ПРИБОР ДЛЯ ОЦЕНКИ РОВНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1999 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог и предназначено для контроля ровности поверхности дорожных покрытий.

Известны устройства для оценки ровности дорожных покрытий. Одно из них содержит рейку с опорными колесами, каретку, установленную на рейке, измерительное колесо со штоком, установленным с возможностью вертикального перемещения в каретке, датчик неровностей и блок питания [1]. При вертикальных перемещениях измерительного колеса подвижный контакт, жестко закрепленный на штоке измерительного колеса, перемещается по многопозиционному неподвижному контакту, жестко установленному на каретке, осуществляя переключение на световых индикаторах, с помощью которых визуально осуществляется контроль ровности дорожного покрытия.

Недостатками известного устройства являются малая точность измерений, большая трудоемкость обработки результатов контроля, низкая производительность и малая надежность датчика вследствие трения и окисления контактов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для контроля ровности дорог, содержащее рейку на колесах и измерительное приспособление и снабженное кареткой с установленным на ней штоком с возвратной пружиной и собачками, счетчиком количества включений штока и счетчиками вертикальных перемещений штока, при этом рейка выполнена с продольным пазом в нижней части, в котором размещена головка штока, входящего в зацепление посредством собачек, зафиксированных на нем на разных высотах, со счетчиками вертикальных перемещений и счетчиком количества включений штока [2]. Измерения производятся в пяти точках на рейке согласно СНиП 111-40-78.

Недостатком этого устройства является малая точность измерений, т.к. собачки, задающие допустимые просветы, устанавливаются вручную, имеют холостой ход до срабатывания, а рейка поднята над дорожным покрытием.

Недостатком также является низкая производительность устройства из-за позиционирования каретки оператором.

Техническая задача, которую решает данное изобретение - это повышение точности измерений, производительности контроля и обработки результатов измерений.

Требуемый технический результат достигается тем, что прибор для оценки ровности дорожных покрытий, содержащий тележку, измерительную рейку, измерительные штоки и электронный блок, согласно изобретению снабжен жестко связанным с измерительной рейкой гидроцилиндром опускания рейки, главным цилиндром с резервуаром, суммирующим гидроцилиндром, бесконтактным датчиком перемещений с валкодером, находящимися в теле рейки измерительными гидроцилиндрами, содержащими электрически управляемые клапана, электрическим выключателем и контактирующим с ним шарнирно соединенным с поршнем главного гидроцилиндра рычагом управления с храповым механизмом и защелкой, причем поршень гидроцилиндра опускания рейки жестко связан с рамой тележки, измерительные штоки жестко связаны с поршнями соответствующих измерительных гидроцилиндров, бесштоковые полости которых связаны гидравлическими линиями с бесштоковой полостью суммирующего гидроцилиндра, штоковая полость которого соединена снабженной предохранительным клапаном гидравлической линией с бесштоковой полостью главного гидроцилиндра и штоковой полостью гидроцилиндра опускания рейки, а поршень жестко соединен с зубчатой рейкой, вращающей шестерню валкодера бесконтактного датчика, посылающего сигналы электронному блоку, который принимает также сигналы от электрического выключателя и производит управление измерением и индикацию результатов измерения, при этом бесштоковые полости главного, суммирующего гидроцилиндров, гидроцилиндра опускания рейки и штоковые полости измерительных гидроцилиндров содержат пружины сжатия.

Установка гидроцилиндра опускания рейки позволяет перед проведением измерений опускать рейку на поверхность дорожного покрытия в соответствии с требованием СНиП 3.06.03-85. Это повышает точность измерений по сравнению с прототипом, измерительная рейка которого имеет только две точки опоры в продольном сечении.

