Устройство для измерения прогиба цементобетонных покрытий

Полезная модель относится к транспортному строительству, в частности к креплению для измерительных датчиков вертикального перемещения поверхности цементобетонных плит при импульсном ударном нагружении падающим грузом на стыках (швах) и углах для оценки транспортно-эксплуатационного состояния жестких покрытий автомобильных дорог и аэродромов при их строительстве, реконструкции, ремонте и эксплуатации.
В Российской Федерации установлен стандартный метод измерения метод измерения упругого прогиба нежестких дорожных одежд для определения прочности [ГОСТ 32729 - 2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Метод измерения упругого прогиба нежестких дорожных одежд для определения прочности»]. Для выполнения динамических измерений указанный стандарт предписывает использовать испытательные установки ударного нагружения (более известное название - дефлетометры падающим грузом (англ. - Falling Weight Deflectometer (FWD)), создающих с заданной точностью импульсные нагрузки на дорожное или аэродромное покрытие, имитирующие воздействия колеса грузового автомобиля или самолета при нормативных осевых нагрузках.
Как правило, установки ударного нагружения (далее по тексту - установки FWD) устанавливаются на специальном прицепе, который может быть отбуксирован к месту испытания другим транспортным средством, но также могут быть встроены непосредственно в транспортное средство. Принцип измерений таких установок не сложен: набор грузов с определенной высоты сбрасывается на платформу с амортизаторами, передающими ударную нагрузку на плиту нагружения, которая плотно установлена на покрытие. Созданные таким образом импульсные нагрузки (как правило, с продолжительностью импульса 25-30 мс), имитирующие движение колеса грузового автомобиля или самолета, передаются на покрытие, которое под их воздействие прогибается. Измерение прогиба покрытия (или регистрацию вертикального перемещения его поверхности под воздействием импульсной нагрузки) осуществляется комплектом пьезоэлектрических (электродинамических или другого типа) датчиков, / установленных следующим образом:
- первый датчик располагают в центре плиты нагружения, таким образом, чтобы вертикальное перемещение плиты в момент приложения ударной нагрузки не оказывало влияние на измерение прогиба;
- остальные датчики (по ГОСТ 32729 - 2014 не менее 6 шт.) располагают на специальной измерительной балке, которая отдельным механизмом укладывается на покрытие перед измерениями. При этом расстояние между смежными измерителями прогиба должно составлять (300±5) мм.
Далее под термином «измерительная балка» будет подразумеваться любое техническое устройство, независимо от его конструктивного исполнения, предназначенное для использования в качестве несущей конструкции для крепления измерительных датчиков прогиба (датчиков вертикального перемещения) поверхности дорожного или аэродромного покрытия. В частности, измерительная балка может состоять из нескольких соединенных между собою элементов. Там же, где важно подчеркнуть конкретное исполнение, будет употребляться термин «балка».
Важно отметить, что стандартом ГОСТ 32729 - 2014 особо отмечено требование - при использовании большего количества датчиков (измерителей прогиба), семь из них должны быть расположены, как указано выше, остальные - в зависимости от поставленной измерительной задачи. Следует заметить, что требования ГОСТ 32729 - 2014 не оказывают регулирующее воздействие на измерения прогиба жестких цементобетонных покрытий, ибо под нагрузкой такие покрытия работают как пластина на упругом основании.
Одним из ключевых факторов эффективной работы цементобетонного покрытия является плотность и однородность выравнивающего слоя и основания в течение всего срока службы покрытия. Согласно принятым в РФ практикам и требованиям действующих нормативно-технических документов, на автомобильных дорогах I и II категорий основания таких покрытий устраивают из каменных материалов (щебня, гравия, гравийно-песчаных смесей), укрепленных цементом или отходами промышленности, обладающих вяжущими свойствами; а также из тощего бетона, из песка и супесей, укрепленных цементом.
Для совместной работы плит и сохранения их взаимного положения в швы (на глубину, равную половине толщины покрытия) вводят стальные стержни (штыри), которые перераспределяют нагрузки и препятствуют вертикальным смещениям плит. Однако, для обеспечения свободного перемещения одних плит относительно других в горизонтальном направлении при температурных перепадах половину стержня, как правило, обмазывают битумом, чтобы исключить схватывание этой части стержня с бетоном соседней плиты.
