УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ЗАБЛОКИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам оперативного измерения коэффициента сцепления заблокированного автомобильного колеса при его скольжении по твердому дорожному покрытию, и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
Известен портативный прибор ударного действия МАДИ (Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М. Транспорт, 1985 с.201-202), позволяющий имитировать процесс скольжения заблокированного автомобильного колеса по дорожному покрытию, который состоит из двух резиновых имитаторов толкающих тяг, соединенных шарнирами с подвижной муфтой и резиновыми имитаторами, опорной штанги, в верхней части которой закрепляется подвижной груз, пружин и регистрирующей шайбы.
Данный прибор не позволяет с высокой точностью воспроизвести движение (трение, скольжение) именно автомобильного колеса, поскольку не имитирует резиновыми имитаторами его конструкцию как таковую (отсутствует форма шины колеса и дифференцируемое давление воздуха в нем, свойства имитации сцепных качеств ограничены характеристиками имитаторов), что влечет за собой погрешности. Помимо этого, недостатком прибора является то, что перед использованием, прибор сначала необходимо оттарировать на ровном месте, затем на исследуемом.
В качестве прототипа принята динамометрическая тележка конструкции Э.Г. Подлиха (МАДИ) (Боровский Б.Е. Безопасность движения автомобильного транспорта. - Л.: Лениздат, 1984. - 304 с, ил., с. 102-103), состоящая из прицепного устройства, колеса с шиной, несущей рамы, рамы загрузки амортизатора и металлических дисков в качестве груза.
Основным недостатком описанной установки является то, что ее работа ограничивается использованием несъемного универсального измерительного автомобильного колеса (независимо от целей измерения), что значительно снижает возможности моделирования поведения автомобильного колеса, привязанного к определенному ДТП, на дорожном покрытии при различных условиях, а, следовательно, достоверность и точность проводимых измерений. Действительно, сцепные качества дороги определяются, главным образом, за счет ее шероховатости и степени увлажнения, в то время как те же качества автомобиля зависят от ряда факторов, не имеющих никакого отношения к качеству эксплуатируемого покрытия, в частности, состояния контактной поверхности автомобильного колеса (его протектора шины -высота износа грунтозацепов, геометрический рисунок протектора и т.д.), степени его накаченности и конструктивных его особенностей (диаметр, высота профиля боковины шины и т.д.), нагрузки на колесо (которая изменяется при торможении за счет перераспределения сил) и т.д. Также к недостаткам следует отнести и то, что данное устройство (впрочем, как и другие) обладает возможностью измерения только параметров прямого торможения (измерение параметров бокового скольжения исключается конструктивной особенностью установки) испытуемого колеса по испытуемой поверхности.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием в состоянии бокового скольжения.
Это достигается тем, что установка для измерения коэффициента сцепления заблокированного автомобильного колеса с дорожным покрытием, содержит горизонтально расположенную несущую раму с автомобильным колесом, к передней стенке которой присоединено прицепное устройство. Предложенное решение содержит горизонтально расположенную подвижную квадратную раму, в верхней части которой закреплено на каждой стенке более одной стойки, расположенной на одинаковом расстоянии от центральной оси и друг от друга, а несущая рама, выполнена квадратного сечения с отверстиями под стойки, через которые осуществляется ее крепление с подвижной рамой.
Конструктивный универсализм установки позволяет в равной степени измерять коэффициент сцепления заблокированного автомобильного колеса, привязанного к конкретному ДТП, с дорожным покрытием непосредственно на месте ДТП, как при прямом торможении, так и при боковом скольжении.
Сущность установки для измерения коэффициента сцепления заблокированного автомобильного колеса с дорожным покрытием поясняется графическим изображением, на котором изображен ее общий вид (фиг. 1), на фиг. 2 - фотография установки.
