一种轮胎胎面-散体材料接触面环剪特性测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种轮胎胎面

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试装置和方法


[0001]本专利技术涉及土木工程和地质工程试验
，特别涉及一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试装置和方法。

技术介绍

[0002]由于废旧轮胎具有抗拉伸强度优越、耐久性强、抗腐蚀性强、稳定性强等各种优良的力学性能，以及运输方便等优点，作为优良的土工加筋材料被广泛应用于岩土工程中改善其力学性能，如将土工格室、废旧轮胎作为加筋材料可显著提高边坡、挡墙稳定性，用来处理软土地基可增强其极限承载力等。筋
‑
土界面剪切力学行为是加筋土工程的核心机理之一，因此，为了掌握废旧轮胎加筋土的加固机理和性能，废旧轮胎
‑
土界面剪切力学特性的测定是至关重要的。
[0003]将废旧轮胎埋入散体材料中，废旧轮胎与散体材料的接触面有两种，一种是废旧轮胎侧面(水平方向)与散体材料接触面，另一种则是废旧轮胎胎面(竖直方向，与地面接触)与散体材料接触面。通常，轮胎加筋土地基在上覆荷载的作用下，它的沉降变形(竖直方向)属于一种大变形，而废旧轮胎胎面与散体材料接触面力学特性是影响其产生竖直方向沉降的主控因素。因此测试轮胎胎面
‑
散体材料接触面剪切力学特性是非常有必要的，同时考虑到竖直方向变形属于大变形，而常规土工剪切仪由于受限剪切位移的大小，因此测试轮胎胎面
‑
散体材料接触面剪切力学特性最直接有效的方法就是进行环剪试验。然而，当前有关论文或者专利涉及轮胎胎面
‑/>散体材料接触面环剪特性测试装置非常少，更多的是采用轮胎条/轮胎碎片进行剪切试验，如文献《大尺寸轮胎条
‑
黄土混合物剪切特性试验研究[J].长江科学院院报,2019,36(09):125
‑
130》采用的轮胎条进行直剪力学特性测试，再如申请号为201610874020.0的《废旧轮胎片抗剪强度测试装置和方法》也是采用轮胎条进行直剪试验。事实上，废旧轮胎是一个整体，单纯的对轮胎条或者轮胎条组合进行直剪试验势必无法反映整个废旧轮胎胎面与土体的力学特性。因此，业内急需一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试装置和方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试装置和方法。
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试装置，其特征是，用于进行轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪力学特性测试研究，该装置包括数据采集系统、气压泵(1)、气压表(2)、环形气囊(3)、泵气管(4)、气压阀门(5)、齿轮带(6)、伺服电机(7)、调速器(8)、齿轮扭杆(10)、圆柱凸台(13)、轮胎胎面(14)、环形外箱(16)、钢板(22)、丝杆立柱(12)、槽钢(23)、弧形挡板(24)、支撑顶杆(25)、环形盖板(26)、作动器(27)、对中套柱(28)、滚珠(29)；
[0007]所述气压泵(1)和环形气囊(3)通过泵气管(4)连通，所述泵气管(4)上安装有用于实时监控环形气囊(3)内的气压的气压表(2)和用于调节环形气囊(3)内进出气的气速率的气压阀门(5)，通过环形气囊(3)施加围压荷载；
[0008]所述轮胎胎面(14)为从完整轮胎中切除两个侧面后的剩余部分；
[0009]所述圆柱凸台(13)包括下部空腔圆柱(18)和用于与齿轮扭杆连接的上部传力刚柱(19)，所述传力钢柱(19)顶部为内六边形沉槽(39)，其尺寸大小与齿轮扭杆(10)下部六边形杆一致；所述空腔圆柱的外径与待测试的轮胎胎面的内径一致，轮胎胎面包裹在空腔圆柱的外部，并通过钢丝线将包裹于空腔圆柱(18)外部的轮胎胎面(14)进行紧固捆扎，使得圆柱凸台(13)与轮胎胎面(14)连接成一个整体，此时轮胎胎面(14)的底部与空腔圆柱(18)底部重合；所述空腔圆柱的底部设有若干同心钢珠圆环槽(15)；所述钢板(22)锚于水平地面上且设有与空腔圆柱(18)底部相对应的同心钢珠圆环槽(15)，钢板和空腔圆柱上的同心钢珠圆环槽用于容纳滚珠；
