УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ДОРОГИ С ТВЕРДЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2000 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к устройствам оперативного контроля сцепных качеств сооружаемых и эксплуатируемых дорог с твердым покрытием, а также аэродромов и может быть использовано при расследовании ДТП.

В настоящее время существуют три основные типа портативных устройств, предназначенных для оценки сцепных качеств дорог с твердым покрытием: маятникового, ротационного и ударного. Все они основаны на измерении коэффициента трения скольжения в качестве коэффициента сцепления. Наиболее стабильные результаты показывает устройство ударного действия (1). Оно включает движитель в виде имитатора шины, установленного на конце рычага, связанного шарнирно с регулируемым нагрузочным устройством ударного действия, смонтированного на корпусе. Принцип работы устройства прост, т.е. он основан на использовании энергии падающего груза для перемещения резиновых имитаторов шин.

Основным недостатком описанного устройства является то, что оно основано на определении коэффициента трения скольжения, который ни количественно, ни качественно не отражает сцепных свойств покрытия. Действительно, значительное влияние на процесс скольжения имеет ряд внешних физических факторов, таких как скорость движения, температура в зоне контакта, а также продольная и поперечная динамика транспортного колесного средства, постоянно меняющая вертикальную составляющую силы (2, с. 102, 220). Все это делает измерение коэффициента сцепления через коэффициент трения скольжения не только неточным, но просто недостоверным по физической картине взаимодействия колеса с покрытием. Так, согласно (2, с. 116) качение цилиндра по поверхности характеризуется наличием в площадке контакта двух зон: скольжения и покоя. Как установлено, чем больше площадка покоя, тем эффективнее реализация сцепных качеств взаимодействующих объектов. Это явление положено в основу теории оптимального торможения. При полном отсутствии качения, т.е. отсутствии зоны покоя в контакте, вообще нельзя говорить о наличии сцепления в прямом смысле этого слова, а можно говорить о некоем интегральном сопротивлении передвижению, что не является характеристикой сцепных качеств покрытия с движитилем, которые зависят лишь от шероховатости первого и упругости второго. В качестве дополнительного аргумента о полной несостоятельности применения коэффициента трения скольжения в качестве характеристики сцепления качеств колеса и покрытия служит тот факт, что величина тормозного пути транспортного средства, в частности при расследовании ДТП, определяется таким субъективным фактором, как умение пользоваться тормозной системой и вообще управлять автомобилем. В то время как сцепляемость должна определяться лишь шероховатостью покрытия, его влажностью и свойствами материала контактной части движителя и быть характеристикой сцепных качеств покрытия и ничего более. Эту информацию дает коэффициент трения покоя, который имеет место в площадке покоя катящегося колеса (2, с. 120). Все способы измерения, основанные на скольжении колеса по покрытию, а также основанные на них приборы недостоверны по физической сути явления, которое они должны отражать, и весьма приблизительны по количественной характеристике такого феномена, как сцепление.

Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому изобретению является устройство для оценки сцепных качеств дорожных покрытий, которое содержит опорную раму с блоками и имитатор шины с блоками (3). Подвижная ветвь полиспаста в известном устройстве связана с составным грузом, а в неподвижную включен динамометр. При срабатывании спуского механизма составной груз передает сдвигающее усилие на имитатор шины, а динамометр фиксирует силы трения покоя и трения скольжения. Сцепные качества в известном устройстве (3) оценивают по величине силы трения покоя и трения скольжения, которые определяют величинами массы пригруза и составного груза с учетом показаний гидравлического динамометра.

Задачей заявленного изобретения является повышение точности и достоверности оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием.

Поставленная задача решается тем, что устройство, включающее имитатор шины и регулируемые основное и дополнительное нагрузочные устройства, смонтированные на корпусе, снабжено движителем, выполненным в виде двуплечего рычага с осью вращения в средней части, установленной с возможностью перемещения в вертикальных направляющих корпуса и связанной с регулируемым основным нагрузочным устройством, при этом на одном конце рычага закреплен имитатор шины, а другой шарнирно соединен с дополнительным регулируемым нагрузочным устройством, при этом нагрузочные устройства имеют шкалы для отсчета основной и дополнительной нагрузок.