Последовательное опускание измерительных штоков в пяти контрольных точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от концов рейки и друг от друга, производится под управлением электронного блока, который снимает показания датчика перемещений при опускании каждого штока, что устраняет необходимость перемещения и опускания штока вручную на новом месте измерения. Электронный блок также осуществляет индикацию результатов измерений и позволяет оператору задавать в цифровом виде пороговые значения просветов под измерительной рейкой. Таким образом, повышается производительность контроля и обработки результатов измерений по сравнению с прототипом.

Согласно СНиП 3.06.03-85, пороговые значения просветов под рейкой могут составлять 3... 5 мм. Применяемые в известных устройствах контактные датчики, как правило, имеют разрешающую способность порядка 1 мм, что составляет 20...30% от измеряемой величины. В прототипе собачки на штоке устанавливаются вручную, что усложняет изменение порогового значения просветов при переходе на дорожное покрытие другого типа.

В предлагаемом приборе используется один бесконтактный датчик перемещений ДМИ-2, на котором с помощью измерительной гидравлической системы можно реализовать измерение просветов с точностью до 0,1 мм.

Использование бесконтактного датчика Холла увеличивает надежность устройства по сравнению с контактными датчиками с кодовой пластиной. Датчик ДМИ-2 имеет защиту от скачков напряжения и влияния маслобензиновой смеси и широко используется в автомобильной технике, в частности, в электронных системах зажигания [3] . На окружности валкодера датчика размещены шторки из магнитомягкого материала, которые, проходя через щель датчика при вращении валкодера, замыкают магнитный поток внутри датчика, из-за чего на выходе датчика возникает последовательность прямоугольных импульсов напряжения. Разрешающая способность датчика зависит от отношения числа оборотов валкодера к величине линейного перемещения зубчатой рейки, вращающей шестерню валкодера [3].

Применение гидравлического привода при измерении перемещений измерительных штоков имеет следующие преимущества:
1. малая инерционность;
2. высокое быстродействие;
3. прочность конструкции;
4. небольшая масса;
5. высокая точность перемещений;
6. возможность реализации больших передаточных чисел.

В силу указанных преимуществ гидравлические устройства в виде сумматоров, гидравлических мультипликаторов с коэффициентом мультипликации (передаточным числом), достигающим 200, в виде следящих систем в регуляторах и других устройствах нашли широкое распространение в вычислительной технике, измерительных приборах, станках, автоматических линиях, в транспортных и других машинах ([4]; [5]; [6]).

Применение гидравлического привода в предлагаемом приборе дает возможность измерить перемещения пяти измерительных штоков одним датчиком и одновременно реализовать большое передаточное число между измерительным штоком и зубчатой рейкой, вращающей шестерню валкодера. К измерительной гидравлической системе относятся измерительные и суммирующий гидроцилиндры.

Гидравлический привод опускания рейки на дорожное покрытие связан с измерительной гидравлической системой: опускание рейки и последовательное опускание измерительных штоков происходит под действием давления в главном гидроцилиндре.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид прибора, на фиг. 2 - измерительный гидроцилиндр с электрически управляемым игольчатым клапаном и измерительным штоком, на фиг. 3 - структурная схема прибора.

Расчет сил, действующих в гидравлической системе прибора, приведен в приложении 1.

Прибор состоит из тележки 1 с рамой 2, измерительной рейки 3, гидроцилиндра опускания рейки 4, главного гидроцилиндра 5 с резервуаром 6, рычага управления 7 с храповым механизмом 8, гидроцилиндров 9 с измерительными штоками 10, суммирующего гидроцилиндра 11, бесконтактного датчика перемещений 12 с валкодером 13, вращаемым зубчатой рейкой 14, электрического выключателя 15 и электронного блока 16. Прибор можно перемещать как автомобильный прицеп.

Тележка 1 предназначена для перемещения прибора по дорожному покрытию до места измерений. На раме тележки 2 закреплена с возможностью опускания и поднимания измерительная рейка 3. Измерительная рейка состоит из соединенных между собой металлических пластин и содержит в себе измерительные гидроцилиндры 9. Рейка 3 жестко связана с гидроцилиндром опускания рейки 4, а рама тележки 2 - с поршнем этого цилиндра.

