模拟实际车轮载荷的沥青混合料剪切强度测试仪的制作方法

本发明属于沥青混合料剪切强度设备技术领域，涉及一种模拟实际车轮载荷的沥青混合料剪切强度测试仪。

背景技术：

近年来，我国高速公路事业迅猛发展，取得了巨大的成就。目前，我国的高等级公路普遍采用半刚性沥青路面结构，这种路面结构为我国适应重载交通的高等级公路的建设和发展做出了重要贡献。然而，半刚性基层沥青路面普遍存在早期破坏现象，对此国内外学者进行了大量的调查。研究表明，层间剪切破坏是造成路面破损的关键因素之一。层间剪切导致层间滑移后会使道路服务水平严重下降，严重缩短了道路的使用寿命。沥清混合料作为一种感温性材料，其性能与环境温度密切相关。因此，急需一种可以测量不同温度下沥青混合料抗剪切性能的设备，以便更好的体现沥青混合料层间抗剪切性能。

沥青混合料剪切强度测试仪，是测量沥青混合料抗剪切强不可缺少的设备，方便快捷。

目前，沥青混合料剪切强度测试仪存在以下缺点：

一、对试件施加侧面压力时，采用的是静力加载方式，这与实际情况不符；

二、不考虑温度对沥青混合料性能的影响，实验结果与实验时外界温度有关，得到的数据具有很大的不确定性；

三、采用圆形试件进行测试，不能很好的反映出路面结构的受力状况；

四、施加侧面载荷时，作用面积唯一，不具有代表性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种模拟实际车轮载荷的沥青混合料剪切强度测试仪，能够施加动荷载，模拟实际车轮载荷，完成沥青混合料抗剪切强度测试。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括安装有加热装置的环境箱，环境箱内设置有加载车轮和试模承台，加载车轮通过连接杆件连接用于带动加载车轮对待测试件施加压力且在水平方向来回移动的第一动力装置，加载车轮位于试模承台上方；

环境箱中安装有温度传感器，连接杆件上安装有位移传感器及力传感器，温度传感器、位移传感器及力传感器均连接控制面板。

进一步地，环境箱含有内壁和外壁，加热装置包括设置在环境箱的外壁和内壁之间的电热丝。

进一步地，环境箱的内壁采用能够拆卸的防热板，外壁采用不锈钢材料；在环境箱外壁和内壁之间设置保温隔热材料。

进一步地，环境箱的底部安装有四个车轮和四个支撑底座。

进一步地，加载车轮通过连接杆件和导管与第一动力装置相连，在环境箱顶部内侧安装有水平的第一滑轨，第一滑轨通过滑轮连接车轮吊板，连接杆件竖直设置且穿过车轮吊板。

进一步地，加载车轮和连接杆件之间为螺纹连接。

进一步地，试模承台通过滑轮和水平的第二滑轨安装在环境箱中，试模承台通过传力杆连接用于带动试模承台在水平方向来回滑动的第二动力装置，环境箱的侧壁上开设有用于试模承台滑出的通孔；试模承台的侧壁上设置有定位螺母。

进一步地，环境箱开设有通孔的侧壁上设有带玻璃窗的门。

进一步地，第一动力装置和第二动力装置均采用伺服式液压机。

进一步地，待测试件为长方体形。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过增加带有加热装置的环境箱，可以调整实验时所需的不同环境温度；同时，通过设置加载车轮和试模承台，能够模拟实际车轮载荷，进行沥青混合料剪切强度测试；通过设置位移传感器、力传感器以及控制面板来控制不同的加载类型，其中，力传感器能够获取待测试件所受动载侧限压力，位移传感器能够获得加载车轮的位移变化，达到剪切荷载的大小和位移的大小控制，从而控制不同的加载类型，如等应变或等应力加载。本发明可以在有效模拟实际环境温度及路面动载情况下进行沥青混合料抗剪切强度测试，与实际情况相符，准确性高。

进一步，本发明环境箱内壁采用能够拆卸的防热板，减少实验过程中可能掉落的实验残渣对电热丝的污染；外壁采用不锈钢材料，起到支撑箱体的作用，并密闭环境箱；通过设置保温隔热材料，防止温度外泄，提高升温速率。

进一步，本发明在环境箱的底面四个角设置车轮及支撑底座，便于仪器的搬运，且静置时，收起车轮，放下支撑底座，减少车轮的损坏，并防止仪器安装不稳定。

进一步，本发明通过采用可以更换的加载车轮施加侧压，可以施加不同接触面积的实际动轮载，且动载速度可控。

进一步，本发明通过设置第二滑轨，使试模承台可以滑出，方便试件的放入及取出，可以避免实验人员由于不小心碰到环境箱内的物体被烫伤。

进一步，本发明设有带玻璃窗的门，便于密封环境箱且可以实时观察实验过程中的各种状况。

进一步，本发明采用长方体形的待测试件，能很好的反映出路面结构的受力状况。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2(a)为本发明的侧压装置示意图，图2(b)是侧压装置的侧视图。

图3为本发明的控制面板示意图。

图4(a)为本发明带玻璃窗的门的示意图，图4(b)是试模承台的示意图。

图5为本发明的电热丝分布图。

图6为本发明的电路控制图。

其中1环境箱、2加载车轮、3车轮吊板、4传力杆、5第二滑轨、6电热丝、7温度传感器、8位移传感器、9力传感器、10伺服式液压机、11试模承台、12控制面板、13定位螺母、14带玻璃窗的门、15支撑底座、16车轮、17导管、18连接杆件、19导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参考图1，本发明包括环境箱1、可更换的加载车轮2、车轮吊板3、传力杆4、第一滑轨、第二滑轨5、环绕四壁的电热丝6、温度传感器7、位移传感器8、力传感器9、伺服式液压机10、试模承台11、控制面板12、定位螺母13、带玻璃窗的门14、四个支撑底座15、四个车轮16、多根导管17、连接杆件18、多根导线19。

