СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СМЕСЕЙ
RUT TESTING BENCH OF ROAD COMPOSITE MIXTURES

Изобретение относится к технике испытания строительных смесей, в частности к устройствам для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей, и может быть использовано в области экспериментального и практического направлений дорожного хозяйства.
Известны различные конструкции испытательных устройств, позволяющих смоделировать, в основном в лабораторных условиях, процесс колееобразования для изучения разрабатываемых композиционных смесей и покрытий дорог на их основе с целью оценки их устойчивости, описанные в следующих отечественных патентных документах:
- авторское свидетельство SU №220604 «Стенд для испытания дорожных одежд, земляных или искусственных сооружений»,
- патент RU на изобретение №2134738 «Устройство для динамических испытаний дорожных одежд»,
- патент RU на изобретение №2167974 «Установка для испытаний аэродромных и дорожных покрытий»,
- патент RU на изобретение №2554289 «Машина для определения колееобразования (варианты)»,
- патент RU на полезную модель №96657 «Испытательный комплекс для исследования физико-механических характеристик дорожных покрытий (варианты)»;
и зарубежных патентных документах:
- патент CN на изобретение №105136587 «Испытательный стенд для битумной смеси»,
- патент CN на изобретение №103197049 «Прибор для испытания на колееобразование»,
- патент CN на полезную модель №204302126 «Система для испытания на колееобразование и вспомогательное тестовое устройство»,
- патент CN на полезную модель №203337489 «Устройство для испытания на колееобразование».
Известен также многофункциональный стенд для испытаний на колееобразование, описанный в патенте Китая на изобретение №101281190. Он содержит испытательную термокамеру с размещенным в ней ползуном для образца, на котором устанавливается форма с испытываемым образцом, средство создания давления, датчики перемещения и систему управления. Внутренние стенки испытательной камеры покрыты теплоизоляционным материалом. Ползун размещен на рельсах и передвигается за счет электродвигателя.
Известно также устройство для испытания тестовых образцов на колееобразование [патент США на изобретение US №5659140]. Оно содержит термокамеру с лотком для размещения и закрепления испытуемого образца, узел создания усилия, содержащий закрепленное в держателе колесо и несущий элемент нагрузки в виде пластин. Лоток размещен на рельсах с возможностью осуществления возвратно-поступательного движения. Термокамера снабжена средствами контроля температуры. На ее передней панели выполнено окно для обзора внутреннего пространства.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте РФ на полезную модель RU №154142. Устройство содержит размещенные в герметичном корпусе подвижную каретку, закрепленную на горизонтальных направляющих штангах, узел воздействия на образец с обрезиненным колесом, закрепленным на рычаге, имеющем поворотный шарнир на одном конце и груз, воздействующий на колесо, с другой стороны, а также механизм привода каретки, нагревательный элемент и измерительную аппаратуру. Нагревательный элемент включает не только электронагревательный узел, но и вентилятор, расположенный внутри герметичного термостатированного корпуса. Рычаг узла воздействия на испытуемый образец жестко закреплен на стенке камеры со стороны поворотного шарнира. Внутренняя поверхность корпуса покрыта термоизолирующим материалом. Узел воздействия на образец расположен над подвижной кареткой с испытуемым образцом.
Недостатком всех известных аналогов, в том числе и наиболее близкого, является недостаточная достоверность и точность измерений при разнообразных возникающих препятствиях и неоднородностях в дорожных покрытиях - подъемах, выступах, наклонах и т.д.
Задачей заявляемого изобретения является повышение точности измерений при моделировании процесса колееобразования на наклонных, поворотных участках дорожного полотна.
Сущность заявляемого решения заключается в том, что в стенд для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей, включающий термостатированную камеру с двумя боковыми, задней и фронтальной стенками, одна из стенок которой выполнена с возможностью визуального контроля хода испытания; внутри камеры размещены: узел создания усилия на испытуемый образец, имеющий обрезиненное колесо, закрепленное в держателе; выводящиеся на пульт управления терморегулятор и измеритель глубины образующейся колеи; выполненный с возможностью движения по горизонтальным направляющим штангам посредством привода с электродвигателем испытательный стол с конструктивно обозначенным местом для фиксации испытуемого образца, введен узел имитации наклонного участка дорожного полотна из испытуемой композиционной смеси, содержащий вытянутую вдоль фронтальной стенки термостатированной камеры пластину, зафиксированную с ее одной стороны шарнирной парой, а под противоположной незакрепленной стороной вытянутой пластины размещена зубчатая рейка, выступающая из-под вытянутой пластины; поверх невыступающего конца зубчатой рейки выполнен наклонный участок, сформированный с незакрепленного конца вытянутой пластины, по протяженности целиком находящийся под ней, плавно снижающийся в направлении центра вытянутой пластины; на противоположном конце зубчатой рейки, удаленном в сторону от центра, размещено зубчатое колесо, контактирующее с шаговым двигателем, выведенным на пульт управления и расположенным на испытательном столе за пределами места для фиксации испытуемого образца.
