КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ: НОВАЯ СТАРАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
advertisement
безопасность КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ: НОВАЯ СТАРАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В порядке дискуссии Безопасность движения транспортного средства в значительной степени определяется его тормозными свойствами и коэффициентом сцепления колеса с дорожным покрытием. В настоящее время сцепные качества дорожного покрытия характеризуются коэффициентом сцепления при скольжении сблокированного колеса со скоростью 60 км/ч по увлажненному покрытию. мобиль-дорога-среда). Поэтому оценка коэффициента сцепления, определяемая по ГОСТ, является интегральной (но не феноменологической) величиной, характеризующей взаимодействие субъектов системы ВАДС. Основным документом, регламентирую- строительстве новых, реконструкции щим методические и технические средс- или эксплуатации существующих автотва для определения сцепных качеств мобильных дорог общего пользования, дорожного покрытия, является ГОСТ а также улиц и дорог городов, поселков 30413–96 «Дороги автомобильные и аэ- и сельских поселений» (1). родромы. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с Учитывая параметры прицепной устадорожным покрытием». новки и ее характеристику (4.1.2), а также методику проведения испытаний В пункте 3.1 ГОСТ 30413-96 дано оп- (4.3) можно утверждать, что в качестве ределение: «коэффициент сцепления коэффициента сцепления, характери(продольного) – отношение максималь- зующего сцепные качества дорожного ного касательного усилия, действующе- покрытия, в ГОСТ 30413–96 предлагаго вдоль дороги на площади контакта ется использовать коэффициент трения сблокированного колеса с дорожным скольжения, измеряемого при моделипокрытием, к нормальной реакции в ровании взаимодействия колеса автоплощади контакта колеса с покрыти- мобиля с дорожным покрытием. ем». В пункте 4.1.1 указано, что «в качестве испытательного оборудования Из многочисленных научных работ, посследует использовать автомобильную вященных исследованию взаимодействия установку типа ПКРС–2, состоящую из колеса с дорожным покрытием, следует автомобиля, прицепного одноколесно- вывод о его зависимости от большого го прибора, оборудованного датчиками количества влияющих факторов и паровности и коэффициента сцепления, а раметров различной природы. Модетакже установленных в автомобиле сис- лирование взаимодействия колеса с темы увлажнения покрытия и системы дорожным покрытием по ГОСТ 30413–96 управления и регистрации». Стандарт подразумевает учет влияния всех факрекомендован для использования «при торов системы ВАДС (водитель-авто- Классификация этих факторов приведена на рис.1. Их количество и многообразие таковы, что основные факторы, определяющие сцепные свойства покрытия, такие как шероховатость, контактирующие материалы, влажность, загрязненность, оказывающие доминирующее влияние на процесс сцепления, «растворяются» в совокупности остальных факторов и практически отсутствует возможность их выделить и оценить количественно. На практике для определения сцепных качеств дорожного покрытия используются также портативные приборы маятникового, ротационного и ударного действий. Маятниковые приборы широко распространены за рубежом (маятник Леру, прибор Босси). Они просты в эксплуатации и позволяют достаточно быстро провести измерения. В европейских странах наибольшее распространение получил прибор Леру маятникового типа Транспортной и дорожной исследовательской лаборатории Великобритании. К ротационному типу относится прибор, разработанный в МАДИ Р.Ф. Лукашуком. При диагностике и контроле качества автомобильных дорог коэффициент сцепления определяют приборами ударного действия конструкции Ю.В.