Кроме того, для уменьшения напряжений в бетоне и предохранения покрытия от образования трещин, возникающих при изменении температуры окружающего воздуха, устраивают продольные и поперечные швы расширения и сжатия. При этом продольные швы нарезают при ширине покрытия более 4,5 м (что исключает образование в покрытии продольных трещин), а поперечные швы сжатия, обеспечивающие возможность сокращения плит при понижении температуры, как правило, нарезают на глубину не менее  толщины покрытия на расстоянии 5-8 м один от другого. Герметизацию швов в бетонных покрытиях выполняют различными герметизирующими материалами горячего и холодного применения по эксплуатационным нормативно-техническим требованиям [ГОСТ 30740 - 2000 «Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. Общие технические условия»].
Таким образом, принципиальными моментами обеспечения работоспособности (постоянной эксплуатационной готовности) жесткого дорожного покрытия являются, в том числе, однородность и прочность искусственного основания, а также сдвиговая устойчивость массива плит под воздействием нагрузок транспортных средств, погодно-климатических и гидрогеологических факторов. Существующие в настоящее время в РФ методики оценки состояния жестких дорожных покрытий, в основном базируются на визуальной дефектовке, «весовой» градации дефектов по степени их серьезности и определении интегральной оценки состояния с учетом плотности распространения дефектов по площади покрытия. Диагностика состояния искусственного основания вовсе не проводится.
Между тем, согласно требованиям ИКАО (International Civil Aviation Organization (ICAO)), европейским правилам проектирования аэродромов (Aerodrome Design Manual, Part 3), установки FWD применимы и для измерений перераспределения нагрузок на швах плит цементобетонных покрытий. Поскольку в данном случае изменяется задача измерения, количество измерительных датчиков увеличивают до 9 шт., из них согласно требованиями стандарта ИКАО два датчика устанавливают на дополнительный сегмент измерительной балки так, чтобы они располагались на одной линии с основным набором датчиков, но позади плиты нагружения, на расстоянии 300 и 210 мм, соответственно, от датчика, расположенного в центре плиты нагружения. Однако наиболее часто при оценке состояния швов плит цементобетонных покрытий в расчеты принимаются только результаты измерений прогиба пяти датчиков.
При этом монтаж измерительных датчиков на расстоянии (-210) мм и (- 300) мм от центра плиты нагружения подразумевает установку на штатную измерительную балку дополнительной секции, конструктивно обеспечивающую синхронную работу блока из 5-ти датчиков.
В этом случае, приложение импульсной нагрузки падающим грузом выполняется на одной стороне шва, а прогиб покрытия измеряется с обеих его сторон. И поскольку измерительные датчики равноудалены от датчика, расположенного в центре плиты нагружения, оценку перераспределения нагрузки на швах плит покрытия можно реализовать на соотношении результатов измерения прогиба с обеих сторон шва.
Важно отметить, что, например, в США подобные измерения производятся по иной схеме: на дополнительной секции измерительной балки на расстояние (- 305) мм от центрального датчика размещается лишь один датчик.
В отличие от аэродромов, выполнение таких измерений на автомобильных дорогах общего пользования возможно при перемещении измерительной установки только в продольном направлении. В этом случае и с учетом схемы расстановки измерительных датчиков измерения могут выполняться только на поперечных швах покрытий. Таким образом, выполнить измерения прогиба на продольных швах и в углах плит покрытия не представляется возможным. Это ограничение метода в значительной степени снижает точность диагностических мероприятий и влечет за собою финансово-значимые последствия в связи с накоплением повреждений структуры бетона в период эксплуатации покрытий и поглощением энергии деформации с последующим выделением ее в виде трещин различной локализации.
Поэтому, чем больше возможностей размещения измерительных датчиков на измерительной балке и на стандартных удалениях от центра плиты нагружения, тем выше будет производительность измерений и точность оценки перераспределения нагрузки на швах плит покрытия. При этом одним из наиболее значимых требований к установке является точность позиционирования плиты нагружения и измерительной балки на исследуемом шве. Согласно требованиям нормативных документов США, Канады и ряда стран ЕС, точность позиционирования плиты нагружения в точке измерения составляет ±10 мм.