В рассматриваемом устройстве двуплечий рычаг может быть выполнен Г-образным и оба регулируемых нагрузочных устройства могут быть установлены на корпусе параллельно друг другу. Кроме того, в устройстве точка контакта имитатора шины с покрытием в рабочем положении и точка шарнирного крепления другого конца рычага с дополнительным нагрузочным устройством могут лежать на дуге одной окружности. А двуплечий рычаг может быть выполнен в форме колеса, а шарнир дополнительного нагрузочного устройства может быть выполнен разъемным.

Своими конструктивными особенностями устройство дает возможность определить коэффициент трения покоя между движителем и покрытием, таким образом характеризуя сцепные качества последнего, в полной мере зависящие только от его физических свойств, т.е. шероховатости и влажности, а также материала движителя, устраняя из этого процесса влияние температуры, скорости движения, состояние тормозной системы транспортного средства и умения управлять им.

На фиг. 1 дано схематическое изображение общего вида устройства для оценки сцепных качеств дороги с покрытием. На фиг. 2 и 3 даны конструктивные вариации самого устройства и его узла соответственно.

Устройство для оценки сцепных качеств дороги с покрытием состоит из корпуса 1, снабженного опорами 2, развитыми по площади опирания и имеющими площади 3 для ног оператора, своим весом прижимающего устройства к покрытию. На корпусе 1 смонтированы параллельно друг другу два регулируемых нагрузочных устройства: основное - 4 и дополнительное - 5. Основу каждого из устройств 4 и 5, идентичных по конструкции, составляют трубы 6, внутри которых установлены пружины 7, размещенные между верхним и нижним поршнями 8 и 9. Поршни 8 смонтированы в крышках 11, несущих на себе шкалы 12 для отсчета нагрузок как основной, так и дополнительной. Стрелки-указатели 13 смонтированы на винтах 10. Каждый из нижних поршней 9 связан с Г-образным движителем 14: поршень 9 основного нагрузочного устройства посредством оси 15 в средней части движителя, а поршень 9 дополнительного нагрузочного устройства посредством цилиндра 16. На свободном конце движителя 14 закреплен имитатор шины 17, к которому подведена посредством трубопровода 18 и бачка 19 смачивающая покрытие жидкость - вода. Как указано выше, движитель 14 выполнен в виде Г-образного рычага, концы которого расположены под углом 90 градусов друг относительно друга и центр шарнира 16 лежит на дуге одной окружности с точкой "a" касания имитатора шины 17 с покрытием. Для удобства использования труба 6 дополнительного нагрузочного устройства 5 может быть выполнена большей длины, чем тот же элемент основного устройства. В частности, она может достигать 60 - 80 см, а устройство для оценки сцепных качеств может выглядеть так, как это показано на фиг. 2. Для расширения функциональных возможностей устройства двуплечему рычагу может быть придана форма колеса 20 (фиг. 3), у которого для шарнирного соединения с нижним поршнем 9 дополнительного нагрузочного устройства 5 на ободе предусмотрено отверстие, с которым вставной штырь 21 образует разъемное шарнирное соединение. При этом поршень 9 будет несколько удлинен за счет штока 22. Такое выполнение двуплечего рычага даст возможность смонтировать на устройстве дополнительный механизм - курвиметр для измерения длины траектории движения транспортного средства на дороге при расследовании ДТП (на чертеже не показан).

