УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД Российский патент 1998 года по МПК E01C23/07 G01B5/28 

Изобретение относится к области строительства эксплуатации автомобильных дорог, а именно, к устройствам для контроля технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд, в частности, несущей способности и ровности дорожных конструкций.

Существуют различные приборы и устройства для оценки эксплуатационных параметров дорожной одежды, а именно прочности и ровности. Однако эти показатели оцениваются путем раздельного их измерения с помощью специально оборудованных передвижных лабораторий.

Из устройств, оценивающих ровность дорожного покрытия посредством измерения суммарного прогиба рессор при движении автомобиля, является толчкомер ХАДИ, содержащий зубчатую вертикальную рейку, снизу соединенную через шаровой шарнир с кожухом дифференциала колесом через храповую муфту./Б.И.Каменецкий и др. "Автомобильные дороги", 1979, г., М., Транспорт, стр. 81/. Основной недостаток толчкомера ХАДИ связан с тем, что он дает одинаковые показания при большом числе мелких неровностей и незначительном числе крупных неровностей. Кроме того, толчкомер, установленный на автомобилях разных марок, дает разные показатели, поскольку интенсивность колебаний автомобиля зависит от свойств его подвески.

Известно устройство для контроля ровности дорог, содержащее рейку, снабженную колесами, обеспечивающими перемещение рейки по дорожной поверхности, каретку, вертикальный шток с собачками, зафиксированными на нем на разных высотах и входящими в зацепление со счетчиками вертикальных перемещений штока /Ав.св. СССР N 996608, 1983 г., E 01 C 23/07/. Однако данное устройство обладает недостаточной точностью измерений и низкой производительностью, причем невысокая точность измерений связана с применением механического узла, имеющего низкую разрешающую способность при измерении неровностей дорожной поверхности, а производительность данного устройства ограничена низкой скоростью срабатывания элементов датчика неровностей, выполненного в виде вертикального штока с собачками, при этом в процессе измерений устройство приходиться перемещать вручную.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения технико-эксплуатационных показателей дорожных конструкций, содержащее узел для динамических испытаний дорожных одежд в виде гибкого штампа с двумя спаренными колесами, опорную платформу гибкого штампа, жестко связанную с двумя направляющими штангами, подвижно связанными с кузовом-фургоном базового автомобиля с возможностью вертикального перемещения посредством кронштейнов с направляющими роликами, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими штангами, и измерительное приспособление прогиба дорожной одежды /см. авт. свид. СССР N 1498873, кл. E 01 C 23/07, 1980 г./.

Однако данное устройство, принятое за прототип, обладает недостаточной точностью измерения ровности, а также низкой производительностью при измерении прогиба дорожной одежды.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и достоверности результатов измерения ровности поверхности дороги.

Решение задачи достигается тем, что устройство для измерения технико-эксплуатационных показателей дорожной одежд, содержащее узел для динамических испытаний дорожных одежд, в виде гибкого штампа с двумя спаренными колесами, опорную платформу гибкого штампа, жестко связанную с двумя направляющими штангами, подвижно связанными с кузовом-фургоном базового автомобиля с возможностью вертикального перемещения посредством кронштейнов с направляющими роликами, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими штангами, и измерительное приспособление, прогиба, снабжено датчиком относительного перемещения, установленным жестко внутри кузова-фургона базового автомобиля и выполненным в виде приводного барабана, диска и блока для определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали, при этом приводной барабан установлен с возможностью вращения в прямом и обратном направлении и взаимодействия с гибкой связью /тросом/, один конец которой прикреплен к корпусу датчика относительного перемещения посредством упругого элемента, а другой через ролик - к верхней части опорной платформы, диск соединен с приводным барабаном и выполнен в виде кругового элемента с лепестками по его внешней окружности, взаимодействующими с блоком определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали, которая содержит связанные между собой оптический датчик, взаимодействующий с лепестками диска, триггер управления, два формирователя импульса, два элемента совпадения, сумматор, инвертор, регистратор и генератор импульсов, причем оптический датчик состоит из координатного фотодиода, выполненного в виде двух независимых друг от друга фотоприемников, и светодиода, размещенных противоположного друг другу относительно плоскости диска с лепестками и диаметрально противоположно генератору импульсов, при этом триггер управления своим первым входом подключен через первый формирователь импульса к выходу одного из фотоприемников, вторым своим входом через второй формирователь импульса - к выходу другого фотоприемника, а своим первым выходом - к первому входу первого элемента совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, а выход первого элемента совпадения подключен к первому входу сумматора, второй выход триггера управления подключен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, а ее выход через инвертор подключен к второму входу сумматора, выход которого подключен к регистратору.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с ближайшим аналогом показывает, что заявляемое устройство имеет существенные признаки, отличные от аналога. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствие источников, в которых была описана совокупность заявляемых отличительных от прототипа признаков. При этом совокупность отличительных признаков не является очевидной, так как не следует непосредственно из уровня техники. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". При этом предлагаемое устройство осуществимо в промышленных условиях и, следовательно, является промышленно применимым.

