УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА АВТОМОБИЛЯ С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ
DEVICE FOR MEASURING ADHESION COEFFICIENT OF CAR WHEEL WITH ROAD SURFACE

Изобретение относится к области исследования материалов механическими методами, а именно к прибору, позволяющему оценивать коэффициент сцепления колеса транспортного средства с поверхностью дорожного покрытия.
Ближайшим техническим решением является патент РФ №2112829. Устройство для измерения коэффициента сцепления аэродромного и дорожного покрытий. Рег. № заявки 96121810/28; МПК Е01С 23/07, G01N 19/02.
Задача изобретения - исследование процессов сцепления колеса автомобиля с покрытием одновременно методами измерения тормозного пути и отрицательного ускорения в лабораторных условиях при широком изменении эксплуатационного состояния в зоне контакта «колесо-покрытие», а именно при изменении температуры, влажности, шероховатости поверхности покрытия.
Технический результат - упрощение конструкции, расширение возможности проведения работ в лабораторных условиях одновременно методами измерения тормозного пути и отрицательного ускорения и изменении эксплуатационных условий в широких пределах.
Технический результат достигается тем, что устройство выполнено в виде тележки, перемещаемой по резиновой дорожке равномерным ускорением при качении центрального и поддерживающего колес под действием свободно падающего груза (фиг.1).
Функцию колеса тележки выполняет асфальтобетонный образец 1 стандартных размеров (диаметром и высотой по 71,4 мм), установленный на полуосях и прижатый к боковинам рамы 2 через упорные подшипники 3 с возможностью свободного вращения. Его можно быстро менять на другие образцы. Поддерживающим колесом тележки служит радиальный подшипник качения 4.
Перемещаемая тележка оборудована двумя тормозными устройствами 5, расположенными симметрично относительно образца. Они представляют собой два барабана с тросами, установленными на поперечинах тележки. В процессе перемещения экспериментальной установки тормозные тросы разматываются с барабанов и наматываются на полуоси исследуемого образца. В момент полного их разматывания начинается процесс торможения тележки.
Перемещение тележки с образцом осуществляется канатом 1 (фиг.2) под действием свободно падающего груза 2, перекинутого через неподвижно закрепленные блоки 3. Сила падающего груза подбирается равной половине опорного усилия исследуемого асфальтобетонного образца.
т
т
Экспериментальная установка 4 ставится и фиксируется на резиновой дорожке 5 в крайнем левом положении, а падающий груз застопоривается на верхнем положении. Отмеряется длина пути разгона тележки S, которую проходит установка до начала торможения. Затем груз и тележка плавно освобождаются от стопора, и груз начинает свободно падать вниз, а тележка - перемещаться равноускоренно. Время торможения t от начала движения тележки до полной остановки фиксируется секундомером или ускоренной фотосъемкой. Измеряется также длина тормозного пути S. Расчет значения коэффициента сцепления методами измерения тормозного пути и отрицательного ускорения проводится следующим образом.
Пример 1. По методу измерения тормозного пути:
1) Р=1,400 кгс;
2) Q=0,700 кгс;
3) Длина пути разгона тележки S=0,87 м;
1
4) Скорость тележки к началу торможения V=3,4 м/с=12,2 км/ч;
сц
5) Коэффициент сцепления К, согласно [2, 4, 6]:
сц
1
т
2
K=V /254 S,
1
т
где V - в км/ч, S - в м.
Пример 2. По методу измерения отрицательного ускорения:
сц
Коэффициент сцепления φ:
сц
К=a/g,
1
т
1
2
где а=V/t; g=9,81 м/с; где V - в м/с; t - в с.
Исследован асфальтобетон типа Б марки 1, содержащий кристаллической соли NaCl размером 0,5…2,0 мм в количестве 0, 4, 6, 10% от массы песчаной части следующего состава, % от массы минеральной части асфальтобетона: щебень М1000 - 46,6; песок среднезернистый - 40,2…36,18; соль NaCl - 0…4,02; известняковый минеральный порошок - 13,2; битум вязкий БНД 90/130-5,5. Найденные значения коэффициента сцепления приведены в таблице.
Таблица
Значения коэффициента сцепления
№ п/п
Содержание соли NaCl в асфальтобетоне, % от массы песка
Значения коэффициента сцепления К<sub>СЦ</sub>
предложенным устройством
аналогом ПКРС - 2*
сухое покрытие
мокрое покрытие
сухое покрытие
мокрое покрытие
1
0
0,59
0,54
0,70…0,75 [6]
0,35…0,56 [6]0,35 [7]**
2
4
0,61
0,57
-
-
3
6
0,65
0,59
-
-
4
10
0,67
0,60
-
-
* Поскольку во время торможения скорость движения автомобиля меняется в широких пределах, то согласно [2], при расчетах тормозного пути исходят из величин коэффициента сцепления, относящихся к скоростям 30…40 км/ч.** Значение коэффициента сцепления по мокрому покрытию при скорости движения к началу торможения, равной 12,2 км/ч, измеренного методом отрицательного ускорения [7]
Преимущества и принципиальные отличия предложенной установки перед известными:
1. Устройство компактно.
2. Устройство позволяет оценить и проводить экспертную оценку материалов покрытий в стадии проектирования и подбора смесей для покрытий автомобильных дорог в лабораторных условиях.
3. Устройство позволяет моделировать проведение испытаний в различных погодно-климатических условиях: на сухих и мокрых поверхностях, проведение исследований образцов с различной температурой, и при изменении шероховатости поверхности резинового покрытия, имитирующего рисунок протектора колеса автомобиля.
4. Устройство позволяет определять коэффициент сцепления автомобиля двумя способами: методами тормозного пути и отрицательного ускорения.
5. В отличие от известных аналогов в качестве колеса служит материал покрытия - асфальтобетон, а функцию покрытия выполняет материал колеса - резина.
Источники информации
1. Патент РФ №2112829. Устройство для измерения коэффициента сцепления аэродромного и дорожного покрытий. № заявки 96121810/28; МПК E01C 23/07, G01N 19/02/. Авт.: Транквиллевский В.Г., Порубай В.В., Таранов Г.Ф. (прототип).
2. ГОСТ 30416-96. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием. Введен в действие с 01.07.1997. Пост. Госстроя России от 21.04.1997, №18-5.
3. Кудрявцев А.В. Применение антигололедного покрытия на лесовозных автомобильных дорогах в условиях Урала: автореферат дисс... к.т.н. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2005, - 19 с.
4. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог, ч.1: учеб. для вузов. - Изд. 2-ое, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1987, - 368 с.
5. Немчинов Н.В., Косарев Б.М. Оценка и прогнозирование сцепных качеств покрытий автомобильных дорог, ч. II: учеб. пособие. - М.: МАДИ, 1984, - 91 с.
6. Сиденко В.М., Михович С.И. Эксплуатация автомобильных дорог: учеб. - М.: Транспорт, 1978, - 288 с., ил.
7. Юсифов Р.Ю. Требуемые величины коэффициента сцепления покрытий на опасных участках городских дорог и улиц / Проектирование автомобильных дорог. Сб. научн. трудов Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета). - М.: Изд. МАДИ (ТУ), 1999. - С.51-55.