Устройство для оценки прочности дорожных одежд

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕВД,включающее тран- Л спортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения , оно снабжено датчиками ортогональных составляющих усилий, установленными на штоке измерителя вертикальных перемещений, делителем и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составлякщих усилий соединены с входами делителя, выход которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого § объединен с датчиком скорости, а выход подключен к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещения, а выход схемы компенсации через синхронный фильтр соединен с регистрирующим прибором.

„„Я1,1„„1101490 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NULLI

РЕСПУБЛИК ур E 01 С 23/07

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTlO (21) 3564199/29-33. (22) 16.03.83 (46) 07.07.84-. Бюл. 11=. 25 (72) С.С. Коновалов, В.В. Карчихин, С.В. Коновалов, Б.А. Хейриш и Ю.М. Яковлев (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени автомобильно-дорож ный институт (53) 625.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 742520, кл. Е 01 С.23/07, 1980.

2. Патент США В 3383913, кл. 73-146, 1968. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДЕНКИ ПРОЧНОСТИДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, включающее тран- . спортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора; вибро» изолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения ;, датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено датчиками ортогональных составляющих усилий, установленными на штоке измерителя вертикальных перемещений, делителем и синхронным фильтром, причем датчики ортогональных составляницих усилий соединены с входами делителя, выход которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого объединен с датчиком скорости, а выход подключен к первому входу схемы компенсации, второй вход которой соединен с датчиком виброперемещения, а выход схемы компенсации через синхронный фильтр соединен с регистрирующим прибором.

1 11014

Изобретение относится к строительству и эксплуатации дорог и может быть использовано для определения прочности дорожных одежд, при этом оценка прочности производится по величине прогиба, возникающего в результате нагружения исследуемого участка дорожной одежды динамической нагрузкой.

Известно устройство для динами- 10 ческих испытаний дорожных одежд, включающее источник динамической нагрузки — вибратор, измерительный элемент в вице колес, через которые передается на испытуемую дорожную одежду динамическая нагрузка, регистрирующую и задающую аппаратуру.

В данном устройстве изменение реакции испытываемого дорожного покрытия на воздействие динамической нагрузки фиксируют путем измерения перепадов давления в камерах колес, выходные отверстия которых соединены трубопроводом х регистрирующей аппаратурой 1 1. 25

Однако оценка реакции дорожного покрытия по величине измеряемого давления в камерах колес приводит к существенным погрешностям: рабочее давление воздуха в камерах колес, нагру- о жаемых источником динамической нагрузки, быстро меняется в зависимости от условий эксплуатации и может значительно отличаться от номинального значения, относительйо которого измеряется величина прогиба дорожной . одежды, кроме того, не учитывается влияние неровностей дороги.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для оценки прочности дорожных одежд, включающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с изме- 45 рителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчиком виброперемещения, датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрируюший прибор. В известном устройстве механическим звеном для передачи усилия от источника импульсной нагрузки на поверхность дорожной

55 одежды является колесо нагружения.

К .автомобилю, который перемещает установку, крепятся последовательно две виброизолированные тележки, несущие по одному измерителю вертикальных перемещений, который представляет собой измерительное колесо, на котором устанавливается датчик для определения вертикального перемещения измерительного колеса относительно рамы виброизолированной тележки.

Измеритель вертикальных перемещений первой виброизолированной тележки располагается в точке максимального прогиба, измеритель вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки преднамеренно удален и находится вне зоны действия нагрузки. Оба измерительных колеса проходят одинаковые отрезки пути приблизительно по одной линии, но с разницей во времени Г2 ).