四个车轮16分别位于环境箱1底部的四个角，在需要移动仪器时，起到减少摩擦的作用；四个支撑底座15分别位于四个车轮16的外侧，起到固定仪器的作用，避免仪器滑动造成破坏。

环境箱1包括内壁与外壁，内壁采用可拆卸防热板，减少实验过程中可能掉落的实验残渣对电热丝的污染。外壁采用不锈钢材料，起到支撑箱体的作用，并密闭环境箱1。

车轮吊板3水平设置且位于环境箱1内顶部，车轮吊板3通过滑轮和水平的第一滑轨连接环境箱1内侧壁，加载车轮2通过连接杆件18和导管17与第一动力装置相连，连接杆件18竖直设置且穿过车轮吊板3，第一动力装置位于环境箱1外侧，以控制加载车轮2作用到试件上的压力，以便模拟实际车辆荷载作用到路面上的压力，且第一动力装置能够带动加载车轮2在水平方向来回移动。

试模承台11位于加载车轮2的下方；定位螺母13位于试模承台11右侧两端点位置处，起到固定试件的作用，避免试件在动侧压力的作用下产生位移；传力杆4位于试模承台11右侧并与第二动力装置相连，伺服式液压机10相连，试模承台11通过滑轮和水平的第二滑轨5安装在环境箱1中，环境箱1的侧壁上开设有用于试模承台11滑出的通孔，通过第二动力装置和传力杆4，可带动试模承台11滑出环境箱1，便于试件的放入；在试模承台11完全进入环境箱1之后，试模承台11的侧壁和环境箱1的侧壁齐平，且在开设有通孔的环境箱1的侧壁上设有带玻璃窗的门14。第一动力装置和第二动力装置均采用伺服式液压机10。

参见图2(a)和图2(b)，加载车轮2可以更换，分别采用不同地区具有代表性的车轮，以求模拟最真实的路面工作状况。

参见图3，本发明的控制面板12上有车轮上升开关、电源开关、车轮速度开关、侧压大小开关、等应力加载开关和等应变加载开关，还有温度显示屏、侧压显示屏和剪力显示屏，并在各显示屏一侧对应设置有温度控制开关、侧压控制开关和剪力控制开关。

参见图4(a)，在环境箱1的侧壁上设有带玻璃窗的门14，便于更换加载车轮2、放置试件以及在测试时密封环境箱，且可以实时观察实验过程中的各种状况。待测试件为长方体形。参见图4(b)，试模承台11为长方形抽屉式结构，便于放置待测试件。

参见图5，电热丝6位于环境箱内壁与环境箱外壁之间，且电热丝6均匀分布在两侧壁板和底面壁板内，以达到均匀加热的效果。在外壁与内壁之间可设置保温隔热材料，防止温度外泄，提高升温速率。

温度传感器7位于试模承台11右上方；位移传感器8和力传感器9与连接杆件18相连，以控制剪切应力的大小；温度传感器7、位移传感器8以及力传感器9均在环境箱1中，控制面板12位于环境箱1外侧并通过导线19与温度传感器7、位移传感器8和力传感器9相连，以便达到温度、荷载与位移的调整与设定，如图6所示。

本发明的使用过程为：接通电源，打开带玻璃窗的门14，通过实验要求，选择合适的加载车轮2，更换完毕后，通过第二滑轨5将试模承台11拉出，将试件放入试模承台11，并通过定位螺母13将试件牢牢固定住，以免产生多余的位移，然后将试模承台11沿第二滑轨5滑进，关上带玻璃窗的门14，通过控制面板12进行试验参数的设置，选择合适的实验温度、车轮荷载、加载车轮的速度以及剪切力加载类型。最后，点击控制面板12上的开始按钮进行实验。

本发明能够使实验环境得到控制，使用内含电热丝6的环境箱1进行加热，使实验时的环境达到实验人员所需的温度。通过可以更换轮胎的加载车轮2模拟实际路面受力的情况，且利用第一动力装置对加载车轮2施加荷载，提供试验所需的剪切力，通过第一动力装置、车轮吊板3和第一滑轨相配合，带动加载车轮2水平来回滑动，从而可以达到施加动荷载的目的。还可以根据实际情况对动荷载的速度进行控制与调整。通过连接杆件18与伺服式液压机10，以不同形式加载。最终达到可以模拟实际环境温度及路面动载情况下的沥青混合料抗剪切强度的目的。

同时在连接杆件18上附有位移传感器8及力传感器9，实时控制实验过程中的变化。环境箱1的双层夹板中设置有加热用的电热丝6，并根据温度传感器7对温度进行调控。试模承台11下设有第二滑轨5，使得试模承台11可以沿轨道滑出，便于试件的放入及取出。位于试模承台11右侧的定位螺母13可以将试件固定在指定的位置，以免试件上方所施加的侧面动载压力使试件产生多余的移动。

本发明增加了环境箱1，可以调整实验时所需的不同环境温度，同时模拟实际车轮载荷，进行沥青混合料剪切强度测试。同时，侧面施加剪切力的连接杆件18可以通过传感器以及控制面板来控制不同的加载类型：等应变或等应力加载。