一種公路路表抗滑紋理檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的公路路表抗滑紋理檢測儀，包括箱體、牽引裝置、牽引掛鉤、避震器、檢測組件、處理器、平板顯示器以及前導(dǎo)向輪、后輪軸系統(tǒng)。檢測儀的牽引裝置與箱體鉸接，可根據(jù)牽引需要安裝牽引掛鉤。檢測儀箱體的底部安裝有前側(cè)導(dǎo)向輪和后輪軸系統(tǒng)，后輪軸系統(tǒng)根據(jù)檢測組件數(shù)量可分為雙輪系統(tǒng)和多輪系統(tǒng)。檢測組件的剛性萬向滾輪在路表滾動時(shí)產(chǎn)生的振動響應(yīng)由與之螺栓連接的電動式振動傳感器接收，并通過信號線傳輸至處理器。處理器可將振動信號中的振動譜轉(zhuǎn)化為路表紋理譜，計(jì)算儲存構(gòu)造深度及構(gòu)造密度參數(shù)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)測得粗集料微觀構(gòu)造深度計(jì)算摩擦系數(shù)。本發(fā)明便于操作、性能穩(wěn)定、造價(jià)經(jīng)濟(jì)，為公路工程檢測人員提供了一種新的選擇。
【專利說明】一種公路路表抗滑紋理檢測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于公路檢測領(lǐng)域，涉及一種浙青混凝土路面抗滑紋理檢測設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國高速公路網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，路網(wǎng)運(yùn)行能力得到快速提升。然而，因路面抗滑性能不足而引發(fā)的交通事故也隨之倍增。日本研究學(xué)者調(diào)查發(fā)現(xiàn):由于路面抗滑能力不足而造成的交通事故數(shù)量占日本全年交通事故總數(shù)的25% ;同樣，英國的抽樣調(diào)查結(jié)果顯示:該類事故占其全年事故數(shù)量的24%。雖然我國尚未發(fā)布權(quán)威調(diào)查數(shù)據(jù)，但根據(jù)我國道路交通系統(tǒng)各組成部分的技術(shù)成熟度來分析，因路面抗滑不足而造成的事故比率應(yīng)該不會低于日本和英國。目前，從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，國內(nèi)外研究普遍認(rèn)為抗滑性能主要取決于路面紋理的形貌特征。
[0003]在1987年，18屆世界道路會議(PIARC)上對于路面紋理特征參數(shù)進(jìn)行了確切的描述，定義λ為水平方向的波長，A為垂直方向的振幅，用λ和A來描述路面微觀紋理和宏觀紋理的構(gòu)造。微觀紋理是指特征構(gòu)造參數(shù)λ < 0.5mm、I μ m < A < 0.5mm的三維空間，有研究學(xué)者認(rèn)為微觀紋理對于車輛在低速行駛時(shí)的抗滑起決定性作用；宏觀紋理是指構(gòu)造特征參數(shù)0.5mm < λ < 50mm、0.1mm < A < 20mm的三維空間，國外研究表明路面宏觀紋理影響著路面抗滑性能隨車速提升而下降的幅度以及雨天路面抗滑性能。
[0004]目前，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的路表紋理構(gòu)造深度標(biāo)準(zhǔn)測試方法為鋪砂法，通過將已知體積的砂鋪平覆蓋路面并量取面積，根據(jù)式(I)計(jì)算路面構(gòu)造深度。測得的TD指標(biāo)越大，則表明路表的宏觀構(gòu)造越深，相應(yīng)的抗滑性能越好。該方法具有測試簡單，結(jié)果直觀，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，存在一定的不足:其一，人為因素對誤差影響較大；其二，鋪砂法雖然簡單，但是測試速度慢、效率低，對里程較長的公路只能選擇一些路段抽樣調(diào)查，不能反映全路段的路況特征；其三，對通車路段進(jìn)行鋪砂法檢測時(shí)，為了保障檢測人員安全必須進(jìn)行交通管制。