Решение поставленной технической задачи, а именно повышение точности и достоверности результатов измерения ровности поверхности дороги становится возможным благодаря использованию преобразователя относительных линейных перемещений совместно с блоком определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали.

Применение данного устройства дает возможность получать выходной сигнал при больших вертикальных перемещениях спаренных колес, пропорциональных числу импульсов и носит абсолютно линейный характер, при этом данные, полученные благодаря непосредственному непрерывному контакту спаренных колес, гибкого штампа с дорожной поверхностью обладают большей достоверностью о неровностях.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена механическая часть устройства /вид сбоку/. На фиг. 2 показана механическая часть устройства - вид A на фиг.1. На фиг. 3 изображена механическая часть датчика относительного линейного перемещения - разрез A-A на фиг.4. На фиг. 4 представлена механическая часть датчика относительного линейного перемещения - вид Б на фиг.3. На фиг. 5 представлена функциональная измерительная схема блока определения направления и величины перемещения гибкого штампа - формы и характера неровностей устройства.

Устройство для измерения прогиба дорожной одежды и ровности дорожного покрытия, установленное на фургоне 1 базового автомобиля, содержат гибкий штамп в виде двух спаренных колес 2, закрепленных на опорной платформе 3, жестко связанной с двумя направляющими штангами 4, подвижно соединенными с возможностью вертикального перемещения относительно дорожного покрытия. Свободное вертикальное перемещение обеспечено роликами 5, установленными в кронштейнах 6, закрепленных на фургоне 1.

При этом между направляющими штангами 4 установлен падающий груз 7 с зацепным механизмом 8, связанным через трос 9 с силовым приводом 10.

Между спаренными колесами 2 в центре действия динамической нагрузки на дорожную одежду размещено измерительное приспособление прогиба дорожной одежды /фиг.1, фиг.2/ в виде датчика инерционного типа.

Для измерения ровности дорожного покрытия устройство снабжено датчиком 12 относительного перемещения /фиг. 3/, /фиг.4/, установленным жестко на задней стенке внутри кузова-фургона 1, который представляет собой индуктивный преобразователь относительного линейного перемещения в число импульсов, пропорциональное этому перемещению. Датчик 12 относительного перемещения включает в себя приводной барабан 13, вращающийся в обоих направлениях и взаимодействующий с гибкой связью в виде троса 14, диск 15, соединенный с приводным барабаном 13 и выполненный в виде металлического круга с лепестками 16 по окружности, взаимодействующими с генератором 17 импульса, при этом каждый лепесток 16, проходя в непосредственной близости от генератора 17 при вертикальном перемещении опорной платформы 3 на 0,5 см, приводит к появлению на выходе генератора 17 одного импульса. Вращение приводного барабана 13 находится в прямой зависимости от вертикального перемещения спаренных колес 2 и осуществляется под воздействием вертикального перемещения троса 14, один конец которого прикреплен через пружину 18 к корпусу устройства 19, другой конец через ролик 20 к верхней части опорной платформы 3.

Кроме того, преобразователь относительного линейного перемещения снабжен блоком 21 для определения величины и направления перемещения спаренных колес 2 /фиг.5/, включающей оптический датчик 22, состоящий из координатного фотодиода 23, выполненного из двух независимых друг от друга от друга фотоприемников 24, 25 и светодиода 26, размещенных противоположно друг другу относительно плоскости диска 15 с лепестками 16 и диаметрально противоположно генератору 17 импульса, причем элементы 23 и 26 конструктивно расположены на диаметрально противоположной стороне относительно генератора 17 импульса и с возможностью взаимодействия с лепестками 16 диска 15, при этом с одной стороны лепестка 16 расположен координатный фотодиод 23, а с противоположной стороны лепестка 16 размещен светодиод 26.

Кроме того блок 21 для определения направления и величины перемещения спаренных колес снабжена триггером управления 27, первый вход 28 которого соединен через формирователь сигнала 29 с выходом фотоприемника 24, а второй вход 30 триггера 27 управления подключен через формирователь 31 к выходу фотоприемника 25, при этом первый выход 32 триггера 27 управления подключен к первому входу 33 элемента совпадения 34, второй вход 35 которой соединен с выходом 36 генератора 17, а выход элемента совпадения 34 подключен к первому входу 37 сумматора 38.