На раме тележки установлены бесконтактный датчик перемещений 12 и валкодер датчика 13, жестко закрепленный на валу с шестерней, а также суммирующий гидроцилиндр 11, с поршнем которого жестко связана зубчатая рейка 14, вращающая шестерню. Бесштоковая полость суммирующего гидроцилиндра 11 трубками соединена с бесштоковыми полостями измерительных гидроцилиндров 9. Измерительные гидроцилиндры 9, изображенные на фиг. 2, содержат электрически управляемые игольчатые клапана и измерительные штоки 10, жестко связанные с поршнями измерительных цилиндров.

Штоковая полость гидроцилиндра опускания рейки 4 и штоковая полость суммирующего гидроцилиндра 11 трубками 17 и 18 соединены с бесштоковой полостью главного гидроцилиндра 5, сообщающейся с резервуаром рабочей жидкости 6. Резервуар 6 в верхней части имеет крышку с отверстием с целью поддержания в резервуаре атмосферного давления.

Главный гидроцилиндр 5 с резервуаром 6, рычаг управления 7 с храповым механизмом 8 и электрическим выключателем 15 и электронный блок 16 размещаются на автомобиле, если прибор перемещается как автомобильный прицеп, или на раме тележки 2, если прибор перемещается вручную. Поршень главного гидроцилиндра 5 шарнирно соединен с рычагом управления 7. Рычаг управления 7 снабжен храповым механизмом фиксации 8 положения рычага и рукоятью, управляющей защелкой механизма фиксации. С рычагом управления 7 связан электрический выключатель 15, соединенный с электронным блоком 16.

Электронный блок 16 предназначен для управления процессом измерения, обработки данных, поступающих с датчика перемещений 12, и индикации результатов измерений. Он имеет цифровое табло индикации для вывода результатов измерения, кнопочные переключатели для задания значений допустимой величины просветов и для начала измерений. Электронный блок выполнен на базе однокристальной микро-ЭВМ.

На гидролинии, соединяющей главный гидроцилиндр 5 с суммирующим 11, установлен предохранительный клапан 19. Для технического обслуживания и долива жидкости в бесштоковую полость суммирующего гидроцилиндра 11 последняя соединена гидролинией с резервуаром 6, причем на этой гидролинии установлен механически управляемый клапан 20.

Рычаг управления 7 снабжен рукоятью, которая управляет положением защелки храпового механизма фиксации положения рычага. При нажатии на рукоять защелка поднимается, позволяя перемещать рычаг в новое положение.

Каждый из измерительных гидроцилиндров 9, показанных на фиг. 2, разделен поперек на две части перегородкой, в которой имеется жиклер. В нижней части цилиндра содержится поршень, жестко связанный с измерительным штоком 10, и пружина, поднимающая поршень. В верхней части цилиндра находится электрически управляемый игольчатый клапан с пружинкой, шарнирно закрепленный на рычаге из магнитопроводящего материала, и два электромагнита 21 и 22 управления клапаном, связанных с электронным блоком 16.

В качестве бесконтактного датчика перемещений используется щелевой бесконтактный датчик Холла ДМИ-2. Валкодер имеет вид колеса с прямоугольными шторками из магнитомягкого материала, замыкающими магнитный поток в щели датчика. При вращении колеса на выходе датчика напряжение имеет вид последовательности прямоугольных импульсов, причем количество импульсов прямо пропорционально величине перемещения поршня суммирующего гидроцилиндра.

