申请/专利权人：山东高速集团有限公司;山东省交通科学研究院

申请日：2018-08-28

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109060381B

主分类号：G01M17/013

分类号：G01M17/013

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2020.09.22#专利申请权的转移;2019.01.15#实质审查的生效;2018.12.21#公开

摘要：本发明公开了一种单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法，属于路面试验设备，本发明要解决的技术问题为如何结合两种加速加载设备的优点，既可以实现真正意义上的“加速加载”，又可以得到道路工程研究领域所需要的路基路面性能模型，采用的技术方案为：其结构包括作动器、标准车轮和双面齿条，双面齿条竖直设置，作动器设置在双面齿条的上方，双面齿条上设置有传动装置，标准车轮设置在传动装置上，传动装置用于实现两侧标准车轮的相对和相向移动。本发明还公开了单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试方法。

主权项：1.单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，包括作动器、标准车轮和双面齿条，双面齿条竖直设置，作动器设置在双面齿条的上方，双面齿条上设置有传动装置，标准车轮设置在传动装置上，传动装置用于实现两侧标准车轮的相对和相向移动；其中，传动装置包括车轮移动装置一和车轮移动装置二，车轮移动装置一和车轮移动装置二分别设置在双面齿条的两侧；车轮移动装置一包括双齿轮一和单面齿条，双齿轮一包括大齿轮一和小齿轮一，大齿轮一与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮一与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧；车轮移动装置二包括双齿轮二和单面齿条，双齿轮二包括大齿轮二和小齿轮二，小齿轮二与小齿轮一错位设置；大齿轮二与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮二与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧；复位弹簧采用扭力弹簧，扭力弹簧安装在车轮轴上，在作动器卸载过程中自动将两标准车轮相向复位；作动器的行程与标准车轮行程比为1：10；标准车轮采用载货汽车单轴双轮组；车轮支架呈倒U形，倒U形车轮支架包括横撑一以及设置在横撑一两端的竖撑一和竖撑二，车轮轴设置在竖撑一和竖撑二之间且车轮轴分别与竖撑一和竖撑二转动连接；两标准车轮间隔设置在车轮轴上；或，标准车轮采用载货汽车双轴双轮组；车轮支架呈倒山字形，倒山字形车轮支架包括横撑二以及设置在横撑二两端的竖撑三和竖撑四，竖撑三和竖撑四之间设置有竖撑五，竖撑五设置在横撑二上且位于横撑二的中间位置；车轮轴设置有两个，两车轮轴分别设置在竖撑三与竖撑五以及竖撑四与竖撑五之间且车轮轴分别与竖撑三、竖撑四和竖撑五转动连接；两标准车轮分别设置在两车轮轴上。

