УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ Российский патент 2000 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к устройствам для оценки прочности дорожной одежды по величине кривизны чаши прогиба дорожных и аэродромных конструкций, а также для измерения ровности дорожных и аэродромных покрытий.

Существуют различные приборы и устройства для оценки технико-эксплуатационных качеств автомобильной дороги, а именно прочности и ровности дорожной конструкции. 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, известен толчкомер электронный с дистанционным управлением ТЭД-2, состоящий из двух узлов: механической части датчика импульсов и электронного датчика импульсов, при этом механическая часть включает в себя приводной барабан, соединенный с муфтой прямого и обратного хода. Вращение приводного барабана на оси осуществляется под воздействием вертикального перемещения троса, один конец которого закреплен с помощью пружины к корпусу прибора, второй - с использованием зажимного устройства - к заднему мосту автомобиля через отверстие в полу кузова автомобиля (см. А.С. СССР N 1244228, G 01 В 5/28, 1989 г.).

Основной недостаток данного устройства связан с тем, что он дает одинаковые показания при большом числе мелких неровностей и незначительном числе крупных неровностей. Кроме того, устройство, установленное на автомобилях разных марок, дает разные показатели, поскольку интенсивность колебаний автомобиля зависит от свойств его подвески, при этом оно позволяет оценивать только один из ряда технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд, а именно ровность дорожного покрытия. Данное устройство используется также неэффективно, так как с его помощью производится оценка только одного технико-эксплуатационного показателя автомобильной дороги - прочности дорожной одежды по кривизне чаши прогиба.

Наиболее близким по своей технической сущности к настоящему техническому предложению является принятое за прототип устройство для динамических испытаний дорожных одежд, содержащее штангу с падающим грузом, штамп, выполненный в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, и виброизолированную тележку с траверсами, снабженными измерительными роликами и датчиками вертикальных перемещений с одной стороны и подпружиненными с другой (см. А.С. СССР N 1641926, E 01 C 23/07, опубл. 1991 г.).

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является осуществление оценки полной кривизны чаши прогиба по всей ширине полосы движения, а также одновременное измерение ровности дорожного полотна по всей ширине полосы движения, благодаря чему удается повысить информативность в части более полной оценки состояния дорожной одежды, а в конечном итоге, достоверность оценки указанных показателей.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в известном устройстве для оценки технико-эксплуатационных показателей дорожной одежды, установленном на прицепе, выполненном в виде виброизолированной тележки, содержащем штамп в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, жестко связанной с направляющими штангами, выполненными с возможностью их вертикального перемещения при нагружении, падающий груз с подъемным механизмом и измерительное приспособление, содержащее ряд траверс, одна из которых - центральная - расположена между спаренными колесами штампа, каждая из траверс выполнена в виде двуплечего рычага, имеет опору, размещенную на горизонтальной планке, расположенной перпендикулярно продольной оси виброизолированной тележки, и снабжена измерительным роликом и датчиком вертикальных перемещений дорожной одежды инерционного типа, установленными на одном плече траверсы, другое плечо которой связано с электромеханизмом перевода траверсы в транспортное положение, закрепленным на раме тележки, и привод перевода спаренных колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение, согласно изобретению горизонтальная планка виброизолированной тележки выполнена выносной и снабжена по краям опорами в виде колес, измерительные траверсы размещены в опорах равномерно по длине горизонтальной планки с одной стороны от центральной траверсы, а каждая траверса измерительного приспособления дополнительно снабжена датчиком угловых перемещений, причем корпус каждого из датчиков жестко закреплен на шарнирной опоре соответствующей траверсы, а ползунок соединен с одним из плеч последней.

Сравнение предлагаемого устройства и прототипа 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.

В предлагаемом устройстве благодаря выполнению измерительного блока в виде ряда траверс, расположенных на одной горизонтальной планке, выполненной выносной с колесными опорами по краям, за один цикл нагружения дорожных одежд появляется возможность оценить наиболее полно кривизну чаши прогиба по ширине полосы движения, а снабжение измерительного приспособления датчиками угловых перемещений по числу измерительных траверс позволяет одновременно вести оценку ровности дорожных одежд также по ширине полосы движения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен главный вид устройства (вид сбоку). На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1.

Устройство для оценки технико-эксплуатационных показателей дорожной одежды размещено на горизонтальной раме 1 прицепа (на чертеже не обозначен), 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 источник импульсной динамической нагрузки, выполненный в виде штампа (на чертеже не обозначен), состоящего из двух спаренных авиационных колес 5, объединенных опорной платформой 6 и подвижно связанных с трехопорной тележкой 2, причем опорная платформа 6 жестко соединена с вертикальными направляющими штангами 7 цилиндрического профиля с возможностью их вертикального перемещения со штампом при нагружении относительно рамы 1 посредством роликов 8, установленных в вертикальной раме жесткости 9, жестко связанной с рамой 1.

