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一種瀝青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種瀝青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，以在磨光試驗(yàn)的同時(shí)判斷材料的抗滑耐磨性能。包括獨(dú)立的路面材料和磨光材料，通過牽引部使路面材料與磨光材料相互摩擦，其特征在于：在實(shí)施摩擦的試驗(yàn)過程中檢測牽引部的牽引力，根據(jù)摩擦?xí)r間和試驗(yàn)過程中所述牽引力變化量的比值來評(píng)價(jià)所述材料的抗滑耐磨性能。上段所述的評(píng)價(jià)是指利用固定范圍內(nèi)牽引力變化來量化材料的抗滑耐磨性能，建立牽引力變化量與材料的抗滑耐磨性能之間的邏輯關(guān)系，以便技術(shù)人員更加準(zhǔn)確、便捷、直觀的了解材料的相關(guān)性能，具有顯著的技術(shù)意義。
【專利說明】一種瀝青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種借助于測定材料的物理性質(zhì)來分析或評(píng)價(jià)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]路面抗滑性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為當(dāng)前抗滑性能和抗滑耐久性兩個(gè)方面。路面表面抗滑能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的測定方法及設(shè)備直接決定著評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、代表性及工作效率，也影響著路面使用性能的評(píng)價(jià)。針對(duì)公路使用管理中人身安全第一位的原則，車輛的高速行駛對(duì)路面抗滑安全性提出了嚴(yán)格的要求。反映路面抗滑能力的重要技術(shù)指標(biāo)是路面的摩擦系數(shù)值，因此如何真實(shí)合理的測定和評(píng)價(jià)路面的摩擦系數(shù)值是必須明確界定的問題。
[0003]目前公路路面抗滑性能衰減實(shí)驗(yàn)普遍存在歷時(shí)較長、實(shí)際行車條件難以準(zhǔn)確模擬等缺點(diǎn)，對(duì)路面抗滑性能衰減方面的研究工作相對(duì)較少，切實(shí)可行的室內(nèi)試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)方法也相應(yīng)缺乏，現(xiàn)有技術(shù)中的加速加載試驗(yàn)機(jī)只能實(shí)現(xiàn)磨光這一過程，無法直接判斷路面材料的抗滑耐磨性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明意在提供一種浙青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，以在磨光試驗(yàn)的同時(shí)判斷材料的抗滑耐磨性能。
[0005]專利方案:本方案中的一種浙青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，包括獨(dú)立的路面材料和磨光材料，通過牽引部使路面材料與磨光材料相互摩擦，其特征在于:在實(shí)施摩擦的試驗(yàn)過程中檢測牽引部的牽引力，根據(jù)摩擦?xí)r間和試驗(yàn)過程中所述牽引力變化量的比值來評(píng)價(jià)所述材料的抗滑耐磨性能。
[0006]上段所述的評(píng)價(jià)是指利用固定范圍內(nèi)牽引力變化來量化材料的抗滑耐磨性能，建立牽引力變化量與材料的抗滑耐磨性能之間的邏輯關(guān)系，以便技術(shù)人員更加準(zhǔn)確、便捷、直觀的了解材料的相關(guān)性能，具有顯著的技術(shù)意義。
[0007]滑動(dòng)摩擦力與物體所受壓力大小及接觸面的粗糙程度有關(guān)。在往返運(yùn)動(dòng)下，路面材料試件表面被磨光，粗糙度下降，試件的摩擦系數(shù)降低。在固定時(shí)間內(nèi)，不同材質(zhì)的路面材料被磨光的程度不同，最終反映到牽引部施加的牽引力的不同，可根據(jù)牽引力降低程度或者牽引力變化量比值的大小評(píng)判路面材料的抗滑耐磨性能。根據(jù)大量試驗(yàn)，確定一個(gè)降低界限，為路表面快速“選材”定出一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；蛘咭?guī)定一個(gè)牽引力的降低界限，不同路面材料達(dá)到此界限時(shí)需要花費(fèi)的時(shí)間不同，根據(jù)時(shí)間的長短評(píng)判路面材料的抗滑耐磨性倉泛。
[0008]進(jìn)一步:路面材料和磨光材料結(jié)合面的垂直方向施加有配重壓力。路面材料和磨光材料之間的所受壓力可根據(jù)增減配重來調(diào)控。
[0009]進(jìn)一步:路面材料固定設(shè)置，磨光材料在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)與路面材料相互動(dòng)摩擦，所述牽引部驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄旋轉(zhuǎn)，連桿上設(shè)有用于檢測其軸向牽引力的傳感器。[0010]上述方案能夠模擬行車對(duì)路面作用的加速加載磨光試驗(yàn)，提出通過測力傳感器一步到位地測出試件表面的摩擦力的試驗(yàn)方法，快速精準(zhǔn)地研究路面抗滑性能衰減情況，解決了以往磨光實(shí)驗(yàn)中無法實(shí)時(shí)測算材料抗滑耐磨性能的缺陷，提供了具體的易于再現(xiàn)的技術(shù)方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中路面加速磨光磨耗儀的示意圖；
圖2為曲柄連桿系統(tǒng)的不意圖；
