УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ УСТАНОВКИ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ
VERIFICATION DEVICE FOR DYNAMIC LOADING UNIT

Изобретение относится к оборудованию для испытания автомобильных дорог и может быть использовано для выполнения работ по поверке и калибровке установок динамического нагружения, применяемых для оценки прочности нежестких дорожных одежд.
Известны установки динамического нагружения, например (патент RU 2273688, опубл. 10.04.2006), в котором установка динамического нагружения содержит корпус с направляющими для груза с пружиной, блок управления, преобразователь линейных перемещений и штамп с отверстием для фиксации наконечника преобразователя линейных перемещений. Установка предназначена для испытания несущей способности, прочности дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог.
Однако при проведении многократных измерений необходимо проводить поверку и калибровку данной установки для получения достоверных результатов измерения.
Наиболее близким техническим решением является устройство - стенд для определения параметров воздействия установок динамического нагружения («Оценка прочности нежестких дорожный одежд» Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2-024-2012. Издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 05.05.2012 №255-р, стр. 21-23). Стенд содержит штамп в виде жесткой станины, состоящей из нижней пластины в форме круга и кронштейна Г-образной формы, который одним своим концом жестко крепится к пластине, а на другом его конце размещен горизонтальный шарнир. Над нижней пластиной, играющей роль опоры, в горизонтальной плоскости размещена верхняя пластина, соединенная с нижней пластиной стойкой. К верхней пластине прикреплен кронштейн, который другим своим концом крепится к шарниру. Верхняя пластина имеет форму круга, диаметр которого равен диаметру штампа установки динамического нагружения (33-34 см). С нижней стороны к верхней пластине в ее центре установлен прецизионный датчик ускорения, рабочая ось которого должна быть перпендикулярна плоскости верхней пластины. Между верней пластиной и опорой вертикально установлено динамометрическое звено. На верхнюю пластину стенда опускают штамп установки динамического нагружения таким образом, чтобы его вертикальная ось совпала с вертикальной осью пластины стенда. При этом датчик ускорения установки будет прижат к верхней пластине стенда, а его ось совпадет с осью прецизионного датчика ускорения, закрепленного к той же пластине, но с нижней стороны.
Для определения параметров воздействия установок динамического нагружения стенд устанавливают на дорожную одежду либо с использованием прокладок различной толщины и жесткости на металлическую либо цементобетонную плиту. При этом прокладку размещают между плитой и нижней опорой стенда. После этого производят динамическое воздействие подобно тому, как это делают при измерениях прочности. Далее при помощи датчика ускорения установки динамического нагружения и аппаратуры стенда измеряют упругие перемещения верхней пластины стенда. Определяют разницу между перемещениями, определенными аппаратурой установки, и перемещениями, зарегистрированными прецизионной аппаратурой стенда.
Недостатком данного устройства является то, что упругие перемещения верхней пластины стенда измеряют косвенно при помощи датчиков ускорения установки динамического нагружения и стенда, связанных между собой верхней пластиной штампа стенда, что снижает точность и достоверность результатов поверки установки. Данный стенд определяет параметры воздействия установок динамического нагружения и позволяет оценить в основном только работоспособность установки, но не дает точных результатов правильности показаний датчиков.
Технической задачей данного изобретения является повышение достоверности результатов поверки установки динамического нагружения и обеспечение возможности выполнять работы не только по определению параметров воздействия установок динамического нагружения, но и по калибровке результатов измерений установки.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для поверки установки динамического нагружения содержит штамп в виде жесткой станины, состоящий из нижней пластины и верхней пластины в форме круга, расположенной над нижней пластиной и соединенной с ней стойкой. Датчик ускорения установки динамического нагружения связан с верхней пластиной. Новым является то, что дополнительно введена вертикальная стойка, жестко закрепленная в верхней части. Точка закрепления располагается на поверхности, на которую не передаются колебания, возникающие при ударах груза о штамп в процессе измерений. В нижней части стойка шарнирно соединена с горизонтальной штангой, незакрепленный конец которой соединен с лазерным датчиком перемещений, расположенным под верхней пластиной штампа. Нижняя пластина штампа установлена на железобетонном основании, вес которого определяют из условия:
P>F,
где Р - вес железобетонного основания, F - нагрузка, создаваемая установкой динамического нагружения. Кроме этого железобетонное основание расположено в углублении, имеющем с боковой поверхностью основания зазор. Горизонтальная штанга соединена с лазерным датчиком перемещений подвижным сочленением для установки положения лазерного датчика в продольной и поперечной плоскостях.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено предлагаемое устройство. Позиции чертежа обозначают: 1 - штамп, 2 - датчик ускорения, 3 - вертикальная стойка, 4 - горизонтальная штанга, 5 - железобетонное основание, 6 - лазерный датчик перемещений, 7 - поверяемая установка динамического нагружения (обведена пунктиром), 8 - углубление для установки железобетонного основания, 9 - подвижные сочленения штанги.