Установка для измерения коэффициента сцепления заблокированного автомобильного колеса с дорожным покрытием содержит горизонтально расположенную квадратную подвижную раму 1, на внешних сторонах противоположных боковых стенок которой установлены, например по два колеса 2 свободного вращения подшипникового типа. В верхней части подвижной рамы жестко закреплены, например, сваркой, вертикальные направляющие стойки 3, более одной на каждой стенке подвижной рамы. Вертикальные направляющие стойки предназначены для установки на ней квадратной несущей рамы 4 через соответствующие сквозные отверстия, изготовленные в стенках несущей рамы. К боковым стенкам несущей рамы крепятся две поперечины 5, на которые, например, через фланец 6 крепится автомобильное колесо 7. На внешней поверхности передней стенки несущей рамы, с помощью двух крепежных пальцев 8, закреплено прицепное устройство 9, которое зафиксировано регулируемой стяжкой 10, связанной с подвижной рамой. Для снятия показаний и имитации нагрузки используется соответственно измерительное устройство, например - динамометр, и дополнительные грузы, в общей сложности до 120 кг. (на фиг. не показаны).
Для измерения коэффициента сцепления при прямом торможении съемную несущую раму 4 через отверстия, с помощью вертикальных направляющих стоек 3, устанавливают на подвижную раму 1. Через фланец 6 к двум поперечинам 5, установленным на несущей раме, крепят автомобильное колесо 7, демонтированное с автомобиля, участвовавшего в ДТП. С помощью такого соединения несущая рама свободно перемещается вверх и вниз относительно вертикальных направляющих стоек (перемещение ограничено конструктивными размерами колеса) и имеет возможность демонтажа с подвижной рамы и установки обратно с разворотом на 90° относительно нее. Для имитации фактической нагрузки, приходящейся на колесо автомобиля, несущую раму нагружают дополнительными грузами (например, в общей сложности до 120 кг.). Распределение нагрузки дополнительными грузами происходит равномерно или из расчета перераспределения нагрузки при торможении на автомобильное колесо, при давлении в колесе 0,2 МПа (или иное, если оно отличалось на момент ДТП). К внешней поверхности передней стенки несущей рамы полученной конструкции с помощью крепежных пальцев 8 крепят прицепное устройство 9, которое фиксируют стяжкой 10 в горизонтальном положении и сцепляют жестко через измерительное устройство, например, динамометр (на фиг. не показан), с автомобилем, который осуществляет транспортировку установки, с помощью установленных на подвижной раме колес 2, по участку дороги с постоянной заданной скоростью с целью измерения коэффициента сцепления.
Для измерения коэффициента сцепления при боковом скольжении, несущую раму 4 отсоединяют от прицепного устройства 9 извлечением пальцев 8. Благодаря тому, что несущая рама выполнена съемной и квадратной, ее снимают с вертикальных направляющих стоек 3, разворачивают на 90° относительно подвижной рамы 1, которая остается в первоначальном положении, и снова устанавливают на стойки, после чего с помощью пальцев присоединяют прицепное устройство к внешней поверхности боковой стенки несущей рамы и фиксируют стяжкой 9.
Дальнейшая работа по измерению коэффициента сцепления при прямом или боковом торможении сводится к перемещению устройства в ведомом режиме по поверхности дороги. Динамометром измеряется сила тяги, исходя из которой вычисляется искомый коэффициент по формуле:
,
где: m - нагрузка на колесо, кг;
V - скорость перемещения установки, м/с;
S - перемещение установки, м;
q - удельное давление в колесе, МПа;
2
А - площадь пятна контакта шины с опорной поверхностью, м;
P - буксирующая сила, H.
Предлагаемая установка имеет небольшие габаритные размеры, может быть использована в различных условиях непосредственно на месте ДТП (что, ввиду сложности сохранения дорожных условий на момент ДТП с течением времени, обеспечивает необходимую оперативность и качество измерения), позволяет использовать широкий спектр колес (независимо от конструктивных размеров) легковых автомобилей, обеспечивая вариативность их использования (накаченность колеса, износ и рисунок протектора шины, высота его грунтозацепов и т.д.), а также позволяет измерять в равной степени, как прямое торможение, так и боковое скольжение, т.е. установка является универсальной. Кроме этого, предложенное устройство максимально приближено имитирует, за счет и амортизирующих свойств самого колеса и нагружения его грузами, условия эксплуатации автомобильного колеса при торможении автомобиля.
Таким образом, задача измерения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием в состоянии бокового скольжения, стоящая перед автором, решена.