一種應(yīng)用于測(cè)試機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫變形性能測(cè)試的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，具體涉及一種應(yīng)用于測(cè)試機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫變形性能測(cè)試的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，屬于路橋建設(shè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)場(chǎng)道面輪轍的發(fā)生直接影響到機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)，2011年，首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)多次出現(xiàn)了因機(jī)場(chǎng)道面高溫變形較大而導(dǎo)致飛機(jī)受困跑道的安全事故，不僅給機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)重大隱患，也造成了不良的社會(huì)影響。輪轍的出現(xiàn)大大增加了飛機(jī)輪胎、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身破壞的可能性，也增大了飛機(jī)滑跑時(shí)偏離軌道的概率。研究表明，雨天輪轍內(nèi)積水可導(dǎo)致道面抗滑能力不足，飛機(jī)行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生滑水現(xiàn)象，引發(fā)飛機(jī)偏離跑道事故。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的研究也表明，輪轍破壞是道面抗滑能力失效的一個(gè)重要原因。
[0003]20世紀(jì)40年代，軍用飛機(jī)作為飛機(jī)的主要機(jī)型，最大起飛重量約為28噸，主起落架為單軸單輪構(gòu)型，所以最初的機(jī)場(chǎng)跑道道面僅需考慮單輪載荷的重復(fù)作用，但是，隨著航空業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)載荷不斷增大，以B747-100為代表的雙軸雙輪載荷稱為當(dāng)時(shí)飛機(jī)載荷的主要形式，近年來(lái)，各大飛機(jī)制造廠商均致力于大型民用客機(jī)的研制技術(shù)，A380、B787等新一代大飛機(jī)NGLA(New Generat1n Large Aircraft)不斷問(wèn)世，為了承受飛機(jī)的巨大重量，NGLA起落架構(gòu)型與以往的機(jī)型相比有較大差別。例如A380-800飛機(jī)，最大起飛重量562噸，主起落架由兩側(cè)起落架和中起落架組成，其中側(cè)起落架各6各輪子，中起落架各4各輪子，主起落架的輪子數(shù)目達(dá)20個(gè)，平均輪壓高達(dá)1.5MPa。由此可見(jiàn)，隨著航空運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，起落架的構(gòu)型日趨復(fù)雜，覆蓋范圍廣、軸載重、軸壓高。飛機(jī)載荷的不斷變化對(duì)機(jī)場(chǎng)材料和結(jié)構(gòu)提出了更高、更苛刻的要求。
[0004]但是，當(dāng)前，世界各國(guó)的研究人員采用了使用改性瀝青、添加抗車轍劑、優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)等一系列方法以防止機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫永久變形的發(fā)生，但仍未得到有效解決。究其原因在于當(dāng)前機(jī)場(chǎng)瀝青道面所采用混合料抗高溫永久變形性能的評(píng)價(jià)仍普遍采用道路工程車轍試驗(yàn)方法。機(jī)場(chǎng)瀝青道面的抗高溫永久變形性能試驗(yàn)采用公路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軸載，接地壓力為0.7Mpa，而目前機(jī)場(chǎng)道面設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)飛機(jī)法，是以經(jīng)行道面的最大飛機(jī)作為設(shè)計(jì)荷載，而飛機(jī)機(jī)型的發(fā)展可以說(shuō)明，以0.7Mpa為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫永久變形的評(píng)價(jià)方法難以體現(xiàn)飛機(jī)重載特點(diǎn)，且沒(méi)有考慮飛機(jī)多輪組疊加效應(yīng)對(duì)機(jī)場(chǎng)瀝青道面的高溫穩(wěn)定性能的影響，也無(wú)法考慮飛機(jī)行駛速度、轉(zhuǎn)彎等對(duì)瀝青道面發(fā)生高溫永久變形特性的影響?？