Устройство для оценки прочности дорожных одежд Советский патент 1984 года по МПК E01C23/07 

4

;о

Изобретение относится к строительству и эксплуатации дорог и может быть использовано для определения прочности дорожных одежд, при этом оценка -прочности производится по величине прогиба, возникающего в ре- зультате нагружения исследуемого участка дорожной одежды динамической нагрузкой.

Известно устройство для динамических испытаний дорожных одежд, включающее источник динамической нагрузки - вибратор, измерительнь1й злемент в .виде колес, через которые передается на испытуемую дорожную одежду динамическая нагрузка, регистрирующую и задающую аппаратуру В данном устройстве изменение реакции испытываемо о дорожного покрытия на воздействие динамической нагрузки фиксируют путем измерения перепадов давления в камерах колес, выходные отверстия которых соединены трубопроводом jf регистрирующей аппаратурой 1 1.

Однако оценка реакции дорожного покрытия по величине измеряемого давления в камерах колес приводит к существенным погрешностям: рабочее давление воздуха в камерах колес, нагружаемых источником динамической нагрузки, быстро меняется в зависимости от условий эксплуатации и Может значительно отличаться от номинального значения, относительйо которого измеряется величина прогиба дорожной одежды, кроме того, не учитывается влияние неровностей дороги.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для оценки прочности дорожных одежд, включающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения, датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор. В известном устройстве механическим звеном для передачи усилия от источника импульсной нагрузки на поверхность дорожной одежды является колесо нагружения. К автомобилю, который перемещает установку, крепятся последовательно две виброизолированные тележки, несущие по одному измерителю вертикальных перемещений, который представляет собой измерительное колесо, на котором устанавливается датчик для

определения вертикального перемещения измерительного колеса относительно рамы виброизолированной тележки. Измеритель вертикальных перемещений первой виброизолированной тележки

располагается в точке максимального прогиба, измеритель вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки преднамеренно удален и находится вне зоны действия нагрузки. Оба измерительных колеса проходят одинаковые отрезки пути приблизительно по одной линии, но с разницей во времени Г2.

Для того, чтобы нагрузка не влияла

0 на второй измеритель вертикального перемещения, виброизолированные тележки относят друг от друга в зависимости от типа дорожной одежды на расстояние 1,5-6 м. Это условие существенно усложняет обеспечение прохода второго измерителя вертикальных перемещений и, следовательно, вносит погрешность в измерение прогиба. Для того, чтобы выделить сигнал прогиба,

суммарный сигнал прогиба микропрофиля, который поступает с датчика для определения вертикального перемещения первой виброизолированной тележки, сравнивают с сигналом микропрофиля, поступающим с датчика для определения вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки. Последний сигнал надо задержать на отрезок времени между двумя моментами, когда два измерителя вертикальных перемещений проходят по очереди над . исследуемой точкой. Для выполнения этого условия необходимо строго соблюдать постоянную скорость перемещения виброизолированньпс тележек, что на практике трудно обеспечить и что вносит погрешность в измерение прогиба дорожной одежды.

Цель изобретения - повьщ1ение точности измерения. .