4V
[0005]TD = ~-C I )
nD~
[0006]式中，TD為路表構(gòu)造深度(mm)，V為砂的體積(mm3)，D為攤鋪砂的平均直徑。
[0007]擺式摩擦系數(shù)測試儀也常用于公路工程抗滑性能評價(jià)當(dāng)中，其測試原理為:擺式儀的擺錘底面裝有橡膠滑塊，當(dāng)擺錘從一定高度自由落下時(shí)，滑塊面與路表相接觸產(chǎn)生摩擦而消耗部分動能，故擺錘只能回?cái)[至一定高度。路表的摩阻力越大，擺錘的回?cái)[高度越小。由于擺錘移動速度小，故該方法只適用于低速公路(二級及二級以下)，擺式儀屬于單點(diǎn)檢測設(shè)備，存在著測試效率低的問題，同時(shí)也為人工檢測帶來了不安全因素，因此越來越不適于我國高等級公路建設(shè)的需要。
[0008]近年，隨著激光技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，激光掃描測試法開始逐漸應(yīng)用于路表抗滑構(gòu)造檢測當(dāng)中，具有代表性的是動態(tài)激光斷面儀，其原理是在檢測車輛底面安裝紅外激光測距裝置，以2mm的間距掃描路表斷面，車輛以36km/h的速度行駛，其測量所得到的平均斷面深度與鋪砂法的測量結(jié)果相差±0.2mm。動態(tài)激光斷面儀適用于測量浙青路面干燥表面的宏觀紋理深度，但不適于表面裂縫多、坑槽多、不平整的舊路面。該方法測試效率高，但是設(shè)備價(jià)格過于昂貴且操作復(fù)雜，在實(shí)際工程當(dāng)中尚未得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0009]由上可見，開發(fā)一種簡單實(shí)用、便于操作、造價(jià)經(jīng)濟(jì)，且能夠?qū)β繁砜够y理快速、無損、連續(xù)檢測的新型設(shè)備及新方法，是十分有必要的。
[0010]通過對浙青混合料配合比研究發(fā)現(xiàn)，路表的構(gòu)造深度及抗滑性能主要的影響因素包擴(kuò)集料的級配、公稱最大粒徑、粗集料的棱角性以及浙青的油石比等參數(shù)，具體見表-1。
[0011]表-1影響浙青路面路表紋理的混合料設(shè)計(jì)參數(shù)
[0012]
混合料參數(shù)描述集料的最大粒徑宏觀紋理主要受混合料中集料的最大尺寸影響粗集料類型粗集料的選擇影響耐久性、形狀和棱角性細(xì)集料類型細(xì)集料的選擇影響棱角性和耐久性膠結(jié)料含量氣候穩(wěn)定性和泛油可能性混合料級配級配影響空隙含量、排水性和力學(xué)穩(wěn)定性
混合料空隙率影響排水性能
[0013]研究通過室內(nèi)試驗(yàn)，采用了 5種最大公稱粒徑和級配走向不同的混合料(見表-2)在馬歇爾設(shè)計(jì)方法的最佳用油量下成型車轍板，采用擺值(BPN)和構(gòu)造深度(mm)來分別評價(jià)模擬新建路面的抗滑狀況，如表-3所示。
[0014]表-2礦料級配范圍
[0015]
~篩孔/mm~ 19.0 16.0 13.2 9.50 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
級配 A 100 95 80 60 44 33 26 21 16 10 7
通級配 B 100 97 81 67 48 30 22 16 13 10 6
過------------
百級配 C 100 98 83 62 35 27 20 16 14 12 8^ 級配 D 100 95 81 60 45 36 30 22 16 11 6/% 級配 E - 100 97 68 44 34 20 16 11 9 6
[0016]表-3擺值與構(gòu)造深度測定結(jié)果