[0010]所述环形外箱(16)由至少2个相同尺寸的钢制圆环堆叠而成，底部钢制圆环的底面不设插销孔，底部钢制圆环的顶面四周均匀设有若干插销孔，顶部钢制圆环顶面均匀设有若干顶部螺孔(20)，其余钢制圆环顶、底面四周均设有相对应的若干插销孔，相邻钢制圆环之间通过插销连接在一起，钢制圆环侧面设有若干侧面螺孔(21)；
[0011]所述丝杆立柱(12)的数量为四个，四个丝杆立柱的下部对称固定在钢板四角，上部固定槽钢(23)；所述作动器(27)位于槽钢(23)顶面与液压油缸(38)连接，通过作动器(27)使得对中套柱(28)伸缩，所述对中套柱(28)位于槽钢(23)内侧且对中套柱(28)下部开设有用于套接齿轮扭杆上部的圆形套孔(32)；
[0012]所述弧形挡板(24)设有与钢制圆环侧面侧面螺孔(21)相对应的挡板螺纹沉孔(40)，所述弧形挡板的弧度与钢制圆环的弧度一致，弧形挡板的背面固定连接支撑顶杆(25)一端，所述支撑顶杆的另一端套在相邻的丝杆立柱(12)上，支撑顶杆能够相对丝杆立柱自由转动及拆除；四个丝杆立柱上相连的弧形挡板从四个方向对环形外箱进行限位；
[0013]所述环形外箱的高度不小于空腔圆柱的高度，所述空腔圆柱捆扎轮胎胎面后置于环形外箱内，二者同轴布置，在环形外箱内壁紧贴布置环形气囊，在环形气囊和轮胎胎面之间的空间内填充散体材料；
[0014]所述环形盖板(26)的外径等于钢制圆环直径，内径不大于空腔圆柱(18)直径；所述环形盖板(26)开设有与顶部钢制圆环顶面的顶部螺孔(20)相对应的盖板螺纹沉孔(31)，通过盖板螺栓将环形盖板与环形外箱固定在一起；
[0015]所述齿轮扭杆的中部设置有齿部，所述齿轮带一方面与齿轮扭杆10上的齿部啮合，另一方面齿轮带与调速器(8)的输出齿轮啮合，所述调速器固定在于齿轮扭杆的齿部等高位置，调速器上具有用于改变环剪方向的球形阀；
[0016]所述调速器与伺服电机电性连接，伺服电机使调速器(8)工作，进而让齿轮带(6)与齿轮扭杆(10)一起发生转动，从而输出扭矩荷载。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试方法，该测试方法使用的测试装置包括数据采集系统，其特征在于，所述测试装置包括由至少2个相同尺寸的钢制圆环可拆卸堆叠而成的环形外箱、圆柱凸台、齿轮扭杆、环形气囊、环形盖板，圆柱凸台的下部直径与轮胎胎面的内径一致，圆柱凸台的上部用于与齿轮扭杆连接；轮胎胎面
包裹在圆柱凸台的下部外部，并通过钢丝线将圆柱凸台(13)与轮胎胎面(14)捆扎连接成一个整体；圆柱凸台的底部通过同心钢珠圆环槽及滚珠与固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试方法，该测试方法使用的测试装置包括数据采集系统，其特征在于，所述测试装置包括由至少2个相同尺寸的钢制圆环可拆卸堆叠而成的环形外箱、圆柱凸台、齿轮扭杆、环形气囊、环形盖板，圆柱凸台的下部直径与轮胎胎面的内径一致，圆柱凸台的上部用于与齿轮扭杆连接；轮胎胎面包裹在圆柱凸台的下部外部，并通过钢丝线将圆柱凸台(13)与轮胎胎面(14)捆扎连接成一个整体；圆柱凸台的底部通过同心钢珠圆环槽及滚珠与固定在地面上的钢板滚动连接；所述齿轮扭杆中部通过传动结构连接扭矩荷载施加系统，齿轮扭杆的上部连接竖直对中机构；在环形外箱内壁紧贴设置环形气囊，环形气囊连接围压荷载施加系统；所述测试方法的具体步骤是：S1，准备一个完整的废旧轮胎并将两个侧面切除研制成轮胎胎面(14)，确定轮胎胎面内径尺寸，选定与轮胎胎面内径相匹配的圆柱凸台，将轮胎胎面(14)包裹在圆柱凸台(13)的下部外侧，并保证轮胎胎面(14)的底部与圆柱凸台的底部重合，采用钢丝线按照上、中、下三个部位将圆柱凸台(13)与轮胎胎面(14)紧固捆扎制成轮胎试样；S2，清扫钢板(22)并对同心钢珠圆环槽(15)、滚珠(29)涂抹减摩润滑剂，组装环形外箱(16)并将其以钢板上的同心钢珠为中心布置于钢板(22)上，微调环形外箱(16)位置保证环形外箱(16)的中心线与竖直对中机构的中心线重合,紧接着将环形气囊(3)置入环形外箱(16)内，使得环形气囊(3)紧贴环形外箱(16)内侧，随后对环形外箱(16)沿径向对其进行均匀限位；S3，将轮胎试样置于环形外箱(16)内部，调