Цель достигается тем, что устройство для оценки прочности дорожных одежд,вкл1бчающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения, датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, снабжено датчиками ортогональных составляющих усилий, установленными на- штоке измерителя вертикальных перемещений делителрм и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составляющих уси лий соединены со входами делителя ,вьп4о которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого объединен с датчиком скорости, а выход подключён к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещения, а выход схемы компенсации через синхро ный фильтр соединен с регистрирующим прибором. Это позволяет ограничиться одним измерителем вертикальных перемещений и тем самым исключить- погрешности, связанные с возможным рассогласовани ем траекторий движения отдельных изм рителей вертикальных перемещений. На фиг. 1 представлена функционал ная схема устройства для оценки проч ности дорожных одежд в движении, на фиг. 2 - силы действующие на измеритель вертикальных перемещений, находяшл.йся в контакте с покрытием дороги. Устройство содержит транспортируемый автомобилем прицеп, 1 с установленными на нем вибраторами 2, источником динамического нагружения на cij ренные колеса 3, виброизолированную тележку 4, связанную с прицепом 1 через вертикальные штанги 5 и снабженную измерителем 6 вертикальных перемещений, состоящим из измери,тельного колеса 7 и штока 8 с размещенными на нем датчиком 9 виброперемещения, датчиками 10 и 11 ортогональных составляющих усилий и датчиком 12 скорости, состоящим из источника света и фотоприемника (не показаны) , делитель 13, умножитель 14, схему 15 компенсации, синхронный фильтр 16 и регистрируюпщй прибор 17 I - Устройство работает следующим образом. Транспортируемый автомобилем исто ник динамического нагружения - вибра тор 2, установленный на прицепе 1, производит нагружение дорожной одежд периодической нагрузкой через спарен ные колеса 3. Совместное лвижение при Цепа 1 с виброизолированной Тележкой 4, несущей измеритель 6 вертикальных перемещений, и развязка последней от колебаний вибратора 2 обеспечивается вертикальными штангами 5. Измеритель 6 вертикальных перемещений, состояпр й из измерительного колеса 7 и щтока 8, перемещается в зоне приложения вибрационной нагрузки и- синхронно с ней по поверхности дорожного покрытия, вследствие чего датчик 9 виброперемещення, размещенный на штоке 8, воспринимает и преобразует абсолютные п еремещения измерительного колеса 7, представлякшще сумму виброперемещений, вызванных. нагр5 жением вибратора 2, и перемещений, связанных с обкатыванием микропрофиля до- ; роги, в электрический сигнал, пропорциональный сумме перемещений. В то же время при движении измерительного колеса 7 по неровностям последние вызывают упругую деформацию штока 8, которая измеряется датчиком 10 и 11 ортогональных составляющих усилий. Одновременно измерение деформаций датчиками 10 и 11 в горизонтальной и вертикальной плоскостях дает возможность независимо от действия вибратора производить.измерение микропрофиля дорожных одежд. С выхода датчика 10 горизонтальных усилий сигнал, пропорциональный величине горизонтальных деформаций, возникающих в щтоке 8, за счет действия горизонтальных сил вследствие реакции подпружиненного измерительного колеса 7 на неровности поступает на вход делителя 13. На другой выход делителя 13 с вЫхода датчика 11 вертикальньпс усилий поступает сигнал, пропорциональный величине вертикальных деформаций, возникающих также в штоке 8, но за счет действия вертикальньрс сил. С выхода делителя 13 сигнал, пропорциональный производной микропрофиля, поступает на выход умножителя 14, на другой вход которого поступает сигнал с датчика 12 скорости. Операция умножения производится с целью компенсации микропрофиля на всех скоростях движения измерителя 6 вертикальных перемещений. Сигнал с выхода умножителя 14, пропорциональный скорости вертикальных перемещений измерительного колеса 7, вызываемых неровностями, поступает на один вход схеьы 15 компенсации, на второй ее вход поступа. ет суммарный сигнал с выхода датчика 9 виброперемещения, пропорциональный величине перемещения колеса 7 от действия микропрофиля дброги и сигнала прогиба. В результате операции вычитания н выходе схемы компенсации получается сигнал, пропорциональный перемещению измерителя 6 вертикальных перемещений только за счет колебания дорожной одежды, вызываемого вибрацион ными нагружениями. Полярность и спек сигнала микропрофиля с выхода згмножи ,теля установлены таким образом, что сигнал вычитается из суммарного сигнала. Окончательная компенсация микропрофиля осуществляется синхронным фильтром 16, который пропускает сигнал только с частотой нагружения, пр чем полоса пропускания его может изменяться в зависимости от изменения частоты нагружения, На вход синхронного фильтра 16 поступает сигнал, смесь периодического полезного сигнала и случайного шума, являющегося помехой, искажающей полезный сигнал. Так как полезный сигнал носит периодический характер, а сигнал помехи случайный, синхронный фильтр 16, настроенный на частоту нагружения, про пускает полезный сигнал, ха;рактеризующий прогиб, а сигнал о неровности подавляет, С выхода синхронного филь тра 16 сигнал поступает на регистрирующий прибор 17, На измеритель вертикальных перемещений, находящийся в контакте с покрытием дорожной одежды, действуют следующие силы (фиг, 2), Колесо измерителя вертикальных перемещений, движущееся по поверхности дороги, прижимается к ней силой F,, ция дороги, возникающая в точке контакта, уравновешивает силу F j буд чи направлена по линии, проходящей через точку контакта измерительного колеса с дорогой и ось колеса, создает ортогональную составляющую усилия R, уравновещиваемую упругой деформацией штока измерителя вертикальных перемещений. Из фиг, 2 видно, что ); R ), Угол отклонения щтока измерителя вертикальных перемещений ;рертикали ра4 o((5() производная микропрофиля по координате X в точке контакта, у- микропрофиль дороги. По отношению видно, что для рещения задачи независимого измерения микропрофиля дорожного покрытия достаточно измерить ортогональные составляющие усилий реакции R по деформации штока измерителя вертикальных перемещений по оси X и по оси У с последующим интегрированием производной микропрофиля, Таким образом, измерение микропрофиля в данной точке с применением одного измерителя вертикальных перемещений, снабженного датчиками ортогональных составляющих усилий, делителем, с использованием в предлагаемом устройстве синхронного фильтра дает принципиально новую возможность осуществления компенсации микропрофиля дороги. Устройство позволит с высокой точностью определить величину прогиба дорожной одежды в движении, кроме того, использование одного измерителя вертикальньк перемещений зшрощает устройство и удешевляет его стоимость по сравнению с известными.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕВД,включающее тран- Л спортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено датчиками ортогональных составляющих усилий, установленными на штоке измерителя вертикальных перемещений, делителем и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составлякщих усилий соединены с входами делителя, выход которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого § объединен с датчиком скорости, а выход подключен к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещения, а выход схемы компенсации через синхронный фильтр соединен с регистрирующим прибором.