ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСАДОК УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к дорожному строительству, точнее, к элементам устройства для измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным или аэродромным покрытием.
2
2
В Российской Федерации установлен стандартный метод измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием [ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»]. Стандарт предписывает использовать для измерений прицепной одноколесный прибор ПКРС-2 или его модификации. В этом методе исходным для расчета результатом измерения является максимальное касательное усилие, действующее вдоль дороги на площади контакта сблокированного измерительного колеса с дорожным покрытием при движении со скоростью 60 км/ч по обильно смоченной поверхности дороги. При этом согласно п. 1.4.2 указанного ГОСТа норма расхода воды установлена равной (1±0,2) л/м. При ширине беговой дорожки предписанной стандартом покрышки измерительного колеса равной 110 мм и полуторакратном запасе по ширине увлажняемой поверхности расход воды составит около 2,75 л/с. При продолжительности одного измерения (3…4) с и количестве измерений на одном километре пути согласно ГОСТу равном пяти, расход воды на 1 км составит 55 литров. Даже если предположить, что автомобиль-тягач прицепного прибора несет запас воды в 1000 литров, этого запаса при скорости 60 км/ч хватит менее чем на 20 километров. Поэтому даже небольшая экономия воды существенно повышает производительность измерений. Например, работа на нижнем пределе предписанного ГОСТом расхода - 0,8 л/м, повышает количество произведенных с одной заправки измерений на 20%. Однако ГОСТ не устанавливает требований к однородности распределения воды по увлажняемой поверхности, тогда как в действительности для точности и воспроизводимости измерений нужно чтобы равномерно увлажнена была именно поверхность, соприкасающаяся с беговой дорожкой измерительного колеса. А для экономии воды нужно, чтобы увлажнена была только эта поверхность.
Известно прицепное устройство GripTester МК2 содержащее измерительное колесо и устройство для увлажнения поверхности дороги, включающее установленный перед измерительным колесом насадок круглого сечения из гофрированной резины, соединенный шлангом с водяным баком автомобиля-тягача [http://griptester.us/portfolio-3--cols/]. Недостатком известного устройства является повышенный расход воды, вызванный ее неоптимальным распределением по поверхности дороги.
Известна мобильная лаборатория с устройством Dynatest 6875Н для измерения коэффициента сцепления, содержащая измерительное колесо и устройство для увлажнения поверхности дороги, включающее установленный перед измерительным колесом насадок с выходным отверстием, выполненным в виде щели, соединенный шлангом с водяным баком автомобиля-лаборатории. Ось шланга в месте его присоединения к насадку параллельна плоскости открытого среза насадка так, что поток воды, поступающий в насадок, меняет свое направление на 90°. [http://www.dynatest.com/media/4201file:///9_dynatest_6875h.pdf]. Известный насадок не обеспечивает равномерного распределения воды по поверхности дороги перед измерительным колесом и потому она должна подаваться с избытком. Во избежание перерасхода насадок установлен на минимальном расстоянии от дороги и измерительного колеса так, что случайная неровность или камешек на дороге могут повредить насадок. Поэтому известная лаборатория содержит средства для перевода насадка в транспортное положение поднятием его вверх. Это усложняет измерительное устройство.
Известен прицепной прибор для измерения коэффициента сцепления, содержащий измерительное колесо и устройство для увлажнения поверхности дороги, включающее установленный перед измерительным колесом насадок, выходное отверстие которого выполнено в виде щели, а входное - в виде круглого патрубка, соединенного шлангом с водяным баком автомобиля-лаборатории. Ширина щели насадка в несколько раз превышает диаметр его патрубка [http://www.viatech.no/products.aspx?lang=en&id=1]. Недостаток известного прибора - тот же, что и у предыдущего аналога.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический насадок устройства для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия, состоящий из разбрызгивающей пластины с выпускными отверстиями, скрепленной с симметричным в плане переходником, включающим входной патрубок круглого сечения, соединенный через патрубок переменного сечения с патрубком прямоугольного сечения, содержащим поперечную внутреннюю перегородку по широкой стороне, установленную так, что площадь просвета над перегородкой относится к площади поперечного сечения входного патрубка и к суммарной площади поперечного сечения сквозных отверстий как 2,3:1,0:0,39 [Стандарт США ASTM Ε 274-06 «Стандартный метод испытания для определения сопротивления скольжению твердых поверхностей с покрытием, с использованием полноразмерной шины»]. Диаметр отверстий в разбрызгивающей пластине составляет 3 и 5 мм, а их глубина - 50 мм. Указанная перегородка служит для задержания частиц, способных засорить сквозные отверстия.
