УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РОВНОСТИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к дорожному строительству и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к устройствам для контроля микронеровностей дорожного покрытия и определения вероятностно-статистических характеристик продольного профиля поверхности дороги.
Статистические данные о микропрофилях дорог применяются при выборе размеров, формы и расположения препятствий на треках полигонов для ресурсных испытаний, при выборе программ и режимов испытаний автомобилей, при расчете характеристик плавности хода и нагруженности деталей машин. Профиль автомобильной дороги должен быть сформирован таким образом, чтобы он характеризовался длинами волн, которые не влияют или мало влияют на нагруженность несущей системы и на величину ускорений транспортного средства. Наибольшее влияние на вибронагруженность транспортного средства оказывают средние волны, имеющие длину от 10 см до 10 м, влияние длинных волн зависит от скорости движения машины.
Известны устройства, используемые для фиксации микропрофиля дорог, например, нивелиры, устанавливаемые на штатив и оборудованные зрительной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем (А.А.Силаев, И.Г.Пархиловский. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин, М.: МАШГИЗ, 1953 г.166 с).
Данные устройства обладают высокой точностью получаемых результатов, однако, операция фиксирования микропрофиля с помощью нивелира трудоемка и требует исключения исследуемого участка дороги из схемы движения автотранспорта.
Известно устройство для измерения ровности дорожного покрытия, включающее рейку, шарнирно связанную одним концом с транспортным средством, а другим - с вертикальной стойкой, на которой с возможностью кругового вращения на втулке закреплена ось копирующего колеса и жестко закреплена лыжа. При движении транспортного средства ось совершает вращательное движение вокруг стойки с круговым перемещением по покрытию копирующего колеса. Высоту неровностей покрытия фиксирует датчик вертикальных перемещений, сигналы которого поступают на регистрирующее и запоминающее приспособления (АС №1530654, МПК: E01C 23/07).
Однако данное устройство не позволяет достоверно установить характеристики ровности дорожного покрытия, если длина его волны более 5 м, поэтому выходной сигнал данных устройств искажен влиянием длинноволновых составляющих профиля (макрорельефом профиля).
Наиболее близким к предлагаемому решению является установка для обмера микропрофиля дорог, включающая ферму, опирающуюся на опоры на расстоянии 30 м друг от друга. Ферму устанавливают на проезжей части дороги и производят замер высот микропрофиля с помощью прибора, движущегося по ферме и фиксирующего высоту от базы (часть фермы) до поверхности дороги. В дальнейшем ферму каждый раз перемещают на 30 м, установив начало фермы в месте окончания замеров, и снова снимают показания (Яценко Н.Н. Щупляков B.C. и др. Установка для обмера микропрофиля дорог//Автомобильная промышленность, 1966, №12, С.12-14).
Однако измерение высот неровностей данным способом исключает из рассмотрения длины волн более 30 метров. Кроме того, недостатками данной установки являются высокая трудоемкость, невозможность замера высот неровностей на дорогах, по которым движется поток автотранспорта, а также неточная фиксация волн большой длины, т.к. начало отсчета может попасть на середину волны и вся информация окажется искаженной.
Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего фиксировать высоты неровностей микропрофиля автомобильных дорог в общем потоке движущихся автомобилей на определенной базе измерения, учитывающей скорость движения транспортного средства и его собственную частоту колебаний.
Техническим результатом является исключение из микропрофиля длин волн, не влияющих на вибронагруженность несущей системы автомобиля.
Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения ровности дорожного покрытия включает жесткую платформу, снабженную упруго соединенными с платформой колесами, измеритель вертикальных перемещений и мерное колесо. Колеса закреплены на равноудаленном расстоянии друг от друга, а измеритель вертикальных перемещений и мерное колесо закреплены в центральной части платформы.
При этом упругое соединение колес с платформой представляет собой узел, включающий жестко прикрепленный к платформе кронштейн, рычаг, шарнирно соединенный с кронштейном с одной стороны и неподвижно соединенный с осью колеса - с другой, и пружину, один конец которой закреплен на рычаге, а другой - на кронштейне. Платформа выполнена длиной не менее 16 м, расстояние между колесами составляет 1,2-1,6 м, количество колес - не менее 10 пар.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства, на фиг 2.- общий вид колеса с креплением, на фиг.3-схематичное изображение мерного колеса.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - платформа, 2 - подрессоренные колеса, 3 - поперечная ферма, 4 - пояс, 5 - стойка, 6 - раскосы, 7 - лист, 8 - кронштейн, 9 - рычаг, 10 - пружина, 11 - измеритель вертикальных перемещений, 12 - мерное колесо, 13 - буксировочная серьга, 14 - боковые осветительные фонари, 15 - соединительный разъем для подключения электрооборудования, 16 - разъем для подключения запоминающего устройства, 17 - контакт мерного колеса, 18 - направляющая мерного колеса, 19 - вертикальная ось мерного колеса.