Кузнецова (ППК-МАДИ, широкомасштабное применение) или ИКСп (ОАО «Росдортех»). доле объясненной дисперсии коррели- тактирования происходит растяжение, а руют с показаниями ПКРС-2, при этом в задней – сжатие. они часто по естественным физическим причинам не коррелируют между собой. Известно, что коэффициент трения Доля объясненной дисперсии у них мо- срыва больше коэффициента скольжежет быть не входящей друг в друга или ния, а коэффициент трения качения даже вообще не пересекаться, при во- меньше коэффициента трения скольобщем-то удовлетворительной корреля- жения. Достоверность определения на ции с показаниями ПКРС-2. Понятно, основе ГОСТ 30413-96 коэффициента что соотношение долей объясненной сцепления за счет оценки коэффициендисперсии относится и к корреляции та скольжения обеспечивается тем, что показаний прямого способа измере- коэффициент сцепления в 1,5-2 раза ний коэффициента сцепления, а также больше коэффициента скольжения (при показаний коэффициента скольжения, их разной триботехнической природе). полученных от установки ПКРС-2 и пор- Для возможности движения автомобиля тативных приборов. без скольжения и буксования сила тяги транспортного средства должна быть Если рассмотреть процесс измерения меньше силы сцепления. для приборов типа ПКРС-2, ППК-МАДИ, ИКСп и сравнить его с процессом сцеп- Необходимо признать, что при оценке ления колеса транспортного средства транспортно-эксплуатационных пока(мгновенная скорость в нижней зоне зателей автомобильных дорого следуконтактирования шины с покрытием рав- ет отдельно определять коэффициент на нулю), то обнаруживается, что это два скольжения и коэффициент сцепления. совершенно разных процесса. Результат Причем первый должен отвечать за для этих средств измерения больше под- длину тормозного пути, а второй – за ходит к определению параметра, корре- потерю устойчивости движения транслирующего с длиной тормозного пути, а портного средства при движении по авне с потерей устойчивости при качении. томобильной дороге. Длина тормозного пути должна коррелироваться с показаЕсли провести анализ отпечатка контак- ниями средств измерения, измеряющитирования шины колеса транспортно- ми коэффициент скольжения, а потеря го средства с дорожным покрытием с устойчивости качения – с коэффициеншероховатой поверхностью можно вы- том сцепления. делить зоны неподвижного контактирования и зоны упругого деформирования. Способ измерения сцепных качеств доПричем в передней части колеса дефор- рожного покрытия по ГОСТ 30413–96 мирование происходит при сжатии, а при использовании установки типа в задней – при растяжении поверхнос- ПКРС–2 имеет следующие недостатки. тного слоя шины колеса. Следует рас- 1. Типовые графики (из множества полусматривать две волны деформирования ченных при диагностике федеральных ав– растяжения и сжатия. Если же рассмат- томобильных дорог) показаний ПКРС-2У ривать трение скольжения, то в этом слу- приведены на рис. 2. Видно влияние случае практически вся площадь отпечатка чайных факторов динамики торможения контактирования находится в состоянии на недопустимое увеличение погрешносскольжения, в передней части зоны кон- ти выходного сигнала, а также програм- мно-методическую неоднозначность и условия возникновения недопустимой погрешности обработки полученных графиков. В автоматическом режиме затруднительно выбрать участок графика, отвечающего за коэффициент сцепления, и достичь воспроизводимости результатов измерения на одном и том же участке автомобильной дороги. Разная структура пиков колебаний графиков показывает принципиальную методическую и метрологическую неопределенность в оценке показателей коэффициента сцепления с помощью ПКРС-2. Например, непонятно, как учитывать второй пик, тренд, нестационарность коррелированной и случайной составляющих и знакочередования показаний на участке скольжения и добиться воспроизводимости результатов измерений. На практике разброс показаний единичных измерений с помощью установки ПКРС-2 (ПКРС-2У) на одном и том же участке автомобильной дороги достигает ±50% относительно текущего среднего. При этом влияние колебаний на результаты измерений имеет несистематический характер, что дополнительно связано со случайным распределением периодов и амплитуд неровностей дороги. В связи с этим установка ПКРС-2 не в состоянии обеспечить требований «Государственной системы обеспечения единства измерений» и не может характеризоваться как измерительное устройство, поскольку показания установки типа ПКРС-2 являются с точки зрения метрологии сугубо ориентировочными (оценочными, шкальными), т.