Известный насадок не обеспечивает равномерного распределения воды по поверхности дороги перед измерительным колесом, поскольку расширяющийся переходник не подает воду равномерно ко всем отверстиям разбрызгивающей пластины: установлено, что расход воды через отверстия у ее коротких краев оказывается меньше, чем из отверстий в средней части. Для достаточного увлажнения периферийной части испытуемого участка вода должна подаваться под избыточным давлением, что приводит к ее перерасходу в центральной части. Кроме того, струи воды из периферийных, крайних отверстий, под воздействием обтекающего насадок воздушного потока, имеющего скорость около 17 м/с (измерения проводятся при скорости 60 км/ч), отклоняются кнаружи, усугубляя неравномерность увлажнения и требуя избыточной подачи воды.
Предложенная полезная модель направлена на решение задачи снижения расхода воды за счет повышения равномерности ее распределения по увлажняемой поверхности. Техническим результатом от решения этой задачи является, в конечном счете, повышение производительности измерений коэффициента сцепления благодаря применению в измерительном приборе предложенного гидравлического насадка, обеспечивающего равномерную подачу воды по всей ширине увлажняемой поверхности.
Указанный результат достигается тем, что в известном гидравлическом насадке устройства для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия, состоящем из прямоугольной разбрызгивающей пластины с отверстиями, скрепленной с симметричным в плане переходником, включающим входной патрубок круглого сечения, соединенный через патрубок переменного сечения с патрубком прямоугольного сечения, содержащим поперечную внутреннюю перегородку по широкой стороне, площадь просвета над перегородкой относится к площади поперечного сечения входного патрубка как (0,7…1,2):1,0.
Кроме того, оси отверстий разбрызгивающей пластины, расположенных ближе к ее коротким краям, направлены под углом (5…12) градусов к оси входного патрубка в сторону плоскости, перпендикулярной длинным краям пластины и проходящей через ось входного патрубка, причем суммарная площадь отверстий, направленных под указанным углом, относится к суммарной площади всех отверстий как (0,2…0,45):1, а их глубина превосходит диаметр не менее, чем в 4 раза.
Кроме того, указанный угол осей отверстий, расположенных ближе к коротким краям разбрызгивающей пластины установлен в указанных пределах тем большим, чем ближе отверстия к коротким краям пластины.
Благодаря сужению тому, что площадь просвета над перегородкой в патрубке прямоугольного сечения составляет (0,7…1,2) от площади поперечного сечения входного существенно улучшается равномерность расхода воды по всей площади разбрызгивающей пластины, поскольку существенно неоднородный поток, расходящийся по ширине от входного патрубка, попадая в патрубок постоянного прямоугольного сечения и натыкаясь на перегородку, перемешивается, скорости в нем выравниваются, а за перегородкой поток становится практически ламинарным. Давление и скорость потока у любого отверстия разбрызгивающей пластины становятся одинаковыми, что предопределяет и одинаковый расход воды через них. Это обеспечивает равномерное увлажнение полосы покрытия перед измерительным колесом, предотвращает перерасход воды, повышая тем самым производительность измерений.
Кроме того, поскольку насадок при измерениях располагают под углом всего в 20° к горизонту, в нем перед перегородкой сохраняется до следующего измерения запас воды. Это позволяет экономить время и воду на подготовку к следующему измерительному циклу.
Благодаря тому, что оси отверстий разбрызгивающей пластины, расположенных ближе к ее коротким краям, направлены в сторону плоскости, перпендикулярной длинному краю пластины и проходящей через ось входного патрубка, под углом (5…12) градусов к оси входного патрубка, а суммарная площадь отверстий, направленных под указанным углом, относится к суммарной площади всех отверстий как (0,2…0,45):1, поток воды изо всех отверстий насадка становится менее чувствительным к набегающему потоку воздуха, который, действуя в первую очередь, на крайние по ширине насадка струйки воды, отклоняет их вовне, расширяя тем самым сверх надобности увлажняемую полосу.
Благодаря требованию чтобы глубина этих отверстий, то есть толщина разбрызгивающей пластины в месте их расположения превосходила их диаметр не менее, чем в 4 раза, обеспечивается точное выдерживание заданного направления струйками воды из каждого отверстия и формирование суммарного потока требуемой конфигурации с требуемым распределением плотности по сечению.
Благодаря увеличению угла осей отверстий, по мере приближения к коротким краям разбрызгивающей пластины в пределах от 5 до 12°, снижается возмущающее действие наклонных струй на основной поток при сохранении устойчивости крайних струй к воздействию воздушного потока.
Выполнение последних трех признаков снижает расход воды, требуемой для равномерного увлажнения полосы дороги заданной ширины, повышая те самым производительность измерений.
Существо предложенной полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид на насадок со стороны разбрызгивающей пластины.
На фиг. 2 изображен вид сверху на предложенный насадок с частичными разрезами, поясняющими его внутреннее устройство.
На фиг. 3 изображен вид сбоку на предложенный насадок с частичным разрезом, поясняющим расположение перегородки.