Для того, чтобы нагрузка не влияла на второй измеритель вертикального перемещения, виброизолированные тележки относят друг от друга в зависимости от типа дорожной одежды на расстояние 1,5-6 м. Это условие существенно усложняет обеспечение прохода второго измерителя вертикальных перемещений и, следовательно, вносит погрешность в измерение прогиба. Для того, чтобы выделить сигнал прогиба, суммарный сигнал прогиба микропро" филя, который поступает с датчика для определения вертикального перемещения первой виброизолированной тележки, сравнивают с сигналом микропрофиля, поступающим с датчика для определения вертикальных перемещений второй виброизолированной тележки. Последний сигнал надо задержать на отрезок времени между двумя моментами, когда два измерителя вертикальных перемещений проходят по очереди над исследуемой точкой. Для выполнения этого условия необходимо строго соблюдать постоянную скорость перемещения виброизолированных тележек, что на практике трудно обеспечить и что вносит погрешность в измерение прогиба дорожной одежды.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что устройство для оценки прочности дорожных одежд, включающее транспортируемый автомобилем источник динамического нагружения на спаренные колеса в виде вибратора, виброизолированную тележку с измерителем вертикальных перемещений, выполненным в виде измерительного колеса и штока с датчи3 1101 ком виброперемещения, датчик скорости, установленный на измерительном колесе, умножитель, схему компенсации и регистрирующий прибор, снабжено датчиками ортогональнвтх составляющих усилий, установленными на.штоке измерителя вертикальных перемещений, делителем и синхронным фильтром, причем. датЧики ортогональных составляющих усилий соединены со входами делителя, выход1p которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого объединен с датчиком скорости, а выход подключен к первому входу схемы компенсации, второй вход которой сое- 15 динен с датчиком виброперемещения, а выход схемы компенсации через синхронный фильтр соединен с регистрирующим прибором.

Это позволяет ограничиться одним измерителем вертикальных перемещений другой вход которого поступает сигнал с датчика 12 скорости. Операция умножения производится с целью компенсации микропрофиля на всех скоро"

: стях движения измерителя 6 вертикальных перемещений. и тем самым исключить погрешности, связанные с возможным ра .согласованием траекторий движения отдельных измерителей вертикальных перемещений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для оценки прочности дорожных одежд в движении, на фиг. 2 — силы действующие на измеритель вертикальных перемещений, находящийся в контакте с покрытием дороги.

Устройство содержит транспортируемый автомобилем прицеп 1 с установленнымч на нем вибраторами 2, источйиком динамического нагружения на спа

35 ренные колеса 3, виброизолированную тележку 4, связанную с прицепом 1 через вертикальные штанги 5 и снабженную измерителем 6 вертикальных . 40 перемещений, состоящим из измерительного колеса 7 и штока 8 с размещенными на нем датчиком 9 виброперемещения, датчиками 10 и 11 ортогональных составляющих усилий и датчи45 ком 12 скорости, состоящим из источника света и фотоприемника (не показаны),делитель 13, умножитель 14, схему l5 компенсации, синхронный фильтр 16 и регистрирующий прибор 17.

1 50

- Устройство работает следующим образом.

Транспортируемый автомобилем источник динамического нагружения — вибратор 2, установленный на .прицепе 1, 55 производит нагружение дорожной одежды периодической нагрузкой через спаренные колеса 3. Совместное движение при490 4 цела 1 с виброизолированной тележкой

4, несущей измеритель 6 вертикальных перемещений, и развязка последней

\ от колебаний вибратора 2 обеспечивается вертикальными штангами 5. Измеритель 6 вертикальных перемещений, состоящий из измерительного колеса 7 и штока 8, перемещается в зоне приложения вйбрационной нагрузки и- син-. хронно с ней по поверхности дорожного покрытия, вследствие чего датчик 9 виброперемещения, размещенный на штоке 8, воспринимает и преобразует абсолютные перемещения измерительного колеса 7, представляющие сумму виброперемещений, вызванных нагружением вибратора 2, и перемещений, связанных с обкатыванием микропрофиля дороги, в электрический сигнал, пропорциональный сумме перемещений.

