УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД Российский патент 1999 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, в частности к устройствам для испытаний дорожных и аэродромных конструкций с целью оценки их прочности.

Известно навесное устройство для создания динамической нагрузки на дорожную одежду, содержащее штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных платформой, подвижно связанной с кузовом-фургоном автомобиля, две направляющие, жестко закрепленные на платформе штанги, между которыми расположен падающий груз с подъемным механизмом, при этом падающий груз с подъемным механизмом связан посредством троса с приводом в виде электротали.

Устройство также содержит траверсу, измерительное приспособление в виде измерительного ролика и датчика инерционного типа, установленных на траверсе между спаренными колесами (см. А.С. N 1170031, кл. E 01 C 23/07, 1984).

К недостаткам данного устройства следует отнести следующие:
- на преодоление трения скольжения при падении падающего груза теряется часть его кинетической энергии;
- высокая стоимость устройства, использующего грузовой автомобиль;
- перевод устройства из транспортного состояния в рабочее и обратно производится вручную, вследствие этого снижается эффективность использования и производительность устройства;
- подъем падающего груза производится с помощью электротали, для питания которой применяется дополнительный источник электроэнергии в виде бортовой электростанции, что создает определенные трудности в ее размещении и в обеспечении электробезопасности при эксплуатации устройства;
- из-за фиксированного веса падающего груза и невозможности его увеличения до необходимого значения ограничена область применения устройства, т. к. его можно применять только для испытаний и оценки прочности дорожных одежд автомобильных дорог;
- отсутствие измерителя величины динамической нагрузки при каждом нагружении дорожной одежды снижает точность определения динамического модуля упругости и следовательно, точность оценки прочности несущей способности дорожной одежды.

Известно другое устройство для создания динамической нагрузки на дорожную одежду, содержащее штамп, выполненный в виде одиночного колеса и соединенный с подъемно-сбрасывающим механизмом, и измеритель вертикальных перемещений в виде измерительного ролика и датчика инерционного типа (см. А.С. 1135828, кл. E 01 C 23/07, 1984).

Однако конструкция устройства, передающего динамическое усилие через одиночное колесо, недостаточно точно воспроизводит реальные условия нагружения дорожной одежды расчетным автомобилем, так как площадь отпечатка одиночного колеса не соответствует площади отпечатка спаренных колес расчетного автомобиля. Измеритель вертикальных перемещений размещен сбоку от одиночного колеса, что исключает измерение максимального значения прогиба.

При этом данное устройство не обеспечивает измерение прогиба дорожных одежд с требуемой точностью в виду того, что непосредственное крепление к тележке измерителя прогиба, с которой также связано через коромысло падающее колесо, приводит к дополнительным погрешностям из-за колебаний тележки, возникающих при сбросе падающего колеса и воздействующих на измеритель прогиба во время измерения прогиба.

Кроме того применение автомобильного колеса расчетного автомобиля в качестве штампа делает устройство громоздким, тяжелыми и недостаточно устойчивым.

Наиболее близким по своей технической сущности и принципу действия к настоящему техническому предложению является устройство для динамических испытаний дорожных одежд, содержащее штамп, выполненный в виде двух спаренных колес и размещенный на принципе с возможностью его вертикального перемещения, зацепной и сбрасывающий механизмы, падающий груз, силовой привод для подъема падающего груза и измерительное приспособление в виде ролика и сейсмоприемника, установленных на траверсе между спаренными колесами, размещенной на траверсе (см. А.С. 1278379, кл. E 01 C 23/07, 1986).

Однако данное устройство имеет ряд недостатков, наиболее существенными из них являются:
- измерительное приспособление в процессе испытаний, при переезде с одной точки испытаний на другую, непрерывно контактирует с дорожным покрытием, вследствие этого на датчик инерционного типа воздействуют неровности дорожного покрытия в виде ударных нагрузок, которые в ряде случаев могут достигать значительной величины и приводить к повреждению измерительного приспособления, а в экстремальной ситуации могут вывести из строя инерционную систему датчика инерционного типа;
- на преодоление трения скольжения при сбросе теряется часть энергии падающего груза;
- перевод устройства из транспортного состояния в рабочее и обратно производится вручную, вследствие этого снижается эффективность использования и производительность устройства;
- отсутствие измерителя значения динамической нагрузки при каждом нагружении дорожной одежды снижает точность определения динамического модуля упругости, следовательно, точность оценки прочности дорожных одежд.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и достоверности определения несущей способности дорожных одежд, т.е. определения величины динамического модуля упругости, а также улучшение эксплуатационных и технических свойств устройства.

