通过摩擦力和正压力测试道路修补后力学行为的试验装置

技术领域

本发明属于测试道路修补性能试验装置技术领域，具体涉及通过摩擦力和正压力测试道路修补后力学行为的试验装置。

背景技术

近年来，随着我国道路数量的高速增长，道路的水平等级数量较以往有了成倍地增长，面对如此庞大的道路的养护，人们研发出了各种新型材料对破损道路进行修复，而修复后原路面与修补材料的粘合性以及路面的耐压能力引发了人们的重视。相关研究表明，在修复后路面再次破损的因素中汽车的急刹车对道路形成的伤害是主要因素，不仅有急刹车带来的巨大摩擦力，同时更有汽车的重量所带来的正压力对道路造成的伤害。而现有专利，申请号：CN201811626310.9 一种道路材料的耐冲击性能测试装置及测试方法，此专利能够设置强酸强碱、降雨、高温、紫外老化等多种不同路用工况，模拟的复杂环境，快速准确得测试道路材料在不同冲击参数下的耐冲击性能。

除此之外，现阶段测试道路的技术有落球法，即把钢球自由落体到待测试件上，通过观察被测试件的破损程度来衡量道路性能；还有测试路面摩擦系数的摆锤仪，通过在摆锤底面设计有橡胶材质装置，然后将摆锤举升到一定高度并下放，橡胶材质的滑块与路面接触，摩擦力越大，摆锤再次升起的高度越低。以上现有技术的共同特点是，单一考虑摩擦力或者瞬间冲击力对道路的影响，并没有将实际情况中汽车行驶在路面的摩擦力和正压力结合起来对道路性能进行测试。

发明内容

为解决上述问题本发明公开通过摩擦力和正压力测试道路修补后力学行为的试验装置，能为在道路修复技术领域的研究提供帮助，为城市道路安全性能的探究提供帮助，极具现实意义。

为达到上述目的本发明采用如下技术方案：

通过摩擦力和正压力测试道路修补后力学行为的试验装置，包括支架，所述支架上安装有固定机构、荷载机构、施力机构、落球机构和升降装置，其中：

所述固定机构用于固定修复道路后道路的下层材料层，其包括试验平台和三个加紧单元，所述试验平台安装于所述支架的上方，所述试验平台的上方中部安装有矩形开口模具，所述矩形开口模具中填充有下层材料层，所述下层材料层上铺设上层材料层，所述三个加紧单元分别安装于所述试验平台的三个边上，所述加紧单元包括定位钢片、旋转把手和螺母，所述定位钢片焊接于所述试验平台上且靠近所述矩形开口模具，所述螺母焊接于所述试验平台上且与所述定位钢片相对设置，所述旋转把手与所述螺母螺纹连接，所述旋转把手通过旋转其端部可以定位钢片顶接；

所述荷载机构包括刚性支架、可移动平台和两个电动液压千斤顶，所述刚性支架安装于所述试验平台的上方，所述刚性支架上具有滑槽，所述可移动平台安装于所述滑槽上，两个所述电动液压千斤顶倒置焊接于所述可移动平台下端面上；

所述施力机构为矩形钢筋框架，所述矩形钢筋框架预埋入所述上层材料层中，且所述矩形钢筋框架的连接边位于所述上层材料层的外侧，所述连接边上焊接有圆形铁环；所述连接边位于远离所述加紧单元一侧；

所述落球机构包括定滑轮、钢索、缓冲单元和铁球，所述括定滑轮安装于所述试验平台上，且靠近所述圆形铁环一侧，所述钢索一端连接所述圆形铁环，另一端绕过所述定滑轮依次与所述缓冲单元和所述铁球连接；

所述升降装置包括电动升降架、电磁铁平台和激光测距传感器，所述电动升降架安装于所述试验平台上，且靠近所述圆形铁环一侧，所述电磁铁平台安装于所述电动升降架上。

优选地，每个所述电动液压千斤顶的底部安装有一个车轮，所述车轮采用橡胶材质。

优选地，所述缓冲单元包括圆柱形外壳、上部连接钩、限压钢板、活塞、活塞杆和下部连接钩，所述圆柱形外壳包括螺纹连接的上壳和下壳，所述上部连接钩固定于所述上壳的上端面外侧，所述上部连接钩连接所述钢索，所述限压钢板的上端与所述上壳的上端面内侧连接，所述活塞设置于所述下壳的内侧，所述限压钢板的下端与所述活塞的上端面连接，所述活塞的下端面与所述活塞杆的上端面连接，所述活塞杆的下端穿过所述下壳的下端面外侧，并与所述下部连接钩连接，所述下部连接钩与所述铁球连接。

