专利名称：一种gtm旋转压实剪切试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及剪切试验机，尤其涉及采用旋转压实方式进行试件成型的GTM剪切试验机。
背景技术：
GTM旋转剪切压实试验机是进行浙青混合料配比及沙、土、石混合料组成设计的实验设备，通过模拟现场压路机和随后汽车对路面的作用，较为准确的反应轮胎与路面的相互作用，从而依据车辆对路面实际接触压力的大小设计出符合要求的浙青混合料，使设计抗剪强度大于实际所受的剪应力，同时将应变控制在适当的范围内，从而保证路面的可靠性。采用此种方式设计的浙青混合料路面在设定的车载重和交通量下，可以极大的避免车辙和泛油现象的发生。GTM旋转剪切压实试验机具有压实成型、剪切试验和车辆模拟的综合功能，其功能参数具有完备的理论推理方法，避免马歇尔击实法和CBR法等需要依赖一定经验，具有一定的局限性，如:成型方法不能准确模拟车轮对路面作用状况，与路面实际性能差异较大，无法很好的适应改性浙青混合料抗渗性能要求，不能保证浙青混合料具有抗车辙、抗疲劳及抗低温的能力。GTM旋转剪切压实试验机可做循环载荷试验，检测材料的弹性模量也可以对已建成的路面、路基和土基的抗剪强度和剪应变进行测试，以确定路面结构的稳定性，也可用来检测材料及施工效果。GTM旋转剪切压实试验机是基于美国工程兵学院为解决B52重型轰炸机跑道易损问题而提出的路面材料集配设计，在国内此项技术尚属空白。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种GTM旋转压实剪切试验机，能够模拟现场压路机和随后汽车对路面的作用，较为准确的反应轮胎与路面的相互作用，通过测量和计算浙青混合料性能参数，为浙青混合料配合比提供支撑。为达此目的，本实用新型采用以下技术方案:一种GTM旋转压实剪切试验机，包括旋转压实剪切机构、动力机构、数据采集控制机构和支撑机架，PLC控制柜的信号采集端与数据采集控制机构相连，所述动力机构包括PLC控制的液压元件和动力源，所述旋转压实剪切机构包括滚轮支座、夹具、上顶杆及下顶杆，所述滚轮支座的左右外沿端处设有滚轮支架，滚轮支架上设有滚轮，所述夹具顶部为外凸圆盘，外凸圆盘上下面分别与两滚轮滚面相接触，夹具内部设有试件，所述上顶杆位于试件上方，所述下顶杆位于试件下方。进一步的，所述上顶杆穿过滚轮支座，其运动由液压元件驱动，同一水平面上，上顶杆和下顶杆中心轴线不处于同一条直线上。进一步的，所述数据采集控制机构包括旋转角传感器和位移传感器，所述旋转角传感器设于夹具左下方，位移传感器设于上顶杆旁位移检测处。[0010]进一步的，所述两滚轮中心连线与水平方向的夹角为机械角Φ，机械角Φ随两滚轮相对高度的变化而变化。进一步的，所述两滚轮在液压元件的驱动下旋转，且带动夹具绕其中心轴线旋转。优选为，所述夹具旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3时的状态称为平衡状态。优选为，所述试件试模型号有10.16X20.32cm、15.24X25.40cm和20.32X 30.48cm三种规格。本实用新型的有益效果为:通过旋转压实剪切机构上下顶杆对试件施加压力模拟重载车路对路面的压力，同时夹具旋转，使得其内部的试件在垂直压力下被不断搓揉、剪切、压实准确模拟行驶轮胎对路面的相互作用，再通过数据控制采集机构对浙青混合料物的试验过程进行监控，准确反应浙青混合料性能参数，优化浙青配合比设计。
图1是本实用新型具体实施方式
提供的一种GTM旋转压实剪切试验机旋转剪切机构的示意图；图2是本实用新型具体实施方式
提供的一种GTM旋转压实剪切试验机夹具的结构示意图；图3是本实用新型具体实施方式
提供的一种GTM旋转压实剪切试验机试件的受力分析图。图中:1、滚轮支座；2、夹具；3、上顶杆；4、下顶杆；5、滚轮支架；6、滚轮；7、外凸圆盘；8、