整轮胎试样位置使得滚珠(29)嵌合在相应的圆柱凸台(13)底部和钢板(22)的同心钢珠圆环槽中；S4，确定轮胎试样到环形气囊之间的容积，并确定散体材料(17)的类型、压实度、含水率，根据所需填充的容积称取所需质量的散体材料(17)；S5，确定环形外箱(16)中的散体材料(17)层数，采用分层压实方式将散体材料(17)由下至上分层填筑并夯实，在进行最后一层夯实时，需对顶层散体材料(17)进行错印满夯至顶面平整，随后用塑料布进行封装，静置24h；S6，将塑料布移除，将环形盖板(26)置于环形外箱(16)上方并用盖板螺栓(41)连接紧固，将齿轮扭杆(10)下部插入圆柱凸台的上部的内六边形沉槽(39)中，启动竖直对中机构，使得齿轮扭杆(10)顶部插入对竖直对中机构中；S7，启动围压荷载施加系统，当达到预定围压荷载的大小时，停止施加围压；S8，将齿轮扭杆中部连接扭矩荷载施加系统，启动扭矩荷载施加系统，采用恒定剪切速率方式或恒定功率方式实时施加扭力，通过齿轮扭杆(10)的转动实现轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪试验，观测环剪位移S的大小，当环剪位移S达到设定的累计位移阈值或变化量百分比阈值时停止试验；S9，在步骤S8中，操作扭矩荷载施加系统改变扭矩施加方向能实现轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性各向异性试验，判断单次环剪试验停止的标志与步骤S8一致；S10.试验结束后，首先将扭矩荷载施加系统的扭力卸载，然后操作竖直对中机构使其回缩，松开齿轮扭杆，紧接着取出齿轮扭杆(10)并卸载围压，随后移除环形外箱(16)的径向限位结构，最后依次将环形盖板(26)、散体材料(17)、环形气囊(3)、环形外箱(16)以及轮胎试样取出及清理。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试方法，其特征在于，所述围压荷载施加系统包括气压泵(1)、气压表(2)、泵气管(4)和气压阀门(5)，所述气压泵(1)和环形气囊(3)通过泵气管(4)连通，所述泵气管(4)将气压泵(1)中的气体输入环形气囊(3)并通过气压表(2)实时监测环形气囊(3)内的气压，所述述气压阀门(5)安装在泵气管上，用于调节环形气囊(3)内的进气和出气速率，配合气压表(2)的使用能进一步控制环形气囊(3)内气压大小和气压卸载，进而实现围压荷载的施加和卸载；所述扭矩荷载施加系统包括齿轮带(6)、伺服电机(7)、调速器(8)，所述齿轮扭杆的中部设置有齿部，所述齿轮带一方面与齿轮扭杆10上的齿部啮合，另一方面齿轮带与调速器(8)的输出齿轮啮合，所述调速器固定在于齿轮扭杆的齿部等高位置，调速器上具有用于改变环剪方向的球形阀；所述调速器与伺服电机电性连接，伺服电机使调速器(8)工作，进而让齿轮带(6)与齿轮扭杆(10)一起发生转动，从而输出或卸载扭矩荷载。3.根据权利要求1所述的轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试方法，其特征在于，所述圆柱凸台(13)的下部为空腔圆柱(18)，上部为传力刚柱(19)，所述传力钢柱(19)顶部为内六边形沉槽(39)，其尺寸大小与齿轮扭杆(10)下部六边形杆一致，空腔圆柱的底部设置多圈同心钢珠圆环槽。4.根据权利要求1所述的轮胎胎面
‑
散体材料接触面环剪特性测试方法，其特征在于，所述径向限位结构包括弧形挡板(24)、支撑顶杆(25)，所述弧形挡板(24)设有与钢制圆环侧面的侧面螺孔(21)相对应的挡板螺纹沉孔(40)，所述支撑顶杆(25)一端与丝杆立柱(12)相连，且可自由转动及拆除，另一端与弧形挡板(24)固定；钢制圆环的侧面设置有侧面螺孔(21)，侧面螺孔与弧形挡板(24)的挡板螺纹沉孔(40)用连接螺栓(37)固定，保证环剪试验过程中环形外箱(16)不发生转动；所述丝杆立柱(12)的数量为四，四个丝杆立柱的下部对称固定在钢板四角，上部...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗世林，肖婧，蒋建清，赵延林，雷鸣，常锦，种霖霖，艾丽菲拉，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：