一种能够检测沥青道路层间多项结合力的试验装置的制作方法

本发明属于工程机械领域，具体涉及一种能够检测沥青道路层间多项结合力的试验装置。

背景技术：

沥青路面由于具有行车舒适、噪声小、易于机械化施工、养护维修方便等优越性能而得到广泛的应用，沥青路面在建设时，是分层修筑的，每层功能、厚度和材料等不尽相同，各层间需要良好的粘接以便最终形成整体结构。层间处治是沥青路面修建的重要环节，而处治质量直接影响路面质量和整体性能。虽然我国公路建设迅猛发展，整体水平大幅提高，但是有的路面工程因建设周期短、养护跟不上、车辆重载超载等原因，质量问题突出，特别是早期出现车辙、分层等现象。这些问题不但造成了巨额的维修费用，而且极大影响路面的使用性能和行车安全，造成经济和社会效益的双重损失。国内外大量研究表明，路面层间处治质量不佳是引起沥青路面质量问题的重要原因之一。层间处治质量不高的主要原因是缺乏有效的处治手段和缺少能综合测量层间结合力以便直接反映层间结合状态的试验装置。

现有的测量层间结合力的试验装置只能单一测量某一种破坏强度的大小，但试验结果需要对各种破坏强度进行综合分析，对于不同破坏强度的检测需要在其他不同的检测装置上进行，这种传统的检测方式操作复杂，并引入了不同装置检测时的检测误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术不能同时对沥青路面各种破坏强度进行综合分析的问题，提供一种能够检测沥青道路层间多项结合力的试验装置，能够模拟沥青道路三种基本的层间破坏形式，同时检测出破坏时各破坏强度扭转剪切强度、水平剪切强度和拉伸强度。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种能够检测沥青道路层间多项结合力的试验装置，包括机架以及支承在机架上的动力装置，机架的内部设置测量机构，所述的动力装置与测量机构通过执行机构相接；所述动力装置包括电机和电推杆，电机和电推杆分别通过电机座和电推杆固定座固定在机架上；执行机构包括丝杠，丝杠的一端通过第一联轴器和电机的输出轴相连接，丝杠的另一端通过第二联轴器和上夹具相连接；所述的上夹具安装在抬升板上，抬升板通过螺母座与安装在丝杠上的螺母相连接，上夹具在抬升板的带动下进行竖直方向上的移动；所述的电推杆与下夹具相连接，下夹具安装在滑轨上，下夹具在电推杆的作用下进行水平方向上的移动；所述的测量机构包括布置在丝杠上的扭矩传感器、沿移动方向布置在机架与抬升板之间的第一位移传感器、沿移动方向布置在电推杆固定座与下夹具之间的第二位移传感器、布置在螺母座竖向连杆上的第一力传感器以及布置在电推杆与下夹具连接处的第二力传感器；所述的扭矩传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一力传感器以及第二力传感器均与数据采集仪相连接，将采集到的数据全部传输至数据采集仪进行实时记录和读取。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，所述的电机布置在机架的外部上方，电机的输出轴竖直向下与丝杠连接。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，所述丝杠穿出机架的位置设置有导套，丝杠通过导套固定在机架上。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，抬升板的中心开设有上夹具的通过孔，通过孔的四周开槽，上夹具的顶部加工有凸缘，上夹具配合安装后能够使其顶部的凸缘挡在通过孔的槽上。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，抬升板为圆形板，螺母座为圆桶状结构，螺母座上表面与螺母相连接，若干根竖向连杆围成桶型连接在抬升板与螺母座的上表面之间。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，所述的第一力传感器成对布置在丝杠两侧的螺母座竖向连杆上并关于丝杠对称。

作为优选，本发明试验装置的一种实施例中，所述电推杆固定座和滑轨设置在机架内部的底面上，通过电推杆固定座将电推杆横向安装并与滑轨上的下夹具相连接。

相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：当进行沥青路面层间结合力检测时，测量机构可以单独使用或者组合使用，实现了对沥青道路三种基本的层间破坏形式的模拟，包括拉伸破坏、水平剪切破坏、扭转剪切破坏，并且能够同时检测出破坏时各破坏强度扭转剪切强度、水平剪切强度和拉伸强度的大小。实现了一机多用，能检测多项结合力的指标，避免了每个指标都需要一个特定的装置来检测，不仅节约了资源，还提高了工作效率，可以实现多项指标的同时检测，这样就为分析每个指标和每个指标之间的相互关系提供了依据。

