[发明专利]一种车轮碾压结冰和积雪路面的室内模拟装置及方法

说明书

本发明提供的一种车轮碾压结冰和积雪路面的室内模拟装置及方法，通过温度传感器、湿度传感器、红外感温装置分别采集实验仓的温度、湿度、以及试件表面温度，进而通过控制箱控制造雪系统的启停，进而达到实验环境的调节，以满足模拟降雪、冻雨等恶劣冬季行车条件的条件；最后进行轮碾装置的启停；本装置的造雪系统制冷效果好、降温速度快以及可达‑196℃的优点；同时，本装置能够模拟实际行车过程中车轮碾压路面，用于室内对各种快速有效环保除雪方式及车轮碾压路面后对路面抗滑性能评估。

技术领域

本发明公路领域，具体涉及一种车轮碾压结冰和积雪路面的室内模拟装置。

背景技术

路面结冰的成因一般有如下：雨或雨夹雪天气后路面湿滑，气温骤降至0℃以下，路面结冰；阴雾天气空气水汽含量大导致路面湿滑，当气温下降时会形成薄冰；白天路面积雪融化，夜晚低温路面形成冰层；冻雨：冰晶或雪粒下降过程中经过一定厚度的暖层融化为过冷却水滴落地即刻结冰，冻雨冰层较厚且光滑。通常情况，冻雨、雨或雨夹雪伴随较强冷空气会导致路面结冰，同时与高低空温度、地表温度、相对湿度、能见度、降水量等有关。

另一方面，降雪后路面积雪太多来不及处理，在车辆和行人反复作用下形成压实冰雪路面对行车安全影响较大。下表为不同路面状态下交通事故发生率：

表1.不同路面状态下交通事故发生率

路面积雪及路面结冰会使得路面摩阻力降低导致交通事故的发生。因此在雪天如何快速有效环保的除雪是当下研究的热点。当下主要的除雪方法除人工、机械、融雪剂除雪等被动除雪方式，还有主动除雪方式：盐化物自融雪路面、抑制冻结铺装、热力融雪技术。因而如何在试验室内模拟冬季冰雪环境对研发快速有效环保除雪方式具有重要意义。

日本研制的鼓轮内接型冻结路面室内行走机用于评价不同路面的抗滑性能、不同交通量对冰雪路面的影响从而判断撒布冻结抑制的效果，确定撒布的时间及洒布量。该设备体积庞大，制造费用高且只能在室内工作，试验费用高同时仅限于评价不同纹理的作用效果和抗冻结剂的使用效果，无法评价路面抑制冻结和破冰效果。

长安大学研发的路面破冰模拟试验仪可以通过不同路面的室内破冰模拟实验，室内模拟各种路面在车辆荷载作用下变形产生自应力实现破冰融雪。该试验装置通过电机带动转盘，转轴连接杆连接转盘与试验小车使试验小车沿着轨道相对往复运动滑动，小车与固定位置试验轮发生相对运动从而产生碾压效果。该装置不能较好模拟实际冬季积雪路段行车过程中车轮挖掘作用(轮胎穿过雪覆盖层同路面产生接触)提供动力。同时由于设备体积大，采用压缩机、冷凝器制冷的方式使得降温速率慢，箱内达到试验温度所需时间长。

自然雪由大气层中水蒸气凝华而成，基于此，人们发明了造雪机以满足滑雪场对雪的需求。将具有一定压力的水与压缩空气混合，利用高速气流将液滴粉碎形成水雾，水雾在-15℃环境中结晶即能形成雪花。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车轮碾压结冰和积雪路面的室内模拟装置及方法，解决了现有的路面破冰模拟试验仪存在的成本高、时间长的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种车轮碾压结冰和积雪路面的室内模拟装置，包括环境调节系统、轮碾系统和造雪系统，其中，轮碾系统和造雪系统均布置在环境调节系统内；

所述环境调节系统包括控制器箱、温度传感器、湿度传感器、红外感温装置和实验仓，其中，温度传感器、红外感温装置和湿度传感器均与控制箱连接，且安装在实验仓内；控制箱设置在实验仓的外侧；温度传感器和湿度传感器分别用于采集实验仓的温度和湿度，并将采集到的温度和湿度传输到控制箱；红外感温装置用于采集试件表面温度，并将采集到的试件表面温度传输到控制箱；控制箱用于根据接收到的温度、试件表面温度和湿度控制造雪系统的启停，用以控制验仓内所需的实验环境；同时，控制箱用于控制轮碾系统的启停以及工作方式。