一種瀝青混合料試件加速磨光試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種瀝青混合料試件加速磨光試驗方法，以在磨光試驗的同時判斷材料的抗滑耐磨性能。包括獨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：在實施摩擦的試驗過程中檢測牽引部的牽引力，根據摩擦時間和試驗過程中所述牽引力變化量的比值來評價所述材料的抗滑耐磨性能。上段所述的評價是指利用固定范圍內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系，以便技術人員更加準確、便捷、直觀的了解材料的相關性能，具有顯著的技術意義。
【專利說明】一種瀝青混合料試件加速磨光試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種借助于測定材料的物理性質來分析或評價材料的方法。
【背景技術】
[0002]路面抗滑性能的評價指標主要分為當前抗滑性能和抗滑耐久性兩個方面。路面表面抗滑能力評價指標的測定方法及設備直接決定著評價的準確性、代表性及工作效率，也影響著路面使用性能的評價。針對公路使用管理中人身安全第一位的原則，車輛的高速行駛對路面抗滑安全性提出了嚴格的要求。反映路面抗滑能力的重要技術指標是路面的摩擦系數值，因此如何真實合理的測定和評價路面的摩擦系數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驗普遍存在歷時較長、實際行車條件難以準確模擬等缺點，對路面抗滑性能衰減方面的研究工作相對較少，切實可行的室內試驗方法與評價方法也相應缺乏，現有技術中的加速加載試驗機只能實現磨光這一過程，無法直接判斷路面材料的抗滑耐磨性能。
【發明內容】
[0004]本發明意在提供一種浙青混合料試件加速磨光試驗方法，以在磨光試驗的同時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方法，包括獨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:在實施摩擦的試驗過程中檢測牽引部的牽引力，根據摩擦時間和試驗過程中所述牽引力變化量的比值來評價所述材料的抗滑耐磨性能。
[0006]上段所述的評價是指利用固定范圍內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系，以便技術人員更加準確、便捷、直觀的了解材料的相關性能，具有顯著的技術意義。
[0007]滑動摩擦力與物體所受壓力大小及接觸面的粗糙程度有關。在往返運動下，路面材料試件表面被磨光，粗糙度下降，試件的摩擦系數降低。在固定時間內，不同材質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，可根據牽引力降低程度或者牽引力變化量比值的大小評判路面材料的抗滑耐磨性能。根據大量試驗，確定一個降低界限，為路表面快速“選材”定出一個評價標準。或者規定一個牽引力的降低界限，不同路面材料達到此界限時需要花費的時間不同，根據時間的長短評判路面材料的抗滑耐磨性倉泛。
[0008]進一步:路面材料和磨光材料結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增減配重來調控。
[0009]進一步:路面材料固定設置，磨光材料在曲柄連桿機構的驅動下直線往復運動與路面材料相互動摩擦，所述牽引部驅動曲柄連桿機構中的曲柄旋轉，連桿上設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路面作用的加速加載磨光試驗，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方法，快速精準地研究路面抗滑性能衰減情況，解決了以往磨光實驗中無法實時測算材料抗滑耐磨性能的缺陷，提供了具體的易于再現的技術方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例中路面加速磨光磨耗儀的示意圖；
圖2為曲柄連桿系統的不意圖；
圖3為試件在磨光磨耗運動過程中的簡單受力分析圖。
【具體實施方式】
[0012]下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
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、測試試件固定機構和位于測試試件下方的磨光試件固定機構，該磨光試件固定機構通過電機驅動且可相對測試試件固定機構進行往復運動。還包括依次連接電動升降系統、升降臺以及測試試件固定機構，升降臺下部中心通過連接桿螺栓連接有與測試試件固定機構相適應的卡槽，升降臺與測試試件固定機構之間卡接有彈性元件，配重塊與升降臺上部螺栓連接。卡槽與連接桿之間設置 有第一拉壓式測力傳感器，測試試件固定機構與卡槽滑動連接，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。磨光試件固定機構與電機之間設置有第二拉壓式測力傳感器，用于檢測電機施加在磨光試件固定機構上的牽引力。
[0013]磨光材料試件在中心曲柄連桿的驅動作用下做往返運動，路面材料試件固定不動，兩者之間產生相對運動，存在滑動摩擦力，同時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動學方程。