Между направляющими штангами 10 расположен падающий груз 11, выполненный наборным и снабженный роликами 12, с возможностью перемещения по направляющим 10, размещенным в вертикальной раме жесткости 9. Между падающим грузом 11 и платформой 6 установлен амортизатор 13 в виде резиновой прокладки. Устройство содержит также силовой привод - подъемный механизм (на чертеже не обозначен) для подъема падающего груза 11, выполненный в виде гидронасоса и гидрораспределителя (на чертеже не показан), гидроцилиндра 14 с упорами 15 и магистральных шлангов 16. Описанная гидросистема силового привода 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 11 имеется вертикальная сквозная ниша 17, в нижней части которой размещен зацепной механизм (на чертеже не обозначен), выполненный из двух рычагов 18 и распорной пружины 19, с возможностью взаимодействия с головкой 20 штока 21 гидроцилиндра 14, при этом упоры 15, установленные на гидроцилиндре 14, ограничивают высоту подъема падающего груза 11.

Устройство также включает измерительный блок (на чертеже не обозначен), состоящий, например, из пяти траверс 22, 23, 24, 25 и 26, при этом центральная траверса 22 расположена между спаренными колесами 5 гибкого штампа в центре действия динамической нагрузки, а остальные траверсы 23, 24, 25 и 26 удалены через одно и то же расстояние в поперечной плоскости от центральной траверсы 22, причем каждая из измерительных траверс 22, 23, 24, 25 и 26 выполнена в виде двуплечего рычага (на чертеже не обозначен), на одном плече которого установлен соответствующий инерционный датчик 27, 28, 29, 30 и 31 вертикальных перемещений дорожных одежд, а иначе датчик прогиба дорожной одежды и измерительный ролик 32, 33, 34, 35 и 36, через который соответствующий датчик вертикальных перемещений 27, 28, 29, 30 и 31 инерционного типа контактирует с дорожной поверхностью. Другое плечо каждой из траверс 22, 23, 24, 25 и 26 подпружинено с помощью резинового жгута 37 для обеспечения надежного контакта измерительных роликов 32, 33, 34, 35 и 36 с дорожным покрытием. При этом каждая из траверс 22, 23, 24, 25 и 26 имеет шарнирную опору (на чертеже не обозначены), которая выполнена в виде вертикального держателя 38, жестко закрепленного на горизонтальной планке 39 виброизолированной тележки, выполненной выносной. При этом края горизонтальной планки 39 имеют опоры в виде колес 40 и 41, а сама планка 39 жестко закреплена на горизонтальной раме 1 прицепной трехопорной тележки 2 перпендикулярно ее продольной оси, четыре дополнительные к центральной траверсе 22 траверсы 23, 24, 25 и 26 размещены в своих шарнирных опорах равномерно по длине горизонтальной планки 39 с одной стороны от центральной траверсы 22. Кроме того, каждая траверса 22, 23, 24, 25 и 26 измерительного приспособления дополнительно снабжена датчиком угловых перемещений (на чертеже не обозначен), обеспечивающим измерение ровности. При этом соответствующий корпус 42, 43, 44, 45 и 46 каждого из датчиков угловых перемещений жестко закреплен на шарнирной опоре в виде вертикального держателя 38, а соответствующий ползунок 47, 48, 49, 50 и 51 каждого из датчиков угловых перемещений соединен с одним из плеч соответствующей траверсы 22,23,24,25 и 26. Каждая измерительная траверса 22, 23, 24, 25 и 26 снабжена электромеханизмом 52 перевода траверсы в транспортное или рабочее положения, закрепленным на виброизолированной тележке 2. Причем при выдвинутом штоке 53 электромеханизма 52 каждая из измерительных траверс 22, 23, 24, 25 и 26 находится в транспортном положении, а при втянутом штоке 53 - в рабочем положении.

Устройство снабжено двумя приводами 54 и 55, установленными на раме 1 тележки 2 симметрично с обеих сторон опорной платформы 6, для автоматического перевода спаренных колес 5 гибкого штампа и падающего груза 11 из транспортного положения в рабочее и наоборот путем выдвижения и фиксации опор 56 и 57. В результате этой операции спаренные колеса 5 гибкого штампа поднимаются на необходимую высоту и при транспортировке устройства на большие расстояния не контактируют с дорожным покрытием.

Устройство для оценки технико-эксплуатационных показателей дорожной одежды работает следующим образом.