е. отражающими преимущественно качественную, а не количественную картину взаимодействия колеса с покрытием. В научной литературе регулярно приводятся данные о сравнительных Недостатком этих приборов, как и установки ПКРС–2 (ПКРС-2У), является то, что определение коэффициента сцепления осуществляется при скольжении имитатора шины по дорожному покрытию, т.е. определяется коэффициент скольжения. Установлено, что показания портативных приборов в разной Рис.1. Доминирующие влияющие факторы системы ВАДС 22 Рис. 2. Определение коэффициента сцепления на установке ПКРС-2У на одном участке дороги 23 безопасность испытаниях различных конструкций ди- Системы гашения колебаний подвески, При некотором значении относительнонамометрических тележек. Отмечается, системы противоскольжения, АБС, сис- го скольжения продольный коэффициент что, несмотря на значительное количес- темы стабилизации, а также усовершенс- сцепления имеет максимум (см. рис.5). тво конструктивных вариантов динамо- твованные по конструкции, материалам Величина относительного скольжения, метрических тележек, общих требований и протектору шины резко снизили вли- соответствующая максимуму, называк ним до сих пор не выработано; имеет яние факторов подсистемы «водитель- ется критической и обозначена Sк. Экместо «значительный диапазон колеба- автомобиль-дорога» (рис.1). На первый спериментально установлено, что для ний величины коэффициента сцепления, план выступило влияние качества повер- большинства дорожных покрытий Sк наизмеренного приборами разных типов хности дорожного покрытия (ровность ходится в диапазоне от 0,1 до 0,3 (рис.5). на одном и том же участке покрытия». и распределение активных выступов и Это подтверждается результатами испы- впадин макро– и микрошероховатос- Назначение АБС – обеспечение оптитаний, приведенными на рис.3. ти), оценка коэффициента сцепления мальной тормозной эффективности по методике ГОСТ 30413–96 перестала (минимального тормозного пути) при Те же результаты дают, например, срав- отвечать изменившимся условиям фун- сохранении устойчивости автомобиля нительные испытания автомобильной кционирования этой системы. В связи с на границе управляемости – удерживадороги Гатчина–Куровицы (рис.4), про- появлением АБС практически перестал ние в процессе торможения величины веденные совместно с централь-ной проявляться эффект проскальзывания относительного скольжения в узких прелабораторией Дорожного комитета колеса с дорожным покрытием при раз- делах вблизи Sк. В этом случае обеспеПравительства Ленинградской области. гоне-торможении. чиваются оптимальные характеристики торможения. Для этой цели необходимо 2. При дорожно-транспортных происшес- Эти обстоятельства дают возможность автоматически регулировать в процессе твиях (ДТП) измерение коэффициента сделать заявление, что только сколь- торможения подводимый к колесам торсцепления по методике ГОСТ 30413–96 жение уже не может считаться нормой мозной момент. Процесс регулироване имеет юридической силы в связи с его взаимодействия между колесом и дорож- ния с помощью АБС носит циклический оценочным характером, а результат из- ным покрытием в процессе торможения, характер и качество его оценивается мерения не позволяет распределить меру а только коэффициент трения скольже- по тому, насколько АБС обеспечивает ответственности между задействованны- ния не может быть объективной оцен- скольжение тормозящего колеса в заданми в ДТП дорожными организациями, с кой сцепных качеств. В этих условиях ных пределах. Важным