Устройство для поверки установки динамического нагружения содержит штамп 1, который предназначен для передачи динамической нагрузки от поверяемой установки динамического нагружения 7 на железобетонное основание 5. Штамп 1 выполнен в виде жесткой станины, состоящий из нижней пластины, выполненной в форме круга и играющей роль опоры. Над нижней пластиной в горизонтальной плоскости размещена верхняя пластина, также в форме круга, диаметр которого равен диаметру штампа поверяемой установки динамического нагружения 7 (33-34 см). Верхняя пластина параллельна плоскости опоры. Нижняя и верхняя пластины соединены стойкой, выполненной, например, в виде отрезка цилиндра. Опора штампа 1 установлена на железобетонном основании 5, которое может быть выполнено, например, в форме куба, параллелепипеда или иметь цилиндрическую форму. В созданной на предприятии-заявителе установке основание имеет форму куба. Вес железобетонного основания 5 превышает нагрузку, создаваемую установкой динамического нагружения 7. За счет этого основание 5 является инерционной массой для динамического воздействия поверяемой установки. Нагрузка от поверяемой установки 7, например, в созданной на предприятии-заявителе конструкции составляет пятьдесят килоньютон, а вес железобетонного основания 5 - девяносто килоньютон. Основание 5 может быть расположено в углублении - яме 8, при этом между боковой поверхностью железобетонного основания 5 и боковыми стенками ямы 8 должен быть зазор. Зазор закрыт сверху прорезиненной погонной лентой для безопасности работы и предотвращения попадания в зазор мусора. Яма 8 может иметь прямоугольную форму с укрепленными металлическим листом бортами по боковому периметру. С верхней пластиной штампа 1 связан датчик ускорения поверяемой установки динамического нагружения 7. Вертикальная стойка 3 жестко закреплена в верхней части, например, к несущим конструкциям потолка здания для развязки от вибраций, возникающих от ударов, создаваемых поверяемой установкой динамического нагружения 7. Нижняя часть стойки не закреплена и шарнирно соединена с горизонтальной штангой 4. На другом незакрепленном конце штанги 4 установлен лазерный датчик перемещений 6. При этом горизонтальная штанга 4 соединена с лазерным датчиком перемещений 6 подвижным сочленением 9, например, сочленением винт-гайка, для установки положения лазерного датчика в продольной и поперечной плоскостях. Стойка 3 и штамп 1 установлены таким образом, что лазерный датчик перемещений 6 расположен под верхней пластиной штампа 1, т.е. размещен в полости штампа. Таким образом вертикальная стойка 3 служит неподвижной регулируемой опорой для лазерного датчика перемещения 6, фиксирующего процесс динамического прогиба. Для точной установки лазерного датчика 6 по высоте под верхней пластиной штампа 1 используют шарнирное соединение стойки 3 с горизонтальной штангой 4.
Устройство работает следующим образом:
Поверяемую установку динамического нагружения 7 устанавливают так, чтобы ее штамп находился над верхней пластиной штампа 1 устройства для поверки таким образом, чтобы его вертикальная ось совпала с вертикальной осью верхней пластины штампа 1. При этом датчик ускорения установки динамического нагружения 7 будет прижат к верхней пластине штампа 1. Под нижнюю пластину штампа 1 устанавливают набор из резиновых прокладок. Изменяя количество прокладок, меняют величину упругого прогиба при ударе. С помощью шарнирного соединения и подвижных сочленений 9 вертикальной стойки 3 подбирают положение штанги 4 и лазерного датчика перемещений 6 так, чтобы датчик находился под верхней пластиной штампа 1 и его вертикальная ось совпала с вертикальной осью верхней пластины штампа. Затем, также как это производят при измерениях прогиба дорожной одежды, груз поднимают и сбрасывают на штамп установки динамического нагружения 7. При этом датчик ускорения штампа установки динамического нагружения 7 фиксирует ускорения перемещения штампа 1 под действием динамической нагрузки, по которым рассчитывают величину упругого прогиба. Величину упругого прогиба штампа 1 фиксирует также лазерный датчик перемещений 6, закрепленный на штанге 4. Затем рассчитывают величину упругого прогиба по измеренному ускорению, зафиксированному датчиком ускорения установки динамического нагружения 7 путем двойного интегрирования ускорения по времени по формуле:
где S - перемещение в мм,
i
2
а - значение ускорения в м/с в i-й отсчет времени,
k - конечный отсчет времени,
dt - интервал времени между двумя соседними отсчетами (для частоты 50 кГц t=0,00002 сек),
0
S=0 мм,
0
2
а=0 м/с.
Полученный результат сравнивают с показанием поверенного лазерного датчика перемещений 6. Относительная погрешность измерения перемещения с помощью датчика ускорений не должна превышать 2%.
Вертикальная стойка 3, жестко закрепленная на конструкции потолка здания, служит развязкой от вибрации, возникающей от удара установки динамического нагружения 7, и остается во время удара неподвижной, обеспечивая неизменность начала отсчета лазерного датчика перемещений 6. Основание 5, имеющее вес, превышающий нагрузку от поверяемой установки динамического нагружения, и размещенное в яме 8 является инерционной массой, развязанной от конструкции здания, при этом вертикальная стойка 3 с лазерным датчиком перемещений 6, фиксирующим процесс динамического прогиба, защищена от влияния ударных вибраций, передаваемых от железобетонного основания к зданию. Упругие перемещения штампа 1 определяют прямым измерением, с помощью поверенного лазерного датчика 6, установленного на неподвижной во время удара стойке 3. Таким образом измеренное показание лазерного датчика является абсолютным, независящим, в отличие от прототипа, от ударных вибраций, что увеличивает достоверность полученного показания и позволяет проводить более точную поверку установок динамического нагружения. Устройство позволяет выполнять работы не только по определению параметров воздействия установок динамического нагружения, но и по калибровке результатов измерений установки.