模拟西部条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备

摘要

本发明公开了模拟西部条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备；该设备包括固定架、试样转运系统、干湿/冻融试验系统、紫外线老化试验系统和控制柜；其中，试样转运系统设在固定架上；干湿/冻融试验系统包括设在固定架上的第一试样箱，以及设在固定架上且分别作用于第一试验箱上的加热装置、制冷系统和喷淋系统；紫外线老化试验系统包括第二试样箱和紫外照射装置；所述制冷系统还与第二试样箱连接；控制柜分别电连接干湿/冻融试验系统、紫外线老化试验系统和试样转运系统。本发明设备可对沥青及混合料在不同状态下的性能进行全面模拟，对于沥青及混合料性能优化、科学合理评价沥青路面的服役状态提供技术支持。

说明书

技术领域

本发明属于沥青和沥青混合料耐久性能测试技术领域，具体涉及模拟西部条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备。

背景技术

随着近年来我国经济建设的快速发展，西部地区的公路基础设施建设也迎来了一个快速发展的阶段，沥青路面因其优良的路用性能已成为西部地区路面结构的主要形式。然而西部地区（尤其是西部高寒高海拔地区）以其海拔高、温差大、紫外线辐射强等特殊气候环境，成为我国公路建设的重大难点之一。反复的干湿循环、冻融循环、热氧老化、紫外老化等对沥青路面造成的性能损伤更甚于其他地区，已成为影响沥青路面服役寿命不可忽视的因素。目前，工程建设中对沥青材料的评价只是出场产品的性能评价以及施工过程中短期热氧老化后的性能评价；对沥青混合料的评价只是对新拌混合料高温、低温及水稳定性性能的评价，完全没有考虑服役过程中干湿循环、冻融循环、热氧老化、紫外老化等对沥青路面造成影响，以及如何评价这些因素对沥青及混合料造成的具体影响，这些因素对于西部地区沥青路面的修筑以及服役过程中的影响显而是重大的，是造成沥青路面早期破坏的重要因素之一。

现有技术中缺少一种可以针对沥青和沥青混合料进行干湿循环、冻融循环、热氧老化、紫外老化进行综合演化试验的设备。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种模拟西部不利环境条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备；该设备能够全面评价西部地区沥青路面在干湿循环、冻融循环、热氧老化、紫外老化等不利气候条件下性能状态。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

模拟西部条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备，包括：

固定架，其整体呈立方体框架结构；

试样转运系统，其设在固定架上；

干湿/冻融试验系统，其包括设在固定架上的第一试样箱，以及设在固定架上且分别作用于第一试验箱上的加热装置、制冷系统和喷淋系统；

紫外线老化试验系统，其包括第二试样箱和紫外照射装置；所述制冷系统还与第二试样箱连接；以及

控制柜，其分别电连接干湿/冻融试验系统、紫外线老化试验系统和试样转运系统。

进一步，所述第一试样箱和第二试样箱均包括箱体和扣合在箱体顶部的箱盖，所述箱体外壁设有保温层，所述箱体内部沿纵向设有多层载物架，所述第一试样箱中的箱体内设有温湿度传感器，所述第二试样箱中的箱体内设有温度传感器，所述温湿度传感器和温度传感器分别与控制柜电连接。

进一步，所述加热装置包括设在箱体外壁上的连接座、设在连接座上并伸入箱体内部且呈螺旋状布设的加热管，所述连接座与控制柜电连接。

进一步，所述喷淋系统包括设在固定架上水箱、与水箱相连的水泵、设在箱体内部且纵向布设多个的喷头、设在箱体底部的集水箱、通过管路同时与水泵、喷头和集水箱相连的电动三通阀；所述箱体底部设有电动阀，所述电动阀出口与集水箱连通。

进一步，所述制冷系统包括设在固定架上的压缩机、与压缩机相连的冷凝器盘管、与压缩机相连的蒸发器盘管、设在固定架上的风机；所述蒸发器盘管设在第一试样箱的箱体上，所述冷凝器盘管设在第二试样箱的箱体上，所述压缩机与电控制柜电连接，所述风机与第二试样箱的箱体连通。

进一步，所述紫外照射装置包括设在第二试样箱箱体内并与控制柜电连接的紫外线灯，所述紫外线灯纵向布设多个。

进一步，所述试样转运系统包括设在固定架顶部的平行导轨、与平行导轨配合的行走小车、设在行走小车上且纵向布设的伸缩机械臂，所述行走小车和伸缩机械臂与控制柜电连接。

进一步，所述伸缩机械臂包括设在行走小车上的伸缩套筒、设在伸缩套筒下端的U形爪以及设在行走小车上的第一卷扬机和第二卷扬机；所述U形爪自由端铰接有摆动齿，所述第一卷扬机的绳索一端与摆动齿连接，所述第二卷扬机的绳索一端与U形爪连接，所述第一卷扬机和第二卷扬机分别与控制柜电连接。