свойством АБС одной стороны, водителем и изготовите- со всей остротой встает необходимость является способность адаптироваться лем автомобиля – с другой. введения дополнительного критерия к изменению условий торможения и к оценки сцепных качеств, учитывающего изменению коэффициента сцепления в 3. Коэффициент сцепления колеса с до- новую реальность применения АБС. процессе торможения. рожным покрытием, измеренный по методике ГОСТ 30413–96, не характеризует В одной из моделей коэффициент сцеп- Рассмотрен характер поведения пневпотенциал дорожного покрытия по ус- ления эластичного колеса зависит от матической шины при торможении. тойчивости и управляемости автомоби- степени скольжения колеса относитель- Шина представляет собой оболочку, наля на нем, а также потенциал тормозных но дорожного покрытия в процессе полненную сжатым воздухом. При дейссвойств покрытия при использовании торможения, которая характеризуется твии на колесо вертикальной нагрузки антиблокировочной системы (АБС). величиной относительного скольжения, происходит деформация части шины, определяемого по формуле: соприкасающейся с опорной поверхНаучно-техническое развитие в авто- S = (V – ωт.к.ro ) / V, (1) ностью (рис.6). мобилестроении кардинально изменило где V – скорость автомобиля, ωт.к. – угхарактер взаимодействия транспортно- ловая скорость тормозящего колеса, ro– При этом расстояние от оси колеса до го средства с автомобильной дорогой. свободный радиус колеса. опорной поверхности становится мень- Рис 5. Зависимость коэффициента сцепления от относительного скольжения: сухое (1) и (2) мокрое асфальтобетонное покрытие, 3 – укатанный снег, 4 – лед Рис.6. Деформация шины (а), Эпюра напряжений в протекторе (б) при приложении к колесу тормозного момента + – зона сжатия, – – зона растяжения ше свободного радиуса и называется нается скольжение колеса. Определяюстатическим радиусом rст. При качении щей (более 80%) для силы торможения нагруженного колеса в силу ряда при- является сила трения покоя при перехочин (динамическое действие нагрузки де качения в скольжение. Коэффициент – торможение, передаваемый колесом сцепления при этом переходе рассматкрутящий момент – разгон) расстоя- ривается как критический коэффициент ние между осью колеса и опорной по- сцепления покоя ωпкр (рис.5). Эта веливерхностью меняется. Это расстояние чина является определяющей характеназывают динамическим радиусом rд. ристикой сцепных качеств дорожного Зависимость радиуса качения колеса от покрытия при разгоне и торможении передаваемого ему крутящего момента – особенно для применения АБС. Предприведена на рис. 7. лагаемый к подробному исследованию критический коэффициент сцепления На участке 2-3 радиус качения линей- покоя ωпкр в подавляющей степени моно зависит от передаваемого момента, жет характеризовать продольную и пои его изменение определяется упругим перечную устойчивость транспортного «проскальзыванием» колеса. Академи- средства в динамических режимах. ком Е.А.Чудаковым, впервые установившим эту зависимость, предложена Если говорить о законах трения примеформула для нахождения радиуса каче- нительно к взаимодействию катящегося ния по передаваемому колесу моменту: колеса транспортного средства по ос rk = rk0 – λt Mk , (2) нованию, то в историческом плане пергде, rk0 – радиус качения при нулевом вопроходцами являются О. Рейнольдс и крутящем моменте, который соответс- Н.П. Петров, работы которых относятся твует радиусу качения колеса в ведомом к ХIХ веку (с учетом и без учета упругосрежиме; λt – коэффициент тангенциаль- ти). Рассматривая процесс торможения ной эластичности шины, зависящий от поезда, Н.П.Петров сделал фундаментипа и конструкции шины. тальный вывод: «чтобы колесо не на- чало скользить по рельсу, надо, чтобы скорость точки колеса, совпадающей с рельсом, относительно рельса была равна нулю. Иначе говоря, точка, принадлежащая колесу и касающаяся рельса, должна совпадать с мгновенным центром скоростей колеса». Анализируя экспериментальные данные, полученные Боше, по которым максимальное значение коэффициента трения соответствует трению покоя, имеющему место в центре скоростей, Н.