УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА НАКОПЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области мониторинга автомобильных дорог в процессе их эксплуатации, в частности к наблюдению за накоплением остаточных и обратимых деформаций в земляном полотне и конструктивных слоях дорожной одежды.
Известны аналоги, предназначенные для замера вертикального перемещения покрытия автомобильной дороги, такие как, длиннобазовый рычажный прогибомер модели КП-204 (ОДН 218.1.052-2002 Оценка прочности нежестких дорожных одежд, п.2.4.4.), состоящий из пространственной трубчатой фермы, индикатора.
Устройство для определения накопления деформаций и ползучести различных материалов в лабораторных условиях, например, цементобетона (ГОСТ 24544-81* Бетоны). Методы определения деформаций усадки и ползучести (пружинное устройство для определения деформаций ползучести, п.2.3 Черт.5), включающее стойки, траверсы, гидравлический домкрат, пружины, измерительное устройство.
Наиболее близким является «Комплекс автоматизированного мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкций» (см. RU №68694 G01N 3/02 опубликовано 27.11.2007 г.), состоящего из измерительного устройства в виде зонда, с датчиками и магнитными сборками, выполненные из двух кольцевых магнитов с межслойными дисками, установленного в дорожной конструкции и автоматического регистрирующего устройства, находящегося вне дорожной конструкции. Принцип измерения вертикальных перемещений состоит в замере изменения уровня магнитного поля, создаваемого магнитной сборкой. Уровень магнитного поля меняется по мере перемещения межслойного диска совместно с кольцевыми магнитами относительно чувствительного элемента.
Недостатком данного устройства является большая трудоемкость закладки зондов в дорожную конструкцию, включающая вывод кабелей на откос насыпи и установка металлического сейфа. Кроме того не надежное резьбовое соединение наращиваемых трубок может стать причиной выхода из строя электроники или неудовлетворительной изгибной прочности. Малая защищенность от воздействий внешней среды и большое вмешательство в целостность дорожной конструкции.
Задачей полезной модели является разработка упрощенного метода закладки элементов зонда в дорожную конструкцию, снижение вмешательства в целостность дорожной конструкции и повышения надежности и срока службы измерительного комплекса.
Конструкция измерительного зонда состоит из внешней цельной металлической трубки и внутренней металлопластиковой трубки, с закрепленными в ней на специальном каркасе датчиками, например, аналоговые прецизионные датчики Холла.
Электронная система для измерения накопления остаточных деформаций в слоях дорожной конструкции работает по следующему принципу: магнитная система из двух кольцевых магнитов, заключенных в герметический корпус, имеет участок с линейно меняющейся вдоль оси системы индукцией магнитного поля. При перемещении магнитной сборки относительно датчиков индукция магнитного поля в точке их установки изменяется и, соответственно, изменяет напряжение на выходе датчика Холла, которое регистрируется, например, цифровым вольтметром.
Питание зонда осуществляется от одной свинцовой необслуживаемой аккумуляторной батареи и от стандартного порта USB переносного компьютера.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, включающее измерительное устройство в виде зонда с размещенными внутри датчиками и снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, при этом зонд содержит внешнюю цельную металлическую трубку и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, в верхней части металлопластиковой трубки расположен разъем для подключения к персональному компьютеру и передачи данных, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом.
Техническим результатом является упрощение закладки зонда в дорожную конструкцию и уменьшение трудоемкости работ в связи с размещением разъема для подключения к персональному компьютеру и передачи данных в верхней части металлопластиковой трубки, что позволяет убрать из конструкции соединительные провода и защитный сейф на откосе насыпи. Повышение надежности и долговечности работы зонда достигается в результате использования цельной внешней металлической трубки и заливки в полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой кремнийорганического компаунда, например, «Виксинт ПК-68», который надежно защищает электронные компоненты от воздействия внешней среды. Целостность конструкции обеспечивается за счет использования новой технологии закладки зонда: поэтапным поднятием внешней металлической трубки зонда из грунта земляного полотна специальным подъемным устройством на высоту укладываемого конструктивного слоя дорожной одежды. Поднятие происходит по мере строительства слоев дорожной одежды до поверхности покрытия, после этого в металлическую трубку помещается металлопластиковая трубка с электронными компонентами и измерительными датчиками.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - схема комплекса мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, фиг.2 - схема расположения основных компонентов и измерительных датчиков в зонде.
Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции представляет собой измерительное устройство в виде зонда с размещенными внутри измерительными датчиками и снаружи магнитными сборками и помещенного в конструкцию дорожной одежды 1. Зонд состоит из внешней цельной металлической трубки 2 и внутренней металлопластиковой трубки 3, с закрепленными в ней на специальном каркасе измерительными датчиками 4. На внешнюю металлическую трубку 2 помещенны магнитные сборки 5, состоящие из двух кольцевых магнитов 6 в металлической оболочке и межслойных дисков 7, нижний торец зонда имеет заостренную форму, свободно погружаемый в грунт, и плоский верхний торец, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия 8 с завинченной пробкой 9, открывающий доступ к разъему 10 для подключения к персональному компьютеру. Внутренняя полость 11 между металлопластиковой трубкой 3 и электронными компонентами и измерительными датчиками 4 заполнена кремнийорганическим компаундом. Диаметр металлопластиковой трубки 3 меньше внутреннего диаметра метра металлической трубки 2 на 1 мм для свободного размещения при монтаже.
Внешняя металлическая трубка 2 может быть изготовлена из титана (нержавеющая стали, латуни). Разница между диаметрами внешней и внутренней трубок составляет 1 мм. Материал и параметры конструкции выбраны с учетом требуемой прочности (изгибной), минимального влияния на процессы деформирования дорожной конструкции, магнитной прозрачности и долговечности. Зонды устанавливаются с необходимым интервалом и остаются в дорожной конструкции.
Межслойные металлические диски 7 выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой 5 и нанизаны на вертикальную металлическую трубу - 2. Количество дисков 7 может быть различным и соответствует количеству слоев дорожной конструкции 1 (При необходимости межслойные диски 7 могут устанавливаться и внутри слоев). Зазор между поверхностью внешней металлической трубкой 2 зонда и внутренней поверхностью магнитной сборки 5 составляет 1 мм, он не может быть меньшим для обеспечения скольжения магнитной сборки 5 вдоль зонда, и не может быть большим для уменьшения влияния горизонтального смещения сборки 5 на величину магнитного поля в точке измерения. Внутри магнитной сборки 5 находятся кольцевые магниты 6 из сплава SmCo или NdFeB.
Способ измерения вертикальных перемещений состоит в замере изменения уровня магнитного поля, создаваемого магнитной сборкой 5, относительно измерительного датчика 4 по мере перемещения диска 7.
Закладка устройства начинается с момента завершения строительства земляного полотна. Первым этапом работ является бурение скважины диаметром равным диаметру внешней металлической трубки 2 и глубиной равной длине зонда. В свою очередь длина зонда зависит от толщины дорожной одежды 1 и заглубления зонда в грунт земляного полотна. Затем в подготовленную скважину помещается внешняя металлическая трубка 2. Последующие этапы закладки совпадают с устройством слоев дорожной одежды и заключаются в поднятии зонда на высоту укладываемого слоя специальным подъемным устройством и нанизывание на внешнюю металлическую трубку 2 магнитных сборок 5 с межслойными дисками 7. Поднятие металлической трубки 2 зонда производится до поверхности дорожного покрытия 8 и затем в нее помещают металлопластиковую трубку 3 с измерительными датчиками 4.
Измерительные датчики 4 надежно защищены от воздействия влаги что повышает их надежность и долговечность.
Устройство позволяет с высокой точностью получать сведения о перемещениях слоев дорожной конструкции и между ними в процессе эксплуатации автомобильной дороги.