优选地，所述下壳的内侧的活塞的下方填充有缓冲层。

优选地，所述缓冲层采用泡沫陶瓷材料。

优选地，该装置还包括观测机构，所述观测机构包括摄像头架和高速摄像头，所述摄像头架安装于所述试验平台上一侧，所述高速摄像头安装于所述摄像头架上。

优选地，该装置还包括控制器，所述控制器分别连接所述电动液压千斤顶、所述电动升降架和所述激光测距传感器，所述激光测距传感器测量出电磁铁平台与地面的高度，并将此高度数值输入给所述控制器，所述控制器根据高度数值调整所述电磁铁平台的高度。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

1.本发明将摩擦力和正压力结合起来对修补道路的力学行为进行测试，与现有技术相比，其他的试验装置只是单一考虑摩擦力或者正压力因素，并没有将两者结合起来进行研究，得出的试验结果与实际具有显而易见的差异，而使用本发明对修补后道路进行测试，更加地贴切实际，测试结果更加准确；

2.本发明设计了二次回收装置，解决了由于第一次试验完毕后，将重量较大的铁球再次提升，进行二次重复试验的难题；

3.本发明考虑实际情况，在电动液压千斤顶的底部设计了一排橡胶材质的车轮，有效防止了由于两种材质的相对运动对千斤顶造成的损伤，另外为试验全程提供相同的正压力提供保障，使得试验结果更加准确；

4.本发明针对电磁铁升降平台的控制加入了激光测距模块，可以通过调整铁球的释放高度来调整钢索上瞬间拉力的数值，也可以通过多次试验，调整不同的释放高度，来测试两块材料粘合性的极限。使试验增加一种对照试验，提高试验的准确性和科学性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明荷载机构的结构示意图；

图3为本发明无荷载机构的结构示意图；

图4本发明施力机构与钢索连接方式示意图；

图5为本发明钢球与钢索连接方式示意图；

图6为本发明为本发明缓冲单元的剖视面；

图7为本发明限压钢板与缓冲单元连接方式图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-7所示，通过摩擦力和正压力测试道路修补后力学行为的试验装置，包括支架，所述支架上安装有固定机构1、荷载机构2、施力机构3、落球机构4和升降装置5，其中：

所述固定机构1用于固定修复道路后道路的下层材料层6，其包括试验平台11和三个加紧单元12，所述试验平台11安装于所述支架的上方，所述试验平台11的上方中部安装有矩形开口模具，所述矩形开口模具中填充有下层材料层6，所述下层材料层6上铺设上层材料层7，所述三个加紧单元12分别安装于所述试验平台11的三个边上，所述加紧单元12包括定位钢片121、定旋转把手122和螺母123，所述定位钢片121焊接于所述试验平台11上且靠近所述矩形开口模具，所述螺母123焊接于所述试验平台11上且与所述定位钢片121相对设置，所述定旋转把手122与所述螺母123螺纹连接，所述定旋转把手122通过旋转其端部可以定位钢片121顶接；

所述荷载机构2包括刚性支架21、可移动平台22和两个电动液压千斤顶23，所述刚性支架21安装于所述试验平台11的上方，所述刚性支架21上具有滑槽，所述可移动平台22安装于所述滑槽上，两个所述电动液压千斤顶23倒置焊接于所述可移动平台22下端面上；

所述施力机构3为矩形钢筋框架，所述矩形钢筋框架预埋入所述上层材料层7中，且所述矩形钢筋框架的连接边位于所述上层材料层7的外侧，所述连接边上焊接有圆形铁环31；所述连接边位于远离所述加紧单元12一侧；

