УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к дорожному строительству, а именно к дорожной технике, и может быть использована для измерения коэффициента сцепления при оценке сцепных качеств дорожных покрытий.
2
Сцепление колеса автомобиля с дорожным покрытием характеризуется величиной показателя коэффициента сцепления. Этот коэффициент определяют при полной блокировке измерительного колеса на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях. Для расчета исходным показателем является максимальное касательное усилие, действующее вдоль дороги на площади контакта заблокированного измерительного колеса с дорожным покрытием, при движении со скоростью 60 км/ч по предварительно увлажненной поверхности дороги, при норме увлажнения (1±0,2) л/м. Расход воды и равномерность увлажнения измеряемой поверхности дорожного покрытия влияет на точность и достоверность полученных результатов. Запаса воды, который несет автомобиль измеряющего устройства, хватает на 20-30 измерений. При проведения измерений на автомобильных дорогах заправка водой - это серьезная проблема. Поэтому рациональное использование воды существенно снижает трудоемкость проведения измерений за счет уменьшения количества заправок.
Существуют разные устройства для измерения коэффициента сцепления, например устройство типа ПРКС-2 (Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М. Транспорт, 1985 г. с. 196-198). Данное устройство представляет собой автомобиль и прицепную установку, снабженную измерительным колесом от легкового автомобиля, находящееся под нагрузкой. Измерительное колесо установлено на подрессоренной оси с мягкой подвеской и закреплено на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки. Устройство также содержит систему торможения, включающую тормозной привод с гидравлическим цилиндром, расположенными в буксирующем автомобиле и гидравлический тормоз колеса. Система полива дорожного покрытия включает бак для воды, расположенный в автомобиле и расширительный бак с запорным клапаном, расположенный на раме прицепа, блок управления поливом и контроля расхода воды, смонтированные в салоне автомобиля.
Недостатком этого устройства является то, что вода на дорожное покрытие подается самотеком, и по мере уменьшения уровня воды в баке снижается толщина водяного слоя увлажненной под заторможенным колесом поверхности, что снижает точность измерения коэффициента сцепления.
Известно прицепное устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия (патент RU №162324, опубл. 10.06.2016 г.). Прицепное устройство содержит измерительное колесо, дистанционно управляемую тормозную систему с гидравлическим приводом, включающую тормозной механизм и главный тормозной цилиндр с поршнем и толкателем, а также пневматический исполнительный механизм, установленный с возможностью воздействия на толкатель поршня главного тормозного цилиндра и оборудование для снабжения исполнительного механизма сжатым воздухом. Система увлажнения дорожного покрытия содержит дистанционно управляемый запорный клапан отсечного типа с пневматическим приводом. Запорный клапан включен в трубопровод подачи воды из емкости в сопло для увлажнения дорожного покрытия.
Известно устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия (патент RU №163028, опубл. 10.07.2016 г.), включающее автомобиль с установленной в его кузове емкостью для воды, выполненной в виде двух сообщающихся баков и прицепной прибор для измерения коэффициента сцепления. Увлажнение дорожного покрытия может осуществляться самотеком, а может через насос, поддерживающий стабильное давление на выходе независимо от уровня воды в баках. Насос может быть установлен в салоне тягача, но может быть использован погружной насос, установленный на дне углубления одного из баков.
Недостатком этих устройств является то, что напор подаваемой насосом воды препятствует закрытию запорного клапана, установленного в трубопровод подачи воды из емкости в сопло и увеличивает время закрытия. Во время измерений коэффициента сцепления запорный клапан подачи воды должен открываться и закрываться за минимальное время строго синхронно с графиком измерительного цикла и должен иметь только два рабочих состояния: полностью открыт и полностью закрыт. В данном устройстве закрытие запорного клапана происходит с опозданием, что увеличивает расход воды. При этом установка насоса внутри бака со временем приводит к попаданию воды в электродвигатель.
Наиболее близким техническим решением является устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия (патент RU №2616018, опубл. 12.04.2017 г.), содержащее автомобиль и прицепную установку с измерительным колесом и нагрузкой, закрепленные на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки. На прицепе установлена система торможения, включающая тормозной привод с гидравлическим цилиндром, соединенным с гидравлическим тормозом колеса. Тормозной привод содержит мотор-редуктор, соединенный с блоком управления, и кривошипно-шатунный механизм, соединенный с гидравлическим циллиндром тормозного привода. Система увлажнения дорожного покрытия содержит емкость для воды со сливным отверстием и сопло, соединенное с корпусом запорного клапана, при этом кривошипно-шатунный механизм системы торможения соединен со штоком запорного клапана.