全文数据：单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法技术领域本发明涉及路面试验设备，具体地说是一种单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法。背景技术路面加速加载试验是国际上一种先进的路基路面试验验证研究手段。我国已经有的加速加载设备中，大部分为模拟标准车轮荷载的加速加载设备，这种设备的优点是可以较为真实的模拟车辆荷载对路面结构的作用，缺点是加载速度慢、力学模式复杂、性能模型主要基于经验。因此，单点式大型足尺路面加速加载系统试验系统应运而生，其克服了上述缺点，实现了加载速度快、力学模式简单，容易实现对不同路面结构的长期性能验证，并形成与力学指标密切关联的路面结构性能模型。但是，现行单点式大型足尺路面加速加载系统试验系统采用圆形荷载板对路表施加重复作用的脉冲荷载，而无法模拟标准车轮对路表的碾压而产生车辙的过程，并且路面产生车辙所需要的加载时间远远小于路面结构性能验证所需要的加载试验，故如何结合两种加速加载设备的优点，既可以实现真正意义上的“加速加载”，又可以得到道路工程研究领域所需要的路基路面性能模型是目前现有技术中急需解决的技术问题。发明内容本发明的技术任务是提供一种单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法，来解决如何结合两种加速加载设备的优点，既可以实现真正意义上的“加速加载”，又可以得到道路工程研究领域所需要的路基路面性能模型的问题。本发明的技术任务是按以下方式实现的，单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，包括作动器、标准车轮和双面齿条，双面齿条竖直设置，作动器设置在双面齿条的上方，双面齿条上设置有传动装置，标准车轮设置在传动装置上，传动装置用于实现两侧标准车轮同步的相对和相向移动。作为优选，所述传动装置包括车轮移动装置一和车轮移动装置二，车轮移动装置一和车轮移动装置二分别设置在双面齿条的两侧；车轮移动装置一包括双齿轮一和单面齿条，双齿轮一包括大齿轮一和小齿轮一，大齿轮一与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮一与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧，复位弹簧采用扭力弹簧，扭力弹簧套接在车轮轴上。更优地，所述车轮移动装置二包括双齿轮二和单面齿条，双齿轮二包括大齿轮二和小齿轮二，小齿轮二与小齿轮一错位设置；大齿轮二与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮二与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧，复位弹簧采用扭力弹簧，扭力弹簧套接在车轮轴上。作为优选，所述作动器的行程与标准车轮行程比为1：10。作为优选，所述标准车轮采用载货汽车单轴双轮组。更优地，所述车轮支架呈倒U形，倒U形车轮支架包括横撑一以及设置在横撑一两端的竖撑一和竖撑二，车轮轴设置在竖撑一和竖撑二之间且车轮轴分别与竖撑一和竖撑二转动连接；两标准车轮间隔设置在车轮轴上。作为优选，所述标准车轮采用载货汽车双轴双轮组。更优地，所述车轮支架呈倒山字形，倒山字形车轮支架包括横撑二以及设置在横撑二两端的竖撑三和竖撑四，竖撑三和竖撑四之间设置有竖撑五，竖撑五设置在横撑二上且位于横撑二的中间位置；车轮轴设置有两个，两车轮轴分别设置在竖撑三与竖撑五以及竖撑四与竖撑五之间且车轮轴分别与竖撑三、竖撑四和竖撑五转动连接；两标准车轮分别设置在两车轮轴上。单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试方法，该方法是以单点式大型足尺路面加速加载系统为荷载控制单元，通过双面齿条和传动装置将加载过程中作动器垂直于路面方向的运动转化为两组标准车轮在路表的反向滚动；在卸载过程中采用复位弹簧自动将两组标准车轮相向复位，由此形成两组标准车轮在路表的往复碾压，并由变形测试系统自动采集相应往复碾压次数的路表竖向变形，即路表车辙深度，其中，变形测试系统采用现有技术中路面车辙检测常用的变形测试系统。作为优选，所述变形测试系统中传感器的精度为0.001mm；所述标准车轮采用载货汽车单轴双轮组或者双轴双轮组。