В транспортном положении прибора рычаг 7 отжат и зафиксирован с помощью храпового механизма 8, электрический выключатель 15 разомкнут. Рабочая полость главного гидроцилиндра 5 соединена с резервуаром 6. Из гидроцилиндра 4 рабочая жидкость вытеснена с помощью пружин. Рейка 2, жестко соединенная с цилиндром 4, поднята над дорожным покрытием. На катушках электромагнитов 21 и 22 нет напряжения. Клапана измерительных гидроцилиндров 9 открыты, рабочая жидкость из их рабочих полостей вытеснена с помощью пружин в соединенную с ними полость суммирующего цилиндра 11. Жидкость из другой полости цилиндра 11 вытеснена через трубку 18 в гидроцилиндр 5. Измерительные штоки 10 втянуты полностью и находятся на одном уровне с рабочей поверхностью рейки.

Для перевода прибора в режим измерения оператор задает с помощью переключателей на панели электронного блока 16 величину допустимых просветов под рейкой. Оператор нажимает рукоять рычага управления 7, освобождая защелку храпового механизма фиксации рычага, нажимает на рычаг управления 7 и этим замыкает выключатель 15, подающий сигнал электронному блоку 16, который в ответ на сигнал создает напряжение на катушках электромагнитов 21 всех измерительных цилиндров 9. Рычаги клапанов измерительных гидроцилиндров притягиваются к соответствующим электромагнитам 21, и игольчатые клапана закрывают жиклеры, изолируя нижние части измерительных гидроцилиндров 9 и не пропуская туда рабочую жидкость из верхних частей и из суммирующего гидроцилиндра 11. Продолжая нажимать на рычаг 7, оператор поршнем перекрывает отверстие в стенке главного гидроцилиндра 5, изолирует его от резервуара 6, создает давление в главном гидроцилиндре 5 и тем самым через трубки 17 и 18 - в гидроцилиндре опускания рейки 4 и суммирующем гидроцилиндре 11. Рейка опускается на дорожное покрытие под действием давления в гидроцилиндре 4. Если давление в цилиндре 11 превышает допустимое, срабатывает предохранительный клапан 19, выпуская рабочую жидкость из цилиндра 11 в резервуар 6.

При работе прибора в режиме измерения оператор отпускает рукоять рычага управления 7, опуская защелку храпового механизма фиксации 8, фиксирует рычаг управления 7, удерживая давление в гидроцилиндрах 5, 4 и 11, и затем нажимает кнопку "Измерение" на панели электронного блока 16. Блок 16 последовательно через определенные промежутки времени снимает напряжение с катушки электромагнита 21 и подает напряжение на катушку электромагнита 22 очередного измерительного гидроцилиндра 9. Рычаг клапана соответствующего гидроцилиндра 9 притягивается к электромагниту 22, клапан измерительного гидроцилиндра 9 открывается. Под действием давления в суммирующем цилиндре 11 измерительный шток 10 опускается до соприкосновения с дорожным покрытием. Таким образом, штоки 10 по очереди опускаются под управлением блока 16. Перемещение очередного штока 10 вызывает перемещение поршня суммирующего гидроцилиндра 11 и жестко связанной с ним зубчатой рейки 14. Зубчатая рейка 14, перемещаясь, вращает шестерню валкодера 13 бесконтактного датчика перемещений 12, данные с которого передаются на электронный блок 16. По окончании измерений всех перемещений штоков 10 блок 16 выдает оператору информацию о результатах измерения с помощью индикации на цифровом табло.

Для перевода прибора в транспортное положение по окончании измерений оператор нажимает рукоять рычага управления 7, освобождая защелку храпового механизма фиксации рычага, отжимает рычаг 7, размыкая выключатель 15 и снимая напряжение с катушек электромагнитов 21 и 22, и фиксирует рычаг 7 с помощью храпового механизма 8. За счет разжимания пружин поршень цилиндра 5 перемещается, рабочая полость главного гидроцилиндра 5 соединяется с резервуаром 6, в гидросистеме устанавливается атмосферное давление, рабочая жидкость вытесняется в гидроцилиндр 5. Рейка 3 приподнимается над дорожным покрытием и переводится в транспортное положение.

