ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РОВНОСТИ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF EVENNESS OF ROAD AND AERODROME COATINGS

Изобретение предназначено для определении ровности дорожных и аэродромных покрытий при выполнении работ по оценке качества их строительства и проведении диагностики состояния ровности покрытий дорог и аэродромов.
Известен прибор для контроля ровности ПКРС-2, который выполнен в виде одноколесного прицепа, имеющего кузов и подвеску. При движении по дороге кузов на эластичной подвеске перемещается относительно колеса в вертикальной плоскости. Перемещения фиксируются датчиком и регистрируются компьютером. Ровность покрытия оценивается суммарной величиной перемещения кузова относительно колеса, зафиксированной на известном расстоянии (1).
Недостатком прибора является то, что показания прибора зависят от большого количества факторов - скорости движения, конструктивных и эксплуатационных параметров пневматической шины, амортизационных свойств подвески. Это не позволяет получить объективную картину состояния ровности обследованного покрытия.
Прототипом настоящего изобретения является прибор, представляющий собой установленную на автомобиль комбинацию вертикально ориентированных датчиков - лазерного датчика расстояния, измеряющего расстояния до дорожного покрытия, и датчика ускорения. При движении автомобиля датчик расстояния фиксирует расстояния от комбинации датчиков до дорожного покрытия, а датчик ускорения - возникающие на неровностях дорожного покрытия вертикальные ускорения. В дальнейшем вертикальные ускорения дважды интегрируются, в результате чего определяются вертикальные перемещения комбинации датчиков. Рассчитанные вертикальные перемещения суммируются с расстояниями от комбинации датчиков до покрытия, зафиксированными датчиком расстояния. В результате сложения рассчитанных по датчику ускорения перемещений и расстояний измеренных лазерным датчиком получают продольный профиль дорожного покрытия, в дальнейшем служащий для количественной оценки ровности. В качестве датчика расстояния, как правило, используется лазерный датчик, обладающий высокой частотой и точностью измерения (2).
Недостатком устройства является то, что при движении по дороге кузов автомобиля испытывает значительные вертикальные ускорения, затрудняющие сложение амплитуд, зафиксированных лазерным датчиком и рассчитанных в результате интегрирования показаний датчика ускорения. При этом для фиксации ускорений возникает потребность применять датчики ускорения с большими пределами измерений, что снижает их точность. Другим недостатком является то, что попадающая на стекла лазерного датчика пыль, запотевание стекол при перепадах температур, а при работе на увлажненном покрытии мелкие брызги приводят к сбоям в работе лазерного датчика, что требует прекращение измерений для удаления загрязнений.
Технической задачей заявленного изобретения являются предотвращение засорения и запотевания лазерного датчика, а также повышение точности получаемых результатов, достигаемое снижением вертикальных ускорений, действующих на комбинацию датчиков.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в приборе для измерения ровности дорожных и аэродромных покрытий, содержащем комбинацию датчиков, установленную на автомобиль, состоящую из лазерного датчика, измеряющего расстояние от датчика до покрытия, и датчика ускорения, фиксирующего вертикальные ускорения, согласно изобретению комбинация датчиков установлена на массивном поршне в выполненном в нем центральном сквозном отверстии, а упомянутый массивный поршень размещен в цилиндрическом корпусе с возможностью свободных вертикальных перемещений на эластичном подвесе, причем цилиндрический корпус имеет верхнюю и нижнюю крышки, верхняя крышка которого соединена воздуховодом с салоном автомобиля, при этом воздуховод имеет патрубок, внутри которого размещен вентилятор, нагнетающий воздух из салона в цилиндрический корпус, и воздушный фильтр, а в нижней крышке цилиндрического корпуса выполнено окно.
Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что в устройстве комбинация датчиков установлена на массивном поршне, имеющем свободу вертикальных перемещений в цилиндрическом корпусе на эластичном подвесе. За счет наличия эластичного подвеса снижаются действующие на комбинацию датчиков вертикальные ускорения, что способствует повышению точности измерений. Наличие патрубка, соединяющего верхнюю крышку цилиндрического корпуса с салоном автомобиля, внутри которого размещен вентилятор, нагнетающий воздух из салона автомобиля через воздушный фильтр, в сочетании с наличием нижней крышки цилиндрического корпуса, выполненной с окном, предотвращают запотевание и засорение лазерного датчика.
Конструкция прибора поясняется чертежом, на котором изображена его схема. На чертеже стрелками показано направление движения воздуха, подаваемого при измерении ровности из салона автомобиля.
Прибор для измерения ровности дорожных и аэродромных покрытий содержит комбинацию датчиков, установленную на автомобиле, состоящую из лазерного датчика 1, измеряющего расстояния от датчика до покрытия, и датчика 2 ускорения, фиксирующего вертикальные ускорения. При этом упомянутая комбинация датчиков установлена на массивном поршне 3 в выполненном в нем центральном сквозном отверстии (на чертеже не обозначено). При этом массивный поршень 3 размещен в цилиндрическом корпусе 4 с возможностью свободных вертикальных перемещений, осуществляемых без существенного трения и люфтов на эластичном подвесе 5. Цилиндрический корпус 4 имеет верхнюю и нижнюю крышки 6 и 7, соответственно, верхняя крышка 6 соединена воздуховодом 8 с салоном автомобиля, а воздуховод 8 имеет патрубок 9. Внутри последнего размещен вентилятор 10, нагнетающий воздух из салона автомобиля в цилиндрический корпус 4, а также воздушный фильтр (на чертеже не показан). При этом в нижней крышке 7 цилиндрического корпуса 4 выполнено окно (на чертеже не обозначено). Массивный поршень 3 может быть выполнен, например, из свинца, а эластичный подвес 5 - из резиновых жгутов. Крепление эластичного подвеса 5 осуществляется с помощью кронштейнов 11 с одной стороны - к массивному поршню 3, ас другой стороны - к верхней крышке 6 цилиндрического корпуса 4. Верхняя и нижняя крышки 6 и 7 стянуты шпильками 12 при помощи гаек 13. На этих же шпильках 12 закреплены верхние и нижние кронштейны 14 и 15, соответственно. Воздушный фильтр может быть установлен либо перед вентилятором 10, либо после него. Окно в нижней крышке 7 в транспортном положении закрывается заглушкой 16 с резиновой прокладкой 17, которые закрепляются с помощью болтов 18 с гайками 19. Прибор при помощи верхних и нижних кронштейнов 14 и 15, соответственно, крепится к кузову автомобиля.
Прибор для измерения ровности дорожных и аэродромных покрытий работает следующим образом.
Прибор при помощи кронштейнов 14 и 15 крепится на кузове автомобиля и при его движении по оцениваемому дорожному либо аэродромному покрытию высокочастотный лазерный датчик 1 измеряет расстояние до покрытия. При этом датчик 2 ускорения фиксирует ускорения, действующие на массивный поршень 3 прибора. Массивный поршень 3 на эластичном подвесе 5 при движении автомобиля за счет наличия неровностей покрытия испытывает низкочастотные вертикальные перемещения, снижая ускорения, действующие на комбинацию датчиков 1 и 2. Последующей обработкой путем двойного интегрирования рассчитываются вертикальные перемещения датчиков 1 и 2, закрепленных на массивном поршне 3 прибора. В результате сложения ординат, рассчитанных по ускорениям, зафиксированным датчиком 2 ускорения, и измеренных лазерным датчиком 1, определяются ординаты покрытия по полосе движения. По рассчитанным ординатам строится микропрофиль, отражающий состояние ровности оцениваемого покрытия. При работе прибора по воздуховоду 8 в цилиндрический корпус 4 поступает воздушный поток, который создается расположенным в патрубке 9 вентилятором 10. Воздух очищается от пыли установленным перед вентилятором 10 либо после него воздушным фильтром. Очищенный от пыли воздушный поток обтекает датчики 1 и 2, выходит из цилиндрического корпуса 4 через окно в нижней крышке 7, препятствуя загрязнению лазерного датчика 1. Для количественной оценки ровности используются программы, например, Road Roof, находящиеся в интернете в открытом доступе, позволяющие по зафиксированному микропрофилю рассчитать международный показатель ровности IRI (мм/м, либо м/км).