进一步，所述固定架顶部平行导轨之间设有转换台。

本发明的有益效果是：

本发明设备充分考虑了西部地区沥青路面在干湿循环、冻融循环、热氧老化、紫外老化等不利气候条件下的服役环境，对沥青及混合料在不同状态下的性能进行全面模拟，对于西部地区沥青及混合料性能优化、科学合理评价沥青路面的服役状态提供技术支持；

本发明在结构设计上利用制冷系统中的蒸发器盘管对第一试样箱进行制冷，利用加热装置进行加热，为冻融循环试验提供冷/热条件；加热装置还与喷淋系统配合，使第一试样箱还可用于干湿循环试验；制冷系统中的冷凝器盘管参与第二试样箱的演化试验，为第二试样箱进行制热，为热氧老化和紫外老化提供热条件，可辅助完成热氧老化、紫外老化试验；

本发明在结构设计上通过设置的伸缩机械臂对试样进行存取，伸缩机械臂在结构设计上使伸入第一试样箱和第二试样箱内的构件为存机械传动构件，这样有利于适应不同冷热环境下的试样存取操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为本发明中第一试样箱内部结构的俯视结构示意图；

图5为本发明中第二试样箱内部结构的俯视结构示意图；

图6为本发明中伸缩机械臂的结构示意图；

图7为本发明的系统控制框图。

其中，1-固定架；2-第一试样箱；3-第二试样箱；4-控制柜；5-箱体；6-箱盖；7-保温层；8-载物架；9-温湿度传感器；10-温度传感器；11-连接座；12-加热管；13-水箱；14-水泵；15-喷头；16-集水箱；17-电动三通阀；18-电动阀；19-压缩机；20-冷凝器盘管；21-蒸发器盘管；22-风机；23-紫外线灯；24-平行导轨；25-行走小车；26-伸缩套筒；27-U形爪；28-第一卷扬机；29-第二卷扬机；30-摆动齿；31-转换台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明优选实施例进行说明：

如图1至7所示，模拟西部条件下的沥青及混合料加速老化演化试验设备；该设备包括固定架1、试样转运系统、干湿/冻融试验系统、紫外线老化试验系统和控制柜4。其中，固定架1为其他构件提供支撑和固定作用；试样转运系统用于试验的转运；干湿/冻融试验系统和紫外线老化试验系统主要用于干湿循环试验、冻融循环试验、热氧老化试验和紫外老化试验；控制柜4用于电控设备的控制。

固定架1整体呈立方体框架结构，底部可设置万向轮用以方便移动；固定架1顶部平行导轨24之间设有转换台31，转换台31用于载物架8和箱盖的临时存放。

试样转运系统设在固定架1顶部；具体的，试样转运系统包括平行导轨24、行走小车25和伸缩机械臂。平行导轨24固定在固定架1顶部，为行走小车25提供导向作用。行走小车25包括U形架体、设在U形架体边沿上并于导轨配合的滚轮、设在U形架体上并通过同步带与滚轮传动连接的电机。伸缩机械臂包括伸缩套筒26、U形爪27、第一卷扬机28和第二卷扬机29；伸缩套筒26由多个相互嵌套的矩形筒构成；伸缩套筒26顶端与行走小车25的U形架体固定连接，伸缩套筒26的低端固定连接U形爪27；U形爪27的自由端边沿铰接有摆动齿30；第一卷扬机28和第二卷扬机29均设在行走小车25上并分别与控制柜4电连接；第一卷扬机28的绳索一端通过滑轮导向变位后与摆动齿30连接，可优先带动摆动齿30动作；第二卷扬机29的绳索一端与U形爪27，用于带动U形爪27进行升降动作。

干湿/冻融试验系统包括设在固定架1上的第一试样箱2，以及设在固定架1上且分别作用于第一试验箱2上的加热装置、制冷系统和喷淋系统。第一试样箱2包括箱体5和扣合在箱体5顶部的箱盖6；箱盖6上设有排气管和挂环，排气管用于调节压力平衡，挂环用于和缩机械臂配合实现箱盖6的启闭控制，箱体5呈圆桶状外壁设有保温层7，保温层7可以采用聚氨酯发泡层；箱体5内部沿纵向设有多层载物架8，载物架8具体可设置三组，并布设在箱体的上中下位置处，载物架8具体包括设在箱体内部的支架和搭接在支架上的试样网架，试样网架呈平板状，三个试样网架的尺寸逐个缩小，尺寸最小的放置于箱体5下侧，这样布设设计是为了方便三个试样网架的存取；第一试样箱2中的箱体5内设有温湿度传感器9，温湿度传感器9与控制柜4电连接。加热装置采用电加热方式，加热装置包括设在箱体5外壁上的连接座11和设在连接座11上并伸入箱体内部且呈螺旋状布设的加热管12；连接座11与控制柜4电连接。制冷系统包括压缩机19、冷凝器盘管20、蒸发器盘管21和风机22；压缩机19固定在固定架上，压缩机19分别连接冷凝器盘管20和蒸发器盘管21；冷凝器盘管20和蒸发器盘管21在箱体5外侧管路设置聚氨酯发泡保温层；蒸发器盘管21设在箱体5上并避让加热管12；冷凝器盘管20设在第二试样箱3的箱体5上；制冷系统的制冷部件用在第一试样箱2的制冷，制冷系统的制热构件用在第二试样箱3上；风机22设在固定架1上与第二试样箱3的箱体5连通，用于第二试样箱3的温度调节。喷淋系统包括水箱13、水泵14、喷头15、集水箱16和电动三通阀17；水箱13固定在固定架1上；水泵14设在固定架1并与水箱13连通；喷头15固定在箱体5上纵向布设三个，喷头15喷射方向对应载物架8；集水箱16设在固定架上并位于箱体5下端，箱体5底部设有电动阀18，电动阀18出口与集水箱16连通；电动三通阀17同时与水泵14、喷头15和集水箱16相连，用以实现水循环。