В то же время при движении измерительного колеса 7 по неровностям последние вызывают упругую деформацию штока 8, которая измеряется датчиком 10 и 11 ортогональных составляющих усилий. Одновременно измерение деформаций датчиками 10 и 11 в горизонтальной и вертикальной плоскостях дает возможность независимо от действия вибратора проиэводить,измерение микропрофиля дорожных одежд. С выхода датчика 10 горизонтальных усилий сигнал, пропорциональный величине горизонтальных деформаций, возникающих в штоке 8, эа счет действия горизонтальных сил вследствие реакции подпружиненного измерительного колеса 7 на неровности поступает на вход делителя

13. На"другой выход делителя 13 с выхода датчика 11 вертикальных усилий поступает сигнал, пропорциональный величине вертикальных деформаций, возникающих также в штоке 8, но эа счет действия вертикальных сил. С выхода делителя 13 сигнал, пропорциональный производной микропрофиля, поступает на выход умножителя 14, на

Сигнал с выхода умножителя 14, пропорциональный скорости вертикальных перемещений измерительного колеса 7, вызываемых неровностями, поступает на один вход схемы 15 ком1101490 пенсации, на второй ее вход поступа.ет суммарный сигнал с выхода датчика

9 виброперемещения, пропорциональ- ный величине перемещения колеса 7 от действия микропрофиля дброги и сигнала прогиба.

В результате операции вычитания на выходе схемы компенсации получается сигнал, пропорциональный перемещению измерителя 6 вертикальных пере- 10 мещений только за счет колебания дорожной одежды, вызываемого вибрационными нагружениями. Полярность и спектр сигнала микгопрофиля с выхода умножи,теля установлены таким образом, что 15 сигнал вычитается из суммарного сигнала.

Окончательная компенсация микропрофиля осуществляется синхронным фильтром 16, который пропускает сиг- 20 нал только с частотой нагружения, причем полоса пропускания его может изменяться в зависимости от изменения частоты нагружения. На вход синхронного фильтра 16 поступает сигнал, 25 смесь периодического полезного сигнала и случайного шума, являющегося помехой, искажающей полезный сигнал.

Так как полезный сигнал носит периодический характер, а сигнал помехи - Зо случайный, синхронный фильтр 16, настроенный на частоту нагружения, пропускает полезный сигнал, характеризующий прогиб, а сигнал о неровности подавляет. С выхода синхронного филь-З тра 16 сигнал поступает на регистрирующий прибор 17.

На измеритель вертикальных перемещений, находящийся в контакте с покрытием дорожной одежды, действуют следующие силы (фиг. 2). Колесо измерителя вертикальных перемещений, движущееся по поверхности дороги, прижимается к ней силой F,,реакция дороги, возникающая в точке кон- 4> такта, уравновешивает Силу F> и, будуI чи направлена по линии, проходящеи через точку контакта измерительного колеса с дорогой н ось колеса, создает ортогональную составляющую усилия Р, уравновешиваемую упругой деформацией штока измерителя вертикальных перемещений.

Из фиг. 2 видно, что х х Rx

"=le(Y- И R" =5ih(V d) г R г х

Угол отклонения штока измерителя вертикальных перемещений вертикали равен

q=,ca t< (x)) где 1 „ — производная микропрофиля по координате Х в точке контакта, 1 „ - микропрофиль дороги.

По отношению видно, что для решения задачи независимого измерения микропрофиля дорожного покрытия достаточно измерить ортогональные составляющие усилий реакции Р по дефор" мации штока измерителя вертикальных перемещений по оси Х и по оси У с последующим интегрированием производной микропрофиля.

Таким образом, измерение микропрофиля в данной точке с применением одного измерителя вертикальных перемещений, снабженного датчиками ортогональных составляющих усилий, делителем, с использованием в предлагаемом устройстве синхронного фильтра дает. принципиально новую возможность осу ществления компенсации микропрофиля дороги. Устройство позволит с высо1 кой точностью определить величину прогиба дорожной одежды в движении, кроме того, использование одного измерителя вертикальных перемещений упрощает устройство и удешевляет его стоимость по сравнению с известными.

I Ilail

1101490

Фю. /

Фзц3каи mm. H»Te2rTþå9 г ° УигОродэ уз ° иРОе»т»&» в

КИПИ раж 519

Заказ 4733/16

Hognacaoe