[0017]級配級配A級配B級配C級配D級配E
?罷值/BPN55.453.557.653.452.5
構(gòu)造深度/mm0.980.861.230.851.07
4.75mm 篩孔通過率/% 4246364548
[0018]由上表可見,公稱最大粒徑16mm的級配E測試擺值比公稱最大粒徑19mm的前四者都小，可見同類型級配中最大粒徑對路表抗滑能力影響顯著。在前四種級配中，4.75_篩孔通過率越小，構(gòu)造深度越大，擺值也越高。說明集料中粗顆粒越多，對抗滑性能越有利。
[0019]通過采用室內(nèi)靜態(tài)激光測試儀提取了密級配浙青混合料和排水性浙青混合料的典型斷面形式，如圖1所示。由圖1可見，排水性浙青路面輪廓曲線展現(xiàn)出了更大的波動；而相比之下，密級配浙青路面的輪廓曲線波動小很多。這說明，通過路面紋理譜能夠準(zhǔn)確的描述路表抗滑性能。如前所述，激光斷面儀的價(jià)格過于昂貴，現(xiàn)階段推廣應(yīng)用面臨很大困難，如何采取一種切實(shí)可行的方法取代激光測試法來讀取路表紋理譜成為本發(fā)明主要解決的問題。
[0020]如果將機(jī)動車柔韌的橡膠輪胎變成尺寸小、輪跡窄、剛性大的耐磨耗滾輪，使其沿公路表面滾動，則遇到路表的微凸體時(shí)滾輪必將產(chǎn)生一定碰撞。在滾輪與微凸體的碰撞過程中，可將滾輪與微凸體都視為剛性體，不發(fā)生形變，滾輪將在滾動過程中伴隨振動。振動響應(yīng)的主要參數(shù)包括振幅A、波長λ及頻率f。其中，振幅A主要受到路表微凸體不均勻高度hd的影響，hd越大則滾輪的振動幅度A越大；頻率f主要受到微凸體間距xA的影響，xA越小則滾輪的振動頻率f越大；而波長λ為滾輪的平動速度V與頻率f的商，見式(2)。根據(jù)此原理，當(dāng)滾輪沿浙青路表滾動時(shí)，將會產(chǎn)生連續(xù)的振動譜，采取一定手段將該振動譜轉(zhuǎn)化為路面的宏觀紋理譜，以振動響應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算路表宏觀紋理深度與宏觀紋理密度。同時(shí)，根據(jù)研究公式，可進(jìn)一步將宏觀紋理深度、宏觀紋理密度及室內(nèi)試驗(yàn)測試得到的粗集料微觀紋理參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算得到路表抗滑系數(shù)。
[0021]λ j = v/fj(2)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]技術(shù)問題:本發(fā)明提供了一種適用于在公路工程竣工驗(yàn)收、路面功能性維修時(shí)，對浙青混凝土路面路表抗滑紋理進(jìn)行快速檢測的設(shè)備，能夠有效評價(jià)公路工程抗滑性能，價(jià)格經(jīng)濟(jì)、原理簡單，且便于操作的公路路表抗滑紋理檢測儀。
[0023]技術(shù)方案:本發(fā)明的公路路表抗滑紋理檢測儀，包括箱體、設(shè)置在箱體底部的檢測組件和設(shè)置在箱體內(nèi)部并與檢測組件信號線連接的處理器，所述檢測組件包括與箱體底部的固定支架鉸接的安裝板、設(shè)置于所述安裝板上側(cè)的電動式振動傳感器和設(shè)置于安裝板下側(cè)的剛性萬向滾輪。
[0024]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，箱體底部設(shè)置多個(gè)同軸線的檢測組件。
[0025]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，箱體底部還設(shè)置有前導(dǎo)向輪。
[0026]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，箱體外部設(shè)置有牽引裝置，牽引裝置的底部設(shè)置有避震器。
