一种用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备的制作方法

本实用新型涉及公路路面粗集料磨耗及磨光性能技术领域，尤其涉及一种用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备。

背景技术：

目前，磨光性，是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，集料磨光性是决定某种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键性指标。用高磨光值的石料铺筑道路路面表层，可以提高路表的抗滑能力，保障车辆安全行驶。磨耗值是确定石料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗值。

沥青路面表面层在经受长期车辆荷载作用后，包裹在集料表面的沥青膜逐渐被磨掉，集料逐渐裸露出来，此时路面主要依靠集料提供的抗滑力。因此在轮胎的作用下，不仅要求集料具有较高的抗磨耗性，而且要求具有较高的抗磨光性。然而目前我国采用的磨光值试验方法，从材料到试验方法本身均存在一定的人为因素，从而导致了沥青路面抗滑表层粗集料磨光值这一重要指标的不确定性，成为了我国高速公路沥青路面建设中的一处软肋。

粗集料的磨耗损失是集料使用性能的重要指标，尤其是沥青混合料和基层集料，它与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性密切相关，一般磨耗损失小的集料，集料剪影，耐磨，耐久性好。软弱颗粒含量多、风化严重的石料经过磨耗试验，粉碎严重，这个指标很难通过。因此磨耗试验也是优选石料的一个重要手段。

现行规范JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中关于集料磨光值的检测不仅试验程序复杂烦琐、试验周期长，且试验过程引起误差的因素也比较多，往往会造成磨光值测定数据偏差过大，是路用粗集料检测中比较不易掌握，又容易出问题的检测项目，其不足之处主要总结为以下4方面：

(1)由磨光试件的因素导致误差：磨光试件制作水平参差不齐，不同人员制作的磨光试件存在表面平整度不统一，集料间隙大小不统一，集料间隙有粘结材料挤出现象等。

(2)由磨光性能测试方法导致粗集料磨光性能误差：具体包括以下四个方面：第一：通常采用摆值测试法测试磨光试件的磨光性能，测试过程不易控制，受人为因素影响严重，试验步骤多，过程繁琐，耗时长。第二：测试过程中试件承受长时间持续不断的振动、挤压，极易发生掉粒、断裂等现象。第三：摆值测试法检测速度慢，而且只能表征低速下(0～10km/h)的摩擦系数，与实际高速行车产生的摩擦系数不符。第四：磨光试件表面为弧形，在与摆式仪橡胶片摩擦时为弧面摩擦，且摆式仪的橡胶片与试块间的压力值是一个动态变化的值，而在公路行驶中，汽车制动时路面之间的平面摩擦状态更为重要，因此，路面磨光性能的测试中，摆值测试法中表征的摩擦系数误差较大，需要能够表征平面摩擦状态的摩擦系数。

(3)由磨耗测试方法导致粗集料磨耗性能误差：集料磨耗试验的检测多采用洛杉矶磨耗损失试验，该试验采用外力冲击的试验方法使试样发生破损破坏，其测试方式与实际路面集料的使用环境差异性太大，因此该评定方法还需进一步与实际使用环境相结合。

(4)现行的评定方法存在不足：现行的技术标准中对集料的磨耗性及磨光性分别给出了规定及评价方法，但对于一种一方面性能优越而另一方面性能不佳的材料其评价结果就会产生矛盾与分歧。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，能够实现粗集料磨耗及磨光性能的快速检测，且测试过程与实际使用过程更接近，评定的准确度更高，并将将粗集料的抗磨光性能与抗磨耗性能进行统一。

本实用新型采用的技术方案为：

一种用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，包括底座、中央处理器、伺服电机和磨耗、磨光性能检测组件；还包括立柱、力值传感器、试样压力调节机构；所述的底座中设置有伺服电机安装仓，伺服电机固定设置于伺服电机安装仓中，伺服电机的输入端固定连接中央处理器的输出端；所述的磨耗、磨光性能检测组件包括粗砂轮、细砂轮和纯橡胶轮；当对试样进行粗磨时，粗砂轮中心通过传动轴连接伺服电机输出端；当对试样进行细磨时，细砂轮中心通过传动轴连接伺服电机输出端；当对试样进行磨光性能检测时，纯橡胶轮中心通过传动轴连接伺服电机输出端；