本发明的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法与现有技术相比具有以下优点：（1）、本发明解决了传统单点式大型足尺路面加速加载系统仅能快速模拟路面在垂直荷载作用下的结构性损伤，而无法模拟路面在标准车轮的往复碾压作用下的车辙深度变化的技术难题，实现了单点式大型足尺路面加速加载系统即能模拟路面在垂直荷载作用下的结构性损坏又能模拟路面在标准车轮的往复碾压作用下的车辙深度变化的目标，进一步挖掘了现有加速加载系统的潜力，具有很好的推广应用价值；（2）、本发明结合了模拟标准车轮荷载的加速加载设备可以较为真实的模拟车辆荷载对路面结构的作用的优点以及单点式大型足尺路面加速加载系统加载速度快、力学模式简单，容易实现对不同路面结构的长期性能验证的优点，在路面车辙模拟过程中可以模拟路面在标准车轮的往复碾压作用下车辙的变化情况，可大大缩短研究周期，节约大量科研经费；（3）、本发明采用双面齿条与车轮移动装置，将作动器的垂直运动转化为标准车轮在路表的反向滚动；（4）、本发明在车轮轴上安装复位弹簧，在作动器卸载过程中可自动将标准车轮相向复位。故本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。附图说明下面结合附图对本发明进一步说明。附图1为单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置的结构示意图；附图2为附图1中双齿轮一的的结构示意图；附图3为附图1中双齿轮二的结构示意图；附图4为实施例2的结构示意图；附图5为实施例3的结构示意图；附图6为车辙深度与碾压次数的曲线图。图中：1、作动器，2、双面齿条，3、双齿轮一，3-1、大齿轮一，3-2、小齿轮一，4、单面齿条，5、标准车轮，6、车轮支架，7、车轮轴，8、复位弹簧，9、横撑一，10、竖撑一，11、竖撑二，12、横撑二，13、竖撑三，14、竖撑四，15、竖撑五，16、双齿轮二，16-1、大齿轮二，16-2、小齿轮二。具体实施方式参照说明书附图和具体实施例对本发明的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置及方法作以下详细地说明。实施例1：如附图1和2所示，本发明的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置,其结构包括作动器1、标准车轮5和双面齿条2，双面齿条2竖直设置，作动器1安装在双面齿条2的上方，双面齿条2上安装有传动装置，标准车轮5安装在传动装置上，传动装置用于实现两侧标准车轮5同步的相对和相向移动。传动装置包括车轮移动装置一和车轮移动装置二，车轮移动装置一和车轮移动装置二分别安装在双面齿条2的两侧；车轮移动装置一包括双齿轮一3和单面齿条4，双齿轮一3包括大齿轮一3-1和小齿轮一3-2，大齿轮一3-1与双面齿条2的一侧齿相啮合，小齿轮一3-2与单面齿条4相啮合；单面齿条4下侧面安装有车轮支架6，标准车轮5通过车轮轴7安装在车轮支架6上。车轮移动装置二包括双齿轮二16和单面齿条4，双齿轮二16包括大齿轮二16-1和小齿轮二16-2，小齿轮二16-2与小齿轮一3-2错位设置；大齿轮二16-1与双面齿条2的一侧齿相啮合，小齿轮二16-2与单面齿条4相啮合；单面齿条4下侧面安装有车轮支架6，标准车轮5通过车轮轴7安装在车轮支架6上，车轮轴7上安装有复位弹簧8，复位弹簧8采用扭力弹簧，扭力弹簧套接在车轮轴7上。作动器1的行程与标准车轮行程比为1：10。实施例2：实施例1中的标准车轮5采用载货汽车单轴双轮组。如附图3所示，车轮支架6呈倒U形，倒U形车轮支架6包括横撑一9以及安装在横撑一9两端的竖撑一10和竖撑二11，车轮轴7安装在竖撑一10和竖撑二11之间且车轮轴7分别与竖撑一10和竖撑二11转动连接；两标准车轮5间隔安装在车轮轴7上。车轮支架6为一体成型结构，车轮轴7转动安装在车轮支架6上，标准车轮5转动安装在车轮轴7上。实施例3：本实施例与实施例2的区别仅在于，实施例1中的标准车轮5采用载货汽车双轴双轮组。如附图4所示，车轮支架6呈倒山字形，倒山字形车轮支架6包括横撑二12以及安装在横撑二12两端的竖撑三13和竖撑四14，竖撑三13和竖撑四14之间安装有竖撑五15，竖撑五15安装在横撑二12上且位于横撑二12的中间位置；车轮轴7设有两个，两车轮轴7分别安装在竖撑三13与竖撑五15以及竖撑四14与竖撑五15之间且车轮轴7分别与竖撑三13、竖撑四14和竖撑五15转动连接；两标准车轮5分别安装在两车轮轴7上。车轮支架6为一体成型结构，两车轮轴7分别转动安装在车轮支架6上，两标准车轮5分别转动安装在两车轮轴7上。实施例4：本发明的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试方法，该方法是以单点式大型足尺路面加速加载系统为荷载控制单元，通过双面齿条2和传动装置将加载过程中作动器1垂直于路面方向的运动转化为两组标准车轮5在路表的反向滚动；在卸载过程中采用复位弹簧8自动将两组标准车轮5相向复位，由此形成两组标准车轮5在路表的往复碾压，并由变形测试系统自动采集相应往复碾压次数的路表竖向变形，即路表车辙深度。