[0015]在中心曲柄連桿機構中，磨光材料試件作直線往復運動，連桿作平面運動，曲柄作圓周旋轉運動，且假定其作等速轉動。設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(左止點位置為起點)，V為磨光材料試件運行速度,a為磨光材料試件運行加速度，Φ為曲柄轉角，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式:
x=r[(1+1/λ )-cos φ-(1-λ 2Sin2 Φ)1/2/λ ]式(3)
又圓周運動角速度方程為:
Φ =ω t式(4)
將式(4)帶入式(3)并對t求導，可得磨光材料試件運行速度表達式: v=r ω [sin Φ + (λ /2)sin2 Φ (1-λ 2sin2 Φ) ^1/2]式(5)
對位移公式二次求導可得磨光材料試件運行加速度表達式:
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動過程中，作直線往復運動，主要受到牽引力/
COSβ、滑動摩擦力自身重力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，系統的機械能損耗，并隨著時間機械能逐漸減少，往復運動的幅度也逐漸減小，待到機械能耗盡之時，往復運動就停下來了，此時施加周期性的牽引力作用于運動部件，牽引力對運動部件做功，補償運動部件的能量損耗，使運動部件持續地往返運動下去。
[0017]受迫振動穩定后，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、評價方法
滑動摩擦力與物體所受壓力大小及接觸面的粗糙程度有關。在往返運動下，路面材料試件表面被磨光，粗糙度下降，試件的摩擦系數降低，所以μ mg項是逐漸降低的。物體所受壓力可根據增減配重來調控。
[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 ]}
進行分析，可得出以下兩種情況:
(1)當中心曲柄連桿驅動系統在一個周期內施加恒定的力時,磨光材料試件作變速度運動。由于磨光材料試件的運動為一周期性的受迫運動，其存在加速度數值不為零與為零的情況，加速度數值為零的情況并入第(2)條討論，這里討論加速度數值不為零的情況。
[0019]①/^一定時，U減小一在下一個周期的同一個位置處表現為減小；
②減小，//減小一Z7#/^減小
③/增大時，//減小一/^0力或增大或減小或不變
(2)在一個周期內，當中心曲柄連桿驅動系統施加周期性變化的力時，磨光材料試件在往返運動的各個單向運動中作勻速運動。此時加速度數值始終為零，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，為了保持勻速運動，除了隨中心曲柄連桿驅動系統承受周期性變化的力外，還有如下變化。
[0021]④力一定時，#減小—Z7街/力減小
⑤減小，P減小一Ζ7#/^減小
⑥/增大時，//減小一/^^力或增大或減小或不變 針對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①④來說，當/V力一定時，#始終是減小的，則不同運動周期內同一點的Ag/力也是逐漸降低的。在固定時間內，不同材質的路面材料被磨光的程度不同，最終反映到驅動施加的的不同及其變化速率的不同，可根據的降低程度及快慢評判路面材料的抗滑耐磨性能及其變化規律。根據大量試驗，確定一個降低界限，為快速“選材”定出一個評價標準。或者規定一個的降低界限，記錄達到此界限時不同路面材料需要花費的時間，根據時間的長短評判路面材料的抗滑耐磨性能。
[0023]針對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抗滑性能的影響。
[0024]上述①②③④⑤⑥亦可根據試驗溫度、配重荷載、電機輸出功率、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、路面積水狀況等對路面材料抗滑耐磨性能的影響及變化規律。
[0025]以上所述的僅是本發明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發明的保護范圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的【具體實施方式】等記載可以用于解釋權利要求的內容。
【權利要求】
1.一種浙青混合料試件加速磨光試驗方法，包括獨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:在實施摩擦的試驗過程中檢測牽引部的牽引力，根據摩擦時間和試驗過程中所述牽引力變化量的比值來評價所述材料的抗滑耐磨性能。
2.根據權利要求1所述的一種浙青混合料試件加速磨光試驗方法，其特征是:路面材料和磨光材料結合面的垂直方向施加有配重壓力。
3.根據權利要求1所述的一種浙青混合料試件加速磨光試驗方法，其特征是:路面材料固定設置，磨光材料在曲柄連桿機構的驅動下直線往復運動與路面材料相互動摩擦，所述牽引部驅動曲柄連桿機構中的曲柄旋轉，連桿上設有用于檢測其軸向牽引力的傳感器。
【文檔編號】G01N19/02GK103983568SQ201410257806
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】譚巍, 李菁若, 唐平祥, 董瑞常, 謝忠, 王火明, 龍麗琴 申請人:招商局重慶交通科研設計院有限公司
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