П.Петров приходит к выводу, что качение на границе со скольжением есть и остается наиболее оптимальным режимом торможения. О. Рейнольдс считал, что вся область контакта состоит из двух участков: одного участка скольжения и одного – сцепления. Последний олицетворяет собой мгновенный центр скоростей, в котором имеет место трение покоя. Академик Е.А. Чудаков значительную часть своих работ посвятил вопросу сцепления автомобильной шины с дорогой. Ему принадлежит четкая и недвусмысленная формулировка по- На участке 1-2 и 3-4 изменение радиуса качения определяется упругим «проскальзыванием» и скольжением колеса по опорной поверхности. Рис.3. Значения продольного сцепления, измеренного приборами разных типов: 1 – ПКРС-2, 2 – ПКРС-2М, 3 – ЛСХА, 4 - МАДИ-6, 5 – ПКРС-2У 24 Рис. 4. Один из графиков сравнительных испытаний установки ПКРС-2У, приборов ППК-МАДИ и ДТ-М Из графика (рис.7) и формулы (2) следует, что при тормозном моменте радиус качения колеса увеличивается. На линейном участке А-Б зависимости коэффициента сцепления от скольжения (участок «трения покоя», рис.5) скольжение вызвано упругим «проскальзыванием», при котором в контакте протектора колеса с покрытием остается зона покоя при качении. На участке Б-С графика начиРис.7. Зависимость радиуса качения колеса от момента 25 безопасность нятия коэффициента сцепления: «под Авторами выполнен комплекс научноэтим коэффициентом обычно разуме- исследовательских работ, включающий ют коэффициент трения покоя между создание оригинальных по конструкшиной и дорогой, причем на него рас- ции стендов и приборов, которые дали пространяются все выводы, которые возможность получить материал, свидает механика в отношении коэффици- детельствующий в пользу применения ента трения между жесткими телами». критического коэффициента сцепления Данная формулировка распространяет покоя в качестве дополнительной хараквыводы, сделанные Н.П.Петровым, на теристики сцепных качеств дорожного сцепление автомобильной шины с до- покрытия. рогой. Аналогичной позиции придерживались известные ученые В.П. Горячкин, Один из стендов изображен на рис.8. И.В. Крагельский, А.Ю. Ишлинский и ряд других. Стенд состоит из основания (1), на котором смонтированы основные узлы Коэффициент трения покоя по И.В. и механизмы. На колонне (2) устаКрагельскому определяется зависи- новлено нагрузочное устройство (3) с мостью: силоизмерительным устройством (4), φ = А S/ Gк + В, (3) взаимодействующим с имитатором где А и В – приведенные коэффициен- шины, представляющим собой стальное ты, зависящие от молекулярных и фи- колесо (5), футерованное слоем резины, зических свойств шины и покрытия; в совокупности дающих твердость конS – площадь контакта шины с покрытием; тактной поверхности на уровне твердоGк – нормальная нагрузка на колесо. сти шины автомобильного колеса (50–70 единиц по Шору). На стенде установлен Как следует из приведенной формулы, привод (6) для перемещения имитатора, сцепные качества определяются свойс- состоящий из шагового двигателя, редуктвами контактирующих материалов, тора и канатной тяги, скорость вращеплощадью контакта, нагрузкой и более ния которого регулировалась в широких ничем. Влажность покрытия учитывает- пределах. Под колесом (5) имитатора на ся приведенными коэффициентами как основании (1) в направляющих (7) на одно из физических свойств. опорах качения установлена тележка (8), кинематически связанная через силоизИз анализа работы АБС и исторической мерительное устройство (9) с горизонсправки можно сделать вывод о том, что тальным нагрузочным устройством (10). критический коэффициент сцепления На тележке (8) предусмотрено средство покоя относится к научно обоснованной крепления для образцовых пластин и и объективной характеристике сцепных форм из асфальтобетона. Оба