道路材料动态试验设备发展的新阶段
Next Level
2024年下半年，我们在推广电动道路材料动态试验机的过程中取得了里程碑式的进展。首先，我们为山东省交通科学研究院交付了国内首台30KN的电动道路材料动态试验机AsphaltQube PRO。接着，东南大学和内蒙古大学各自相继购买了1台AsphaltQube PRO，也将于今年内交付使用。至此，我们已向国内引进了8台*电动道路材料动态试验机，同期电动设备的销量已经超过了液压设备的销量，代表道路材料动态试验设备的应用推广跨入了新的阶段。
* 还包括5台15kN动态荷载的AsphaltQube：山东交科院，山东高速集团，山东交通学院，中国民航大学和东南大学。
图1：山东交科院交付的AsphaltQube PRO
所谓的“电动”，主要是相对于传统的液压技术而言的。图2左侧是传统的液压系统工作原理示意图，这种系统包括了液压站（俗称油泵），伺服阀，散热器，密封元件，过滤器，油管，蓄能器…作动器等组件构成。通过控制液压系统中液压油的流向，油压和流速来控制作动器进行双向运动；图2右侧是电动系统的工作原理示意图，右侧的电机旋转时通过传动系统直接驱动作动器的双向运动。
图2：
液压系统原理图（左）和电动作动器原理图（右）
从系统的结构组成和工作原理可以看出：电动技术用于材料试验机具有明显的优势：
- 结构紧凑，体积小，可以在试验机中内置安装，无需外部设备。
- 运行噪音低，设备周边2米范围左右的噪音在70dB左右，噪音来源更多是制冷设备。
- 没有液压系统密封件老化导致的漏油问题，实验室清洁无污染。
- 液压系统受油温，液压油质量、清洁程度变化影响性能。
- 电动系统是“自动档”控制，液压系统是“手动档”，需要切换高压/低压。
- 易于保养，500小时使用润滑油保养一次。
- 易于维修、更换。
- 成本更低。
基于电动系统的诸多优势，在加载能力和测试频率符合试验需求的前提下，电动系统替代液压系统已经成为大势所趋。我们独家代理的意大利CONTROLS已经将电动技术应用于各种动态、静态试验机，旋转压实仪，轮碾压实仪，汉堡车辙仪等设备，基本完成了对传统设备的升级换代。
图3：CONTROLS意大利总部培训室
（15kN的AsphaltQube电动试验机和试验模块）
AsphaltQube系列设备作为CONTROLS多年来从事沥青混合料动态试验设备研发制造的经验和技术的结晶，与市场上其他同类设备相比，还具有众多无与伦比的优势：
- “All in One”一体机设计。
图4是目前CONTROLS生产的3款电动型动态试验机，分别为电动型AMPT（即AMPTQube），15kN和30kN的电动型UTM（即AsphaltQube和AsphaltQube PRO）。3款设备完全采用一体机设计，控制器，作动器，伺服电机，反力架，温控系统都采用内置设计（包括三轴试验需要的空压机选项），底部带有万向轮。这种设计大大减小了实验室布置的压力，甚至可以将设备运输到项目现场进行质量控制试验。
图4：AMPTQube（左），AsphaltQube（中）和AsphaltQube PRO（右）
- 试验准备更加轻松。
AsphaltQube系列设备在环境箱内部布设了传感器的快速接口，操作人员可以非常方便的将测量试件变形的传感器与控制器快速连接，避免了UTM系统的穿线工作。符合人体工学设计高度，大尺寸的工作台也方便用户进行传感器安装，在设备中进行定位。试验人员可以通过AsphaltQube PRO前方操作面板上的摇杆直接调整反力架横梁高度和作动器的垂直位置，快速将设备调整到试验准备就绪的位置。宽敞的环境箱内部空间可以同时对多个试件进行保温。
图5：试件安装示例
- 更轻松的作动器控制。
AsphaltQube系列电动系统在控制作动器的位置时，只需切换“快速”和“慢速”，即可直接点击上下键按钮即可，如图6左侧截图；而液压型设备则需要在开机后按顺序切换液压泵的高压或低压，分油站的高压或低压，然后才能控制作动器的升降，如图6右侧截图。这种操作上的差异类似于汽车“自动档”和“手动档”的区别，对于试验人员来说，毫无疑问是越简单越好。
图6：UTS软件虚拟控制面板（左侧为电动系统，右侧为液压系统）
迎接未来的挑战
