RU2156844C2

RU2156844C2 - Device for evaluating adhesion properties of rigid pavement roads

Info

Publication number: RU2156844C2
Application number: RU98106557/03A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Медрес; А.А. Шестопалов; Э.И. Деникин; А.И. Тимошенко; И.Я. Сац
Original assignee: Медрес Лев Петрович; Шестопалов Александр Андреевич; Деникин Эрнст Иванович
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: road building; investigation of road accidents. SUBSTANCE: proposed device has tyre simulator installed on end of lever and coupled with main loading device, propulsion unit made in form of two-arm lever with axle of rotation in middle part installed for displacement in vertical guides and coupled with main loading device. Tyre simulator is mounted on one end of lever, and other end is hinge- coupled with additional loading device. EFFECT: improved accuracy of evaluation of road adhesion properties. 4 cl, 3 dwg

Description

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. The invention relates to devices for operational control of the coupling qualities of paved roads under construction and in operation, as well as for airfields and can be used in the investigation of road accidents.

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. Currently, there are three main types of portable devices designed to assess the grip of paved roads: pendulum, rotational and percussion. All of them are based on the measurement of the coefficient of sliding friction as the coefficient of adhesion. The most stable results are shown by a percussion device (1). It includes a propulsion device in the form of a tire simulator mounted on the end of a lever pivotally coupled to an adjustable load impact device mounted on the housing. The principle of operation of the device is simple, i.e. it is based on using the energy of a falling load to move rubber tire simulators.

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. The main disadvantage of the described device is that it is based on the determination of the coefficient of sliding friction, which neither quantitatively nor qualitatively reflects the adhesion properties of the coating. Indeed, a number of external physical factors, such as the speed of movement, the temperature in the contact zone, and the longitudinal and transverse dynamics of the vehicle wheeled vehicle, which constantly changes the vertical component of the force, have a significant effect on the sliding process (2, p. 102, 220). All this makes the measurement of the coefficient of adhesion through the coefficient of sliding friction not only inaccurate, but simply unreliable in the physical picture of the interaction of the wheel with the coating. Thus, according to (2, p. 116), rolling of a cylinder over a surface is characterized by the presence of two zones in the contact area: slip and rest. It was found that the larger the resting area, the more effective the implementation of the coupling qualities of interacting objects. This phenomenon underlies the theory of optimal braking. In the complete absence of rolling, i.e. the absence of a rest zone in the contact, it is generally impossible to talk about the presence of adhesion in the literal sense of the word, but we can talk about some kind of integral resistance to movement, which is not a characteristic of the adhesion qualities of a coating with propulsive, which depend only on the roughness of the first and the elasticity of the second. As an additional argument about the complete failure to use the coefficient of sliding friction as a characteristic of the adhesion of the qualities of the wheel and the coating, the fact that the braking distance of a vehicle, in particular in an accident investigation, is determined by such a subjective factor as the ability to use the brake system and generally drive the car . While adhesion should be determined only by the roughness of the coating, its moisture content and the properties of the material of the contact part of the mover and be a characteristic of the adhesion qualities of the coating and nothing more. This information is provided by the rest friction coefficient, which takes place in the rest area of the rolling wheel (2, p. 120). All measurement methods, based on the sliding of the wheel along the coating, as well as devices based on them, are unreliable in the physical essence of the phenomenon that they should reflect, and are very approximate in quantitative characteristics of such a phenomenon as adhesion.

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. Closest to the technical nature of the present invention is a device for assessing the adhesion qualities of road surfaces, which contains a support frame with blocks and a bus simulator with blocks (3). The movable chain block in a known device is connected with a composite load, and a dynamometer is included in the stationary one. When the trigger is triggered, the composite load transfers the shear force to the tire simulator, and the dynamometer captures the rest and sliding friction forces. The coupling qualities in the known device (3) are estimated by the magnitude of the static friction force and sliding friction, which are determined by the values of the mass of the load and the composite load, taking into account the readings of the hydraulic dynamometer.

Задачей заявленного изобретения является повышение точности и достоверности оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием. The objective of the claimed invention is to improve the accuracy and reliability of the assessment of the coupling qualities of a paved road.

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. The problem is solved in that the device, including the bus simulator and adjustable primary and secondary load devices mounted on the housing, is equipped with a propulsion device made in the form of a two-shouldered lever with an axis of rotation in the middle part mounted for movement in the vertical guides of the housing and connected with an adjustable the main load device, while at one end of the lever is mounted a bus simulator, and the other is pivotally connected to an additional adjustable load device, with this load devices have scales for counting the main and additional loads.

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. In the device in question, the two-arm lever can be made L-shaped and both adjustable load devices can be mounted on the housing parallel to each other. In addition, in the device, the contact point of the bus simulator with the coating in the working position and the pivot point of the other end of the lever with the additional load device can lie on an arc of one circle. A two-arm lever can be made in the form of a wheel, and the hinge of the additional load device can be made detachable.

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. With its design features, the device makes it possible to determine the coefficient of rest friction between the propulsion and the coating, thus characterizing the coupling qualities of the latter, which fully depend only on its physical properties, i.e. roughness and humidity, as well as propulsion material, eliminating from this process the influence of temperature, speed, the state of the vehicle’s brake system and the ability to drive it.

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. In FIG. 1 is a schematic representation of a general view of a device for evaluating the grip of a paved road. In FIG. 2 and 3 give constructive variations of the device itself and its assembly, respectively.