[0027]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，固定支架與安裝板的上側(cè)面之間還連接設(shè)置有螺旋彈簧。
[0028]本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，電動式振動傳感器的磁力吸盤吸附于安裝板的上側(cè)面，并通過螺栓與安裝板固定連接。
[0029]本發(fā)明的路表抗滑紋理快速檢測儀，其箱體采用鋁合金材質(zhì)制成，在箱體的表面安裝有一塊平板顯示器，可操作按鈕讀取路段不同里程的檢測結(jié)果。牽引裝置為高強(qiáng)度、耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)。當(dāng)采用牽引車牽引時(shí)，牽引裝置可根據(jù)需要安裝牽引掛鉤，使得檢測儀既可以通過人力牽引進(jìn)行短距離路表抗滑紋理檢測，又能夠?qū)恳龗煦^與機(jī)動車尾部的拖車鉤相連而進(jìn)行長距離的路表抗滑紋理檢測。牽引裝置與檢測儀之間的連接處設(shè)置有鉸接式接頭，保證連接處具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，能夠順應(yīng)牽引力的需要而調(diào)節(jié)自身角度。牽引裝置底部安裝有避震器，用于吸收牽引力(如車輛)本身產(chǎn)生的振動，隔絕牽引力的振動對于紋理檢測的干擾，避震器為調(diào)校偏軟的彈簧避震器，也可采用阻尼器。
[0030]所述的前導(dǎo)向輪為安裝在箱體底部前側(cè)的剛性萬向滾輪，采用雙滾珠軸承形式使之能夠隨外力牽引方向的改變而自動變化行進(jìn)方向。前導(dǎo)向輪的支撐架通過螺栓與箱體固定連接。剛性萬向滾輪采用耐磨耗改性工程塑料制成，具有很高的強(qiáng)度、剛度和耐磨耗性。
[0031]所述的后輪軸系統(tǒng)根據(jù)檢測組件數(shù)量不同分為雙輪系統(tǒng)和多輪系統(tǒng)，它們分別適用于不同技術(shù)等級公路。
[0032]所述的雙輪系統(tǒng)適宜于二級及二級以下公路，主要包括固定支架、鉸接鏈、螺旋彈簧、安裝板、電動式振動傳感器和剛性萬向滾輪。其中，電動式振動傳感器的磁力吸盤吸附于安裝板上，再與剛性萬向滾輪的支撐架采用螺栓連接形成檢測組件。其特點(diǎn)是，兩個(gè)檢測組件各自采用獨(dú)立支架與箱體連接。所述電動式振動傳感器具有很高的靈敏度、精度和較寬的頻響范圍，能夠精確地測得萬向滾輪的振動幅度(豎向位移)、頻率及波長。所述的固定支架固接于箱體底部，固定支架的頂點(diǎn)處與安裝板以鉸接鏈連接，箱體與安裝板用螺旋彈簧連接。通過該設(shè)計(jì)，保證了電動式振動傳感器既能夠準(zhǔn)確測試與之相牢固連接的剛性萬向滾輪的振動信號，又不會將該滾輪的振動傳遞出去而造成其它傳感器的干擾，使得兩支傳感器能夠最大限度的獨(dú)立工作。
[0033]所述的多輪系統(tǒng)適宜于高速和一級公路，主要包括固定支架、雙側(cè)臂、鉸接鏈、螺旋彈簧、安裝板、電動式振動傳感器和剛性萬向滾輪。其中，電動式振動傳感器的磁力吸盤吸附于安裝板上，再通過螺栓與剛性萬向滾輪的支撐架連接形成檢測組件。其特點(diǎn)是，兩個(gè)檢測組件為一組與共用支架固定連接于箱體底部。所述的固定支架固接于箱體底部，固定支架端點(diǎn)處固接有雙側(cè)臂。所述的雙側(cè)臂底部以螺旋彈簧相連，雙側(cè)臂的頂點(diǎn)處與安裝板采用鉸接鏈相連。所述的安裝板與固定支架用螺旋彈簧相連。多輪系統(tǒng)采用的檢測組件數(shù)量較多，采用該設(shè)計(jì)可以保證各電動式振動傳感器最大限度地獨(dú)立工作，僅測試與之牢固連接的剛性萬向滾輪的振動信號。