При транспортировке устройства спаренные колеса 5 гибкого штампа и измерительные ролики 32, 33, 34, 35 и 36 находятся в транспортном положении и не взаимодействуют с дорожным покрытием благодаря выдвинутым опорам 56 и 57 двух приводов 54 и 55 соответственно, при этом каждая из траверс измерительного блока, а именно 22, 23, 24, 25 и 26 также находится в транспортном положении за счет выдвинутого штока 53 каждого электромеханизма 52 перевода траверсы в транспортное положение. Перевод устройства из транспортного положения в рабочее производится по команде с бортового пульта управления путем включения приводов 54 и 55. В результате этой операции происходит одновременное втягивание соответствующих опор 56 и 57. Одновременно с выполнением этой операции за счет включения каждого электромеханизма 52 и последующего втягивания штока 53 производится опускание измерительных роликов 32, 33, 34, 35 и 36 соответствующих траверс 22, 23, 24, 25 и 26 на дорожное покрытие, что приводит к готовности датчиков 27, 28, 29, 30 и 31 вертикальных перемещений дорожной одежды инерционного типа к измерениям.

Таким образом, во время испытаний дорожных одежд при переезде прицепной тележки 2, буксируемой легковым автотранспортом, с одной точки испытаний на другую спаренные колеса 5 гибкого штампа непрерывно контактируют с дорожным покрытием. В свою очередь, контакт с дорожным покрытием датчиков 27, 28, 29, 30 и 31 инерционного типа, измеряющих по существу прогибы дорожной одежды, осуществляется также непрерывно через соответствующие измерительные ролики 32, 33, 34, 35 и 36.

Измерение кривизны чаши прогиба производится следующим образом. Перед испытанием несущей способности дорожной одежды падающий груз 11 лежит на амортизаторе 13, размещенном на опорной платформе 6, при этом с помощью двух рычагов 18 зацепного механизма груз 11 находится в зацеплении с головкой 20 штока 21 гидроцилиндра 14. Во время остановки тележки 2 в точке испытаний по команде с пульта управления включается гидронасос, приводимый в действие от коробки отбора мощности двигателя автотранспорта, который через гидрораспределитель приводит в действие гидроцилиндр 14. В результате этого производится подъем падающего груза 13 путем втягивания штока 21 гидроцилиндра 14.

При достижении грузом 11 расчетной высоты за счет взаимодействия упоров 15, установленных на корпусе гидроцилиндра 14 с рычагами 18 зацепного механизма, рычаги 18 раздвигаются и освобождают груз 11 от зацепления с головкой 20 штока 21. Это приводит к свободному падению груза 11 с минимальной потерей энергии на трение за счет роликов 12, установленных на грузе 11, и взаимодействию с амортизатором 13, размещенным на опорной платформе 6, жестко связанной со спаренными колесами 5 гибкого штампа.

В результате динамического нагружения опорной платформы 6 через спаренные колеса 5 штампа на дорожную одежду передается динамическая нагрузка. Датчики 27, 28, 29, 30 и 31 инерционного типа фактически фиксируют вертикальное перемещение дорожной одежды, возникающее при динамическом нагружении. Динамическая нагрузка, передаваемая через спаренные колеса 5 штампа на дорожную одежду, приводит к возникновению в последней упругой деформации в виде чаши прогиба. Кривизна чаши прогиба воспринимается посредством роликов 32, 33, 34, 35 и 36 с соответствующими датчиками 27, 28, 29, 30 и 31 измерительного приспособления, которые преобразуют величину перемещения дорожной одежды в пропорциональные электрические сигналы. При этом наибольший по значению сигнал датчиков 27, 28, 29, 30 и 31 соответствует максимальному вертикальному перемещению дорожной одежды под действием нагрузки, а следовательно, максимальному значению прогиба дорожной одежды. Такой сигнал вырабатывается на выходе датчика 27, который установлен на центральной траверсе 22 между спаренными колесами 5 штампа, т.е. в центре действия динамической нагрузки. Другие датчики 28, 29, 30 и 31 вертикальных перемещений, установленные равномерно по длине выносной горизонтальной планки, по мере удаления от центра приложения динамической нагрузки вырабатывают электрические сигналы, отличные друг от друга, причем значения этих сигналов тем меньше, чем дальше они отстоят от центра действия нагрузки.

Таким образом, с помощью данного устройства, содержащего измерительное приспособление в виде блока из пяти измерительных траверс с датчиками вертикальных перемещений дорожной одежды или, иначе, прогибов дорожной одежды инерционного типа, можно получить пять эксплуатационных параметров прогиба и кривизны чаши прогиба:
- максимальный динамический прогиб;
- индекс кривизны покрытия;
- индекс кривизны основания;
- средний прогиб, характеризующий несущую способность дорожной одежды и отношение модулей упругости ее слоев;
- косвенный показатель модуля упругости земляного полотна (отсчет 5-го датчика).

Независимое размещение в предлагаемом устройстве датчиков вертикальных перемещений дорожной одежды или, иначе, прогиба дорожной одежды инерционного типа друг от друга по сравнению с прототипом способствует повышению достоверности измерений, что обеспечивается независимой работой каждой траверсы и исключением влияния на ее работу любой другой.