Решение задачи достигается тем, что устройство для динамических испытаний дорожных одежд, установленное на принципе, содержащее штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, которая жестко связана с двумя направляющими цилиндрическими штангами, соединенными подвижно с возможностью их вертикального перемещения, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими цилиндрическими штангами, привод для подъема падающего груза и измерительное приспособление, состоящее из измерительного ролика и датчика вертикального перемещения, установленных на свободном конце траверсы, другой конец которой подвижно соединен посредством штока с электроприводом, закрепленным на раме прицепа, при этом согласно изобретению устройство дополнительно снабжено приводами перевода спаренных колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение, а также измерителем динамического усилия, при этом прицеп выполнен в виде трехопорной тележки с горизонтальной рамой, передняя опора которой выполнена поворачивающейся, приводы перевода колеса штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение установлены симметрично на горизонтальной раме тележки с обеих сторон опорной платформы штампа, а измеритель динамического усилия выполнен в виде датчика относительного перемещения, причем корпус датчика установлен на вертикальной раме жесткости, а его чувствительный элемент шток - на опорной платформе.

Кроме того, привод для подъема падающего груза выполнен в виде гидропривода, механически связанного с коробкой отбора мощности буксирующего прицеп автотранспорта, а падающий груз выполнен наборным и снабжен роликами для взаимодействия с вертикальными цилиндрическими направляющими.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство имеет существенные признаки, отличные от прототипа. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствие источников, в которых была бы 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.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен главный вид устройства, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2.

Устройство для динамических испытаний дорожных одежд размещено на горизонтальной раме 1 прицепа, выполненного в виде трехопорной тележки 2, передняя опора последней выполнена поворачивающейся в виде вертолетного колеса 3, а задняя опора имеет два колеса 4. Прицеп буксируется легковым автотранспортом (на чертеже не показан).

Устройство содержит штамп, выполненный в виде двух спаренных авиационных колес 5, объединенных осью 6, соединенной с опорной платформой 7, и подвижно связанных с тележкой 2, причем концы оси 6 установлены в буксах 8 и жестко связаны с вертикальными цилиндрическими штангами 9 с возможностью их вертикального перемещения со штампом относительно рамы 1. При этом штанги 9 подвижно взаимодействуют с верхними и нижними роликами 10, установленными в вертикальной раме жесткости 11, жестко связанной с рамой 1.

Между направляющими 12 расположен падающий груз 13, выполненный наборным и снабженный роликами 14, обеспечивающими его свободное перемещение по направляющим 12, размещенным в вертикальной раме жесткости 11, при этом между падающим грузом 13 и платформой 7 установлен амортизатор 15 в виде резиновой прокладки.

Устройство содержит также силовой привод (на чертеже не обозначен) для подъема падающего наборного груза 13, выполненный в виде гидрораспределителя (на чертеже не показан), гидроцилиндра 16 с упорами 17 и магистральных шлангов 18. Гидросистема соединена с коробкой отбора мощности и блоком управления, обеспечивающим управление работой устройства. Коробка отбора мощности и блок управления размещены на буксировочном автотранспорте и на чертеже не показаны. Внутри наборного груза 13 имеется вертикальная сквозная ниша 19, в нижней части которой размещен зацепной механизм, выполненный из двух рычагов 20 и распорной пружины 21, с возможностью взаимодействия с упорами 17, установленными на гидроцилиндре 16 на необходимой высоте, ограничивающими высоту подъема падающего, наборного груза 13.

Упоры 17 осуществляют срыв падающего груза 13 с головки 22 штока 23 гидроцилиндра 16 при достижении грузом 13 расчетной высоты. При этом высоту упоров 17 можно изменять, путем их перемещения на корпусе гидроцилиндра 16.

Таким образом предоставляется возможность изменять значения динамической нагрузки в широких пределах, что дает возможность производить оценку прочности различных типов дорожных одежд, в том числе и аэродромных покрытий.

Измерительное приспособление, включающее измерительный ролик 24 и датчик 25 вертикальных перемещений, установлено в зазоре между спаренными колесами 5 на свободном конце траверсы 26, шарнирно связанной с горизонтальной рамой 1, а другой конец траверсы 26 с помощью амортизатора 27 в виде пружины или резинового жгута соединен с поперечной планкой 28, размещенной на горизонтальной раме 1.

При этом измерительное приспособление снабжено электроприводом 29 положения траверсы 26, которая может находится в одном из двух положений:
- при выдвинутом штоке 30 электропривода 29 измерительное приспособление находится в транспортном положении;
- при втянутом штоке 30 измерительное приспособление находится в рабочем положении.