Как правило, эта задача решается за счет размещения под днищем установки FWD стандартной телекамеры, цифровой видеосигнал с которой выводится на отдельный черно-белый монитор на панели управления автомобиля-тягача. Поскольку ракурс видео камеры одновременно захватывает шов дорожного покрытия, край плиты нагружения и 2-3 измерительных датчиков, эта система в какой-то степени облегчает задачу опытному водителя автомобиля-тягача останавливать лабораторию в нужном месте, но точность такой системы позиционирования не нормируется и, как правило, компаниями-производителями установок не устанавливается.
Из современного уровня техники известна прицепная установка FWD компании Dynatest International A/S https://dyriatest.egnyte.com/dl/TTAttwp2Ai (патент US 20160238501 A1), содержащая адаптивную плиту нагружения диаметром 300 мм, передающую импульсную нагрузку падающего груза в пятне контакта с твердым покрытием, адаптер передачи импульсной нагрузки от падающего груза на плиту нагружения, эластичный буфер, препятствующий разрушению плиты нагружения под воздействием падающего груза, специальные устройства (опоры) для передачи импульсной нагрузки от буфера на плиту нагружения (далее вместе - устройство передачи нагрузки), гидравлическое устройство для подъема пакета грузов на определенную высоту над устройством передачи силы, а также направляющие для направления веса падающего груза на устройство передачи силы.
Известна установка FWD (патент CN 201220671839), содержащее специальное устройство для подъема комплекта нагрузки, выполненного в виде пакета плит, который поднимается над плитой нагружения вверх до специальной фиксирующей пластины, снабженной вертикальным позиционирующим стержнем, направляющим падающий груз по нормали на плиту нагружения. Кроме того, фиксирующая платина содержит блокирующий элемент, фиксирующий поднимаемый пакет грузов на определенной высоте. При постоянстве массы пакета грузов и с учетом фундаментального принципа сохранения механической энергии пружинного маятника, их фиксация на различных высотах перед сбросом на плиту нагружения конструктивно обеспечивает приложение нагрузок падающего груза на твердое исследуемое покрытие с необходимой точностью. При этом, конструкция измерительной балки этой установки аналогична решению и исполнению установки FWD компании Dynatest International A/S, и, следовательно, содержит аналогичные недостатки.
Известна испытательная установка ДИНА-4, (http://sdtech.ru/store/lab/trassa/dina-3m.html), на которой в качестве измерителей прогиба используется комплект датчиков ускорения (измерительных акселерометров). Недостатками этого устройства является отсутствие конструктивных элементов для размещения измерительных датчиков позади плиты нагружения, что не позволяет использовать эту установку для измерения прогиба на швах плит цементобетонных покрытий. Кроме того, выполнение измерительной балки из пустотелой квадратной трубы не обеспечивает условие замены датчиков ускорения на измерительные датчики иного типа в виду недостаточности массы прижима комплекта «измерительная балка + датчики» к исследуемой твердой поверхности, и ее устойчивости к вибрации под воздействием импульсной нагрузки падающего груза. Эта конструктивная особенность установки обуславливает значительную вариативность результатов измерения прогиба, что существенно ограничивает возможности ее применения для современной диагностики дорожных и аэродромных покрытий.
Известна прицепная установка «Прогибомер FWD-RDT» компании Росдортех http://rosdorteh.ru/catalog/item/sistema-izmereniya-uprugogo-progiba-prokrytij-po-gost-32729-2014-pricepnaya-ustanovka-progibomer-rwd-rdt), на которой в качестве измерителей прогиба используется комплект геофонов (датчик - приемник звуковых волн, распространяющихся в верхних слоях покрытия). Принцип измерения прогиба основан на измерении амплитуды вертикальных колебаний, распространяющиеся на поверхности покрытия при воздействии вертикальной импульсной нагрузки: колебания поверхности приводят в движение соприкасающийся с ней сердечник датчика перемещения, тогда как измерительная балка, обладающая значительно большей массой, остается неподвижной.