Недостатком прототипа является то, что вода на дорожное покрытие подается самотеком и по мере уменьшения уровня воды в баке расход воды изменяется со временем, изменяется толщина водяного слоя увлажненной под заторможенным колесом поверхности дороги. За счет этого поверхность увлажняется неравномерно и качество увлажнения ухудшается. Все это влияет на результат измерений, снижает достоверность и ухудшает воспроизводимость полученных результатов.
Технической задачей данного решения является повышение достоверности полученных результатов за счет изменения системы увлажнения дорожного покрытия, что обеспечивает равномерное и качественное увлажнение дорожного покрытия во время проведения измерений при использовании минимального количества воды.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия содержит автомобиль и прицепную установку с измерительным колесом, систему увлажнения дорожного покрытия - емкость для воды со сливным отверстием, запорный клапан и сопло, соединенное с корпусом запорного клапана, а также систему торможения. Система торможения включает тормозной привод с гидравлическим цилиндром, который соединен с одной стороны с гидравлическим тормозом колеса, а с другой - через кривошипно-шатунный механизм с мотор-редуктором, который связан с блоком управления. Кривошипно-шатунный механизм соединен со штоком запорного клапана системы увлажнения. Новым является то, что к сливному отверстию емкости для воды герметично подсоединен всасывающий патрубок центробежного насоса, а подающий патрубок насоса соединен через предохранительный клапан с корпусом запорного клапана системы увлажнения. Вдоль корпуса запорного клапана расположен шток, соединенный с затвором. При этом образован проходной канал от места присоединения подающего патрубка насоса до затвора запорного клапана и сопла. Кроме этого сливное отверстие выполнено в дне емкости для воды. Подающий патрубок насоса соединен с корпусом запорного клапана с помощью штуцера, отверстие которого, сопряженное со штоком запорного клапана, имеет уплотнительное кольцо. На штоке запорного клапана между затвором и уплотнительным кольцом установлена пружина.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства, на фиг. 2 представлена конструкция тормозного привода, на фиг. 3 представлена конструкция запорного клапана с соплом.
Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия включает автомобиль и прицепную установку с измерительным колесом (фиг. 1). Измерительное колесо 1, установлено на подрессоренной оси подвески 2, закрепленной на раме 3 прицепной установки с траверсой и кронштейном сцепки для соединения с буксирующим автомобилем. На раме 3 размещены грузы 4 для создания необходимого усилия прижатия измерительного колеса к дороге. Система торможения (фиг. 2) содержит тормозной привод с гидравлическим цилиндром 6, который соединен с гидравлическим тормозом 7, расположенным на оси измерительного колеса 1. Тормозной привод установлен и закреплен на раме 3 прицепа и содержит также мотор-редуктор 8, соединенный с кривошипно-щатунным механизмом 9. Электронный модуль мотор-редуктора 8 соединен с блоком управления 10, который может быть расположен в буксирующем автомобиле. Кривошипно-шатунный механизм 9 соединен с гидравлическим цилиндром 6 тормозного привода и создает усилие для перемещения штока гидравлического цилиндра. На оси измерительного колеса 1 закреплен одним концом рычаг 11, на втором конце которого установлен динамометр (для измерения тормозной силы), соединенный с блоком управления 10. Система увлажнения дорожного покрытия содержит сообщающиеся баки - емкости для воды 12, установленные симметрично в буксирующем автомобиле. Внутри одного бака установлен датчик уровня, соединенный со световым индикатором трех уровней: верхний-средний-нижний. На раме 3 прицепа расположен запорный клапан 13 и сопло 14, соединенное с корпусом запорного клапана 13. Через сопло 14 вода поступает на дорожное покрытие. К сливному отверстию емкости для воды 12 герметично подсоединен всасывающий патрубок центробежного насоса 15. Подающий патрубок насоса 15 соединен через предохранительный клапан 5 с корпусом запорного клапана 13 системы увлажнения. Сливное отверстие емкости для воды выполнено в дне емкости, что позволяет равномерно выкачивать воду из бака при любом уровне воды в баке. Центробежный насос 15 подачи воды установлен с наружной стороны бака 12, чем обеспечивается достаточное охлаждение электродвигателя насоса и исключается возможность попадания в него влаги. Предохранительный клапан 5 прикреплен к