试件；9、旋转角传感器。
具体实施方式
以下结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本实用新型的技术方案。图1-2是本实用新型具体实施方式
提供的一种GTM旋转压实剪切试验机旋转剪切机构和夹具结构示意图。一种GTM旋转压实剪切试验机，包括旋转剪切机构、动力机构、数据采集控制机构和支撑机架，PLC控制柜的信号采集端与数据采集控制机构相连，所述动力机构包括PLC控制的液压元件和动力源。旋转压实剪切机构包括滚轮支座1、夹具2、上顶杆3及下顶杆4。滚轮支座I的左右外沿端处设有滚轮支架5，滚轮支架5上设有滚轮6，两滚轮6中心连线与水平方向的夹角为机械角Φ，机械角Φ随两滚轮6相对高度的变化而变化；夹具2顶部为外凸圆盘7，外凸圆盘7上下面分别与两滚轮6滚面相接触，夹具2内部设有试件8，试件8试模型号有10.16X20.32cm、15.24X25.40cm和 20.32X30.48cm三种规格；上顶杆 3位于试件8 上方，穿过滚轮支座1，其运动由液压元件驱动，下顶杆4位于试件8下方，同一水平面上，上顶杆3和下顶杆4中心轴线不处于同一条直线上。两滚轮6包括上滚轮和下滚轮，上滚轮和下滚轮在液压元件的驱动下旋转，且带动夹具2绕其中心轴线旋转,夹具2旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3时的状态称为平衡状态。[0024]数据采集控制机构包括旋转角传感器9和位移传感器，所述旋转角传感器9设于夹具左下方，用于检测夹具旋转的圈数和旋转角度，位移传感器设于上顶杆旁位移检测处，通过检测上下顶杆的距离，来确定被测试件的高度。具体使用时，首先设置参数，GTM旋转压实剪切试验机主要技术参数预存至PLC内存中，用户可以根据实际需要在PLC控制柜用户界面设置，主要技术参数包括:(I)旋转压实速度 0-30 转/min(±0.5)(2)垂直压强0.2-1.25Mpa(±0.5)(3)初始机器角 0.5-3° (±0.1° )(4)上滚轮压强 0_lMpa(±0.5)(5)试模温度室温——120° C(±2° )(6)试模规格Φ 10.16cm、Φ 15.24cm、Φ20.32cm其中垂直压强是根据用户需要设定的实际加载载荷确定，可为静态载荷或交变载荷。同时还应注意试件8的抗剪强度 > 设计载荷作用时所产生的剪应力,试件8的应变比(GSI) ( 1.05，即将试件8的应变控制在合理的范围之内，防止塑性变形的出现，影响测量的准确性。其中设计载荷为轮胎和路面的最大接触压强，各级不同公路设计载荷也不同。然后，将符合上述要求的试件8放置在夹具2中，开启GTM旋转压实剪切试验机，液压系统以加载载荷驱动上顶杆3向下运动对试件8垂直施压。同时上下滚路6旋转，试件8便随着试模夹具在设定加载载荷压力下不断搓揉、剪切、压实，直到平衡状态。此过程中，数据采集控制机构持续将检测值输入至PLC控制柜，供PLC程序计算最佳浙青用量的影响指标GS1、旋转安全系数(GSF)、最终密度、静态剪切强度(SG)、静态剪切模量(Gg)、静态压缩模量(Eg)等功能参数，以及加载载荷为交变载荷时各种试件8应变量。上述各量的计算，具有成熟的理论支持，如静态剪切强度(SG)、旋转剪切因子(GSF)方法如下:参见受力分析图3，对试件8及夹具2构成的构件列扭转平衡方程有:2WL=2PaL=SG*Ah+2Fd_NbP-滚轴压强；a_滚轴活塞的有效截面积；h_试件高度；W_作用在滚轴上的压力；L-滚轴的转矩；A-试件8截面积；d-为垂直压力力矩；F-摩擦力山为上顶杆和下顶杆中轴线之间的距离。其中P为参数设定量，A、a为选定试模规格后确定的已知量，L是与P相关的可求量，h-试件高度为位移传感器所测量。同时，由于选择试件8时要求其应变比(GSIX 1.05，塑性变形小可以忽略，d和F均很小，则忽略不计。