устройскачеств дорожного покрытия в значи- тва (4) и (9) предназначены для регисттельной степени свободной от влияния рации вертикального и горизонтального факторов системы ВАДС и выражающей усилий и определения коэффициента в чистом виде сцепные качества автомо- сцепления. Рассматривались два варибильного колеса и дорожного покрытия. анта испытаний. Первый – определение а б Рис.8. Стенд определения коэффициента сцепления: а – схема, б – фото 26 вертикальной и горизонтальной реакций в опорной плоскости при сблокированном колесе 5, сдвигающее усилие определялось путем перемещения в горизонтальной плоскости относительно неподвижного колеса тележки (8) с пластиной или формой подложки. Второй – тележка (8) неподвижна, к колесу (5) прикладывается крутящий момент. В обоих случаях определялась величина сдвигающего усилия на момент начала относительного движения, т.е. перехода от состояния полного покоя в состояние буксования, а, точнее, скольжения контактирующих пар в опорной поверхности. Определение коэффициента трения покоя критического проводилось в соответствии с рекомендациями Н.П. Петрова. На стенде было смоделировано силовое взаимодействие колеса – имитатора с подложкой, которое максимально приближалось к реальному взаимодействию. Были выявлены доминирующие влияющие факторы испытаний: тип и свойства резины, толщина и ширина резины, площадь контакта имитатора с подложкой, вертикальная нагрузка – давление в опорной плоскости имитатора с подложкой, скорость приложения сдвигающего усилия. Испытания свойств резины проведены в НИИ синтетического каучука имени академика С.В.Лебедева. Толщина резины имитатора определялась из условия равенства упругих свойств шины автомобильного колеса (беговой дорожки) и упругих свойств собственно резины. Упругие свойства имитатора должны соответствовать упругим свойствам покрышки колеса, которые можно оценить Рис.9. Схема стенда для определения модуля упругости автомобильного колеса Рис.10. Схема прототипа прибора для определения коэффициента сцепления коэффициентом упругости или моду- На рис.10 представлена схема пролем упругости. Для определения модуля тотипа прибора, которая стала консупругости покрышки использовалась труктивной основой прибора ДТ-М, покрышка И-151 по ГОСТ 4754-80. Ис- использованного в полевых условиях. пытания проводились по схеме, пред- Имитатор выполнен в виде металличесставленной на рис.9. кой пластины (1), к которой приклеена пластина (2) из резины. На пластине (1) Покрышка (2) устанавливалась на жест- размещен груз (3). В качестве средства кое основание (1), внутрь покрышки ус- измерения использован динамометр танавливался металлический штамп (3), (4), содержащий упругий элемент (5). В который нагружался силой Р. Величина эксперименте перемещение имитатора осадки штампа определялась как сред- осуществлялось по металлическим пласнее значение показаний двух индикато- тинам (6) и формам, заполненным песров (4). Нагрузка Р (от Р = 0 до Р = мах) чаным асфальтобетоном. Выявленные прикладывалась ступенчато с шагом, факторы, касающиеся типа и свойства равным 0,05 МПа. Максимальное зна- резины, ее толщины и ширины, площади чение нагрузки соответствовало давле- контакта и т.д., учтены при проведении нию под штампом, равном 0,5 МПа. По экспериментов. результатам этих испытаний была построена зависимость нагрузки от осадки С помощью электропривода через диштампа. Осадка штампа представлялась намометр 4 осуществлялось принудив относительных единицах: величина тельное перемещение имитатора по осадки λ к величине диаметра штампа d. металлической пластине (6) с заранее Зависимости строились для штампов с заданной величиной шероховатости диаметрами 3, 5, 10, 16 мм, а испытания (разновысотность и распределение), проводились для резиновых образцов имеющей регулярный характер. Скоразличной толщины 3, 6 и 10 мм. рость принудительного перемещения варьировалась в диапазоне 0,5–20 По результатам испытаний была уста- мм/мин. Минимальный