紤]飛機(jī)重載、多輪荷載及飛機(jī)行駛條件的瀝青道面抗高溫永久變形評(píng)價(jià)方法的缺失，造成機(jī)了場(chǎng)瀝青道面抗高溫永久變形性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法無(wú)法反應(yīng)出飛機(jī)荷載一道面共同作用的真實(shí)情況，嚴(yán)重阻礙機(jī)場(chǎng)瀝青道面技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此亟需開(kāi)發(fā)一種考慮飛機(jī)的多輪重載及飛機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)的瀝青道面抗高溫永久變形的試驗(yàn)方法，以安全、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)機(jī)場(chǎng)瀝青道面的抗高溫永久變形性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫永久變形評(píng)價(jià)方法依賴于公路工程瀝青混合料抗車轍性能評(píng)價(jià)方法，致使機(jī)場(chǎng)瀝青道面材料試驗(yàn)在荷載偏低、單輪荷載及荷載作用形式不符合實(shí)際情況的條件下進(jìn)行的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種應(yīng)用于測(cè)試機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫變形性能測(cè)試的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明所述系統(tǒng)包括電機(jī)、電機(jī)支撐座、主軸、多個(gè)導(dǎo)柱、上固定板、下固定板、膠輪支撐盤、料盤、托板、液壓缸、壓力傳感器、膠輪、多個(gè)支撐輪、上軸承座、下軸承座、膠輪盤連接套和底板，上固定板、下固定板、托板、底板由上至下依次平行設(shè)置，多個(gè)導(dǎo)柱均布設(shè)置，且每個(gè)導(dǎo)柱均由上至下依次穿過(guò)上固定板、下固定板、托板、底板，膠輪支撐盤、料盤由上至下依次設(shè)置在下固定板與托板之間，且料盤的下表面與托板的上表面連接，多個(gè)膠輪均布安裝在膠輪支撐盤上，且運(yùn)行時(shí)每個(gè)膠輪的下輪緣均與料盤的上表面接觸，膠輪支撐盤邊緣的上表面與下固定板的下表面之間設(shè)有多個(gè)支撐輪，上固定板上表面的中部嵌裝有上軸承座，下固定板上表面的中部嵌裝有下軸承座，電機(jī)通過(guò)電機(jī)支撐座安裝在上軸承座上，主軸的下端插裝在膠輪支撐盤上表面中部的膠輪盤連接套內(nèi)，主軸的上端由下至上依次穿過(guò)下軸承座、上軸承座與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，液壓缸安裝在底板的上表面上，液壓缸的液壓桿的上端通過(guò)壓力傳感器與托板的下表面連接。
[0007]本發(fā)明所述方法的具體步驟如下:
[0008]步驟一、摘除料盤中心的對(duì)稱螺栓以及三個(gè)固定螺栓，擰緊料盤下方八個(gè)頂起螺栓，在頂起螺栓上方分別有滾珠，當(dāng)料盤被頂起后，滾珠可以在原位滾動(dòng)；
[0009]步驟二、將料盤支撐架推到料盤處，調(diào)整調(diào)節(jié)支腿，使得料盤底面與與料盤支撐架板同高，關(guān)閉膠輪并推動(dòng)料盤，使其在滾動(dòng)軸承上運(yùn)動(dòng)，在料盤中涂抹機(jī)油并鋪設(shè)一層廢報(bào)紙，在側(cè)壁上標(biāo)記壓實(shí)控制厚度H ;
[0010]步驟三、將預(yù)先拌制好的混合料裝入料盤，預(yù)整平及壓實(shí)后將料盤推回儀器，安裝對(duì)心螺栓和固定螺栓后，設(shè)置變頻器及液壓栗站的控制參數(shù)，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行碾壓，在混合料厚度達(dá)到H標(biāo)記位置后停止碾壓；
[0011]第四步、拆卸兩排交錯(cuò)壓實(shí)輪，將壓實(shí)成型的試件放置多48h ;
[0012]第五步、開(kāi)啟恒溫室控溫裝置，在恒溫室到達(dá)試驗(yàn)溫度時(shí)，保溫6h以上；
[0013]第六步、控制液壓栗站，緩慢托起托板和料盤，同時(shí)采用壓力傳感器測(cè)試托板和料盤的重量，記為G。；
[0014]第七步、在液壓栗站上設(shè)置施加壓力，若液壓栗站控制壓力為G1，那么此時(shí)膠輪施加的壓力為G1-Gid,采用米格紙和復(fù)寫紙標(biāo)定輪胎的接地面積S，直到接地壓力P = (G1-G0) /S達(dá)到試驗(yàn)要求為止，對(duì)液壓栗站設(shè)置此時(shí)的G1;
[0015]第八步、對(duì)變頻器進(jìn)行加載頻率F設(shè)置，開(kāi)啟液壓栗站，使輪胎達(dá)到規(guī)定的接地壓力P ;調(diào)整F，使得計(jì)數(shù)器顯示值達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速要求，對(duì)變頻器設(shè)置此時(shí)的F ;
[0016]第九步、開(kāi)啟液壓栗站、變頻器及冷卻水栗進(jìn)行試驗(yàn)，采用數(shù)據(jù)采集卡和Labview編制的采集軟件實(shí)時(shí)收集壓力G和LVDT傳感器的位移Z，同時(shí)收集計(jì)數(shù)器測(cè)得的轉(zhuǎn)數(shù)N，測(cè)試時(shí)間T可自由控制；