圖3為試件在磨光磨耗運(yùn)動(dòng)過程中的簡單受力分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
一、儀器測試原理
路面加速磨光磨耗儀示意圖如圖1所示，包括配重塊、測試試件、磨光試件、測試試件固定機(jī)構(gòu)和位于測試試件下方的磨光試件固定機(jī)構(gòu)，該磨光試件固定機(jī)構(gòu)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)且可相對(duì)測試試件固定機(jī)構(gòu)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。還包括依次連接電動(dòng)升降系統(tǒng)、升降臺(tái)以及測試試件固定機(jī)構(gòu)，升降臺(tái)下部中心通過連接桿螺栓連接有與測試試件固定機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的卡槽，升降臺(tái)與測試試件固定機(jī)構(gòu)之間卡接有彈性元件，配重塊與升降臺(tái)上部螺栓連接。卡槽與連接桿之間設(shè)置 有第一拉壓式測力傳感器，測試試件固定機(jī)構(gòu)與卡槽滑動(dòng)連接，第一拉壓式測力傳感器用于檢測測試試件與磨光試件之間的摩擦力。磨光試件固定機(jī)構(gòu)與電機(jī)之間設(shè)置有第二拉壓式測力傳感器，用于檢測電機(jī)施加在磨光試件固定機(jī)構(gòu)上的牽引力。
[0013]磨光材料試件在中心曲柄連桿的驅(qū)動(dòng)作用下做往返運(yùn)動(dòng)，路面材料試件固定不動(dòng)，兩者之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在滑動(dòng)摩擦力，同時(shí)使用傳感器來檢測磨光材料試件所受牽引力。
[0014](I)首先解析磨光材料試件的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。
[0015]在中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，磨光材料試件作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿作平面運(yùn)動(dòng)，曲柄作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且假定其作等速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)r為曲柄半徑，7為連桿長度，』為曲柄連桿比(』=r/l),x為磨光材料試件位移(左止點(diǎn)位置為起點(diǎn))，V為磨光材料試件運(yùn)行速度,a為磨光材料試件運(yùn)行加速度，Φ為曲柄轉(zhuǎn)角，β為連桿擺角，ω為曲柄角速度。則有:
x=r+l~rcos Φ -1cosβ式(I)
sin β 二』sin Φ式(2)
整理式(I)、式(2)得出變量為Φ的磨光材料試件的位移表達(dá)式:
x=r[(1+1/λ )-cos φ-(1-λ 2Sin2 Φ)1/2/λ ]式(3)
又圓周運(yùn)動(dòng)角速度方程為:
Φ =ω t式(4)
將式(4)帶入式(3)并對(duì)t求導(dǎo)，可得磨光材料試件運(yùn)行速度表達(dá)式: v=r ω [sin Φ + (λ /2)sin2 Φ (1-λ 2sin2 Φ) ^1/2]式(5)
對(duì)位移公式二次求導(dǎo)可得磨光材料試件運(yùn)行加速度表達(dá)式:
a=r ω2 {cos φ+λ [cos2 Φ (1~λ 2sin2 Φ) + ( Λ 2/4) sin22 Φ ] (1~λ 2sin2 Φ) 3/2}式(6)將式(6)無量綱化后得:
a*=a/(r ω2) =cos φ + λ [cos2 Φ (1~λ 2sin2 φ) + (λ 2/4)sin22 φ] (1-λ 2sin2 Φ) _3/2式(7)
對(duì)于一般曲柄連桿』< 1/3，式(7)可簡化成:
a*=Cos Φ+λ cos2 Φ式(8)
(2)其次分析磨光材料試件的簡單受力情況，如圖3所示。
[0016]磨光材料試件在磨光磨耗運(yùn)動(dòng)過程中，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主要受到牽引力/
COSβ、滑動(dòng)摩擦力自身重力G與配重施加的壓力力的作用。在摩擦力及其他阻力的作用下，系統(tǒng)的機(jī)械能損耗，并隨著時(shí)間機(jī)械能逐漸減少，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的幅度也逐漸減小，待到機(jī)械能耗盡之時(shí)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)就停下來了，此時(shí)施加周期性的牽引力作用于運(yùn)動(dòng)部件，牽引力對(duì)運(yùn)動(dòng)部件做功，補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)部件的能量損耗，使運(yùn)動(dòng)部件持續(xù)地往返運(yùn)動(dòng)下去。
[0017]受迫振動(dòng)穩(wěn)定后，試件的受力情況為:
F牽引力cos β _f摩擦力=ma式(9) f摩擦力=W (mg+F壓力)式(10)
將式⑶、式(10)代入式(9)可得:
F牽引力 cos β _ ii (mg+F壓力)=m (cos Φ + λ cos2 Φ )式(11)
將曲柄轉(zhuǎn)角Φ換算為連桿擺角β可得:
F 牽引力 cos β _ μ (mg+F ΒΛ)=ιη{[1-(1/ Λ 2) sin2 β ]1/2+ λ [1-(2/λ 2)sin2 β ]}式(12)
其中:-arcsin(2 ) ^ β ^ arcsin)
二、評(píng)價(jià)方法
滑動(dòng)摩擦力與物體所受壓力大小及接觸面的粗糙程度有關(guān)。在往返運(yùn)動(dòng)下，路面材料試件表面被磨光，粗糙度下降，試件的摩擦系數(shù)降低，所以μ mg項(xiàng)是逐漸降低的。物體所受壓力可根據(jù)增減配重來調(diào)控。