所述的立柱垂直于底座上端面，且与底座上端面固定连接，所述的力值传感器平行于底座上底面，且力值传感器的一端与立柱的侧壁固定连接；所述的试样压力调节机构包括砝码、砝码盘、滚珠直线滑轨和与滚珠直线滑轨匹配的滑动连接柱；所述的滚珠直线滑轨垂直于底座上端面，位于磨耗、磨光性能检测组件上方，且与力值传感器的另一端固定连接；所述的滑动连接柱穿过滚珠直线滑轨，且滑动连接柱的上端面与砝码盘下端面固定连接，滑动连接柱是下端面开设有试样固定槽，试样固定槽的槽壁上开设有销孔，并通过与销孔匹配的销钉将试样固定于试样固定槽中，且试样下端面与粗砂轮、细砂轮或纯橡胶轮的上端面相接触。

所述的用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，还包括喷水机构，所述的喷水机构包括喷头、自吸泵和储水装置，所述的喷头通过自吸泵连接储水装置，且喷头设置于试样固定槽周侧上方。

所述的用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，所述的喷头为鸭嘴喷头，且所述的鸭嘴喷头的数量为多个，多个鸭嘴喷头的规格不同。

所述的用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，所述的粗砂轮为棕刚玉砂轮，所述的细砂轮为绿碳化硅砂轮。

所述的试样固定槽为正方形凹槽。

本实用新型利用粗砂轮和细砂轮对集料的打磨来模拟车轮对集料的磨光，与实际中集料的磨耗过程更为接近，解决了洛杉矶磨耗损失试验中测试方式与实际路面集料的使用环境差异性太大的问题，提升了磨耗试验的评定精度；粗砂轮和细砂轮对集料的打磨过程效率高，打磨过程固定，因此质量平稳，提高了集料磨光性检测的工作效率，也解决了不同人员制作的磨光试件质量参差不齐的问题；

利用力值传感器直接检测橡胶轮在转动时与集料间的水平摩擦力，并根据竖向加载反算出集料与橡胶轮之间的摩擦系数。采用水平摩擦的方式进行测定试样磨耗损失与实际路况中刹车时车轮与路面的作用环境一致，其测试结果更具参考价值；且解决了不同人员操作摆式仪的人为误差，设备检测数据稳定，自动化操作，省时省力，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备结构示意图；

图2为本实用新型的试样压力调节机构的结构示意图；

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括底座1、中央处理器、伺服电机2和磨耗、磨光性能检测组件3；还包括立柱4、力值传感器5、试样压力调节机构；所述的底座1中设置有伺服电机安装仓，伺服电机2固定设置于伺服电机安装仓中，伺服电机2的输入端固定连接中央处理器的输出端；所述的磨耗、磨光性能检测组件3包括粗砂轮、细砂轮和纯橡胶轮；当对试样10进行粗磨时，粗砂轮中心通过传动轴连接伺服电机2输出端；当对试样10进行细磨时，细砂轮中心通过传动轴连接伺服电机2输出端；当对试样10进行磨光性能检测时，纯橡胶轮中心通过传动轴连接伺服电机2输出端；

本实用新型利用粗砂轮和细砂轮对集料的打磨来模拟车轮对集料的磨光，与实际中集料的磨耗过程更为接近，解决了洛杉矶磨耗损失试验中测试方式与实际路面集料的使用环境差异性太大的问题，提升了磨耗试验的评定精度；粗砂轮和细砂轮对集料的打磨过程效率高，打磨过程固定，因此质量平稳，提高了集料磨光性检测的工作效率，也解决了不同人员制作的磨光试件质量参差不齐的问题；