[0017]第十步、繪制Z-6N曲線，尋找混合料變形穩(wěn)定階段，取時(shí)間間隔為xmin的一段，作用次數(shù)為Nx，變形量分別為ZjP Z t+x計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度DS = 6N J (Zt+X-Zt)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明是基于機(jī)場(chǎng)道面幾何尺寸與飛機(jī)荷載實(shí)測(cè)及數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行相似性設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)使模擬瀝青道面與機(jī)場(chǎng)瀝青道面具有相似的受力特性，且發(fā)明考慮到了飛機(jī)多輪疊加效應(yīng)及慢速轉(zhuǎn)彎對(duì)瀝青道面抗高溫永久變形性能的影響，更為科學(xué)、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)機(jī)場(chǎng)瀝青道面的抗高溫永久變形特性，發(fā)明可直接應(yīng)用于我國(guó)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)瀝青道面結(jié)構(gòu)及材料的抗高溫性能評(píng)價(jià)，彌補(bǔ)了機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)的不足，保障機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫下安全服役，可推動(dòng)我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展。
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)了可拆卸試驗(yàn)輪組，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起落架構(gòu)型的模擬，為了模擬飛機(jī)起落架構(gòu)型特點(diǎn)，在膠輪支撐盤上裝有12個(gè)膠輪，每側(cè)6輪的初始輪徑比和軸徑比可滿足A380飛機(jī)起落架構(gòu)型的模擬，中間兩組膠輪的間距可調(diào)節(jié)，可模擬任意雙輪飛機(jī)的起落架構(gòu)型參數(shù)。軸數(shù)在I?3范圍可調(diào)整，輪數(shù)在O?6范圍可調(diào)整。
[0020]本發(fā)明設(shè)計(jì)了組合式料盤，實(shí)現(xiàn)了任意厘米道面結(jié)構(gòu)和材料厚度的模擬，為了滿足不同厚度瀝青混合料的抗輪轍性能測(cè)試，料盤設(shè)計(jì)成組合料盤，由一個(gè)1cm、兩個(gè)2cm、一個(gè)5cm、一個(gè)1cm厚的圈框拼成高度為20cm的料盤，圈框的組合與籠屜相似，可拆卸組合成O?20cm任意整cm厚的料盤，該厚度可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)組合的模擬。
[0021]本發(fā)明設(shè)計(jì)了料盤滑動(dòng)裝置，便于料盤的滑動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)料盤在托板上滑動(dòng)，二者之間設(shè)有8處滾珠，滾珠下設(shè)有頂絲，需要滑動(dòng)料盤前可擰緊頂絲，使?jié)L珠凸起。電機(jī)、液壓栗站和恒溫室基本參數(shù)為:電機(jī)和變頻器組合可實(shí)現(xiàn)O?50HZ頻率的旋轉(zhuǎn)加載。液壓栗站和液壓缸可對(duì)瀝青混合料施加O?5t荷載。為了在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，將設(shè)備置入恒溫室，恒溫室的恒溫區(qū)間為-35?70°C，控溫精度為±1°C。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明所述系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是膠輪支撐盤的俯視圖，圖3是托板的俯視圖，圖4是料盤支撐架的主視圖，圖5是本發(fā)明線路連接圖，圖6是疊加受理測(cè)試結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是本發(fā)明試驗(yàn)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種應(yīng)用于測(cè)試機(jī)場(chǎng)瀝青道面抗高溫變形性能測(cè)試的試驗(yàn)系統(tǒng)包括電機(jī)1、電機(jī)支撐座2、主軸3、多個(gè)導(dǎo)柱4、上固定板5、下固定板7、膠輪支撐盤8、料盤9、托板10、液壓缸11、壓力傳感器12、膠輪15、多個(gè)支撐輪17、上軸承座20、下軸承座21、膠輪盤連接套22和底板23，上固定板5、下固定板7、托板10、底板23由上至下依次平行設(shè)置，多個(gè)導(dǎo)柱4均布設(shè)置，且每個(gè)導(dǎo)柱4均由上至下依次穿過(guò)上固定板5、下固定板7、托板10、底板23，膠輪支撐盤8、料盤9由上至下依次設(shè)置