Устройство снабжено двумя приводами 31, 32, установленными на раме 1 тележки 2 симметрично с обеих сторон опорной платформы 7 для автоматического перевода спаренных колес 5 гибкого штампа и падающего наборного груза 13 из транспортного положения в рабочее и наоборот путем выдвижения и фиксации опор 33, 34. В результате этой операции спаренные колеса 5 гибкого штампа поднимаются на необходимую высоту и при транспортировке устройства на большие расстояния они не контактируют с дорожным покрытием.

Измерение величины динамического усилия, развиваемого устройством для динамических испытаний дорожных одежд, производится с помощью измерителя динамического усилия, выполненного в виде датчика относительного перемещения, причем корпус 35 датчика установлен на горизонтальной раме 1 прицепа, а его чувствительный элемент шток 36 - на вертикальной цилиндрической штанге (фиг. 2).

Устройство для динамических испытаний дорожных одежд работает следующим образом.

При транспортировке устройства для динамических испытаний дорожных одежд гибкий штамп и измерительное приспособление находятся в транспортном положении, при котором спаренные колеса 5 штампа и измерительное приспособление подняты и не взаимодействуют с дорожным покрытием благодаря выдвинутым опорам 33, 34 двух приводом 31, 32, соответственно, для перевода спаренных колес 5 гибкого штампа в транспортное положение.

Перед проведением испытаний установка динамического нагружения переводится из транспортного положения в рабочее следующим образом. По команде с бортового пульта управления производится включение приводов 31, 32, в результате этого за счет одновременного втягивания их опор 33, 34 происходит опускание платформы 7 со спаренными колесами 5 гибкого штампа на дорожное покрытие.

Таким образом, во время испытаний дорожных одежд при переезде прицепной тележки 2, буксируемой легковым транспортом, с одной точки испытаний на другую спаренные колеса 5 гибкого штампа непрерывно контактируют с дорожным покрытием. В свою очередь, контакт датчика 25 вертикальных перемещений инерционного типа через ролик 24 измерительного приспособления с дорожным покрытием осуществляется только во время измерения упругого прогиба, а в остальное же время испытаний измерительное приспособление находится в транспортном положении, т.е. в положении, при котором измерительное колесо 24 не контактирует с покрытием. Перед испытанием дорожной одежды падающий груз 13 лежит на амортизаторе 15, размещенном на платформе 7, при этом с помощью двух рычагов 20 зацепного механизма груз 13 находится в зацеплении с головкой 22 штока 23 гидроцилиндра 16.

Во время остановки тележки в точке испытаний по команде с пульта управления включается гидронасос, приводимый в действие от коробки отбора мощности двигателя автотранспорта, который приводит, в свою очередь, через гидрораспределитель в действие гидроцилиндр 16. В результате этого производится подъем падающего груза 13 путем втягивания штока 23 гидроцилиндра 16.

Одновременно с выполнением этой операции за счет включения электропривода 29 производится опускание измерительного приспособления. Это приводит к контакту ролика 24 с дорожным покрытием и к готовности датчика 25 вертикальных перемещений инерционного типа к измерениям.

При достижении грузом 13 расчетной высоты за счет взаимодействия упоров 17, установленных на корпусе гидроцилиндра 16 с рычагами 20 зацепного механизма, его рычаги 20 раздвигаются и освобождают груз 13 от зацепления с головкой 22 штока 23. Это приводит к свободному его падению с минимальной потерей энергии на трение за счет роликов 14, установленных на грузе 13, и взаимодействию с амортизатором 15, размещенным на опорной платформе 7, жестко связанной со спаренными колесами 5 гибкого штампа.

В результате удара через спаренные колеса 5 штампа на дорожную одежду передается динамическая нагрузка. Возникающий при этом динамический прогиб дорожной одежды воспринимается через ролик 24 датчиком 25 инерционного типа, установленным на измерительном приспособлении, и преобразуется им в электрический сигнал, пропорциональный воспринимаемому перемещению дорожной конструкции.

После завершения цикла измерения по команде с блока управления производится подъем измерительного приспособления с помощью электропривода 29 положения траверсы 26.

Предлагаемое устройство обладает более высокими техническими и эксплуатационными свойствами и надежностью благодаря следующим конструктивным особенностям:
- полной автоматизации процессов, связанных с подготовкой устройства к динамическим испытаниям дорожных одежд, т.е. перевод устройства из транспортного положения в рабочее и обратно осуществляется с помощью гидросистемы;
- для повышения надежности работы датчика инерционного типа использован электромеханизм положения траверсы для подъема траверсы с измерителем прогиба;
- падающий груз выполнен наборным с возможностью увеличения его массы и снабжен роликами для взаимодействия с вертикальными направляющими, что расширяет область применения устройства для испытаний не только автомобильных дорог, но и аэродромных покрытий.

