馮海波

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

本系統(tǒng)是2012年與哈爾濱工業(yè)大學(xué)道路橋梁學(xué)院合作開發(fā)的一套路面耐磨試驗(yàn)儀器，機(jī)械部分由哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院設(shè)計(jì)，電氣部分由本人設(shè)計(jì)，包括加料系統(tǒng)，稱重系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成。設(shè)備已經(jīng)研制成功，并在2012年10月投入試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好。

1 試驗(yàn)原理

實(shí)際路面成型后往往要通過幾年的時(shí)間才能得知路面材料配比、碾壓、震動(dòng)壓實(shí)等參數(shù)是否合理。本設(shè)備就是采用試驗(yàn)的方法模擬路面實(shí)際磨損情況，加水模擬雨天潮濕路面，加砂模擬實(shí)際路面塵土、砂礫情況，加壓模擬路面載荷情況，旋轉(zhuǎn)和小車往返運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)際行車過程對(duì)路面的磨損情況。在固定的時(shí)間里研磨的次數(shù)，乘以一定系數(shù)，就可以得到長時(shí)間運(yùn)營之后路面的磨損情況。這樣就能在路面還沒有鋪設(shè)前就了解路面的耐磨性指標(biāo)。

2 試驗(yàn)過程

路面耐磨試驗(yàn)是各種路面材料配比成型后檢測的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的過程如下:(1)先將瀝青、砂石等材料按照配比選材、加熱;(2)按照路面成型的原理，經(jīng)過攪拌、震動(dòng)壓實(shí)、晾干;(3)強(qiáng)度達(dá)到要求后切割成磨光機(jī)要求的尺寸;(4)將切割好的試件放入輪式磨光機(jī)試件槽內(nèi);(5)將滾動(dòng)輪胎調(diào)節(jié)至前后平行狀態(tài)，小車調(diào)節(jié)至試件在輪胎的正下方;(6)接通壓力傳感器航空插頭，接通稱重儀表電源，等待幾分鐘讓儀表預(yù)熱，稱重儀表去皮清零，調(diào)節(jié)壓力螺栓至試驗(yàn)要求壓力0.5T，稱重儀表斷電，拔下壓力傳感器航空插頭;(7)、設(shè)置好磨光機(jī)運(yùn)行時(shí)間;(8)、調(diào)節(jié)加砂速度，調(diào)節(jié)好就鎖定速度;(9)、啟動(dòng)磨光機(jī)，慢慢調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，待輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)開始調(diào)節(jié)小車速度至要求值，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機(jī)至要求值;(10)、旋轉(zhuǎn)加砂旋鈕，可選擇粗砂或者細(xì)砂，啟動(dòng)加水閥門;(11)、達(dá)到預(yù)置時(shí)間自動(dòng)停車，記錄輪胎旋轉(zhuǎn)次數(shù)，(12)、最后調(diào)節(jié)壓力螺栓，抬起輪胎，將小車調(diào)節(jié)至輪胎外側(cè)，取出試件，送到摩擦系數(shù)試驗(yàn)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 稱重系統(tǒng)

設(shè)備要求測量輪胎壓力為0.5T，實(shí)際就是測量輪胎壓下的重量。通常測量重量選用三個(gè)傳感器就可以了，但是考慮系統(tǒng)的平衡性，選擇了四個(gè)壓力傳感器，每個(gè)試件下放兩個(gè)。由于系統(tǒng)要求的是靜態(tài)稱重，且試驗(yàn)環(huán)境多水多砂比較惡劣，所以傳感器只在稱量時(shí)才接通，平時(shí)運(yùn)行時(shí)并不接通，所以選用了航空插頭。本設(shè)備是四個(gè)傳感器，且每個(gè)傳感器都是0～20mA電流輸出，而儀表只能接收一個(gè)0～20mA電流，所以此處需要選擇一個(gè)均衡器，以實(shí)現(xiàn)四個(gè)傳感器的求和。

3.2 加砂系統(tǒng)

試驗(yàn)過程中需要在試件表面加砂，分粗砂和細(xì)砂兩種，不同時(shí)運(yùn)行，需要根據(jù)不同情況調(diào)節(jié)加砂速度。此過程選擇了兩臺(tái)直流減速電機(jī)帶動(dòng)傳輸帶同時(shí)攪拌砂斗，電氣調(diào)速選用了調(diào)電壓的方式來調(diào)節(jié)加砂的速度，通過串電阻調(diào)節(jié)直流電機(jī)電壓達(dá)到調(diào)速的目的。采用一臺(tái)直流開關(guān)電源，通過旋轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)分時(shí)調(diào)節(jié)兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

3.3 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)分為小車運(yùn)動(dòng)、輪胎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、定時(shí)停車、旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)四部分。

小車運(yùn)動(dòng)是通過電機(jī)帶動(dòng)鏈條做定向運(yùn)動(dòng)，通過鏈條上的一個(gè)擋塊與小車上的兩頭擋塊的分時(shí)連接實(shí)現(xiàn)小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此機(jī)型結(jié)構(gòu)張老師設(shè)計(jì)的非常精巧。電氣方面只需要調(diào)節(jié)電機(jī)速度就能實(shí)現(xiàn)小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度，采用了變頻調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速，因?yàn)槭菍?shí)驗(yàn)用設(shè)備，要求調(diào)速范圍較寬，所以選用了變頻電機(jī)。

輪胎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)備采用兩個(gè)輪胎安裝在一個(gè)垂直的旋轉(zhuǎn)軸上，并且整體安裝在可上下升降的導(dǎo)軌上，可通過壓力螺栓調(diào)節(jié)高度與壓力。電氣部分同樣采用了變頻調(diào)速方式，選用變頻電機(jī)。

定時(shí)停車部分，選用了定時(shí)儀表，達(dá)到設(shè)定時(shí)間通過繼電器可使設(shè)備整體停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)部分，采用接近開關(guān)檢測安裝在旋轉(zhuǎn)主軸上聯(lián)軸器，每旋轉(zhuǎn)一次，計(jì)一次數(shù)，每次啟動(dòng)自動(dòng)清零。

4 電路圖及控制柜

電路圖及控制柜設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 主回路電路圖

5 結(jié)語

本系統(tǒng)的研究主要集中在模擬路面的實(shí)際磨損情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍有待補(bǔ)充，使之更能體現(xiàn)道路運(yùn)營的實(shí)際情況。今后還要加入溫度及日照等環(huán)境因素的模擬，使試驗(yàn)結(jié)果更接近真實(shí)的檢測數(shù)據(jù)，對(duì)道路鋪設(shè)更具有說服力的指導(dǎo)意義。只有進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，研制出能夠模擬更接近實(shí)際環(huán)境的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為公路建設(shè)節(jié)省開支并延長道路的使用壽命。