Итак, предлагаемый настоящей заявкой прибор для оценки ровности дорожных покрытий компактен, кинематически прост, рационален и надежен, позволяет автоматизировать процесс измерения просветов и создает возможность по сравнению с прототипом повысить точность измерений, производительность контроля и обработки результатов измерений.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1046386, кл. E 01 C 23/07, опубл. в 1983 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 996608, кл. E 01 C 23/07, опубл. в 1983 г. (прототип).

3. Журнал "Радио" N 1, 1992 г., с.с. 29-31.

4. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М., "Машиностроение", 1987 г., с. 449.

5. Трифонов О.Н., Иванов В.И. и др. Приводы автоматического оборудования. М., "Машиностроение", 1991 г., с. 99.

6. Фомин Ю. Я. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л., "Судостроение", 1989 г., с. 79.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог. Задачей изобретения является повышение точности измерений просветов в пяти точках под трехметровой рейкой на дорожном покрытии согласно СНиП 3,06.03-85, производительности контроля и обработки результатов измерений. Задача решается установкой гидравлической системы опускания рейки на поверхность дорожного покрытия, бесконтактного датчика перемещений и гидравлической измерительной системы, образованной измерительными и суммирующим гидроцилиндрами и реализующей необходимое передаточное число между измерительными штоками и валкодером датчика. Повышение производительности контроля и обработки результатов измерений достигается за счет электронного блока, управляющего последовательным опусканием измерительных штоков, вычисляющего величину просветов под рейкой, осуществляющего индикацию результатов измерений и позволяющего задавать пороговые значения просветов в цифровом виде кнопочными переключателями. Прибор содержит тележку, на раме которой установлена измерительная рейка с гидроцилиндром опускания рейки. Рейка содержит в себе измерительные гидроцилиндры с измерительными штоками и электрически управляемыми клапанами. Измерительные гидроцилиндры соединены с суммирующим гидроцилиндром, перемещение поршня которого передается через зубчатую рейку и шестерню валкодеру датчика Холла. Суммирующий цилиндр связан с главным гидроцилиндром с резервуаром. Давление в главном цилиндре создается оператором, нажимающим на рычаг управления. Этим создается давление в гидроцилиндре опускания рейки и суммирующем гидроцилиндре, за счет чего рейка опускается на дорожное покрытие и происходит последовательное опускание измерительных штоков. Измеренные величины просветов под рейкой индицируются электронным блоком. 3 ил.

Прибор для оценки ровности дорожных покрытий, содержащий тележку, измерительную рейку, измерительные штоки и электронный блок, отличающийся тем, что он снабжен жестко связанным с измерительной рейкой гидроцилиндром опускания рейки, главным цилиндром с резервуаром, суммирующим гидроцилиндром, бесконтактным датчиком перемещений с валкодером, находящимися в теле рейки измерительными гидроцилиндрами, содержащими электрически управляемые клапана, электрическим выключателем и контактирующим с ним шарнирно соединенным с поршнем главного гидроцилиндра рычагом управления с храповым механизмом и защелкой, причем поршень гидроцилиндра опускания рейки жестко связан с рамой тележки, измерительные штоки жестко связаны с поршнями соответствующих измерительных гидроцилиндров, бесштоковые полости которых связаны гидравлическими линиями с бесштоковой полостью суммирующего гидроцилиндра, штоковая полость которого соединена снабженной предохранительным клапаном гидравлической линией с бесштоковой полостью главного гидроцилиндра и штоковой полостью гидроцилиндра опускания рейки, а поршень жестко соединен с зубчатой рейкой, вращающей шестерню валкодера бесконтактного датчика, посылающего сигналы электронному блоку, который принимает также сигналы от электрического выключателя и производит управление измерением и индикацию результатов измерения, при этом бесштоковые полости главного, суммирующего гидроцилиндров, гидроцилиндра опускания рейки и штоковые полости измерительных гидроцилиндров содержат пружины сжатия.