过程中，路面材料未覆盖冰层，与实际除冰情况不符，且不同 冰层厚度覆盖下路面材料的发热效率有较大差别；（2)路面材料的微波发热效率指标不能 够为微波除冰车的发射功率、行走速度等指标提供依据。综上所述，路面材料的微波发热效 率与微波除冰性能是两个不同指标，二者不能互相替代。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种路面材料微波除冰性能的试验装置和试验方法，能 够准确的测定路面材料的微波除冰性能，从而可W从提高道路微波除冰效率的角度优选出 适用于微波除冰的路面材料，并为微波除冰车的使用提供如微波发射频率、发射功率、行驶 速度等技术参数。
[0006]为实现上述目的，本发明的试验装置包括试件成型装置和可移动式微波除冰装 置。
[0007] 所述的试件成型装置包括四边形底板，底板的四边垂直设有侧板，底板和侧板之 间、侧板和侧板之间设有密封垫片，用螺丝紧固连接。侧板上设有液位计。
[0008] 所述可移动式微波除冰装置包括控制系统、微波加热系统和移动装置。
[0009] 所述的控制系统包括总电源、数据处理与控制单元、微波加热功率控制模块、加热 频率控制模块、加热时间控制模块和移动速度控制模块； 所述的总电源对整个微波除冰装置进行供电并控制； 数据处理与控制单元包括红外测溫仪、拉力传感器、测速器；红外测溫仪用于测定封闭 加热方式下路面材料的表面溫度；拉力传感器用于测定冰层与路面材料试件表面之间的粘 结力；测速器用于测定微波除冰装置的行驶速度；数据处理与控制单元能够接收和显示采 集的信息； 加热功率、加热频率、加热时间控制模块与微波加热系统连接，控制微波除冰的加热功 率大小，加热频率选择和加热时间的长短； 移动速度控制模块与移动装置连接，控制移动装置的前进或后退等移动、制动及移动 速度； 所述的微波加热系统包含不同频率的多个磁控管、微波天线、加热腔、散热装置和屏蔽 装置； 微波加热系统的加热腔为两用型，包括封闭加热模式和开放加热模式，封闭加热模式 下加热腔底板封闭，开放加热模式下加热腔底板为打开状态。
[0010] 所述移动装置承载整个微波除冰性能试验装饰，包括橡胶轮、制动器、电动机、传 动器和电磁屏蔽帘； 电动机与种植系统连接，能够接受指令，通过传动链条驱动橡胶轮前进或后退； 电磁屏蔽帘用W防止微波泄漏。
[0011] 一种测定路面材料微波除冰性能的试验方法，其特征在于利用上述试验装置，按 照W下步骤进行： (1)试件制备 ① 按照交通运输部部颁标准《公路工程渐青及渐青混合料试验规程》（JTGE20-2011) 中的T0703 - 2011轮娠法成型渐青混凝±试件，试件尺寸为300X300mmX40mm，试件个数 根据实际需要确定； ② 根据所要制作的除冰试件长度选择成型底板与侧板，将渐青混凝±试件放置在底板 上，依次在连接处安装密封垫圈，利用螺丝紧固底板、侧板，形成试验槽； ③ 在试件成型槽中注水，利用液位计查看液面高度，注水液面高度由试验覆冰厚度确 定，如覆冰厚度为h(mm),则液面高度应为h+40 (mm); ④ 将试件成型装置放置在一i〇°c±rc的恒溫箱或恒溫室中，至结冰，应保持该装置 水平，使冰层厚度均匀； ⑥卸下紧固的螺丝，将成型装置侧板打开，取出覆冰试件，放在恒溫箱或恒溫室中，备 用。
[001引 （2)测定 ① 该试验操作须全部在溫度可调节的溫控室中进行，将溫控室中的溫度调整至试验溫 度，保持化； ② 将覆冰试件的下层渐青混凝±固定在地面，利用塑料或其他透波材料制成的软绳将 表面冰层紧固并连接在力学传感器上，将冰层向一侧牵引，使牵引力达到100N，并固定； ③ 将微波除冰装置移至覆冰试件上方，使出波口完全覆盖试件，固定；检查并确保电磁 屏蔽帘完全与地面接触，W防止试验过程中微波泄漏； ④ 在控制系统操作面板上选择微波发热功率、频率参数，启动微波除冰装置； ⑥ 当牵引力下降至5N时，微波除冰装置自动停止加热，记录此时的加热时间T(S); ⑧ 重新取一块覆冰试件，将其下层渐青混凝±固定在地面，利用塑料或其他透波材 料制成的软绳将表面冰层紧固并连接在力学传感器上，将冰层向一侧牵引，使牵引力达到 100N，并固定； ⑦ 将微波除冰装置移至覆冰试件一侧，使底部出波口边缘与试件边缘距离0. 5m，在控 制系统操作面板上选择微波发热功率、频率参数，设定微波除冰装置的行驶速度为30/T (m/min)，启动微波除冰装置； ⑨ 待微波除冰装置底部出波口完全越过覆冰试件时，使微波除冰装置停止行驶，并关 闭微波加热系统，查看拉力传感器数值； ⑨如拉力传感器最终数值大于5N，则将覆冰试件在试验环境下静置化，降低微波除 冰装置的行驶速度，重复⑧~⑨；如拉力传感器在试验过程中变为0,则重新取一块覆冰试 件，提高微波除冰装置的行驶速度，重复⑧~⑨；如拉力传感器最终数值为0~5N之间，贝U 记录此时的行驶速度V(m/min)。