根據(jù)行車道寬度及輪跡寬度的不同確定多輪系統(tǒng)中的檢測組件數(shù)，使得后輪軸系統(tǒng)的總寬度與高速公路輪跡寬度保持基本一致，各檢測組件的電動式振動傳感器獨(dú)立測試路表橫向不同位置的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0034]所述的處理器通過信號線與各電動式振動傳感器相連接，在檢測儀隨牽引車運(yùn)動時(shí)接收來自滾輪的連續(xù)振動響應(yīng)信號，通過與試驗(yàn)段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比對，將振動譜轉(zhuǎn)化為路表紋理譜，根據(jù)振動信號采用插值法智能計(jì)算出所測路面的振動響應(yīng)信號所對應(yīng)的構(gòu)造深度、構(gòu)造密度，并加以儲存。所述的平板顯示器與處理器用信號線相連接，處理器根據(jù)振動響應(yīng)數(shù)據(jù)自動計(jì)算的構(gòu)造深度、構(gòu)造密度，并通過公式(3)換算將路表形貌表征參數(shù)轉(zhuǎn)化為摩擦系數(shù)，平板顯示器將結(jié)果呈現(xiàn)給檢測人員。
9.4m-38Λ......χ
[0035]μ =( R' = 0 J8 )(」；
4.25AOAe[m01^
[0036]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0037]本發(fā)明的公路路表抗滑紋理快速檢測儀既可以通過人力牽引，進(jìn)行短距離的路表抗滑紋理構(gòu)造檢測，又可以安裝牽引掛鉤通過機(jī)動車牽引，進(jìn)行長距離的抗滑紋理構(gòu)造檢測。該檢測儀的前導(dǎo)向輪與后輪軸系統(tǒng)中的剛性萬向滾輪皆采用了耐磨耗改性塑料制成，耐久性好；剛性萬向滾輪的支撐架采用螺栓與安裝板連接，便于更換。雙輪系統(tǒng)與多輪系統(tǒng)中各檢測組件之間不會相互干擾，避免了對傳感器造成誤差；多輪系統(tǒng)的檢測組件數(shù)量可以根據(jù)所檢測公路的等級對應(yīng)的行車道寬度和輪跡寬度進(jìn)行定制。該公路路表抗滑紋理檢測儀既可以檢測到路表構(gòu)造深度、構(gòu)造密度，還能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)電子顯微鏡檢測到的粗集料微觀紋理深度自動計(jì)算摩擦系數(shù)，為檢測人員提供了兩套抗滑評價(jià)指標(biāo)。該公路路表抗滑紋理檢測儀與傳統(tǒng)的鋪砂法、擺式摩擦儀法相比，具有檢測效率高、檢測結(jié)果連續(xù)和人為誤差小等優(yōu)點(diǎn)；與激光檢測法相比，價(jià)格經(jīng)濟(jì)、原理簡單，且便于操作。該公路路表抗滑紋理檢測儀必定會給公路工程檢測研究人員提供諸多便利，因此具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提供的一種公路路表抗滑紋理檢測儀能夠有效克服傳統(tǒng)方法定點(diǎn)測量效率低、速度慢的缺點(diǎn)，同時(shí)與目前先進(jìn)的激光斷面檢測設(shè)備相比有很好的經(jīng)濟(jì)性，不僅能夠滿足公路路表抗滑紋理短距離的測試要求，還能夠?qū)﹂L路段進(jìn)行連續(xù)快速檢測。具有原理簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，為公路工程檢測人員提供了一種新的選擇。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為典型斷面輪廓曲線；
[0040]圖2為使用抗滑紋理檢測儀的工作流程；
[0041]圖3是本發(fā)明的平面示意圖(多輪系統(tǒng))；
[0042]圖4是本發(fā)明的側(cè)面示意圖；
[0043]圖5是本發(fā)明的雙輪系統(tǒng)正面示意圖；
[0044]圖6是本發(fā)明的多輪系統(tǒng)正面示意圖；
[0045]圖7是本發(fā)明的雙輪系統(tǒng)細(xì)部示意圖；
[0046]圖8是本發(fā)明的多輪系統(tǒng)細(xì)部示意圖；
