ПРИЦЕПНОЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к дорожному и аэродромному строительству, точнее, к устройствам для контроля состояния дорог и аэродромов.
Известно устройство для определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием, содержащее измерительное колесо, связанное с автомобилем и приводимое во вращение цепью, натяжение которой служит индикатором усилия, требуемого для вращения заторможенного измерительного колеса, тормозное устройство и регистрирующую аппаратуру с пультом управления [SU 1236043]. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, связанная с опосредованным измерением усилия взаимодействия измерительного колеса с дорожным покрытием. Кроме того, известное устройство не обеспечивает приемлемых повторяемости и точности результатов измерения из-за того, что не содержит средств для измерения температуры тогда как усилие взаимодействия покрытия и колеса существенно от нее зависит.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является прицепной колесный прибор для определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием, содержащий измерительное колесо с тормозным устройством, динамометрический измерительный преобразователь (датчик), преобразующий измеряемую величину горизонтального усилия на колесе в электрические сигналы и средства для его связи с регистрирующими устройствами, установленными в буксирующем автомобиле-лаборатории [Прибор контроля ровности и коэффициента сцепления ПКРС-2 РДТ. Руководство по эксплуатации РДТ 697.00.00.000 РЭ. ОАО «Саратовский научно-производственный центр «РОСДОРТЕХ»]. Этот прибор согласно ГОСТ 30413-96 является стандартным средством для определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием при строительстве новых, реконструкции или эксплуатации существующих автомобильных дорог общего пользования, а также улиц и дорог городов, поселков, сельских поселений и внутрихозяйственных дорог. Стандарт требует во время проведения испытаний измерять температуру воздуха.
Известное устройство не обеспечивает удовлетворительной воспроизводимости результатов повторных измерений. Коэффициент сцепления зависит не только от температуры воздуха, но и в не меньшей степени от температуры каждой из двух взаимодействующих поверхностей - измерительного колеса и дорожного покрытия. Эти температуры коррелируют с температурой воздуха лишь в редких случаях. Например, в ясную погоду, при постоянной температуре воздуха, температура дорожного покрытия изменяется в широких пределах в зависимости от высоты стояния Солнца. В ясный летний полдень при высоком Солнце она может значительно превысить температуру воздуха, тогда как при пасмурной погоде или рано утром обе температуры будут близки по своим значениям. Но поскольку вязкость дорожного битума весьма чувствительна к температуре, результаты измерений будут сильно варьировать в зависимости от облачности. Температура же поверхности беговой дорожки протектора измерительного колеса практически всегда превышает температуру воздуха из-за нагрева непрерывно деформируемой резины, но может быть существенно выше или ниже температуры дорожного покрытия, которая, в свою очередь, зависит от погодных условий в месте измерения.
Предложенная полезная модель направлена на решение задачи обеспечения независимости результата измерения коэффициента сцепления от атмосферных воздействий на дорогу и на средства измерения. Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного способа, является повышение точности и воспроизводимости результатов измерений, снижение их зависимости от погодных условий.
Указанный результат достигается тем, что в известный прицепной прибор для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия, содержащий буксируемый прицеп с измерительным колесом, тормоз, измерительные преобразователи, преобразующие измеряемые параметры в электрические сигналы, и средства для передачи сигналов с преобразователей, дополнительно включены пирометрические преобразователи для измерения температуры дорожного покрытия и беговой дорожки измерительного колеса.
Кроме того, в прицепном приборе в качестве средств для передачи сигналов с преобразователей использованы передающие устройства для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации локальных беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.
Кроме того, в прицепном приборе в качестве средств для передачи сигналов с преобразователей использованы передающие устройства для беспроводной передачи данных на базе стандарта Wireless USB, подключенные к выходам пирометрических преобразователей.
Кроме того, на прицепном приборе установлены пирометры, включающие в себя пирометрические преобразователи (датчики) как составную часть.
Благодаря включению в состав прицепного прибора пирометрических преобразователей для измерения температуры дорожного покрытия и беговой дорожки измерительного колеса повышается точность и воспроизводимость результатов измерения горизонтального усилия на заторможенном измерительном колесе, поскольку эти результаты могут быть однозначно привязаны к значениям температур указанных элементов в момент перед началом измерения и вычисленное по ним значение коэффициента сцепления может быть откорректировано приведением к стандартным нормальным условиям испытаний.
Благодаря применению в качестве средств для передачи сигналов с преобразователей передающих устройств для беспроводной передачи данных повышается надежность передачи данных, поскольку исключаются соединительные провода и слаботочные штепсельные разъемы.
Благодаря установке на прицепном приборе пирометров повышается точность измерений и упрощается организация передачи данных, поскольку современные пирометры оснащаются передающими устройствами для беспроводной передачи данных.
Существо полезной модели поясняется чертежом фиг. 1, где показан предложенный прицепной прибор в составе мобильной измерительной лаборатории.