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). A device for assessing the adhesion qualities of a coated road consists of a housing 1 equipped with supports 2, developed in terms of bearing area and having an area of 3 for the operator’s legs, with its weight of the pressing device to the coating. Two adjustable load devices are mounted parallel to each other on the housing 1: main - 4 and additional - 5. The basis of each of the devices 4 and 5, identical in design, are pipes 6, inside which springs 7 are installed, located between the upper and lower pistons 8 and 9. Pistons 8 are mounted in the covers 11, bearing scales 12 for counting the loads, both primary and secondary. Pointer arrows 13 are mounted on screws 10. Each of the lower pistons 9 is connected to a L-shaped propulsion device 14: the piston 9 of the main load device via the axis 15 in the middle part of the mover, and the piston 9 of the additional load device via the cylinder 16. At the free end of the mover 14 a tire simulator 17 is fixed, to which it is connected by means of a pipe 18 and a tank 19, a wetting liquid-water coating. As indicated above, the mover 14 is made in the form of a L-shaped lever, the ends of which are located at an angle of 90 degrees relative to each other and the center of the hinge 16 lies on the arc of one circle with the point "a" of the touch of the simulator of the coated bus 17. For ease of use, the pipe 6 of the additional load device 5 can be made longer than the same element of the main device. In particular, it can reach 60 - 80 cm, and the device for assessing grip can look like that shown in FIG. 2. To expand the functionality of the device, the two-arm lever can be given the shape of a wheel 20 (Fig. 3), for which a hole is provided on the rim for pivoting with the lower piston 9 of the additional load device 5, with which the insert pin 21 forms a detachable pivot joint. In this case, the piston 9 will be somewhat elongated due to the rod 22. This implementation of the two shoulders lever will make it possible to mount an additional mechanism on the device — a curvimeter for measuring the length of the vehicle’s trajectory on the road during an accident investigation (not shown).

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.The device operates as follows. Housing 1 supports 2 are installed on the coating, the coupling qualities of which are to be evaluated. The operator rests his feet on the platform 3, loading the device as a whole with its weight. In the area of the tire simulator 17 from the tank 19, water is supplied through the tube 18 to wet the surface of the coating. Water is supplied at a rate of 1.0 ± 0.2 l / sq.m in accordance with GOST 30413-96. Then, the tire simulator 17 is loaded with the main load device 4 by rotating the screw 10 in the cover 11, thus moving the upper piston 8 and squeezing the spring 7. The load value is monitored on a scale of 12 at a rate of 50-60 N / cm2, which corresponds to the wheel pressure at road surface in real conditions. From the spring 7, the load is transferred to the lower piston 9, which is mounted with the possibility of movement in the pipe 6, and therefore, through the axis 15 to the end of the lever 14 carrying the tire simulator 17. After loading the latter, proceed to loading the other end of the two shoulders of the lever 14, repeating all the above operations with the load device 4, with an additional load device 5. The scale of the scale 12 of the device 5 is the same as the device 4. One of the main requirements for working with the load device 5 is smooth loading. By this we mean the rate of increase in the load on the corresponding end of the lever 14. It is desirable that its growth be within 10-15 N / s and not be shock, dynamic in nature. The loading process continues until the movement of the tire simulator 17, or in other words, the slipping of the mover, begins. The moment of the beginning of the latter is a signal for terminating the load and taking the load on the scale 12 of device 5. The coupling qualities of the coating are estimated by the coefficient of static friction, which is calculated by the formula:

where φ _tp - coefficient of rest friction;
F _d - the value of the additional load received on the device 5;
F _about - the value of the main load received on the device 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. If it is necessary to conduct a second measurement, the two-arm lever is returned to its original position and all loads are relieved from it by returning the screws 10 of the load devices 4 and 5 to their original position.

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. FUTURUM LLC produced working drawings of a device for assessing the adhesion qualities of a coated road, and a prototype was made. In April, tests will begin in road and laboratory conditions.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. В. В. Сильянов. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог, М. Транспорт, 1984, с. 287 - прототип.Sources of information taken into account during the examination:
1. V.V. Silyanov. Transport and operational qualities of highways, M. Transport, 1984, p. 287 is a prototype.

2. И.В. Крагельский, В.С. Щедров. Развитие науки о трении. Академия наук СССР, 1958, с. 290. 2. I.V. Kragelsky, V.S. Generous. The development of friction science. Academy of Sciences of the USSR, 1958, p. 290.

3. SU 1730327 A1, E 01 C 23/07, 30.04.1992. 3.SU 1730327 A1, E 01 C 23/07, 04/30/1992.

Claims

1. A device for assessing the adhesion qualities of a paved road, including a tire simulator and adjustable primary and secondary load devices mounted on the housing, characterized in that it is equipped with a propulsion device made in the form of a two-armed lever with an axis of rotation in the middle part, mounted with the possibility of displacements in the vertical guides of the housing and connected with the adjustable main load device, while at one end of the lever a bus simulator is fixed, and the other is pivotally connected to additional variable load device, wherein the load devices are to scale reference of basic and additional loads.

2. The device according to claim 1, characterized in that the two-arm lever is made L-shaped and both adjustable load devices are mounted on the housing parallel to each other.

3. The device according to p. 1, characterized in that the contact point of the tire simulator with the coating in the working position and the point of hinging the other end of the lever with the additional load device lies on an arc of one circle.

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the two-arm lever is made in the form of a wheel, and the hinge of the additional load device is detachable.