дну бака 12 с наружной стороны. Запорный клапан 13 (фиг. 3) состоит из цилиндрического корпуса 16, вдоль которого расположен шток 17, соединенный с одной стороны с затвором 18, установленным в седло затвора. С другой стороны шток 17 соединен с кривошипно-шатунным механизмом 9 тормозного привода. Подающий патрубок насоса 15 соединен через предохранительный клапан 5 с корпусом 16 запорного клапана с помощью штуцера 19. От места присоединения к штуцеру 19 до затвора 18 запорного клапана и сопла 14 образуется проходной канал, по которому вода из насоса поступает по корпусу запорного клапана к затвору и к соплу. Такая конструкция системы увлажнения обеспечивает открытие и закрытие затвора 18 запорного клапана за минимальное время строго синхронно с графиком измерительного цикла, т.к. напор подаваемой насосом 15 воды помогает закрытию запорного клапана. Отверстие штуцера 19, которое сопряжено со штоком 17 запорного клапана имеет уплотнительное кольцо 20. Уплотнительное кольцо препятствует попаданию воды из насоса в верхнюю часть корпуса 16 запорного клапана и обеспечивает протекание воды только по каналу к затвору 18 и соплу 14. На штоке 17 запорного клапана между затвором 18 и уплотнительным кольцом 20 установлена пружина 21, которая также способствует закрытию затвора в конце цикла торможения.
Устройство работает следующим образом.
На измеряемом участке дороги буксирующий автомобиль начинает движение на рабочей скорости 60 км/ч. Вода из бака 12, расположенного в буксирующем автомобиле, с помощью центробежного насоса 15 под давлением поступает к запорному клапану 13, расположенному на раме 3 прицепной установки. С блока управления 10 подают команду начала цикла измерений на мотор-редуктор 8 тормозного привода. Тормозной привод через кривошипно-шатунный механизм 9 создает необходимое усилие на гидравлический цилиндр 6 тормозного привода. Перемещением штока гидравлического цилиндра 6 в системе торможения создают избыточное давление в гидравлическом тормозе 7 измерительного колеса 1 и блокируют вращение измерительного колеса. Соответствующие приборы измеряют действующее на измерительное колесо 1 горизонтальное усилие, величина которого используется вычислительным устройством для расчета коэффициента сцепления. Блок управления 10 позволяет контролировать полную блокировку измерительного колеса 1. Длительность цикла торможения составляет 3-4 секунды. Одновременно, строго синхронно с циклом начала торможения, производят полив дорожного покрытия. Кривошипно-шатунный механизм 9, перемещением штока 17 открывает затвор 18 запорного клапана. Вода, подаваемая в корпус 16 запорного клапана 13 от центробежного насоса 15, через открытый затвор 18 поступает в сопло 14 и увлажняет дорожное покрытие перед измерительным колесом 1, равномерно распределяется по поверхности и создает водяную пленку толщиной 1 мм. Спустя заданное время по команде с блока управления 10 измерительное колесо 1 растормаживают, увлажнение дороги прекращают. При этом кривошипно-шатунный механизм 9 тормозного привода прекращает воздействие на гидравлический цилиндр 6 тормозного привода и на шток 17 запорного клапана 13. Затвор 18 запорного клапана за счет воды, подаваемой под напором от насоса 15 и воздействия пружины 21 мгновенно закрывается и вода прекращает поступать на дорожное покрытие. При закрытом запорном клапане 13 создается избыточное давление воды от насоса. Для снятия этого избыточного давления воды установлен предохранительный клапан 5, через который вода поступает обратно в бак 12. Датчик уровня воды в баке 12 позволяет оператору отслеживать оставшееся количество воды в баке и своевременно отключать насос 15 при достижении определенного минимального уровня воды в баке, предотвращая его перегрев.
Предложенная конструкция системы увлажнения позволяет во время проведения измерений за счет постоянного напора воды равномерно подавать воду из бака на поверхность измеряемого участка независимо от уровня воды в баке, а также открывать и закрывать затвор 18 запорного клапана 13 за минимальное время строго синхронно с графиком измерительного цикла за счет того, что напор воды от насоса 15 способствует мгновенному закрытию затвора. За счет этого обеспечивается экономное расходование воды во время проведения измерений.
Таким образом предложенная система полива обеспечивает равномерное и качественное увлажнение дорожного покрытия, что позволяет при измерении коэффициента сцепления всегда получать достоверный результат, при этом расходовать минимальное количество воды во время проведения измерений.