所述的立柱4垂直于底座1上端面，且与底座1上端面固定连接，所述的力值传感器5平行于底座1上底面，且力值传感器5的一端与立柱4的侧壁固定连接；所述的试样压力调节机构包括砝码6、砝码盘7、滚珠直线滑轨9和与滚珠直线滑轨9匹配的滑动连接柱8；所述的滚珠直线滑轨9垂直于底座1上端面，位于磨耗、磨光性能检测组件3上方，且与力值传感器5的另一端固定连接；所述的滑动连接柱8穿过滚珠直线滑轨9，且滑动连接柱8的上端面与砝码盘7下端面固定连接，滑动连接柱8是下端面开设有试样固定槽，试样固定槽图中未示出，试样固定槽的槽壁上开设有销孔，并通过与销孔匹配的销钉81将试样10固定于试样固定槽中，且试样10下端面与粗砂轮、细砂轮或纯橡胶轮的上端面相接触。

滚珠直线滑轨9和滑动连接柱8之间的摩擦力很小，在本实用新型中，忽略不计。随着试样10下端面被粗砂轮或细砂轮磨损，滑动连接柱8在砝码6的作用下很轻易的即可向下运动，保证粗磨、细磨以及磨光测试中，试样10下端面与粗砂轮、细砂轮或纯橡胶轮的上端面始终相接触。

相较于传统的磨光性能测试方法，采用电机带动纯橡胶轮，利用力值传感器5直接检测橡胶轮在转动时与集料间的水平摩擦力，并根据竖向加载反算出集料与橡胶轮之间的摩擦系数。采用水平摩擦的方式进行测定试样10磨光试验与实际路况中刹车时车轮与路面的作用环境一致，其测试结果更具参考价值；且解决了不同人员操作摆式仪的人为误差，设备检测数据稳定，自动化操作，省时省力，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

所述的用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的设备，还包括喷水机构，所述的喷水机构包括喷头11、自吸泵12和储水装置13，所述的喷头11通过自吸泵12连接储水装置13，且喷头11设置于试样固定槽周侧上方。

喷水机构的设置有两方面的作用，第一，在粗砂轮或细砂轮对集料试样10进行磨耗时，喷水防止集料粉末飞扬，并降低试样101与粗砂轮或细砂轮之间摩擦产生的热量；第二，在橡胶轮转动时喷水，在纯橡胶轮和试样10之间形成水膜，模拟雨天行车中车轮与路面的摩擦系数。

所述的喷头11为鸭嘴喷头11，且所述的鸭嘴喷头11的数量为多个，多个鸭嘴喷头11的规格不同。工作人员根据实际情况，选择合适规格的鸭嘴喷头11且手动更换。

所述的粗砂轮为棕刚玉砂轮，所述的细砂轮为绿碳化硅砂轮。使用棕刚玉砂轮对试件进行粗磨，使用绿碳化硅砂轮对试件进行细磨。

所述的试样固定槽为正方形凹槽。试样10的固定过程中，试样10的形状需与试样固定槽的形状匹配，方形试样10的制作简单，因此将试样固定槽设置为正方形凹槽。

本实用新型的工作过程如下：

1)准备粗集料的长方体试样10：选取粗集料样品，将粗集料样品的侧面打磨平整，使所述的粗集料样品成为长方体试样10；

2)对长方体试样10进行磨耗性能测试：

a1：将长方体试样10清洗后烘干，称取长方体试样10质量m1；

a2：将长方体试样10装入试样固定槽中，长方体试样10下端面伸出试样固定槽，销钉81穿过销孔将长方体试样10固定在试样固定槽中；

a3：工作人员将伺服电机的输出轴通过传动轴固定连接粗砂轮中心，长方体试样的下端面与粗砂轮上端面外边缘接触，对试样进行粗磨；工作人员在中央处理器中设定粗砂轮旋转时长t1，时长t1为定值；中央处理器控制伺服电机启动，中央控制器控制喷水机构启动，且中央控制器控制伺服电机在t1后停止，中央控制器控制喷水机构在t1后停止，并将粗砂轮取下；