所述落球机构4包括定滑轮41、钢索42、缓冲单元43和铁球44，所述括定滑轮41安装于所述试验平台11上，且靠近所述圆形铁环31一侧，所述钢索42一端连接所述圆形铁环31，另一端绕过所述定滑轮41依次与所述缓冲单元43和所述铁球44连接；

所述升降装置5包括电动升降架51、电磁铁平台52和激光测距传感器，所述电动升降架51安装于所述试验平台11上，且靠近所述圆形铁环31一侧，所述电磁铁平台52安装于所述电动升降架51上。

每个所述电动液压千斤顶23的底部安装有一个车轮24，所述车轮24采用橡胶材质。

所述缓冲单元43包括圆柱形外壳431、上部连接钩432、限压钢板433、活塞434、活塞杆435和下部连接钩436，所述圆柱形外壳431包括螺纹连接的上壳和下壳，所述上部连接钩432固定于所述上壳的上端面外侧，所述上部连接钩432连接所述钢索42，所述限压钢板433的上端与所述上壳的上端面内侧连接，所述活塞434设置于所述下壳的内侧，所述限压钢板433的下端与所述活塞434的上端面连接，所述活塞434的下端面与所述活塞杆435的上端面连接，所述活塞杆435的下端穿过所述下壳的下端面外侧，并与所述下部连接钩436连接，所述下部连接钩436与所述铁球44连接。

所述下壳的内侧的活塞434的下方填充有缓冲层。

所述缓冲层采用泡沫陶瓷材料。

该装置还包括观测机构，所述观测机构包括摄像头架和高速摄像头，所述摄像头架安装于所述试验平台11上一侧，所述高速摄像头安装于所述摄像头架上。

该装置还包括控制器，所述控制器分别连接所述电动液压千斤顶23、所述电动升降架51和所述激光测距传感器，所述激光测距传感器测量出电磁铁平台52与地面的高度，并将此高度数值输入给所述控制器，所述控制器根据高度数值调整所述电磁铁平台52的高度。

使用时，第一，将下层材料层6注入在试验平台11上的矩形开口模具中，直至下层材料层6与矩形开口模具高度平齐，然后用在试验平台11上的三个加紧单元12，通过定旋转把手122旋转调节松紧程度，使得矩形开口模具固定在试验平台11上。接着开始铺设上层材料层7，并将矩形钢筋框架中的两根钢筋埋入上层材料层7中。

第二，将缓冲单元43组装。

第三，将钢索42用末端与在矩形钢筋框架的圆形铁环31相连接，钢索42另一端与缓冲单元43的上部连接钩432相连接，接着使用缓冲的下部连接钩436与在铁球44相连接。

第四，调节可移动平台22，将两个电动液压千斤移动到上层材料层7的中央位置。然后对电动液压千斤顶23输入所需的荷载压力，使得千斤顶向下压紧被上层材料层7。

其次，将电磁铁平台52通电，将铁球44吸附在电磁铁平台52上，并上升到所需要的高度。具体来说，激光测距传感器会一直测量与地距离，并将此距离数值输入到控制器，控制器会根据预先输入的程序计算得到落球所能实现的理想拉力极限，并将与地距离数值，与拉力极限数值显示在显示屏上，试验操作者根据所需的拉力极限值将电磁铁平台52上升到所需高度。

最后，开始试验，按下电磁铁平台52断电按钮，在数秒内，铁球44作自由落体运动，钢索42瞬间绷紧，当钢索42上的拉力大于设计在缓冲单元43的限压钢板433的耐压值时，钢板被瞬间绷断，活塞434在铁球44重力的作用下开始在活塞434内移动，并压缩缓冲材料泡沫陶瓷，直至铁球44速度减小为零为止。于此同时高速摄像头会记录两种被测试材料中间的变化。

橡胶材质的车轮起到的作用是：在做测试时，如果两种路面材料发生相对运动时，施加正压力的千斤顶也要同时进行运动，保证试验全程待测试件要受到相同的正压力作用。因为如果没有加装车轮，第一，两种路面材料发生相对运动时，千斤顶不能随之运动，这样测试全程测试材料不能受到同样程度的正压力，试验结果误差比较大，第二，千斤顶与测试材料之间在垂直方向上有着较大的荷载压力，在此基础上被测试件瞬间的水平移动，可能会损坏电动液压千斤顶。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。