Заявляется также стенд, в котором, наряду с вышеописанными признаками, зубчатая рейка и наклонный участок ориентированы вдоль фронтальной стенки термостатированной камеры и вытянутой пластины, при этом шарнирная пара размещена с торцевой стороны вытянутой пластины.
Кроме того, заявляется стенд, в котором зубчатая рейка и наклонный участок ориентированы вдоль боковых стенок и перпендикулярно фронтальной стенке термостатированной камеры и вытянутой пластине, при этом шарнирная пара размещена со стороны фронтальной стенки термостатированной камеры.
Технический результат заявляемого изобретения включает не только повышение достоверности и точности исследования, но и сохранение простоты устройства, что не понижает надежности стенда при получении более объективных характеристик. Поэтому технический изобретательский уровень разработки испытательного стенда, способного снять характеристики образующейся колеи не только на ровной упрощенной поверхности дорожного покрытия, но и на подъеме, спуске, повороте и т.д. транспортного пути, безусловно, выше сравниваемых аналогов.
В существующих информационных источниках - как отечественных, так и зарубежных, включая патентные описания, отсутствуют подобные заявляемые конструкции для расширения возможностей исследования, повышающие достоверность, уточняющие информационную картину, и следовательно, точность снимаемого параметра.
Новыми узлами, деталями и конструктивными элементами в заявляемом устройстве являются: вытянутая пластина под испытуемым образцом, затем под ней зубчатая рейка, установленная вполне перспективным образом конструктивно. Она выступает из-под протяженной пластины с возможностью сцепления с зубчатым колесом, а оно - с шаговым двигателем. Все эти новые конструктивные детали установлены с возможностью воздействовать на процесс исследования, приближая его к реальным условиям за счет получаемого разнообразия исследований.
Заявляемая конструкция изобретения позволяет проанализировать дорожные покрытия, появляющиеся в процессе эксплуатации или встречающиеся неоднородности, диктуемые рельефом дороги. Образование колеи на безупречно ровной или наклонной дороге, а также на повороте, поперек трассы на дорожном полотне, формируется неодинаково и при исследовании организацию этих процессов важно осуществлять, приближая к реальным условиям (подъем, спуск, наклон участков дорожного покрытия), по возможности, не сильно усложняя конструкцию для исследования.
Заявляемое техническое решение поясняется с помощью Фиг. 1-4.
На Фиг. 1 схематично изображен стенд для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей, на Фиг. 2 - в процессе имитирования наклонного участка, соответствуют п. 2 формулы изобретения; на Фиг. 3 - схематично изображен стенд для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей, на Фиг. 4 - в процессе имитирования наклонного поворотного участка (см. п. 3 формулы изобретения).
На фигурах позициями 1-17 обозначены:
1 - термостатированная камера,
2 - направляющие штанги,
3 - испытательный стол,
4 - привод,
5 - электродвигатель,
6 - испытуемый образец,
7 - узел создания усилия,
8 - обрезиненное колесо,
9 - держатель,
10 - вытянутая пластина,
11 - шарнирная пара,
12 - зубчатая рейка,
13 - зубчатое колесо,
14 - шаговый двигатель,
15 - пульт управления,
16 - терморегулятор,
17 - измеритель глубины колеи.
Стенд для проведения испытаний на колееобразование дорожных композиционных смесей включает термостатированную камеру 1, имеющую с нанесенным слоем теплоизоляционного материала две боковые, заднюю и фронтальную стенки. По крайней мере, одна из стенок, например, - фронтальная, выполнена с прозрачным окном для возможности визуального контроля хода испытания. Внутри термостатированной камеры 1 размещен на горизонтальных направляющих штангах 2 испытательный стол 3, осуществляющий движение посредством привода 4 с электродвигателем 5, находящимся за пределами термостатированной камеры 1. Испытательный стол 3 сверху имеет конструктивно обозначенное место для фиксации испытуемого образца 6, например, в виде ванночки, буртиков или других фиксаторов в зависимости от формы и состояния испытуемого образца 6. Заявляемый стенд имеет узел создания усилия 7 на испытуемый образец 6, который включает обрезиненное колесо 8, закрепленное в металлическом держателе 9.
Новым элементом в заявленном устройстве для возможности изучения дорожного покрытия с имитацией подъема и спуска является узел имитации наклонного участка дорожного полотна и выделенные ниже жирным шрифтом детали и элементы его составляющие, а также их взаимосвязи. Узел имитации наклонного участка размещен на испытательном столе 3 и содержит металлическую вытянутую пластину 10, вытянутую вдоль фронтальной стенки термостатированной камеры 1 и помещенную непосредственно под испытуемым образцом 6. Вытянутая пластина 10 зафиксирована с одной своей стороны шарнирной парой 11.