Недостатками этого устройства также является отсутствие видеокамеры для контроля позиционирования установки, а также отсутствие конструктивных элементов для размещения измерительных датчиков позади плиты нагружения, что не позволяет использовать ее для измерения прогиба на швах плит цементобетонных покрытий. Кроме того, конструктивное исполнение измерительной балки из двух направляющих, изготовленных из легких пустотелых труб квадратного сечения, не обеспечивает условие неподвижности комплекта «измерительная балка + геофоны» к исследуемой твердой поверхности при ее вибрации под воздействием импульсной нагрузки, что также обуславливает низкое качество измерения с точки зрения воспроизводимости и точности результатов. Указанные конструктивные недостатки и особенности установки «Прогибомер FWD-RDT» значительно ограничивают возможность ее применения для оценки прочности нежестких дорожных одежд, и исключает ее использование для измерения прогиба на швах плит цементобетонных дорожных и аэродромных покрытий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является измерительная балка прицепной установки Primax 1500 FWD компании Grontmij A/S (www.grontmij.com). Здесь измерительная балка длиной 2.5 м выполнена из стального бруса и на ней (в зависимости от задач измерения) устанавливается до 14 геофонов. Для контроля точности позиционирования плиты нагружения на исследуемой поверхности дорожного или аэродромного покрытия, под днищем прицепа установлена видеокамера общего назначения, черно-белое изображение с которой посредством кабеля передается на LCD-монитор, установленный на панели управления кабины автомобиля-тягача.
Недостатком известного устройства является конструктивная необеспеченность условий точного позиционирования установки на швах плит цементобетонных покрытий, а также отсутствие комплекта быстросъемной секции измерительной балки, позволяющей размещать комплект датчиков перемещения за и в стороне от центрального геофона, расположенного в центре плиты нагружения.
Предложенная полезная модель направлена на решение задачи максимального повышения точности позиционирования известной установки FWD на швах и углах плит цементобетонных покрытий, а также повышения количества измерений за рабочую смену за счет снижения числа проездов установки по полосе обследуемого покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения прогиба дорожных и аэродромных покрытий введено следующее:
1. дополнительная Т-образную в горизонтальной проекции консоль, изготовленную из стального бруса, образованную набором из трех неразъемных ответвлений, прямоугольного профиля, на горизонтальных гранях которых выполнены сквозные V-образные пазы, и нанесена шкала с длиной делений 1 мм, каждый сантиметровый штрих шкалы снабжен числовым обозначением, указывающим расстояние в сантиметрах от этого штриха до торцовой грани, перпендикулярной продольному ребру ответвления, и содержащую одно или несколько подвижно закрепленных на одной из вертикальных граней полупроводниковых лазерных излучателей с непрерывным излучением волн оптического диапазона, снабженных системой фильтрации излучения и секторального уплощения луча в одной плоскости за счет астигматизма резонатора лазерного диода, создающих с высоты до 500 мм на поверхности исследуемого покрытия две скрещивающихся под прямым углом равномерно освещенных полосы длиной не менее 1000 мм и шириной не более 2 мм (далее - хвостовая балка), например сварной конструкции, изготовленная, например, из стального бруса, конструктивное исполнение которой обеспечивает жесткое, например болтовое, соединение с основной измерительной балкой, и соосное размещение измерительных датчиков позади плиты нагружения установки FWD, а также размещение под прямым углом к оси основной балки как минимум одного измерительного датчика сбоку от плиты нагружения (справа или слева, или с обеих сторон одновременно - в зависимости от задачи измерения).
2. одно или несколько закрепленных, например, на корпусе хвостовой балки, известных устройств, например, в виде полупроводникового лазера с непрерывным излучением, снабженного наклонно-поворотным устройством, системами фильтрации лазерного излучения и секторального уплощения луча в одной плоскости за счет астигматизма резонатора лазерного диода, создающих с высоты не более 0,5 м на поверхности исследуемого покрытия два скрещивающихся под прямым углом равномерно освещенных отрезка, шириной не более 2 мм.
При этом наклонно-поворотные устройства системы крепления лазеров позволяют вручную или автоматически выполнять их настройку в вертикальной и горизонтальной плоскостях, регулируя тем самым расстояние освещенного отрезка на поверхности покрытия от нормали края плиты нагружения или от нормали какого-либо измерительного датчика, установленного на хвостовой балке (в зависимости от задач измерения).