附图说明

图1本发明试验装置的结构示意图；

图2本发明抬升板的结构示意图；

图3(a)本发明测量机构扭矩检测单元的检测原理图；

图3(b)本发明测量机构剪切检测单元的检测原理图；

图3(c)本发明测量机构拉伸检测单元的检测原理图；

1-机架；2-电机座；3-电机；4-第一联轴器；5-扭矩传感器；6-丝杠；7-导套；8-螺母；9-螺母座；10-第一位移传感器；11-第二联轴器；12-第一力传感器；13-抬升板；14-上夹具；15-第二位移传感器；16-电推杆；17-第二力传感器；18-电推杆固定座；19-滑轨；20-下夹具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1-3，本发明测量沥青道路层间结合力的试验装置包括：机架1、动力装置、执行机构、夹具和测量机构，试验装置具有三种检测方式，当进行沥青路面层间结合力检测时，检测单元可以单独使用或者组合使用，实现了对沥青道路三种基本的层间破坏形式的模拟，并且能够同时检测出破坏时各破坏强度扭转剪切强度、水平剪切强度和拉伸强度的大小。

其中，动力装置包括电机3和电推杆16，电机3和电推杆16分别通过电机座2和电推杆固定座18固定在机架1上。电机3布置在机架1的外部上方。

执行机构包括丝杠螺母副和滑轨移动副。丝杠螺母副的丝杠6竖直穿过机架1设置，丝杠6穿出机架1的位置设置有导套7，丝杠6通过导套7固定在机架1上。丝杠6的一端通过第一联轴器4和电机3的输出轴相连接，丝杠6的另一端通过第二联轴器11和上夹具14相连接；螺母8固定在螺母座9上，螺母座9为圆桶状结构，螺母座9的上表面与螺母8相连接，若干根竖向连杆围成桶型连接在抬升板13与螺母座9的上表面之间，也可以将若干根竖向连杆替换为封闭面，采用封闭侧面连接在抬升板13与上表面之间。螺母座9和抬升板13相连接，抬升板13也同时和上夹具14相配合；下夹具20可在滑轨19上移动。

测量机构包括：一个扭矩传感器、两个位移传感器、三个力传感器和一个数据采集仪。

扭矩传感器5布置在丝杠6上；第一位移传感器10和第二位移传感器15分别固定在机架1和电推杆固定座18上，第一位移传感器10和第二位移传感器15的检测端分别与抬升板13和下夹具20侧面相接触；两个第一力传感器12布置在螺母座9竖向连杆上，第二力传感器17布置在电推杆16前端；扭矩传感器5、第一位移传感器10、第二位移传感器15、第一力传感器12和第二力传感器17与数据采集仪相接，将采集到的数据全部传输至数据采集仪。

使用扭转检测时，先将试验层安放在夹具指定位置，卸除抬升板13，用第一联轴器4将上夹具14和丝杠6连接好，打开电机3的开关，通过丝杠6带动上夹具14旋转而下夹具20保持不动，同时由数据采集仪记录扭矩传感器5的数据，最终实现了对试验层层间扭转剪切强度的检测，请参阅图1和图3(a)-图3(c)所示，具体实施方法如下：

电机3通过电机座2固定在机架1上，电机3的输出轴通过第一联轴器4和丝杠6的上端相连接，丝杠6的下端通过第二联轴器11和上夹具14相连接，丝杠6通过导套7连接在机架1上，扭矩传感器5布置在丝杠6上。卸除掉抬升板13，调试好试验装置后，先将待测试验层放入夹具上夹具14和下夹具20中，保证试验层和夹具紧密连接。紧接着打开电机3开关，电机3的输出轴旋转，通过第一联轴器4带动丝杠6旋转，丝杠6又通过第二联轴器11带动上夹具14旋转，而同时设置在机架1下部的下夹具20保持固定，利用数据采集仪实时记录扭矩传感器5的数值，实现对试验层扭转剪切强度的检测。