[0018]牽引力 cos β - μ (mg+F 壓力)=m{[I—(I/ λ2) sin2 β ]1/2+λ [1-(2/ λ 2)sin2 β ]}
進(jìn)行分析，可得出以下兩種情況:
(1)當(dāng)中心曲柄連桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在一個(gè)周期內(nèi)施加恒定的力時(shí),磨光材料試件作變速度運(yùn)動(dòng)。由于磨光材料試件的運(yùn)動(dòng)為一周期性的受迫運(yùn)動(dòng)，其存在加速度數(shù)值不為零與為零的情況，加速度數(shù)值為零的情況并入第(2)條討論，這里討論加速度數(shù)值不為零的情況。
[0019]①/^一定時(shí)，U減小一在下一個(gè)周期的同一個(gè)位置處表現(xiàn)為減?。?br> ②減小，//減小一Z7#/^減小
③/增大時(shí)，//減小一/^0力或增大或減小或不變
(2)在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)中心曲柄連桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)施加周期性變化的力時(shí)，磨光材料試件在往返運(yùn)動(dòng)的各個(gè)單向運(yùn)動(dòng)中作勻速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)加速度數(shù)值始終為零，力的方程式為
COS13 = μ OBg+F壓力)O
[0020]在周期性往返勻速過程中，由于路面材料試件被磨光，μ降低，為了保持勻速運(yùn)動(dòng)，除了隨中心曲柄連桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)承受周期性變化的力外，還有如下變化。
[0021]④力一定時(shí)，#減小—Z7街/力減小
⑤減小，P減小一Ζ7#/^減小
⑥/增大時(shí)，//減小一/^^力或增大或減小或不變 針對(duì)①②③來說，加速度不為零，受力情況為F牽引力cos β -f摩擦力=im，可用以模擬變速度下路面的抗滑耐磨性能。
[0022]針對(duì)①④來說，當(dāng)/V力一定時(shí)，#始終是減小的，則不同運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)同一點(diǎn)的Ag/力也是逐漸降低的。在固定時(shí)間內(nèi)，不同材質(zhì)的路面材料被磨光的程度不同，最終反映到驅(qū)動(dòng)施加的的不同及其變化速率的不同，可根據(jù)的降低程度及快慢評(píng)判路面材料的抗滑耐磨性能及其變化規(guī)律。根據(jù)大量試驗(yàn)，確定一個(gè)降低界限，為快速“選材”定出一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。或者規(guī)定一個(gè)的降低界限，記錄達(dá)到此界限時(shí)不同路面材料需要花費(fèi)的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間的長短評(píng)判路面材料的抗滑耐磨性能。
[0023]針對(duì)②③⑤⑥來說，改變配重的大小，可隨意變換的大小，用以模擬不同交通荷載對(duì)抗滑性能的影響。
[0024]上述①②③④⑤⑥亦可根據(jù)試驗(yàn)溫度、配重荷載、電機(jī)輸出功率、噴水狀況等條件的不同，分別模擬路面溫度、交通荷載、行車速度、路面積水狀況等對(duì)路面材料抗滑耐磨性能的影響及變化規(guī)律。
[0025]以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識(shí)在此未作過多描述。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本申請(qǐng)要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說明書中的【具體實(shí)施方式】等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種浙青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，包括獨(dú)立的路面材料和磨光材料，通過牽引部使路面材料與磨光材料相互摩擦，其特征在于:在實(shí)施摩擦的試驗(yàn)過程中檢測牽引部的牽引力，根據(jù)摩擦?xí)r間和試驗(yàn)過程中所述牽引力變化量的比值來評(píng)價(jià)所述材料的抗滑耐磨性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浙青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，其特征是:路面材料和磨光材料結(jié)合面的垂直方向施加有配重壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浙青混合料試件加速磨光試驗(yàn)方法，其特征是:路面材料固定設(shè)置，磨光材料在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)與路面材料相互動(dòng)摩擦，所述牽引部驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄旋轉(zhuǎn)，連桿上設(shè)有用于檢測其軸向牽引力的傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N19/02GK103983568SQ201410257806
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】譚巍, 李菁若, 唐平祥, 董瑞常, 謝忠, 王火明, 龍麗琴 申請(qǐng)人:招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司