Точность записи микропрофиля, при помощи которого в дальнейшем рассчитывается показатель ровности, в значительной степени определяется качеством фиксации вертикальных ускорений, испытываемых и фиксируемых при проезде лаборатории комбинацией датчиков 1 и 2. Чем меньше Значения этих ускорений, тем с большей точностью можно сложить перемещения, рассчитанные по датчику 2 ускорения, с расстояниями от комбинации датчиков до покрытия, одновременно измеренными лазерным датчиком 1. Для снижения ускорений комбинация датчиков 1 и 2 закреплена на массивном поршне 3, выполненным, например, из свинца и имеющим низкую собственную частоту колебаний. Поршень 3 в вертикальной плоскости перемещается в цилиндрическом корпусе 4, имеющем зеркально гладкую поверхность, что обеспечило возможность его перемещения в вертикальной плоскости без существенного трения и люфтов.
Существенной проблемой, снижающей работоспособность аналогичных приборов, является засорение и запотевание лазерного датчика 1, поскольку защитить его от этого установкой перед ним стекла либо прозрачной пленки, невозможно, так как на пути лазерного луча и луча, отраженного от покрытия, не должно быть никаких препятствий. В приборе проблема решена его продувкой воздушным потоком. При работе прибора смонтированный в кузове автомобиля вентилятор 10 создает внутри цилиндрического корпуса 4 прибора интенсивное движение очищенного воздушным фильтром сухого воздуха, поступающего из салона автомобиля. При этом струи воздуха обходят лазерный датчик 1 и тем самым препятствуют его запотеванию и засорению пылью. Кроме того, лазерный датчик 1 размещен таким образом, что на его чувствительный элемент, фиксирующий отраженный луч, не попадает посторонний свет.Как показал опыт эксплуатации прибора, его конструкция позволяет выполнять измерения на свежеуложенных покрытиях, имеющих на поверхности неизношенную движением битумную пленку, на которых большинство лазерных ровномеров работать не могут.
Отличие устройства от ему подобных заключается в том, что комбинация датчиков смонтирована в цилиндрическом корпусе 4 на специальном эластичном подвесе 5, что при движении по покрытию снизило ускорения, воздействующие на комбинацию датчиков 1 и 2, а это позволило использовать более чувствительный датчик 4 ускорения. Внутри цилиндрического корпуса 4 в вертикальной плоскости перемещается массивный, например, выполненный из свинца, поршень 3, масса и размеры которого подобрана таким образом, чтобы при динамических воздействиях на кузов автомобиля неровностей он без люфтов в продольном и поперечном направлениях с минимальным трением перемещался лишь в вертикальной плоскости, снижая действующие на датчики 1 и 2 вертикальные ускорения.
Таким образом, изобретение позволяет предотвратить засорение и запотевание лазерного датчика, а в результате снижения вертикальных ускорений, действующих на комбинацию датчиков, увеличить точность получаемых результатов.
Источники информации
1. Технические указания по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог. Приложение к СНиП от 01 января 1978 года №ВСН 29-76 «Оценка ровности и коэффициента сцепления дорожных покрытий с помощью передвижной лаборатории ПКРС-2».
2. Особенности измерения ровности дорожных покрытий профилометрами. Канд. техн. наук Н.А Лушников, канд. техн. наук П.А. Лушников (ФАУ «РОСДОРНИИ»), инженер П.И. Александренко Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Сборник трудов, стр. 157-164 2015 г. (прототип)