Предложенный насадок (фиг. 2) состоит из прямоугольной разбрызгивающей пластины 1 (далее - пластина), снабженной множеством выпускных отверстий 2, оси которых, все или большей частью, перпендикулярны плоскости пластины. Пластина 1 имеет выступы 3, служащие для соединения с переходником 4 (фиг. 2 и 3), служащим для сопряжения пластины 1 с трубопроводом, подводящим воду. Скрепление пластины 1 с переходником 4 может осуществляться различным образом. На фиг. 2 для примера показано болтовое соединение. Между пластиной 1 и переходником 4 установлена прокладка 5. Термин «разбрызгивающая пластина» используется в уровне техники, хотя в предложенном насадке пластина 1, скорее, не пластина, а брусок, поскольку по указанным ниже причинам, ее поперечное сечение близко к квадратному.
Переходник 4 состоит из соединенных последовательно входного патрубка 6, имеющего круглое поперечное сечение и предназначенного для присоединения к шлангу системы увлажнения, треугольного в плане патрубка 7, расширяющегося от входного патрубка 6 к прямоугольному в плане патрубку 8, представляющему по существу отрезок трубы прямоугольного сечения. Патрубок 7 также имеет прямоугольное поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной оси патрубка 6. Если патрубки 7 и 8 гнутые из листа, то прямоугольники поперечного сечения могут иметь скругленные углы.
Как правило, внутренний диаметр D входного патрубка 6 (фиг. 3) превышает длину  короткой стороны пластины 1 и потому в одном измерении стенки патрубков 7 и 8 выполнены сходящимися от входного патрубка 6 к пластине 1 так, что на виде сбоку переходник 4 имеет клинообразную форму. Между собой патрубки 6, 7 и 8 соединены сваркой образуя единый гидроплотный переходник 4.
Внутри патрубка 8 приблизительно на равных расстояниях от его концов поперек его продольной оси, вплотную к той из его широких стенок 9 и 10, которая в рабочем состоянии насадка обращена к дороге (стенка 9), установлена перегородка 11 высотой h, выполненная в виде пластины из полосового материала. Концы перегородки вплотную доходят до узких стенок патрубка 8. Далее длина и ширина поперечного сечения патрубка 8 в месте расположения перегородки 11 будут обозначаться как L и H соответственно.
2
Высота перегородки 11 связана с внутренней шириной L патрубка 8 и внутренним диаметром D входного патрубка 6 соотношением: πD/4=(0,7…1,0)L×(H-h).
Здесь в левой части соотношения стоит площадь поперечного сечения входного патрубка 6, а в правой - площадь просвета между перегородкой 11 и стенкой 10.
В словесном выражении это означает, что площадь просвета над перегородкой 9 относится к площади поперечного сечения входного патрубка 6 как (0,7…1,2):1,0.
Разбрызгивающая пластина 1 выполнена в виде прямоугольного бруска с просверленными в нем одним или несколькими рядами отверстий 2, оси которых в одном из вариантов исполнения параллельны оси входного патрубка 6. Вышеупомянутый стандарт ASTM Ε 274-06 устанавливает, что отверстия 2 должны быть расположены в два рада, причем диаметр отверстий верхнего (считая от дороги) ряда должен быть равен 5, 1 мм, а диаметр отверстий нижнего ряда - 3,1 мм. Отечественный ГОСТ 30413-96 исполнения разбрызгивающей пластины не нормирует, но установленные им нормы расхода воды близки к указанным в американском стандарте.
Толщина, или размер t пластины 1 в направлении вдоль потока должен быть близок к четырех- пятикратному диаметру отверстий. При скоростях истечения, характерных для рекомендованного стандартами расхода воды это обеспечивает ламинарный режим потока и параллельность выходящих из отверстий струй воды.
Однако струи в центральной части пластины 1 взаимно экранируют друг друга от воздушного потока, тогда как струи из отверстий, ближайших к коротким краям отклоняются этим потоком кнаружи. Для компенсации этого отклонения, оси отверстий 12, ближайших к коротким краям 13 пластины 1, направлены под углом (5…12) градусов к оси входного патрубка 6 в сторону плоскости, перпендикулярной длинным краям 14 пластины и проходящей через ось входного патрубка. Оптимальным по расходу воды является исполнение, когда указанный угол назначается тем большим в пределах (5…12) градусов, чем ближе отверстия 12 к краю 13. На верхней части фиг. 2 в качестве примера показано исполнение, в котором оси ближайших к краю 13 отверстий составляют 12°, оси второго ряда отверстий 8° и оси третьего ряда составляют 5° с вышеуказанной плоскостью. Для облегчения сверления отверстий 12 на лицевой поверхности пластины 1 могут быть отфрезерованы площадки 15, как это показано на нижней части фиг. 2.
Испытания предложенного насадка показали, что его использование позволяет снизить расход воды на (14±2) % по сравнению с прототипом при совпадении измеренных значений коэффициента сцепления с тем и другим насадком.