n
n
Устройство для измерения ровности дорожного покрытия включает жесткую платформу 1, которая представляет собой пространственную металлоконструкцию в виде параллелепипеда, сваренную из труб прямоугольного профиля (см. фиг.1). На платформе 1 на равноудаленном расстоянии друг от друга закреплены индивидуально подрессоренные колеса 2. Длину платформы рассчитывают в зависимости от скорости движения транспортного средства V и низшей частоты его собственных колебаний fn по формуле L=V/f и выбирают не менее 16 м, что соответствует V=60 км/ч, f=1 Гц. Ширину платформы выбирают не более 2,5 м, высоту - 0,55 м, что обеспечивает требуемую жесткость всей конструкции. Платформа 1 состоит из четырех продольных поясов 4 и поперечных ферм 3, включающих стойки 5 и раскосы 6. Левая, правая боковины, верх и основание платформы также выполнены в виде ферм. Для увеличения крутильной жесткости платформы ее боковины и верх защищены листом 7. Колеса 2 прикреплены к платформе с помощью приваренного к ней кронштейна 8, шарнир но связанного с рычагом 9, который неподвижно соединен с осью колеса 2. На рычаге 9 установлена пружина 10, соединенная с кронштейном 8 при помощи неподвижной опоры (см. фиг.2). Диаметр колес составляет 315-500 мм, колеса закреплены на равноудаленном расстоянии друг от друга 1,2-1,6 м и их количество выбирают не менее 10 пар, что обусловлено минимально допустимым отклонением от теоретического значения величины дисперсии экспериментально построенной скользящей средней (отклонение дисперсии величин ординат скользящей средней реального микропрофиля от дисперсии величин ординат скользящей средней измеренного микрб профиля должно быть не более 5%, см. таблицу). Длина исследуемого участка дороги должна быть не менее 100 м.
В средней части по длине платформы установлены два связанных между собой прибора в виде измерителя вертикальных перемещений 11, фиксирующего высоту неровности от середины платформы до поверхности дороги, и мерного колеса 12, задающего с помощью контакта 17 шаг измерения высот неровностей по длине дороги, например, 25 или 50 см. Вертикальная ось 19 мерного колеса 12 перемещается в направляющих 18, жестко соединенных с платформой 1. Измеритель вертикальных перемещений 11 может быть выполнен, например, в виде контактного датчика, расположенного на подвижной вертикальной оси 19 мерного колеса 12. Мерное колесо может быть установлено в любой точке по ширине платформы, что позволяет оценивать вероятно-статистические характеристики микропрофиля по любому продольному сечению дороги в пределах ширины конструкции устройства.
Таблица
Зависимости величины дисперсии высот неровностей от количества пар колес платформы длиной 16 м. Асфальт «хороший»
Число колес
5
6
8
9
10
12
13
14
17
Стандартное отклонение (см)
0,68
0,70
0,66
0,65
0,64
0,64
0,63
0,63
0,63
Дисперсия (см<sup>2</sup>)
0,46
0,49
0,44
0,42
0,41
0,40
0,40
0,40
0,40
% отклонения
15,79
25,57
10,92
7,06
4,79
2,52
1,08
2,27
1,74
Предлагаемое устройство является буксируемым транспортным средством и снабжено сцепным элементом в виде буксировочной серьги 13, при помощи которого оно крепится к автомобилю-тягачу, движущемуся по полосе движения. Кроме того, устройство снабжено боковыми осветительными фонарями 14 в соответствии с ГОСТ Р 41.48-99.
Платформа 1 также снабжена соединительным разъемом 15 для подключения электрооборудования, обеспечивающего освещение платформы, а также разъемом 16, обеспечивающим связь измерителя вертикальных перемещений 11 с запоминающим устройством, расположенным в машине-тягаче.
n
n
Работа заявляемого устройства основана на методе скользящей средней продольного микропрофиля дороги (Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей. М., «Наука», 1968), заключающегося в том, что значение любой ординаты микропрофиля определяют как разность между измеренным значением ординаты и средним значением, подсчитанным как среднее арифметическое всех ординат в пределах принятой базы обработки (длины отрезка измеренного участка, для которого определяется математическое ожидание микропрофиля), причем, рассматриваемая ордината является центром базы. При переходе к следующей ординате среднее значение изменяется и, таким образом, центр базы и математическое ожидание скользят от точки к точке. Максимально учитываемые длины волн неровностей, оказывающие силовое воздействие на автомобиль, определяют с учетом скорости его движения V и низшей частоты собственных колебаний f по формуле: L=V/f. В тоже время, максимально учитываемая длина волны неровности является базой осреднения при обработке микропрофиля методом скользящей средней.
Предлагаемое устройство позволяет функционально реализовать скользящую среднюю микропрофиля на данной базе и измерять высоты микронеровностей дороги от этой скользящей средней.
При движении предлагаемого устройства по дороге за машиной-тягачом индивидуально подрессоренные колеса 2 играют роль текущих ординат микропрофиля (высот неровностей дороги), а центр устройства движется по траектории скользящей средней. Измеритель вертикальных перемещений 11 контактным или бесконтактным способом фиксирует величины высот неровностей от середины платформы 1 до поверхности дороги и передает дискретные данные в запоминающее устройство, расположенное в машине-тягаче. После прогона устройства по участку дороги производят обработку записанного массива данных, рассчитывают высоты неровностей сглаженного микропрофиля и его вероятностно - статистические характеристики (дисперсию, корреляционную функцию).
Использование заявляемого устройства при проведении диагностики ровности автомобильных дорог позволяет получать достоверную и качественную информацию, соответствующую требованиям, предъявляемым к техническому состоянию автомобильных дорог при различных сочетаниях скоростей движения и собственных частот колебаний транспортных средств. Кроме того, использование заявляемого устройства дает возможность классифицировать дороги с учетом их дисперсии высот неровностей и максимально учитываемых длин волн, исключая длины волн неровностей, большие длины платформы, и позволяет фиксировать продольный микропрофиль дорог в общем потоке движущихся автомобилей.