предел скороновлена толщина (6 мм) резинового сти ограничен техническими возможимитатора, эквивалентного по своим ностями электропривода. Каждый раз упругим свойствам шине. Площадь кон- после принудительного перемещения такта имитатора с подложкой должна имитатора по пластине на 20–25 мм быть согласована с параметрами шеро- электропривод отключался, и перемеховатости дорожного покрытия, чтобы щение прекращалось. Однако имитане было влияния масштабного фактора тор продолжал движение, вызванное и искажения реального процесса вза- состоянием динамического равновеимодействия шины с покрытием. Пло- сия между силой трения и силой упрущадь имитатора выбрана на основании гой деформации пружины 5. По мере статистического анализа фракций щеб- перемещения имитатора внутренние ня асфальтобетонного покрытия и учета напряжения релаксируются так, что площади зоны покоя в пятне контакта устанавливается не динамическое шины с покрытием. Нагрузка на ими- равновесие между силой трения и ретатор определялась в относительных акцией пружины, а статическое, т.е. единицах как отношение вертикального имитатор останавливается. Это ознаусилия, передаваемого на имитатор, к чает равенство сил трения и силы на его опорной площади. пружине 5, которая фиксируется на ди- намометре и является количественным выражением силы трения покоя, в этот момент скорость перемещения имитатора равна нулю. График (рис.11) зависимости коэффициента сцепления от скорости принудительного перемещения дает кривую А, показывающую динамику изменения коэффициента сцепления. Кривые Вi являются условными и количественно не отражают зависимости между ω и V, они показывают динамику изменения сцепных свойств взаимодействующих объектов в процессе релаксации напряжений при самостоятельном перемещении имитатора. График дает возможность убедиться, что с минимальной погрешностью и независимо от скорости принудительного перемещения критический коэффициент сцепления покоя является величиной постоянной. Это свидетельствует о постоянстве силы трения покоя, обусловленной только свойствами контактирующих материалов и поверхностей. На участке, обозначенным штриховой линией, интерполяция кривой А, полученная с помощью компьютера, дает величину коэффициента сцепления при скорости принудительного перемещения равной нулю. Эта величина находится на уровне среднего арифметического значения этих же коэффициентов, полученных для промежуточных значений скоростей в результате релаксационных процессов. Аналогичные результаты были получены при замене металлических пластин на формы, заполненные уплотненным песчаным асфальтобетоном. Сконструирован и изготовлен портативный прибор ДТ-М (рис.12). Прибор для оценки сцепных качеств дороги с твердым покрытием состоит из несущего корпуса (1), в котором с возможностью 25 безопасность Рис.11. Зависимость коэффициента сцепления от скорости перемещения возвратно-поступательного перемещения установлен имитатор шины (2), представляющий собой металлическую пластину (3) с приклеенной к ней резино- Рис.13. Детское ручное транспортное средство, перемещающееся за счет сцепления 28 Рис.12. Схема прибора ДТ-М вой пластиной (4). Имитатор шины взаимодействует с основным нагрузочным механизмом (5), создающим вертикальную нагрузку, который включает пружину (6), одним концом упирающуюся в пластину (3), а другим – в несущий корпус (1) посредством опоры качения (7). Дополнительный нагрузочный механизм представлен пружиной (8), один конец которой неподвижно связан с корпусом (1), размещаясь в направляющей гильзе (9). Свободный конец пружины (8) соединен с имитатором (2). Для управления режимом последнего предусмотрен механизм, включающий двуплечий рычаг (10), который посредством шарнира (11) связан с корпусом (1). Один конец рычага (10) взаимодействует в упор с торцом винтового механизма (12), приводимого в действие рукояткой (13), а другой связан с имитатором (2). Связь между ним и пружиной (8) выполнена в виде зубчатого