При этом второй выход 39 триггера 27 управления подсоединен к первому входу 40 элемента совпадения 41, второй вход 42 которой соединен с выходом 43 генератора 17, а выход элемента 41 совпадения через инвертор 44 подключен ко второму входу 45 сумматора 38, выход которого подключен ко входу регистратора 46.

Для уменьшения вероятности отрыва спаренных колес 2 падающий груз 7 при измерении ровности используется в качестве пригружающего груза, препятствующего отрыву спаренных колес 2 от дорожного покрытия.

Общий отсчет перемещения спаренных колес 2 в зависимости от величины неровности определяется как разность показаний, соответствующих начальному и конечному положению спаренных колес 2 относительно шасси базового автомобиля.

Устройство для измерения технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд работает следующим образом.

Известно, что неровности /микропрофиль/ дорожных покрытий исследуют с помощью различных измерительных устройств как функцию времени g/T/. В то же время микропрофиль дороги является функцией расстояния g/L/. При этом функция g(L) характеризует собственно неровности, а функция g/T/ - воздействие этих неровностей на автомобили. Достоинством предложенного устройства по сравнению с устройствами, использующими принцип работы толчкомеров, является то, что оно позволяет оценить ординаты профиля дороги, т.е. более достоверно и объективно определять микропрофиль дорожной поверхности.

Это достигается тем, что индуктивный датчик 12 относительных линейных перемещений вырабатывает сигналы, характеризующие не колебания подрессоренной части автомобиля, а вертикальные перемещения относительно кузова-фургона спаренных колес 2 гибкого штампа при обкатывании ими неровностей. В итоге в результате обработки входной информации получается сглаженный реальной шиной микропрофиль.

При движении базового автомобиля с предлагаемым устройством в процессе измерения прогибов и неровностей дорожных конструкций спаренные колеса 2 гибкого штампа непрерывно контактируют с поверхностью дорожного покрытия. При этом в результате обкатывания неровностей спаренными колесами 2 благодаря подвижному их соединению посредством вертикальных штанг 4, с фургоном, они вертикально перемещаются, кроме того, в зависимости от формы неровностей направление перемещения спаренных колес 2 постоянно меняется.

Вместе со спаренными колесами 2 также перемещается трос 14, жестко связанный через ролик 20 с опорной платформой 3 и приводящий в движение приводной барабан 13, на оси которого находится диск 15 с лепестками 16, взаимодействующими с генератором 17 импульса.

В основе работы генератора 17 импульса лежит принцип срыва высокочастотных колебаний при прохождении вблизи корпуса генератора 17 импульса металлических лепестков 16 диска 15.

При перемещении спаренных колес 2 вниз трос 14 также перемещается вниз, вращая приводной барабан 13 с диском 15, состоящим из лепестков 16, при этом один из лепестков 16 начинает перекрывать световой луч светодиода 26,вызывая появление сигнала на выходе фотоприемника 24. Этот сигнал поступает на вход формирователя 29, представляющего собой пороговое устройство, обеспечивающее формирование прямоугольного импульса с крутым фронтом.

С выхода формирователя 29 сигнал поступает на первый управляющий вход 28 триггера 27 управления, с выхода 32 которого сигнал, выполняющий роль разрешающего потенциала и характеризующий направление спаренных колес 2 вниз, поступает на вход 33 элемента 34 совпадения, на другом вход 35 которой поступают импульсы с выхода 36 генератора 17, так как лепестки 16 с противоположной стороны от фотодиода 23 проходят вблизи генератора 17, вызывая генерирование импульсов. В результате совпадения двух сигналов с выхода элемента 34 совпадения снимается сигнал, который поступает на первый вход 37 сумматора 38, с выхода которого импульсы поступают на регистратор 46. В то же время с выхода 43 генератора 17 сигналы поступают на второй вход 42 элементов совпадения 41, но на выход они не проходят, т.к. на первый вход 40 элемента 41 совпадения со второго выхода 39 триггера 27 управления поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов, вырабатываемых генератором 17.

В том случае, если опорная платформа со спаренными колесами начинает двигаться вверх, и таким образом меняет направление перемещения в вертикальной плоскости, то 11 датчик относительного линейного перемещения совместно с блоком 21 для определения величины и направления перемещения спаренных колес 2 работают следующим образом.

При перемещении спаренных колес 2 вверх, трос 14 также перемещается вверх, вращая приводной барабан 13 с диском 15, состоящим из лепестков 16, при этом один из лепестков 16 начинает перекрывать световой луч светодиода 26 справа, вызывая появление сигнала на выходе фотоприемника 25. Этот сигнал поступает на вход формирователя 31, обеспечивающего формирование импульса с крутым фронтом.