[001引 （3)结果整理 路面材料的微波除冰性能W除冰时间T(S)与除冰行驶速度V(m/min)计，试验结果 除冰时间T(S)与除冰行驶速度V(m/min)均应注明微波加热频率（GHz)、微波加热功率 (kW)、试验溫度rC)与覆冰厚度（mm)等试验条件。
[0014]通过本发明的试验装置与试验方法测定不同路面材料的微波除冰性能，能够反映 不同路面材料除冰性能的差异，测试结果准确、稳定、可靠，区分度高。本发明的试验装置与 试验方法能够优选出微波除冰性能突出的路面材料，提高道路微波除冰效率，推动道路微 波除冰技术的发展。
【附图说明】
[0015] 图1为成型装置的结构示意图； 图2为可移动式微波除冰装置的原理图； 图3为可移动式微波除冰装置的的结构示意图； 图4为成型装置的立体结构图； 图5为可移动式微波除冰装置的的立体效果图。
[0016]图1中，101底板，102侧板紧固螺丝，103纵向侧板，104横向侧板，105密封垫片， 106纵向侧板紧固螺丝，107底板紧固螺丝，108液位计。图3中：201屏蔽帘，202橡胶轮， 203制动器，204移动装置，205可拆卸底板，206测速器，207传动器，208电动机，209拉力传 感器，210数据线，211AJ11B红外测溫仪，212微波天线，213加热腔口，214加热腔，215移 动速度控制模块，216控制面板，217加热时间控制模块，218数据处理与控制单元，219散热 窗，220AJ20B屏蔽罩，221磁控管，222通风扇，223总电源，224微波频率控制模块，225微 波功率控制模块。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[001引如图1所示，本发明的试验试件成型装置主要由底板101，横向侧板104和纵向侧 板103组成，底板101与侧板103、104、横向侧板104与纵向侧板103之间通过紧固螺丝连 接，根据所要制作的试件尺寸，多块底板101之间可W通过底板紧固螺丝107连接，多块纵 向侧板103之间通过纵向侧板紧固螺丝106连接，W上接触面均放置密封垫片105,防止漏 水。试验槽组装完成后，将渐青混凝±试件放入试验槽后放水，利用液位计108控制液面高 度使试件覆冰高度满足试验要求。
[0019] 如图2所示本发明中的微波除冰装置主要由控制系统、微波加热系统、数据采集 系统与移动装置组成。数据采集系统采集数据并传输至控制系统，控制系统向微波加热系 统和移动装置下达指令，完成微波加热与试验装置移动，通过测定覆冰路面材料冰层与路 面脱离所需的加热时间W及完成除冰试验装置所需的最大行驶速度两项指标表征路面材 料的微波除冰性能。
[0020] 如图3所示，本发明的可移动式微波除冰装置可W进行微波除冰性能试验，表征 微波除冰性能的指标为微波除冰加热时间与最大除冰行驶速度。
[0021] 测定微波除冰加热时间时，应首先通过制动器206使除冰装置固定，再将加热腔 214底部的可拆卸底板205卸下，把覆冰试件放置于出波口下方并固定，利用塑料或其他透 波材料制成的软绳将表面冰层紧固并连接在拉力传感器209上，将冰层向一侧牵引，使牵 引力达到100N，再将其固定；将屏蔽帘201放下，使之与地面完全接触，避免微波泄漏；将加 热腔口 213关闭，通过控制面板216的微波频率模块224、微波功率模块225设定试验微波 发射频率与发射功率，启动磁控管221 ;拉力传感器209实时记录拉力变化，并传输至数据 处理与控制单元218,当拉力< 5N时，表示覆冰试件的冰层与路面材料之间脱离，数据处理 与控制单元218自动