则可以求出静态 剪切强度:SG=2WL/Ah=2PaL/AhGSF=SG/ τ max，其中最大剪应力 τ max=2p’ aL/ (Ah)，p’ 为设计载荷。 最后，测量过程平衡状态一直持续到平衡状态后终止，PLC将计算得到最佳浙青用量的影响指标或指标变化曲线显示在PLC控制柜界面上，供用户观察试验结果，进行浙青混合料的性能设计，优化配比设计或者评定施工和使用阶段的压实及密实趋势，绘制密实曲线，分析级配料与浙青用量之间的关系。 以上仅以实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限于上述尺寸和外观例证，更不应构成本实用新型的任何限制。只要对本实用新型所做的任何改进或者变型均属于本实用新型权利要求主张的保护范围之内。
权利要求1.一种GTM旋转压实剪切试验机，包括旋转剪切机构、动力机构、数据采集控制机构和支撑机架，PLC控制柜的信号采集端与数据采集控制机构相连，所述动力机构包括PLC控制的液压元件和动力源,其特征在于:所述旋转剪切机构包括滚轮支座(I)、夹具(2)、上顶杆(3 )及下顶杆(4 )，所述滚轮支座(I)的左右外沿端处设有滚轮支架(5 )，滚轮支架(5 )上设有滚轮(6)，所述夹具(2)顶部为外凸圆盘(7)，外凸圆盘(7)上下面分别与两滚轮(6)滚面相接触，夹具(2 )内部设有试件(8 )，所述上顶杆(3 )位于试件(8 )上方，所述下顶杆(4 )位于试件(8)下方。
2.根据权利要求1所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述上顶杆(3)穿过滚轮支座(I )，其运动由液压元件驱动，同一水平面上，上顶杆(3)和下顶杆(4)中心轴线不处于同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述数据采集控制机构包括旋转角传感器(9)和位移传感器，所述旋转角传感器(9)设于夹具左下方，位移传感器设于上顶杆旁位移检测处。
4.根据权利要求1所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述两滚轮(6)中心连线与水平方向的夹角为机械角Φ，机械角Φ随两滚轮(6)相对高度的变化而变化。
5.根据权利要求1所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述两滚轮(6)在液压元件的驱动下旋转，且带动夹具(2 )绕其中心轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述夹具(2)旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3时的状态称为平衡状态。
7.根据权利要求1所述的GTM旋转压实剪切试验机，其特征在于，所述试件(8)试模型号有 10.16X20.32cm、15.24X25.40cm 和 20.32X30.48cm 三种规格。
专利摘要本实用新型公开了一种GTM旋转压实剪切试验机，包括旋转剪切机构、动力机构、数据采集控制机构和支撑机架，动力机构包括PLC控制的液压元件和动力源，其显著特征在于所述旋转剪切机构包括旋转架、滚轮支架、夹具、上顶杆及下顶杆，所述滚轮支架上设有滚轮，所述夹具顶部为外凸圆盘，外凸圆盘上下面分别与两滚轮滚面相接触。本实用新型的有益效果为GTM把混合料成型压实试验机、力学剪切试验机和车辆模拟机合并成为了一台试验机，一旦试件成型完毕，不需进行另外的强度试验即可得到混合的设计密度和沥青用量，GTM具有试验周期短、试验成本较低的特点。
文档编号G01N3/24GK203025052SQ201220695318
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者李昌铸, 吴建鑫 申请人:北京中交路通科技发展有限公司