[0047]圖9是本發(fā)明的檢測組件平面示意圖。
[0048]圖中有:箱體1、牽引裝置2、牽引掛鉤3、避震器4、電動式振動傳感器5、處理器6、平板顯示器7、前導(dǎo)向輪8、后輪軸系統(tǒng)9、鉸接式接頭10、雙輪系統(tǒng)11、多輪系統(tǒng)12、剛性萬向滾輪13、固定支架14、鉸接鏈15、螺旋彈簧16、安裝板17以及雙側(cè)臂18。

【具體實(shí)施方式】
[0049]現(xiàn)結(jié)合說明書附圖和實(shí)例對本發(fā)明做更進(jìn)一步的說明:
[0050]本發(fā)明的公路路表抗滑紋理快速檢測儀，主要包括箱體1、牽引裝置2、牽引掛鉤3、處理器6、平板顯示器7以及前導(dǎo)向輪8、后輪軸系統(tǒng)9、檢測組件。
[0051]本發(fā)明的公路路表抗滑紋理快速檢測儀，其箱體I采用鋁合金材質(zhì)制成，在箱體I的表面安裝有一塊平板顯示器6，可操作按鈕讀取路段不同里程的檢測結(jié)果。牽引裝置2為高強(qiáng)度、耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)。當(dāng)采用牽引車牽引時(shí)，牽引裝置2可根據(jù)需要安裝牽引掛鉤3，使得檢測儀即可以通過人力牽引進(jìn)行短距離路表抗滑紋理檢測，又能夠通過將牽引掛鉤與機(jī)動車尾部的拖車鉤相連而進(jìn)行長距離的路表抗滑紋理檢測。牽引裝置2與檢測儀之間的連接處設(shè)置有鉸接式接頭10，保證連接處具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，能夠順應(yīng)牽引力的需要而調(diào)節(jié)自身角度。牽引裝置2底部安裝有避震器4，用于吸收牽引力(如車輛)本身產(chǎn)生的振動，隔絕牽引力的振動對于紋理檢測的干擾，所述避震器4為調(diào)校偏軟的彈簧避震器或阻尼避震器。
[0052]所述的前導(dǎo)向輪8為安裝在外殼底部前側(cè)的剛性萬向滾輪13，采用雙滾珠軸承形式使之能夠隨外力牽引方向的改變而自動變化行進(jìn)方向。前導(dǎo)向輪8的支撐架通過螺栓與箱體I固定連接。剛性萬向滾輪13采用耐磨耗改性工程塑料制成，具有很高的強(qiáng)度、剛度和耐磨耗性。
[0053]所述的后輪軸系統(tǒng)9分為兩類，分別為雙輪系統(tǒng)11和多輪系統(tǒng)12。它們分別適用于不同技術(shù)等級公路。
[0054]所述的雙輪系統(tǒng)11適宜于二級及二級以下公路，主要包括固定支架14、鉸接鏈
15、螺旋彈簧16、安裝板17、電動式振動傳感器5和剛性萬向滾輪13。其中，電動式振動傳感器5的磁力吸盤吸附于安裝板17上，再與剛性萬向滾輪13的支撐架采用螺栓連接，形成檢測組。其特點(diǎn)是，兩個(gè)檢測組件各自采用獨(dú)立的固定支架14與箱體I固定連接。所述電動式振動傳感器5具有很高的靈敏度、精度和較寬的頻響范圍，能夠精確地測得萬向滾輪13的振動幅度(豎向位移)、頻率及波長。所述的固定支架14固接于箱體I底部，固定支架14的頂點(diǎn)處與安裝板17以鉸接鏈15連接。箱體I與安裝板17以螺旋彈簧16直接連接。通過該設(shè)計(jì)，保證了電動式振動傳感器5既能夠準(zhǔn)確測試與之相牢固連接的剛性萬向滾輪13的振動信號，又不會將該滾輪的振動傳遞出去而造成其它傳感器的干擾，使得兩支傳感器能夠最大限度的獨(dú)立工作。