С выхода формирователя 31 сигнал поступает на второй управляющий вход 30 триггера 27 управления и перебрасывает его в другое состояние, при котором с его второго выхода 39 снимается сигнал, выполняющий роль разрешающего потенциала и характеризующий и запоминающий направление перемещения спаренных колесных колес 2 вверх. Этот сигнал поступает на первый вход 40 элемента 41 совпадения, на другой вход 42, на который поступают импульсы с выхода 43 генератора 17.

Таким образом, информация о действительном значении динамического усилия при нагружении ДО получается путем измерения вертикального перемещения направляющих штанг с гибким штампом, однозначно связанного с сжатием пневматиков спаренных колес относительно кузова - фургона.

Отсюда для получения объективных данных о модуле упругости ДО при их испытаниях необходимо производить автоматическое измерение величины динамической нагрузки при каждом нагружении.

Таким образом, благодаря обеспечению в устройстве непрерывного контакта спаренных колес 2 гибкого штампа с дорожным покрытием изобретение позволяет повысить точность и достоверность результатов измерения ровности поверхности дороги, а также расширить функциональные возможности устройства для динамических испытаний дорожных одежд путем измерения величины вертикального перемещения спаренных колес 2 и осуществив оценку ровности дорожного покрытия, а также одновременно оценить его прочность, повышая производительность процесса измерения технико-эксплуатационных показателей автомобильных дорог.

Оценка двух важнейших технико-эксплуатационных показателей-ровности и прочности в едином технологическом цикле с помощью данного устройства позволит снизить затраты и ускорить процесс окупаемости, а также обеспечить оптимальный режим эксплуатации.

Источники информации:
1. Каменецкий Б.И. и др., Автомобильные дороги, М., Транспорт, 1979, с. 81.

2. SU, авторское свидетельство N 996608, кл. E 01 C 23/07, 15.02.83.

3. SU, авторское свидетельство N 1498873, кл. E 01 C 23/07, 07.08.89.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог и предназначено для контроля несущей способности и ровности дорожных конструкций. Технической задачей является повышение точности и достоверности результатов измерения ровности поверхности дороги. Для этого устройство содержит узел для динамических испытаний дорожных одежд и измерительное приспособление прогиба. Дополнительно устройство снабжено датчиком относительного перемещения, установленным жестко внутри кузова-фургона базового автомобиля и выполненным в виде приводного барабана, диска и блока для определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали. При этом приводной барабан установлен с возможностью вращения в прямом и обратном направлениях и взаимодействия с гибкой связью, один конец которой прикреплен к корпусу датчика относительного перемещения посредством упругого элемента, а другой - через ролик, закрепленный на задней стенке фургона к верхней части опорной платформы. Диск соединен с приводным барабаном и выполнен в виде кругового элемента с лепестками по его внешней окружности, взаимодействующими с блоком определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали. 5 ил.

Устройство для измерения технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд, содержащее узел для динамических испытаний дорожных одежд в виде гибкого штампа с двумя спаренными колесами, опорную платформу гибкого штампа, жестко связанную с двумя направляющими штангами, подвижно связанными с кузовом-фургоном базового автомобиля с возможностью вертикального перемещения посредством кронштейнов с направляющими роликами, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими штангами, и измерительное приспособление прогиба дорожной одежды, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиком относительного перемещения, установленным жестко внутри кузова-фургона базового автомобиля и выполненным в виде приводного барабана, диска и блока определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали, при этом приводной барабан установлен с возможностью вращения в прямом и обратном направлениях и взаимодействия с гибкой связью, один конец которой прикреплен корпусу датчика относительно перемещения посредством упругого элемента, а другой через ролик к верхней части опорной платформы, диск соединен с приводным барабаном и выполнен в виде кругового элемента с лепестками по его внешней окружности, взаимодействующими с блоком определения величины и направления перемещения спаренных колес по вертикали, которая содержит связанные между собой оптический датчик, взаимодействующий с лепестками диска, триггер управления, два формирователя импульса, два элемента совпадения, сумматор, инвертор, регистратор и генератор импульсов, причем оптический датчик состоит из координатного фотодиода, выполненного в виде двух независимых друг от друга фотоприемников, и светодиода, размещенных противоположно друг другу, относительно плоскости диска с лепестками и диаметрально противоположно генератору импульсов, при этом триггер управления своим первым входом подключен через первый формирователь импульса к выходу одного из фотоприемников, вторым своим входом через второй формирователь импульса - к выходу другого фотоприемника, а своим первым выходом - к первому входу первого элемента совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, а выход первого элемента совпадения подключен к первому входу сумматора, второй выход триггера управления подключен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, а ее выход через инвертор подключен к второму входу сумматора, выход которого подключен к регистратору.