沥青道路层间抗拉伸性能检测装置的开发与应用*

2018-06-27霍亚光宋绪丁刘海明

机械制造 2018年1期

□ 霍亚光 □ 宋绪丁 □ 刘海明

1.长安大学现代工程训练中心西安 710018

2.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安 710064

1 研究背景

沥青道路层间接合的优劣是影响沥青路面使用寿命的重要因素，若道路两层之间接合面的抗拉伸强度不足，就会削弱道路结构的整体抗破坏能力，影响道路结构的整体性，使道路层间滑移、拥包和车辙等路面早期破坏现象更容易出现［1-3］。为了有效防止出现以上现象，必须在层间接合面施工结束后及时对其抗拉伸性能进行检测，找出道路施工的薄弱部位，采取相应补救措施，保证道路施工的质量。目前，国内外现有的检测设备各不相同，但普遍存在价格昂贵、体积大，且不适用于野外施工现场实时检测等缺点，在野外检测时还必须采用发电机供电，进而带来电磁干扰，会在很大程度上影响检测结果的可靠性［4-5］。

为此，笔者设计开发了一种沥青道路层间抗拉伸性能检测装置，这一装置在野外施工现场进行实时检测时可直接采用蓄电池供电，避免了由发电机供电而引起的电磁干扰，使检查结果更可靠。通过对大量检测数据的分析总结，可得出不同粘接材料对道路层间抗拉伸强度的影响规律，从而使工程技术人员可以根据工程性质选择恰当的层间粘接材料，在保证施工质量的同时兼顾经济效益。

2 检测装置的设计

2.1 主体结构

沥青道路层间抗拉伸性能检测装置主要由底板、蜗杆、蜗轮、步进电机、螺杆、拉力传感器、导杆、导向滑套、拉拔头和拉拔座等部件组成［6］，结构如图1所示。步进电机通过皮带和带轮与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮构成蜗轮蜗杆传动副，蜗轮内侧的梯形内螺纹与螺杆外侧的梯形外螺纹构成梯形螺纹传动副，螺杆与导杆之间安装有拉力传感器，导杆右端安装有与拉拔座配合使用的拉拔头。

2.2 工作原理

使用检测装置时，将试样固定在拉拔头和拉拔座之间，启动步进电机正向转动。步进电机通过皮带和带轮驱动蜗杆正向转动，蜗杆在蜗轮蜗杆传动副的作用下驱动蜗轮正向转动，蜗轮在梯形螺纹传动副的作用下驱动螺杆在水平方向上向左移动。螺杆通过拉力传感器和导杆带动拉拔头拉拔试样，直至试样断裂。与此同时，控制系统按照设定的时间间隔不断采集来自拉力传感器的拉拔力数据，并实时将数据传送至上位机，最终以波形图的形式显示出来。

▲图1 沥青道路层间抗拉伸性能检测装置结构示意图

2.3 控制系统

沥青道路层间抗拉伸性能检测装置控制系统结构框图如图2所示，其核心是MSP430单片机，可实现拉力传感器信号的采集、放大，以及滤波处理和数据传输等功能。上位机通过MSP430单片机采集拉拔力信号，并完成对信号的接收、计算、处理、显示和存储。同时，MSP430单片机还可生成控制步进电机运转的脉冲信号［7-8］。

▲图2 沥青道路层间抗拉伸性能检测装置控制系统结构框图

2.4 应用软件

沥青道路层间抗拉伸性能检测装置的控制系统选用LabVIEW作为开发平台，前面板操作界面采用人机交互模式［9-10］。在使用控制系统进行检测之前，操作人员可以在前面板对步进电机转速、波形图纵横坐标等参数进行初始化设置。在检测过程中，检测到的数据可以实时以波形图的形式显示出来。检测完成后，控制系统还可以保存检测数据和波形图，并生成检测报告。控制系统的操作界面如图3所示。