[0055]所述的多輪系統(tǒng)12適宜于高速和一級公路，主要包括固定支架14、雙側(cè)臂18、鉸接鏈15、螺旋彈簧16、安裝板17、電動式振動傳感器5和剛性萬向滾輪13。其中，電動式振動傳感器5的磁力吸盤吸附于安裝板17上，并通過螺栓與剛性萬向滾輪13的支撐架連接形成檢測組件。其特點(diǎn)是，兩個(gè)檢測組件為一組，與共用的固定支架14連接于箱體I底部。所述的固定支架14固接于箱體I底部，固定支架14端點(diǎn)處固接有雙側(cè)臂18。所述的雙側(cè)臂18底部以螺旋彈簧16相連，雙側(cè)臂18的頂點(diǎn)處與安裝板17采用鉸接鏈15相連。所述的安裝板17與固定支架14的斜邊以螺旋彈簧16相連。多輪系統(tǒng)12采用的檢測組件數(shù)量較多，采用該設(shè)計(jì)可以保證各電動式振動傳感器5最大限度的獨(dú)立工作，僅測試與之牢固連接的剛性萬向滾輪13的振動信號。根據(jù)行車道寬度及輪跡寬度的不同確定多輪系統(tǒng)12中的檢測組件數(shù)，使得后輪軸系統(tǒng)9的總寬度與高速公路輪跡寬度保持基本一致，各檢測組件的電動式振動傳感器5獨(dú)立測試路表橫向不同位置的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0056]所述的處理器6通過信號線與各電動式振動傳感器5相連接，在檢測儀隨牽引車運(yùn)動時(shí)接收來自滾輪的連續(xù)振動響應(yīng)信號，通過與試驗(yàn)段校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比對，將振動譜轉(zhuǎn)化為路表紋理譜，根據(jù)振動信號采用插值法智能計(jì)算出所測路面的振動響應(yīng)信號所對應(yīng)的構(gòu)造深度、構(gòu)造密度，并加以儲存。所述的平板顯示終端7與處理器6用信號線相連接，處理器6根據(jù)振動響應(yīng)數(shù)據(jù)自動計(jì)算的構(gòu)造深度、構(gòu)造密度，并通過公式(3)換算將路表形貌表征參數(shù)轉(zhuǎn)化為摩擦系數(shù)，平板顯示器將結(jié)果呈現(xiàn)給檢測人員。
[0057]下面對本發(fā)明的工作原理及流程做進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0058]日本汽車研究所提出了新的參數(shù)表征路表粗糙度，包括微凸體高度hA、微凸體不均勻高度匕、微凸體間距xA及微凸體半徑rA。研究認(rèn)為，增大微凸體半徑、增大微凸體高度不均勻度、減小微凸體間距等，都有助于提高路面抗滑性能。
[0059]在此基礎(chǔ)上，如尺寸小、輪跡窄、剛性大的抗磨耗滾輪沿公路表面滾動，則遇到路表的微凸體時(shí)滾輪必將產(chǎn)生一定碰撞。在滾輪與微凸體的碰撞過程中，可將滾輪與微凸體都視為剛形體，不發(fā)生形變，滾輪將在滾動過程中伴隨振動。振動響應(yīng)的主要參數(shù)包括振幅
A、波長λ及頻率f。其中，振幅A主要受到路表微凸體不均勻度匕的影響，hd越大則滾輪的振動幅度A越大；頻率f主要受到微凸體間距xA的影響，xA越小則滾輪的振動頻率f越大；而波長λ為滾輪的平動速度V與頻率f的商。根據(jù)此原理，當(dāng)路表抗滑紋理檢測儀的剛性萬向滾輪13沿浙青路面滾動時(shí)，將會產(chǎn)生連續(xù)的振動譜，采取以下方法可以將該振動譜轉(zhuǎn)化為路面的宏觀紋理譜，以振動響應(yīng)數(shù)據(jù)間接計(jì)算表征路表構(gòu)造深度與構(gòu)造密度。
[0060]首先選取有代表性的一小段試驗(yàn)路，牽引檢測儀沿預(yù)定路線行進(jìn)，檢測該線路不同位置處的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)(振動頻率4、振動幅度A1、波長Xi),然后在檢測儀行進(jìn)的路線上密集采用鋪砂法多次測量該線路不同位置處的路表抗滑構(gòu)造深度，最后將該路線同一位置處的構(gòu)造深度TDi與檢測到振幅Ai相對應(yīng)，建立起指標(biāo)間單調(diào)變化函數(shù)關(guān)系。通過平板顯示器7上的按鈕操作將指標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系輸入并存儲至處理器6。由于檢測儀以穩(wěn)定速率V移動，路表的構(gòu)造密度用波長Xi表征，通過式(2)可計(jì)算得到。至此，即可將檢測儀的振動譜轉(zhuǎn)化為路表宏觀構(gòu)造紋理的紋理譜。