С другой противоположной (незакрепленной) рабочей стороны вытянутой пластины 10 край не закреплен. С этого края, под вытянутой пластиной 10 размещена зубчатая рейка 12. Поверх одного конца зубчатой рейки 12 сформирован наклонный участок, расположенный под краем рабочей стороны вытянутой пластины 10, который выполнен плавно снижающимся в сторону ее центральной части. Противоположный, свободный от наклонного участка конец зубчатой рейки 12 выполнен выступающим из-под рабочей стороны вытянутой пластины 10 с возможностью контакта с зубчатым колесом 13, насаженным на вал шагового двигателя 14. Последний размещен на испытательном столе 3 за пределами места для фиксации испытуемого образца 6 и соединен с пультом управления 15, находящимся за пределами термостатированной камеры 1.
Заявляемый стенд снабжен терморегулятором 16 и измерителем 17 глубины колеи, находящимися внутри термостатированной камеры 1 и выведенными на пульт управления 15, который находится за пределами термостатированной камеры 1.
Стенд работает следующим образом.
В термостатированной камере 1 непосредственно на испытательном столе 3 размещают предварительно подготовленный образец из дорожной композиционной смеси. По сигналам, поступающим с пульта управления 15 на привод 4 с электродвигателем 5, последний обеспечивает возвратно-поступательное движение испытательного стола 3 с закрепленным на ней испытуемым образцом 6. При этом обрезиненное колесо 8, вращаясь вокруг своей оси и находясь в постоянном контакте с поверхностью испытуемого образца 6, вызывает его деформацию в форме колеи, глубина которой пропорциональна вертикальному усилию, создаваемому узлом создания усилия 7, и определяется измерителем глубины колеи 17. Имитация наклонного участка дорожного полотна осуществляется за счет подъема с незакрепленной стороны рабочей вытянутой пластины 10, осуществляемого перемещением зубчатой рейки 15 и наклонного участка на ней в направлении к центральной части вытянутой пластины 13. В свою очередь, перемещение зубчатой рейки 12 обеспечивается вращением против часовой стрелки насаженного на вал шагового двигателя 14 зубчатого колеса 13, которое находится в зацеплении с зубчатой рейкой 12. Опускание незакрепленного края рабочей стороны вытянутой пластины 10 обеспечивается перемещением зубчатой рейки 12 в направлении от центра вытянутой пластины 10 и вращением по часовой стрелке насаженного на вал шагового двигателя 14 зубчатого колеса 13. Перед началом испытаний оператором с помощью пульта управления 4 задаются следующие характеристики: число возвратно-поступательных движений испытательного стола 3, величина подъема в вертикальном направлении незакрепленного края рабочей стороны вытянутой пластины 13, значение температуры внутри термостатированной камеры 1. Значение вертикального усилия осуществляется ручной настройкой узла создания усилия 10. После задания параметров испытаний оператор инициирует с помощью пульта управления 15 команду «Пуск», по которой пульт управления 15 формирует в ходе испытаний необходимые сигналы управления на исполнительные органы устройства: на терморегулятор 16, на привод 4 с электродвигателем 5 и шаговый двигатель 14, а также принимает сигналы от измерителя глубины колеи 17. Прекращение испытаний осуществляется либо автоматически после отработки заданного цикла, либо вручную оператором в любой момент времени, если возникла в этом необходимость.
Рассматриваются и заявляются наряду с основным изобретением два случая конструирования-модификации и ориентации элементов вокруг вытянутой пластины 10, а именно зубчатой рейки 12 и наклонного участка поверх нее (см. пункт 2, 3 формулы и ниже представленные примеры).
Пример 1. При моделировании наклонного участка подъема и спуска дорожного полотна из композиционной смеси вытянутая пластина 10 зафиксирована с одной торцевой стороны, параллельной боковым стенкам термостатированной камеры 1. Зубчатая рейка 12 и наклонный участок ориентированы вдоль фронтальной стенки термостатированной камеры 1 и вытянутой пластины 10. (см. Фиг. 1, 2). Регулируя угол наклона вытянутой пластины 10, создаются условия, близкие к реальным условиям эксплуатации дорожной композиционной смеси и дорожного покрытия на ее основе, имеющего участки подъема и участки спуска в направлении движения транспортного средства (и потока).
Пример 2. При моделировании наклонного поворотного участка вытянутая пластина 10 зафиксирована со стороны, параллельной фронтальной стенке термостатированной камеры 1. Зубчатая рейка 12 и наклонный участок ориентированы вдоль боковых стенок и перпендикулярно фронтальной стенке термостатированной камеры 1 и вытянутой пластине 10 при моделировании наклонного поворотного участка, (см. Фиг. 3, 4). Регулируя угол наклона продольной пластины 10, создают условия, близкие к реальным условиям для измерения колееобразования при эксплуатации дорожной композиционной смеси и дорожного покрытия на ее основе, имеющего поворотные наклонные участки в направлении поперек (слева направо и наоборот) движения транспортного средства.
Заявляемый стенд реализован в виде опытных образцов (конструкция по п. 2 формулы изобретения и конструкция по п. 3 формулы изобретения), которые проходят апробацию в подразделениях дорожно-строительных предприятий г. Саратова по производству и испытаниям дорожных композиционных смесей.