使用横向剪切检测时，按上述方法将试验层固定，使得试验层层间结合面与上下夹具的结合面处于同一水平高度；打开电推杆16的开关，推动下夹具20在滑轨19上横向滑动，同时由数据采集仪记录第二力传感器17和第二位移传感器15的数据，经过后期计算，实现了对试验层层间水平剪切强度的检测，请参阅图1和图3所示，具体实施方法如下：

电推杆16通过电推杆固定座18固定在机架1上，下夹具20与滑轨19相连，可在滑轨19上水平移动，滑轨19固定在机架1上，第二位移传感器15固定在电推杆固定座18上，探测端与下夹具20相接触，第二力传感器17布置在电推杆16与下夹具20的接触部分。调试好试验装置后，先将待测试验层放入夹具上夹具14和下夹具20中，保证试验层和夹具紧密连接。紧接着打开电推杆16开关，电推杆16水平移动，推动下夹具20水平移动，而上夹具14保持不动，实现了水平剪切模拟过程，并由数据采集仪实时记录第二力传感器17和第二位移传感器15的数值，最终实现对试验层层间水平剪切强度的检测。

使用纵向拉伸检测时，同样先用夹具固定好试验层，卸除掉丝杠6和上夹具14之间的第二联轴器11，安装上抬升板13，抬升板13和螺母座9相连接，同时抬升板13也和上夹具14相配合，打开电机3开关，丝杆6旋转而螺母座9通过抬升板13带动上夹具14竖直向上移动，下夹具20依然保持不动，使试验层保持受拉状态，数据采集仪记录第一力传感器12和第一位移传感器10的数据，同样经过后期计算，实现了对试验层层间拉伸强度的检测。

具体的，丝杠6和螺母8相配合组成丝杠螺母副，螺母8固定在螺母座9上，螺母座9和抬升板13相连接，抬升板13和上夹具14相连接，第一位移传感器10固定在机架1上，探测端和抬升板13相接触，第一力传感器12布置在螺母座9上。卸除掉第二联轴器11，调试好试验装置后，先将待测试验层放入夹具上夹具14和下夹具20中，保证试验层和夹具紧密连接。再打开电机3开关，电机3的输出轴旋转，通过第一联轴器4带动丝杠6旋转，丝杠6旋转带动螺母8和螺母座9竖直向上移动，螺母座9带动抬升板13竖直向上运动，抬升板13也带动上夹具14竖直向上移动，直到试验层层间发生拉伸破坏；并由数据采集仪实时记录第一力传感器12和第一位移传感器10的数值，实现对试验层层间拉伸强度的检测。

此外，当用本发明的试验装置用于两种破坏情况同时检测时，只需对每个单独检测的实际操作方法同时叠加进行即可。

本发明结合沥青路面受力情况和沥青路面结构特点，可以满足三种沥青道路层间最常见的破坏形式如：拉伸破坏、水平剪切破坏、扭转剪切破坏等的层间结合力测量要求，具有三个检测单元：纵向拉伸检测单元、横向剪切检测单元、扭转剪切检测单元，可测量这三种状态下的层间剪切力。三个检测单元可以单独使用，也可以组合使用。

相比于现有技术，本发明的技术优势在于：

电机驱动丝杠给夹具内的试验层施加力，通过丝杠上的扭矩传感器将扭矩信息发送给数据采集仪，结合沥青路面受力情况和沥青路面结构特点，可以满足沥青道路层间扭转剪切破坏的层间结合力测量要求，检测原理简单可靠，可行性较高，结构分布简洁合理，便于操作。

配合力传感器和位移传感器实现沥青道路层间纵向拉伸检测试验，试验方法简单，可行性较高，操作方便，易于实施，可以满足沥青道路层间纵向拉伸破坏的层间结合力测量要求。

配合电推杆能和上下夹具实现沥青道路层间水平拉伸检测试验，试验操作相对简单，可行性较高，试验结构稳定可靠，可以满足沥青道路层间水平剪切破坏的层间结合力测量要求。

综上所述，本发明实现了一机多用，能检测多项结合力的指标，避免了每个指标都需要一个特定的装置来检测，这样不仅节约了资源，还提高了工作效率，可以实现了多项指标的同时检测，这样就为分析每个指标和每个指标之间的相互关系提供了依据。

以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入权利要求所划定的保护范围之内。