Прицепной прибор 1 содержит измерительное колесо 2 с тормозом 3 и устройством орошения 4, служащим для увлажнения дорожного покрытия перед измерением. Для защиты установленного на прицепном приборе оборудования от водных брызг служит крыло 5. Для измерения тягового усилия при заторможенном колесе 2 на прицепном приборе установлен динамометрический преобразователь или динамометр 6. Прибор 1 может быть оснащен также датчиком или динамометром для измерения вертикальной нагрузки на колесо (на чертеже не показан), для создания которой служат груза 7.
Прибор 1 сцеплен с автомобилем-тягачом 8, внутри кузова которого имеется лабораторное помещение для оператора и вычислительное устройство 9. Прибор 1 вместе с тягачом 8 образуют комплекс измерительный аэродромно-дорожной лаборатории.
В предложенном приборе установлены два пирометрических преобразователя 10 и 11, служащие для измерения температуры беговой дорожки измерительного колеса 2 (преобразователь 10) и дорожного покрытия 12 (преобразователь 11). Они могут быть установлены как самостоятельный узел. В этом случае несущий информацию сигнал о температуре передается по проводам или по радио на вычислительное лабораторное устройство 9 для окончательного преобразования в поддающиеся восприятию сведения о температуре. Преобразователи 10 и 11 могут также входить как элемент и составная часть в установленные на прицепном приборе пирометры, то есть устройства для бесконтактного измерения температуры. Иными словами, в настоящем описании термином «пирометрический преобразователь» обозначается как инфракрасный датчик сигнала о температуре измеряемой поверхности, преобразующий значение температуры в условленный электрический сигнал, не поддающегося пока непосредственному восприятию, так и пирометр в целом, как устройство, содержащее этот преобразователь как элемент, и преобразующее значение температуры в сигнал, непосредственно воспринимаемый человеком. Современные вычислительные лабораторные устройства в состоянии оперативно обрабатывать первичный сигнал с пирометрических преобразователей, преобразуя его в значение температуры. Хотя использование готовых пирометров является избыточным и удорожает измерительную лабораторию, оно, упрощая проектирование, все же бывает целесообразным.
Для измерения температуры беговой дорожки измерительного колеса 2 крыло 5 имеет окно 13, нижний край которого может быть отогнут или снабжен уступом для предотвращения попадания водных брызг на датчик 10.
Для передачи на вычислительное лабораторное устройство 9 сигналов с динамометрического и пирометрических преобразователей 6, 10, 11 и, при необходимости, с иных датчиков, если они установлены на прицепном приборе 1, может использоваться проводная линия. Недостатком такого решения является низкая надежность передачи слаботочных сигналов. Прибор 1 может быть отцеплен от тягача 8, и потому в проводной линии должен быть, по меньшей мере, один штепсельный разъем, причем установленный вне кузова тягача. Поскольку передаваемые сигналы слаботочные, малейший дефект в разъеме, находящемся под открытым небом, приводит к отказу, и потому предпочтительным является использование многоканального передающего устройства 14 для беспроводной передачи данных и подключение к нему всех источников сигналов об измеряемых параметрах. Сигнал с антенны 15 устройства 14 принимается антенной 16 приемного устройства, соединенного с вычислительным лабораторным устройством 9, где преобразуется, обрабатывается и запоминается.
Передающее устройство 14 может использовать стандарт IEEE 802.11 для организации локальных беспроводных сетей, либо стандарт Wireless USB.
Предложенное устройство работает следующим образом. Тягач 8 вместе с прицепным устройством 1 разгоняют до заданной скорости и в момент начала испытаний вычислительным устройством 9 фиксируют значения температур сухой беговой дорожки колеса 2 и сухой поверхности дорожного покрытия 12, сигналы, несущие информацию о которых поступают с пирометрических преобразователей 10 и 11 на передающее устройство 14 и через него - на вычислительное устройство 9, где дешифруются, запоминаются и, впоследствии, используются при вычислении коэффициента сцепления. Сразу после этого устройство орошения 4 обильно смачивает дорожное покрытие и тормозом 3 измерительное колесо 2 затормаживается до заданного уровня торможения или до полной блокировки. Динамометрический преобразователь 6 измеряет значение тягового усилия при торможении и тем же путем передает информацию на вычислительное устройство 9. Весь процесс измерения занимает несколько секунд, после чего колесо 2 растормаживается и лабораторный комплекс, продолжая движение, перемещается к месту следующего испытания. За время перемещения поверхность измерительного колеса 2 успевает просохнуть.
Измеренные значения тягового усилия и температур подвергаются обработке по определенной методике, цель которой состоит в приведении вычисленного коэффициента сцепления к стандартным нормальным условиям испытаний. Это повышает точность измерения коэффициента сцепления, и делает сопоставимыми результаты, полученные при разных климатических условиях, исключает ошибки при оценке качества дорожно-строительных работ.