Учитывая, что определяющей характеристикой прочности является фактический модуль упругости, величина которого рассчитывается с учетом воздействия динамической расчетной нагрузки, поэтому для достоверной оценки прочности кроме получения фактического прогиба дорожных одежд в процессе каждого цикла нагружения целесообразно определять величину динамической нагрузки, передаваемой на дорожную одежду, которая в процессе испытаний не остается неизменной. К изменению величины динамической нагрузки могут привести неровности дорожной поверхности, путем изменения высоты падения падающего груза.

Отсюда возникает необходимость контроля посредством измерения величины динамического усилия, создаваемого устройством и передаваемого на дорожную одежду через спаренные колеса 5 гибкого штампа.

Практическая реализация данного технического решения, связанного с измерением значений динамической нагрузки, базируется на подвижном соединении с возможностью вертикального перемещения относительно горизонтальной рамы 1 прицепа 2 спаренных колес 5 гибкого штампа, при этом используются индуктивный датчик относительного перемещения (фиг. 2).

Силовой привод с помощью гидропривода поднимает падающий груз 13. При достижении им заданной высоты происходит автоматическое расцепление подъемного механизма и груза 13, который скользит по двум направляющим 12.

Во время соударения падающего груза 13 с опорной платформой 7 на дорожную одежду через амортизатор 15 и спаренные колеса 5 гибкого штампа передается динамическая нагрузка. Одновременно с этим происходит деформация пневматиков спаренных колес 5 штампа, которая сопровождается вертикальным перемещением опорной платформы 7 со штоком 36 относительно корпуса 35 датчика относительного перемещения, жестко связанного с вертикальной рамой 11 жесткости. В тот момент, когда шток 36 меняет направление движения и начинает перемещаться в обратном направлении, это положение штока 36 соответствует максимальному сжатию спаренных колес 5, однозначно связанному с максимальной величиной динамической нагрузки. При этом обеспечивается непрерывность контакта спаренных колес гибкого штампа с дорожным покрытием.

Таким образом, информация о действительном значении динамического усилия при нагружении дорожной одежды получается путем измерения сжатия пневматиков спаренных колес 5 гибкого штампа, которое однозначно связано с вертикальным перемещением направляющих цилиндрически штанг 9 с гибким штампом относительно вертикальной рамы жесткости 11, установленной на горизонтальной раме 1.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, в частности к устройствам для испытаний дорожных и аэродромных конструкций с целью оценки их прочности. Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и достоверности определения несущей способности дорожных одежд, т.е. определения величины динамического модуля упругости, а также улучшение эксплуатационных и технических свойств устройства. Устройство установлено в прицепе и содержит штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, которая жестко связана с двумя направляющими цилиндрическими штангами, соединенными подвижно с возможностью их вертикального перемещения, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими цилиндрами штангами, привод для подъема падающего газа и измерительное приспособление, состоящее из измерительного ролика и датчика вертикального перемещения, установленных на свободном конце траверсы, другой конец которой подвижно соединен посредством штока с электроприводом, закрепленным на раме прицепа. Устройство дополнительно снабжено приводами перевода спаренных колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение, а также измерителем динамического усилия, при этом прицеп выполнен в виде трехопорной тележки с горизонтальной рамой, передняя опора которой выполнена поворачивающейся, приводы перевода колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение установлены симметрично на горизонтальной раме тележки с обеих сторон опорной платформы штампа, а измеритель динамического усилия выполнен в виде датчика относительного перемещения, причем корпус датчика установлен на вертикальной раме, а его чувствительный элемент - шток - на опорной платформе. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для динамических испытаний дорожных одежд, установленное на прицепе, содержащее штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, которая жестко связана с двумя направляющими цилиндрическими штангами, соединенными подвижно с возможностью их вертикального перемещения, падающий груз с зацепным механизмом, размещенный между направляющими цилиндрическими штангами, привод для подъема падающего груза и измерительное приспособление, состоящее из измерительного ролика и датчика вертикального перемещения, установленных на свободном конце траверсы, другой конец которой подвижно соединен посредством штока с электроприводом, закрепленным на раме прицепа, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено приводами перевода спаренных колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение, а также измерителем динамического усилия, при этом прицеп выполнен в виде трехопорной тележки с горизонтальной рамой, передняя опора которой выполнена поворачивающейся, приводы перевода колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение установлены симметрично на горизонтальной раме тележки с обеих сторон опорной платформы штампа, а измеритель динамического усилия выполнен в виде датчика относительного перемещения, причем корпус датчика установлен на вертикальной раме жесткости, а его чувствительный элемент - шток - на опорной платформе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод для подъема падающего груза выполнен в виде гидропривода, механически связанного с коробкой отбора мощности буксирующего прицеп автотранспорта. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что падающий груз выполнен наборным и снабжен роликами для взаимодействия с вертикальными цилиндрическими штангами.