其中，作动器1的行程与标准车轮5行程比为1：10。变形测试系统中传感器的精度为0.001mm；标准车轮5采用载货汽车单轴双轮组或者双轴双轮组。实施例5：位于山东省的某交通运输部高速公路养护重点实验室开展的重载交通高速公路路面结构单点式大型足尺路面加速加载试验研究之车辙测试，测试过程如下：（a）、车轮碾压：双面齿条2和传动装置将加载过程中作动器1垂直于路面方向的运动转化为两标准车轮5在路表的以作动器1为中心轴的反向滚动；（b）、车轮复位：扭力弹簧安装在车轮轴7上，在作动器1卸载过程中自动将两标准车轮5相向复位；（c）、路面车辙测量：在作动器1加载到卸载过程中行成的两标准车轮5的往复碾压过程中，变形测试系统自动采集每次碾压后路表的竖向变形，即路表车辙深度，如附图5所示；（d）、荷载值和频率控制：标准车轮5垂直于路表的荷载和频率通过加载系统的作动器1控制。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽快参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，包括作动器、标准车轮和双面齿条，双面齿条竖直设置，作动器设置在双面齿条的上方，双面齿条上设置有传动装置，标准车轮设置在传动装置上，传动装置用于实现两侧标准车轮的相对和相向移动。2.根据权利要求1所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述传动装置包括车轮移动装置一和车轮移动装置二，车轮移动装置一和车轮移动装置二分别设置在双面齿条的两侧；车轮移动装置一包括双齿轮一和单面齿条，双齿轮一包括大齿轮一和小齿轮一，大齿轮一与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮一与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧。3.根据权利要求2所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述车轮移动装置二包括双齿轮二和单面齿条，双齿轮二包括大齿轮二和小齿轮二，小齿轮二与小齿轮一错位设置；大齿轮二与双面齿条的一侧齿相啮合，小齿轮二与单面齿条相啮合；单面齿条下侧面设置有车轮支架，标准车轮通过车轮轴安装在车轮支架上，车轮轴上设置有复位弹簧。4.根据权利要求1所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述作动器的行程与标准车轮行程比为1：10。5.根据权利要求1所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述标准车轮采用载货汽车单轴双轮组。6.根据权利要求5所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述车轮支架呈倒U形，倒U形车轮支架包括横撑一以及设置在横撑一两端的竖撑一和竖撑二，车轮轴设置在竖撑一和竖撑二之间且车轮轴分别与竖撑一和竖撑二转动连接；两标准车轮间隔设置在车轮轴上。7.根据权利要求1所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述标准车轮采用载货汽车双轴双轮组。8.根据权利要求7所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试装置，其特征在于，所述车轮支架呈倒山字形，倒山字形车轮支架包括横撑二以及设置在横撑二两端的竖撑三和竖撑四，竖撑三和竖撑四之间设置有竖撑五，竖撑五设置在横撑二上且位于横撑二的中间位置；车轮轴设置有两个，两车轮轴分别设置在竖撑三与竖撑五以及竖撑四与竖撑五之间且车轮轴分别与竖撑三、竖撑四和竖撑五转动连接；两标准车轮分别设置在两车轮轴上。9.单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试方法，其特征在于，该方法是以单点式大型足尺路面加速加载系统为荷载控制单元，通过双面齿条和传动装置将加载过程中作动器垂直于路面方向的运动转化为两组标准车轮在路表的反向滚动；在卸载过程中采用复位弹簧自动将两组标准车轮相向复位，由此形成两组标准车轮在路表的往复碾压，并由变形测试系统自动采集相应往复碾压次数的路表竖向变形，即路表车辙深度。10.根据权利要求9所述的单点式大型足尺路面加速加载系统用车辙测试方法，其特征在于，所述变形测试系统中传感器的精度为0.001mm；所述标准车轮采用载货汽车单轴双轮组或者双轴双轮组。

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