Устройство работает следующим образом. Корпус 1 опорами 2 устанавливают на покрытие, сцепные качества которого предстоит оценить. Оператор опирается ногами на площадки 3, нагружая своим весом устройство в целом. В зону размещения имитатора шины 17 из бачка 19 подают воду через трубку 18 для увлажнения поверхности покрытия. Воду подают из расчета 1,0 ±0,2 л/кв.м в соответствии с ГОСТ 30413-96. Затем основным нагрузочным устройством 4 нагружают имитатор шины 17 путем вращения винта 10 в крышке 11, перемещая таким образом верхний поршень 8 и сдавливая пружину 7. Величину нагрузки отслеживают по шкале 12 из расчета 50-60 Н/кв.см, что соответствует давлению колеса на дорожное покрытие в реальных условиях. С пружины 7 нагрузка передается на нижний поршень 9, который установлен с возможностью перемещения в трубе 6, а следовательно, через ось 15 на конец рычага 14, несущего имитатор шины 17. Закончив нагружение последнего, приступают к нагружению другого конца двуплечего рычага 14, повторяя все вышеописанные операции с нагрузочным устройством 4, с дополнительным нагрузочным устройством 5. Масштаб шкалы 12 устройства 5 тот же, что и устройства 4. Одним из основных требований к работе с нагрузочным устройством 5 является плавность нагружения. Под этим имеется в виду скорость нарастания нагрузки на соответствующий конец рычага 14. Желательно, чтобы ее рост был в пределах 10 - 15 Н/с и не носил ударного, динамического характера. Процесс нагружения продолжается до тех пор, пока не начнется движение имитатора шины 17, или другими словами, буксование движителя. Момент начала последнего является сигналом для прекращения нагружения и снятия отсчета нагрузки по шкале 12 устройства 5. Сцепные качества покрытия оценивают по коэффициенту трения покоя, который вычисляют по формуле:

где ϕ_т.п - коэффициент трения покоя;
F_д - величина дополнительной нагрузки, полученная на устройство 5;
F_о - величина основной нагрузки, полученная на устройстве 4.

При необходимости проведения повторного измерения двуплечий рычаг возвращают в исходное положение и все нагрузки с него сбрасываются возвращением винтов 10 нагрузочных устройств 4 и 5 в исходное положение.

В ООО "ФУТУРУМ" изготовлены рабочие чертежи устройства для оценки сцепных качеств дороги с покрытием, изготовлен опытный образец. В апреле начнутся его испытания в дорожных и лабораторных условиях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. В. В. Сильянов. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог, М. Транспорт, 1984, с. 287 - прототип.

2. И.В. Крагельский, В.С. Щедров. Развитие науки о трении. Академия наук СССР, 1958, с. 290.

3. SU 1730327 A1, E 01 C 23/07, 30.04.1992.

Изобретение относится к устройствам для оперативного контроля сцепных качеств сооружаемых и эксплуатируемых дорог с твердым покрытием, а также аэродромов и может быть использовано при расследовании ДТП. Устройство для оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием включает имитатор шин, установленный на конце рычага и связанный с регулируемым основным нагрузочным устройством, движитель, выполненный в виде двуплечего рычага с осью вращения в средней части, установленной с возможностью перемещения в вертикальных направляющих и связанной с основным нагрузочным устройством. При этом на одном конце рычага закреплен имитатор шины, а другим концом он шарнирно связан с дополнительным нагрузочным устройством. Изобретение повышает достоверность и точность оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием, включающее имитатор шины и регулируемые основное и дополнительное нагрузочные устройства, смонтированные на корпусе, отличающееся тем, что оно снабжено движителем, выполненным в виде двуплечего рычага с осью вращения в средней части, установленной с возможностью перемещения в вертикальных направляющих корпуса и связанной с регулируемым основным нагрузочным устройством, при этом на одном конце рычага закреплен имитатор шины, а другой шарнирно соединен с дополнительным регулируемым нагрузочным устройством, при этом нагрузочные устройства имеют шкалы для отсчета основной и дополнительной нагрузок. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что двуплечий рычаг выполнен Г-образным и оба регулируемых нагрузочных устройства установлены на корпусе параллельно друг другу. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что точка контакта имитатора шины с покрытием в рабочем положении и точка шарнирного крепления другого конца рычага с дополнительным нагрузочным устройством лежит на дуге одной окружности. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что двуплечий рычаг выполнен в форме колеса, а шарнир дополнительного нагрузочного устройства выполнен разъемным.