a4：工作人员将步骤a3中的传动轴固定连接细砂轮中心，长方体试样的下端面与细砂轮上端面外边缘接触，对试样进行细磨；工作人员在中央处理器中设定细砂轮旋转时长t2，时长t2为定值；中央处理器控制伺服电机启动，中央控制器控制喷水机构启动，且中央控制器控制伺服电机在t2后停止，中央控制器控制喷水机构在t2后停止，并将细砂轮取下；至此，得到合格的磨光试样；

a5：取下长方体试样10，即磨光试样10，烘干后称取磨光试样10的质量m2；

a6：根据公式(1)得到磨耗值Q，磨耗值Q表征粗集料的磨耗性能：

Q越大，则说明粗集料的磨耗性能越差，粗集料越不耐磨损；

Q越小，则说明粗集料的磨耗性能越好，粗集料越耐磨损；

在步骤2)中，时长t1和时长t2由工作人员根据经验设定：时长t1需保证长方体试样10下端面微观纹理完全磨光，以下端面磨损深度3mm-6mm为宜，确定粗磨时间t1；时长t2长方体试样10下端面磨损深度损失1-2mm为宜；

3)对步骤a4中的磨光试样10进行磨光性测试：

S1：将磨光试样10装入试样固定槽中，磨光试样10下端面伸出试样固定槽，销钉81穿过销孔将磨光试样10固定在试样固定槽中；将步骤a4中的传动轴固定连接纯橡胶轮中心，磨光试样10的下端面与纯橡胶轮上端面外边缘接触；

S2：在试样压力调节机构的砝码盘7中加入的定量的砝码6，根据砝码6的质量，得到纯橡胶轮和磨光试样10之间的分竖向压力N1，分竖向压力N1为定值；根据试样压力调节机构本身的质量，得到纯橡胶轮和磨光试样10之间的分竖向压力N2，分竖向压力N1+分竖向压力N2，得到纯橡胶轮和磨光试样10之间的竖向压力N；在这一步骤中，同样需采用控制变量法，因此，在不同的试样10进行磨光测试时，电机转速保持相等，竖向压力N也需要保持相等；根据标准规定载重车辆的轮胎对地面的压强应控制在0.7MPa以内，综合考虑砂轮自身承重的影响，竖向压力N需控制在20N以内。

S3：中央处理器控制伺服电机2启动，力值传感器5采集磨光试样10与纯橡胶轮之间的与竖向压力N对应的第一水平摩擦力F，并将第一水平摩擦力F传输至中央处理器中；

S4：根据公式(2)得到第一磨光值P，第一磨光值P表征粗集料的磨光性能：

P越大，则说明粗集料的磨光性能越好，粗集料越防滑；

P越小，则说明粗集料的磨光性能越差，粗集料越不防滑；

进一步的，中央处理器控制伺服电机2启动时，工作人员控制喷水机构启动，喷水机构喷水，在纯橡胶轮和磨光试样10之间形成水膜，力值传感器5采集在有水膜的情况下，磨光试样10与纯橡胶轮之间的与竖向压力N对应的第二水平摩擦力F¹，并将第二水平摩擦力F¹传输至中央处理器中，中央处理器根据公式(4)得到第二磨光值P¹，第二磨光值P¹表征粗集料在表面有水时的磨光性能：

更进一步的，在试样的磨耗、磨光性能测试过程中，即所述的步骤2)和步骤3)分别重复n次，得到长方体试样10的n个子磨耗值Q1、Q2…Qn,磨光试样10的n个子第一磨光值P1、P2…Pn，磨耗值Q等于长方体试样10的n个子磨耗值Q1、Q2…Qn的平均值,第一磨光值P等于磨光试样10的n个子第一磨光值P1、P2…Pn的平均值。

通过多次测量求取平均值的方式，使得磨耗值Q和第一磨光值P的值更加准确，进一步提升了本实用新型中用于检测及评定粗集料磨耗及磨光性能的方法的精确度。