[0061]Xi = ^ffi(2)
[0062]構(gòu)造深度、構(gòu)造密度在路表抗滑性能評價(jià)當(dāng)中屬于間接評價(jià)指標(biāo)，另外還存在抗滑性能的直接評價(jià)指標(biāo)，即摩擦系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，它與上述間接指標(biāo)存在很好的相關(guān)性，見式⑶。
u = 9.4/?-38 ( _(2 \
[0063]P—( Q.14 ) K U.)匕，
[0064]其中，μ為摩擦系數(shù)，TD為路表宏觀構(gòu)造深度，λ為相鄰不規(guī)則凸起之間距離(構(gòu)造密度)，m為粗集料的微觀構(gòu)造深度，通過對粗集料進(jìn)行室內(nèi)電子顯微鏡或電子影像檢測得到。
[0065]本發(fā)明的路表紋理檢測儀將取得的構(gòu)造深度及構(gòu)造密度數(shù)據(jù)自動帶入公式(3)，并根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)獲取粗集料的微觀紋理深度的數(shù)據(jù)，處理器5就能夠計(jì)算得到路表抗滑性能的直接評價(jià)指標(biāo)——摩擦系數(shù)。具體工作流程圖見圖2。需要指出，目前間接的抗滑性能評價(jià)指標(biāo)——路表紋理構(gòu)造深度，已經(jīng)廣泛在道路行業(yè)使用，能夠很好的評價(jià)道路抗滑性能。而本發(fā)明在室內(nèi)試驗(yàn)獲取集料微觀紋理深度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算路表的摩擦系數(shù)，是為了提供給檢測人員兩種指標(biāo)以供使用。如檢測人員未能掌握集料微觀紋理參數(shù)并輸入，則顯示器7將不顯示摩擦系數(shù)結(jié)果，但根據(jù)間接評價(jià)指標(biāo)依舊可以評價(jià)抗滑性能。
[0066]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，該檢測儀包括箱體(I)、設(shè)置在所述箱體(I)底部的檢測組件和設(shè)置在箱體(I)內(nèi)部并與所述檢測組件信號線連接的處理器(6)，所述檢測組件包括與箱體(I)底部的固定支架(14)鉸接的安裝板(17)、設(shè)置于所述安裝板(17)上側(cè)的電動式振動傳感器(5)和設(shè)置于安裝板(17)下側(cè)的剛性萬向滾輪(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，所述箱體(I)底部設(shè)置多個(gè)同軸線的檢測組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，所述箱體(I)底部還設(shè)置有前導(dǎo)向輪(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，所述箱體(I)外部設(shè)置有牽引裝置(2)，牽引裝置(2)的底部設(shè)置有避震器(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，所述固定支架(14)與安裝板(17)的上側(cè)面之間還連接設(shè)置有螺旋彈簧(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的公路路表抗滑紋理檢測儀，其特征在于，所述電動式振動傳感器(5)的磁力吸盤吸附于安裝板(17)的上側(cè)面，并通過螺栓與安裝板(17)固定連接。
【文檔編號】E01C23/01GK104141275SQ201410396076
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】黃曉明, 祝譚雍, 馬濤 申請人:東南大學(xué)