3. комплект непрерывной передачи цветного видеосигнала, содержащий телекамеру высокого разрешения (при минимальном угле зрения результат S не более 2 мм), класс не ниже III, работающей в диапазоне освещенностей от 0,4 до 105 лк, и позволяющей идентифицировать минимально различимые детали (изображения) от 1 мм. При этом, видеосигнал с телекамеры по средствам проводной или беспроводной связи стандарта IEEE 802.11 (для организации локальных беспроводных сетей), либо стандарта Wireless USB, передается как на штатный бортовой компьютер установки FWD, так и на цветной LCD-монитор, установленный в кабине автомобиля - тягача. При этом телекамера размещена под днищем прицепа FWD так, чтобы размеры "мертвой" зоны были минимальными, а контролируемая зона обзора охватывала дорожной покрытие, нижний край плиты нагружения и внутренние борта колес прицепной установки. При этом крепление телекамеры позволяет выполнять ручную или автоматическую настройку ее положения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, с последующей достаточно жесткой фиксаций ее положения, конструктивно обеспечивающую отсутствие дрожания изображения на экране LCD- монитора под действием ветровых нагрузок и веса видеокамеры при движении установки по исследуемому покрытию.
Существо предложенной полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сверху на полезную модель.
На фиг. 2 показан вид сверху на соединения основных элементов предложенного устройства, согласно фиг. 1 с основной измерительной балкой установки FWD.
На фиг. 3 показан 3D вид снизу на соединения основных элементов предложенного устройства, согласно фиг. 1 с основной измерительной балкой установки FWD.
На фиг. 4 показан 3D вид сбоку полезной модели при работающем лазерном излучателе с поперечным лучом (вариант установки датчика на поперечной части Т-образной балки) при подъезде к точке проведения измерений на поперечном шве плит цементобетонного покрытия.
На фиг. 5 показан 3D вид сбоку полезной модели при работающем лазерном излучателе с поперечным лучом (вариант установки датчика на поперечной части Т-образной балки), в момент остановки над точкой проведения измерений на поперечном шве плит цементобетонного покрытия.
На фиг. 6 показан 3D вид сбоку полезной модели при работающем лазерном излучателе с поперечным лучом (вариант установки датчика на продольной части Т-образной балки), в момент остановки над точкой проведения измерений на поперечном шве плит цементобетонного покрытия.
На фиг. 7 показан 3D вид спереди полезной модели при подъезде к точке проведения измерений на углу плиты цементобетонного покрытия.
На фиг. 8 показан 3D вид спереди полезной модели в момент остановки над точкой проведения измерений на углу плиты цементобетонного покрытия.
На фиг. 9 показан 3D вид сбоку полезной модели с двумя лазерными излучателями при подъезде к точке проведения измерений на углу плиты цементобетонного покрытия.
На фиг. 10 и 11 показаны схемы возможного расположения измерительных устройств при выполнении измерений на поперечных швах плит цементбетонного покрытия
На фиг. 12 показана схема возможного расположения измерительных устройств при выполнении измерений на продольных швах и углах плит цементобетонного покрытия
Один из возможных вариантов исполнения предложенного устройства показан на фиг. 1. Предложенное устройство состоит из съемной опорной балки 1, содержащую соединительную часть 8, выполненную, например из квадратной трубы, и Т-образную секцию с поперечной 4 и продольной 6 частями, выполненных из стального бруса (далее все вместе - хвостовая балка), например сварной конструкции, конструктивное исполнение которой обеспечивает жесткое, например болтовое, соединение с основной измерительной балкой устройства 10, и соосное размещение измерительных датчиков 14 и 15) позади плиты нагружения 9 установки FWD (с учетом направления движения установки на измерительном участке), а также размещение под прямым углом к оси основной балки как минимум одного измерительного датчика 13 сбоку от плиты нагружения (справа или слева, или с обеих сторон одновременно - в зависимости от задачи измерения). Кроме того, на внутренней грани поперечной части 4 Т-образной секции установлены как минимум два устройства 3, позволяющих регулировать уровень и высоту сборной измерительной балки над покрытием. Далее в описание комплект основной измерительной балки 10 любой конструкции с присоединенной к ней болтовыми соединениями предлагаемой полезной моделью будет именоваться «сборная измерительная балка».