Измерение ровности производится следующим образом. Одновременно с операцией измерения кривизны чаши прогиба дорожной одежды производится измерение ровности дорожной поверхности посредством датчиков угловых перемещений, что повышает информативность измерений. Датчики угловых перемещений, установленные на каждой из траверс 22, 23, 24, 25 и 26, служат для измерения величины микропрофиля дорожного покрытия в поперечной плоскости дороги по всей ширине полосы движения. При движении траверс 22, 23, 24, 25 и 26 по неровному покрытию происходит перемещение соответствующих измерительных роликов 32, 33, 34, 35 и 36 в вертикальной плоскости, это приводит к изменению угла между каждым двуплечим рычагом и его шарнирной опорой в виде вертикального держателя 38 траверс 22, 23, 24, 25 и 26. Угловые перемещения каждого измерительного ролика 32, 33, 34, 35 и 36, непрерывно опирающегося на дорожное покрытие, воспринимает соответствующий датчик угловых перемещений, при этом при движении измерительных траверс 22, 23, 24, 25 и 26 по неровностям ползунки 52, 53, 54, 55 и 56 соответствующих датчиков угловых перемещений начинают перемещаться. Эти перемещения приводят к изменению величины выходных сигналов датчиков угловых перемещений.

Практическая реализация данного устройства и одновременная оценка двух важнейших технико-эксплуатационных показателей (ровности и прочности по величине чаши прогиба) в едином технологическом цикле обеспечит получение значительного объема достоверных данных о фактической прочности и ровности дорожной одежды, позволит снизить затраты и ускорить процесс окупаемости, а также позволит обеспечить оптимальный режим эксплуатации, при этом сохраняется возможность раздельного измерения каждого из технико-эксплуатационных показателей.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог и аэродромных покрытий, а именно к устройствам для оценки прочности и ровности дорожных одежд. Технической задачей, решаемой изобретением, является осуществление оценки полной кривизны чаши прогиба и ровности дорожной одежды одновременно по всей ширине полосы движения. Устройство установлено на виброизолированной тележке и содержит штамп для динамического нагружения в виде двух спаренных колес и падающий груз с подъемным механизмом, измерительное приспособление в виде ряда измерительных траверс, каждая из которых выполнена в виде двуплечего рычага с опорой, размещенной на горизонтальной планке, расположенной перпендикулярно продольной оси тележки, и снабжена соответственно измерительным роликом и датчиком вертикальных перемещений дорожной одежды. Измерительные траверсы дополнительно снабжены датчиком угловых перемещений каждая и размещены равномерно по длине горизонтальной планки с одной стороны от центральной траверсы. С помощью падающего груза посредством спаренных колес штампа производят динамическое нагружение дорожной одежды. С помощью роликов и датчиков вертикальных перемещений осуществляют контроль за координатами (величиной) вертикальных перемещений дорожной одежды по всей ширине полосы движения, благодаря чему оценивают полную кривизну чаши прогиба дорожной одежды. При движении тележки по дороге по сигналам от датчиков угловых перемещений, установленных на каждой из траверс, ведут оценку ровности дорожной одежды также по всей ширине дорожного полотна. В целом изобретение позволяет повысить информативность испытаний, а следовательно, достоверность результатов оценки прочности и ровности дорожных одежд. 3 ил.

Устройство для оценки технико-эксплуатационных показателей дорожной одежды, установленное на прицепе, выполненном в виде виброизолированной тележки, содержащее штамп в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, жестко связанной с направляющими штангами, выполненными с возможностью их вертикального перемещения при нагружении, падающий груз с подъемным механизмом и измерительное приспособление, содержащее ряд траверс, одна из которых - центральная, расположена между спаренными колесами штампа, каждая из траверс выполнена в виде двуплечего рычага, имеет опору, размещенную на горизонтальной планке, расположенной перпендикулярно продольной оси виброизолированной тележки, и снабжена измерительным роликом и датчиком вертикальных перемещений дорожной одежды инерционного типа, установленными на одном плече траверсы, другое плечо которой связано с электромеханизмом перевода траверсы в транспортное положение, закрепленным на раме тележки, и привод перевода спаренных колес штампа в соответствующее транспортное или рабочее положение, отличающееся тем, что горизонтальная планка виброизолированной тележки выполнена выносной и снабжена по краям опорами в виде колес, измерительные траверсы размещены в опорах равномерно по длине горизонтальной планки с одной стороны от центральной траверсы, а каждая траверса измерительного приспособления дополнительно снабжена датчиком угловых перемещений, причем корпус каждого из датчиков жестко закреплен на шарнирной опоре соответствующей траверсы, а ползунок соединен с одним из плеч последней.