紫外线老化试验系统包括第二试样箱3和紫外照射装置。第二试样箱3同样包括箱体5和箱盖6，箱盖6上设有排气管和挂环，排气管用于调节压力平衡，挂环用于和缩机械臂配合实现箱盖6的启闭控制，箱体5呈圆桶状或方桶状且外壁同样设有保温层7；第二试样箱3中的箱体5内设有温度传感器10，温湿度传感器9与控制柜4电连接。紫外照射装置包括设在第二试样箱箱体5内并与控制柜4电连接的紫外线灯23，紫外线灯23纵向布设三层用于d对试样进行紫外照射。

控制柜4分别电连接干湿/冻融试验系统、紫外线老化试验系统和试样转运系统中的相应用电构件。控制柜4可包括柜体和设在柜体上的触控显示屏和PLC控制器；PLC控制器分别连接触控显示屏、温湿度传感器9、温度传感器10、连接座11、水泵14、电动三通阀17、电动阀18、压缩机19、风机22、紫外线灯23、行走小车25、第一卷扬机28和第二卷扬机29。

本发明的工作原理及过程是：

将试样置于载物架8的试样网架上并放置在转换台31上；控制柜4控制行走小车25移动至第一试样箱2或第二试样箱3对应位置处，利用伸缩机械臂将对应的箱盖6移动至固定架1的其他指定位置处；然后控制行走小车25移动至转换台31正上方利用伸缩机械臂对试样进行摆放；控制第一卷扬机28和第二卷扬机39同步进行放绳动作，在U形爪27的重力作用下伸缩套筒26自动向下延申；在U形爪27移动至指定位置后停止，然后第一卷扬机28优先进行收绳动作，此时第一卷扬机28带动摆动齿30摆动，摆动齿30对载物架8的试样网架形成托举状，然后第一卷扬机28和第二卷扬机39同步进行收绳动作，实现试样网架的提取操作，且提升至指定位置后停止动作；跟据试验需求，行走小车25带动试样网架横移至第一试样箱2或第二试样箱3对应位置处；放置试样网架时，第一卷扬机28和第二卷扬机39同步进行放绳动作，当试样网架被放置到支架后，第二卷扬机39停止动作，第一卷扬机28继续放绳一定时间，摆动齿30在重力作用下自动下垂，解除对试样网架的托举操作；试样网架放置后第一卷扬机28和第二卷扬机39同步进行收绳动作，在控制柜4的控制下继续对其他试样网架进行操作，完成试样摆放后将箱盖6扣在箱体5上，行走小车25移动至指定位置；伸缩机械臂对箱盖6的控制原理与试样网架的相同。

当需要进行干湿循环试验时，试样置于第一试样箱2；控制柜4控制加热装置进行升温干燥，加热装置为电加热，可获取更高的温度；控制柜4控制水泵14和电动三通阀17动作，水箱13内的水通过喷头15喷淋至试样上，使试样处于浸泡或淋湿状态，用以满足干湿循环要求，电动阀18在控制柜4的控制下配合完成第一试样箱2内部蓄水和排水操作，电动阀18同时也用于保温或排气使用；第一试样箱2排出的水进入集水箱16；控制水泵14和电动三通阀17动作，还可将集水箱16内的水补充至水箱13内，实现循环用水；温湿度传感器9对温湿度进行检测并反馈给控制柜4的PLC控制器，然后对加热装置和水泵14进行调控。进行冻融循环试验时，控制压缩机19启动，利用蒸发器盘管对第一试样箱2进行降温，该种降温方式利于获取更低的试验温度；试样的融化利用加热装置进行；在压缩机19制冷过程中，冷凝器盘管20对位散热，因此，制冷前控制柜4利用伸缩机械臂将第二试样箱3上的箱盖6移动至指定位置，制冷过程中风机22将第二试样箱3内的高温吸走外排。当进行热氧老化时，可将试样置于第二试样箱3，进行加热操作时利用压缩机19制热，冷凝器盘管20散热实现升温，温度传感器10检测第二试样箱3内的温度并反馈给电控柜4，电控柜4对压缩机19和风机22进行控制，实现温度调节；第二试样箱3升温时，应使第一试样箱2的箱盖6移动至指定位置，使第一试样箱2处于开启状态。进行紫外线老化时，利用控制柜4对紫外线灯23进行调节。