При этом конструктивно обеспечивается следующее правило расстановки измерительных датчиков от центрального датчика 16, расположенного в центре плиты нагружения 9:
- расстояния до центра измерительного датчика 12, расположенного на основной балке 10 (расстояние Ld2 на фиг. 2), равно расстоянию до центра измерительного датчика 14, установленного на продольной части 6 хвостовой балки (расстояние Ld3 на фиг. 2), и равно (250±1,0)мм.
- расстояния до центра измерительного датчика 11, расположенного на основной балке 10 (расстояние Ld4 на фиг. 2), равно расстоянию до центра измерительного датчика 15, установленного на продольной части 6 хвостовой балки (расстояние Ld5 на фиг. 2), и равно (350±1,0)мм.
- расстояние до центра измерительного датчика 13, расположенного на поперечной части 4 хвостовой балки (расстояние Ld6 на фиг. 2), равно (350±1,0) мм.
Кроме того, в состав предложенного устройства входят один или несколько (в зависимости от цели измерения) полупроводниковых лазерных излучателей непрерывного действия с секторальным уплощением луча в одной плоскости, и снабженных наклонно-поворотными устройствами (далее указанный лазерный излучатель и его наклонно - поворотное устройство любого типа будут именоваться «комплект лазерного излучателя»). При этом один комплект лазерный излучатель 5 с уплощение луча в продольной (по отношению к направлению движения установки на измерительном участке) направлении устанавливается, например, на одной из граней поперечной части 4 хвостовой балки. При этом его луч 24 направлен вниз, и его след на покрытие 23 совпадает с направлением движения измерительной установки и проходит по касательной (или на некотором, заранее установленном, расстояние) у пятну контакта 20 плиты нагружения 9 с дорожным покрытием при выполнении измерений прогиба под воздействием импульсной нагрузки падающим грузом.
При этом еще один комплект лазерного излучателя 7 устанавливается, например, на внутренней грани поперечной части 4 хвостовой балки, в точке ее пересечения условной оси (обозначена пунктиром на фиг. 2) расположения измерительных датчиков 11, 12, 14, 15 и 16. Как один из возможных альтернативных вариантов, комплект лазерного излучателя 7 может устанавливаться на одной из граней продольной части 6 хвостовой балки (позиция 7' на фиг. 2) При этом, его луч 19 направлен вниз и след луча на покрытие 18 проходит по касательной (или на некотором, заранее установленном, расстояние) пятна контакта 20 плиты нагружения 9 с дорожным покрытием при выполнении измерений прогиба под воздействием импульсной нагрузки падающим грузом. В любом случае из возможных вариантов установки комплектов лазерных излучателей 5 и 7 (или 7', в зависимости от цели измерения) взаиморасположение их следов на дорожном покрытие (18 и 23, соответственно) должно пересекаться под прямым углом (как показано на фиг. 9).
Предложенное устройство работает следующим образом. При необходимости оценки состояния однородности основания и состояния швов плит цементобетонных покрытий аэродромов и автомобильных дорог, к основной измерительной балке известного прицепного устройства ударного нагружения (прицепная установка FWD) силами экипажа дорожной лаборатории устанавливается предлагаемая полезная модель, как дополнительная хвостовая балка. При этом на нее перестанавливаются измерительные датчики в положение 13,14 и 15 согласно схеме, указанной на фиг. 2.
Кроме того, установленные на хвостовой балке комплекты лазерных излучателей 5 и 7 (или 7', в зависимости от выбранной цели измерения) подключаются к бортовой сети электропитания 12В. Следующим шагом в ручном режиме производится пробное нормальное опускание плиты нагружения 9 на дорожное покрытие (направление указано стрелкой 21 на фиг. 5). Вместе с плитой нагружения 9 на твердое покрытие опускается и штатный измерительный датчик 16, установленный в ее центре.