CONTROLS（IPC）作为全球沥青混合料动态试验机用户最多的设备制造商，对全球各国的测试方法和研究需求有着全面、深入的认识，全球众多的沥青混合料试验方法甚至都是基于其设备开发的。欧美大地作为国内动态试验机用户最多的公司也对国内的研究需求，规范发展方向最清楚的公司也充分而深入的了解沥青混合料试验设备的发展方向。AsphaltQube系列电动型动态试验机正是满足现在和未来需求的产品，值得期待。3款不同型号的电动设备在处于不同的定位条件下，更是凸显优势：
- AsphaltQube PRO。
CONTROLS将这款具有30KN动态加载能力的设备定位为UTM-30的升级产品，其双柱式反力架的最大净空和双柱间距仅略小于UTM-30，具有足够的空间安装标准三轴室，四点小梁弯曲试验夹具，约束试件温度应力试件等模块，可以完成UTM-30所有能够完成的试验。
图7：AsphaltQube PRO安装标准三轴室（左）和四点小梁弯曲夹具（右）
- AsphaltQube。
这款产品的最大动载±15kN，温控范围-10℃~+60℃，双柱反力架净空最大允许安装的三轴室能够容纳的试件尺寸为φ100mm×高150mm。这些指标的制约不适合从事极寒、高温、重载的研究，但是对于一般规范要求的质量控制试验来说，这款产品是性价比最高的。
例如，新版沥青路面施工技术规范中将要重点要求的“动态模量”，“疲劳寿命”，“常温开裂指数”，“低温破坏应变”等试验方法，都是可以通过AsphaltQube来完成的。对于综合甲级、乙级类的检测公司来说，这是性价比最高，使用最方便的一款设备。
图8：四点小梁弯曲疲劳试件安装
- AMPTQube。
与AsphaltQube相比，AMPTQube将上方的环境箱换成了三轴室，这种方案的缺点在于无法进行梁型试件的试验。但如果用户需要大量开展三轴试验，例如带围压的动态模量，或是美国标准的应力扫描车辙（SSR）等试验，那这种三轴室自动升降的能力和一体化结构无疑操作更加方便，再也无需用户搬运沉重的三轴室，在不同试验模块之间进行切换。
图9：AMPTQube试件安装
无论新的设备具有多少优点，对于用户来说，最关心的问题始终是测试结果如何。为此，CONTROLS提供可图10所示的AsphaltQube PRO标定结果示例，红色方框内的荷载标准误差远优于规范要求的误差范围10%。
图10：AsphaltQube PRO的标定结果示例
为此，CONTROLS的产品经理Andrea Carlessi还写道“This was one of the key points when we developed AQ and AQ Pro*: we know most of the clients already owned servo-hydraulic units, so as they received the new AQs they'd be running comparison results with the older unit, as they usually do. So AQ must have equivalent or better performance than any servo-hydraulic machine (obviously where the 2 machines' specs are overlapping). And the good results from these tests in one of the reasons AsphaltQube has been so popular.” 这是我们开发AQ和AQ Pro的关键点之一:我们知道大多数客户已经拥有伺服液压装置，所以当他们收到新的AQ时，他们会与旧装置进行比较，就像他们通常做的那样。因此，AQ必须具有与任何伺服液压机相当或更好的性能(显然这两台机器的规格重叠)。这些测试的良好结果是AsphaltQube如此受欢迎的原因之一。
备注：AQ即AsphaltQube，AQ PRO即AsphaltQube PRO。
随着3台AsphaltQube PRO的引进，山东交科院、东南大学和内蒙古大学3个用户将分别使用该设备开展聚氨酯混合料，环氧树脂等新材料的研发，开展路面材料性能的多尺度研究，进一步拓展应用领域，为用户创造更大的价值。