При этом за счет наличия крепежной консоли 2 и штатного механизма поддерживания основной измерительной балки 10, установленного на плите нагружения 9, вместе с плитой на поверхность покрытия опускается и сборная измерительная балка, с установленными на ней измерительными датчиками 11, 12, 13. 14 и 15, и комплектами лазерных излучателей 5 и 7 (или 7', в зависимости от выбранной цели измерения). Следующим шагом, с помощью двух универсальных приспособления 3 оператор в ручном режиме производит регулировку горизонтального уровня и высоты балки над поверхностью покрытия, а также наносит на покрытие любом доступным методом контрольную линию (контур) 20 пятна контакта плиты нагружения 9 с покрытием. Следующим шагом осуществляется штатная калибровка измерительной установки (обычно здесь выполняется 3-4 пробных подъема и сброса комплекта падающих грузов с последующим измерением прогиба покрытия по показаниям датчиков 11, 12, 13, 14, 15 и 16. Результаты калибровки с помощью штатной системы передачи информации
измерительной установки передаются на рабочий компьютер и заносятся в базу данных. Следующим шагом, с помощью штатного гидравлического подъемника грузов установки FWD осуществляется подъем плиты нагружения 9 и сборной измерительной балки в транспортное положение. Следующим шагом оператор установки производит настройку лучей лазерных излучателей 5 и 7 (или 7', в зависимости от выбранной цели измерения), по контрольным точкам ранее отмеченного контура пятна контакта плиты нагружения 9 с покрытием, учитывая соблюдение условия пересечение следов лучей 18 и 23 на покрытие под прямым углом, как показано на фиг. 9. Следующим шагом оператор производит настройку ракурса телекамеры, так, чтобы на ZCD-мониторе, установленном на приборной панели автомобиля-тягача, появилось изображение рабочей зоны на дорожном покрытие с ранее отмеченным контуром пятна контакта 20, и пересекающимися следами лучей 18 и 23.
По завершению этапа калибровки и настройки оборудования дорожная лаборатория в составе автомобиля-тягача с известной прицепной установкой FWD, например дефлектометром падающим грузом модели Primax 1500 FWD, оснащенного сборной измерительной балкой, установленной в транспортное положение, выезжает на объект обследования для проведения измерений прогиба на швах и углах плит цементобетонных покрытий автомобильных дорог или аэродромов. При этом максимальная скорость перевозки не должна превышать 80 км/час, что соответствует требованиям Правил дорожного движения РФ. При выезде на исследуемый участок покрытия скорость движения лаборатории снижается до 5-6 км/час, что полностью соответствует стандартным требованиям передвижения установок FWD при выполнении измерений прогиба покрытий. Сами измерения производятся при полной остановке лаборатории над точкой измерения. При этом точки приложения импульсной нагрузки падающим грузом должны быть максимально приближены к краю шва плит. При использовании предлагаемой полезной модели это условие обеспечивается тем, что водитель машины-тягача, имеет возможность выполнять управление до остановки в нужной точке, ориентируясь на изображение LCD-монитора с рабочей зоной покрытия под установкой, где четко видны пересекающиеся под прямым углом следы лучей лазерных излучателей. Остановка лаборатории в нужной точке определяется по моменту совпадения (наложения) следов лучей лазерных излучателей с краями швов плиты цементобетонного покрытия. И поскольку, как указано выше, ширина следа лучей не превышает 2 мм, достигается точность остановки измерительного комплекса, значительно превышающая требования международных стандартов (± 1 см), и исключаются потери времени в связи с дополнительным маневрированием и вынужденным выходом водителя из машины для визуального контроля точности позиционирования.
Схематично процесс приближения измерительного комплекса к точке измерения поясняется на фиг. 4 и фиг. 7 (здесь для наглядности функционал лучей лазерных излучателей 5 и 7 (или 7') представлен раздельно), и фиг. 9.
После остановки измерительного комплекса в нужной точке оператор посредством штатной системы дистанционного управления установкой FWD производит спуск плиты нагружения 9 и сборной измерительной балки с установленными на ней измерительными датчиками и лазерными излучателями 5 и 7 (или 7') в рабочее положение на дорожное покрытие. При этом за счет ранее выполненной регулировки уровня и высоты сборной измерительной балки над покрытием (с помощью регуляторов 3) лазерные излучатели 5 и 7 (или 7') покрытия не касаются, и никого воздействия на результаты измерений не оказывают. После приведения установки FWD в рабочее положение производится подъем и сброс комплекта грузов на штатную систему амортизаторов и устройств передачи импульсной нагрузки через плиту нагружения 9 на край плиты цементобетонного покрытия. Прогиб участка плиты под воздействием этой нагрузки измеряется датчиками 11, 12. 13, 14
Кроме того, использование полезной модели позволяет значительно повысить точность оценки перераспределения импульсной нагрузки от падающего груза за счет разнообразия схем допустимого размещения измерительной установки с обеих сторон исследуемого шва (как показано на фиг. 10 и фиг. 11), а также на углах плит цементобетонных покрытий (как показано на фиг. 12). При этом точность и воспроизводимость результатов измерений конструктивно обеспечивается единой схемой установки измерительных датчиков 11, 12, 13, 14, 15 и 16, а также единой системой позиционирования плиты нагружения 9, с точностью ± 2 мм. Кроме того, благодаря боковому размещению датчика 13 на поперечной части 4 Т-образной балки, предлагаемое решение позволяет одновременно выполнять измерения прогиба на смежной плите, что значительно удешевляет и повышает их производительность измерений за счет сокращения числа проходов измерительной установки вдоль продольных швов.
Благодаря тому, что хвостовая балка сделана в виде единой сварной съемной секции, соединяющейся с основной балкой с помощью, например, болтового соединение, ее монтаж / демонтаж может выполняться в полевых условиях только силами экипажем дорожной лаборатории с использование стандартных инструментов, входящих в ЗИП-комплект автомобиля-тягача. Таким образом, значительно повышаются оперативные возможности и рациональность использования комплекса при выполнении измерений на покрытиях разного типа.
Благодаря тому, что на краях хвостовой балки выполнены два универсальных приспособления 3 для регулировки уровня и высоты балки над поверхностью покрытия обеспечивается сохранение 3-х точечной система опоры общей конструкции (основная (передняя) балка + хвостовая балка), но при этом значительно увеличивается общая площадь ее опоры. Это решение существенно увеличивает статическую устойчивость измерительного комплекса при работе в полевых условиях, а также повышает качество выполненных измерений.
Благодаря тому, что дополнительная измерительная балка выполнена, например, из стального бруса, и ее масса не менее в 20 раз превосходит массу всех размещенных на ней измерительных датчиков и лазерных излучателей, конструктивно обеспечивается устойчивость и неподвижность комплекта измерительных элементов на исследуемой твердой поверхности при ее вибрации под воздействием импульсной нагрузки.
Благодаря наличию на поверхности исследуемого покрытия визуально различимых скрещивающихся под прямым углом следов лазерных излучателей 5 и 7 (или 7', в зависимости от цели измерения) в виде равномерно освещенных отрезков шириной не более 2 мм, удаленных от значимых элементов измерительного комплекса (край плиты нагружения 9, измерительный датчик 13, установленный на хвостовой балке на заведомо известное расстояние), и с учетом устоявшейся практики формирования швов на дорожных и аэродромных покрытиях перпендикулярно или параллельно оси движения транспортных средств, предлагаемое решение конструктивно обеспечивает соблюдение условий позиционирования установки над точкой измерения прогиба с точностью ± 2 мм за счет ее остановки в момент совмещения линий лазерного луча с краевыми зонами швов плит. Тем самым существенно повышается точность и воспроизводимость результатов выполненных измерений, что в конечном итоге снижает ошибки оценки и прогнозирования несущей способности покрытия, своевременного назначения и объема выполнения регламентных и ремонтно-восстановительных работ.
Благодаря наличию вышеуказанного комплект непрерывной передачи цветного видеосигнала непосредственно с рабочей зоны покрытия (с визуально различимыми скрещивающимися под прямым углом равномерно освещенными отрезками, удаленными от значимых элементов измерительного комплекса на заранее известное водителю расстояние) на цветной LCD-монитор, расположенный в кабине автомобиля-тягача, в зоне непосредственной видимости водителя, станет значительно легче работа водителя, сократится время позиционирования измерительного комплекса над точкой обследуемой плиты с точностью ± 2 мм по двум координатным линиям поверхности.