ремня (14), к которому примыкает зубчатый шкив (15), образующий со шкивами (16) и (17) мультипликатор, преобразующий ограниченный угол поворота шкива (15) в полный оборот барабана (18) с отградуированной шкалой коэффициента сцепления. Прибор ДТ-М прошел серию сравнительных испытаний с приборами ПКРС-2У и ППК-МАДИ совместно с центральной лабораторией Дорожного комитета Правительства Ленинградской области. На рис. 3 показаны результаты испытаний, которые были осуществлены на 18-километровом участке автомобильной дороги Гатчина–Куровицы. Показания ПКРС-2У и ДТ-М по абсолютному значению резко отличаются. Причем значения ДТ-М меньше, чем среднее значение ПКРС-2У, но выше показаний ППК-МАДИ. Вызывает удивление существенная разница между показаниями ПКРС-2У и ППК-МАДИ, ведь их показания должны коррелироваться. Наблюдался большой разброс в показаниях ПКРС-2У, при этом разброс показаний ДТ-М был на порядок меньше. Прибор ДТ-М реагирует, согласно установленным требованиям, на изменение условий испытаний: наличие на поверхности влаги, масляных пятен, изменение температуры и т.п. Его масса 5,5 кг. Среднестатистические значения коэффициента сцепления, полученные ПКРС-2У, намного превышают значения, полученные прибором ДТ-М. А ведь они должны быть хотя бы сопоставимы или даже меньше, поскольку показания ДТ-М представляют собой коэффициент трения покоя, а показания ПКРС-2У – коэффициент трения скольжения, который не может быть больше, чем коэффициент трения покоя для одной и той же пары трения. Как решающий довод состоятельности предложенных постановок для решения поставленной научной проблемы предлагается рассмотреть конструкцию детского ручного транспортного средства (рис.13) китайского производства. Данное «транспортное средство» перемещается со скоростью обычного детского велосипеда за счет ручного качания руля в горизонтальной плоскости и создания силы тяги за счет использования только сцепления с дорожным покрытием эксцентрично расположенной пары колес. Применение данного принципа взаимодействия колеса транспортного средства и дорожного покрытия может служить основой для конструирования целого ряда средств прямого измерения коэффициента сцепления в виде критического коэффициента сцепления покоя. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Существующий метод определения коэффициента сцепления автомобильного колеса с дорожным покрытием, основанный на измерении коэффициента трения скольжения, в соответс- твии с ГОСТ 30413-96 дает оценку сцепных качеств в виде коэффициента скольжения. циент сцепления при переходе трения покоя при качении в трение скольжения и определить его как критический коэффициент сцепления покоя ωпкр. 2. При ДТП измерение коэффициента Эта величина может быть отнесена к сцепления по методике ГОСТ 30413–96 дополнительным определяющим характеряет смысл, так как измеренная вели- теристикам сцепных качеств дорожного чина не имеет юридической силы в свя- покрытия при разгоне и при торможении, зи с ее оценочным характером. Кроме в том числе и при применении АБС. того, она не позволяет распределить меру ответственности между задейс- 5. В дальнейшем предлагается ввести твованными в ДТП дорожными органи- критический коэффициент сцепления зациями, с одной стороны, водителем и покоя как дополнительный показатель в производителем автомобиля, – с другой. отраслевую систему диагностики автомобильных дорог, а также использовать 3. Коэффициент сцепления колеса с его для совершенствования ГОСТ 30413дорожным покрытием, измеренный 96 с целью уточнения нормативов для по методике ГОСТ 30413–96, не мо- коэффициента сцепления. жет характеризовать взаимодействие транспортного средства и дорожного покрытия по устойчивости и управляеА.В.Кочетков, мости автомобиля на нем, а также под.т.н., профессор, академик РАТ, тенциал тормозных свойств покрытия М.Л.Ермаков, при использовании антиблокировочной начальник отдела (ФГУП «РОСДОРНИИ»), системы (АБС). А.А. Шестопалов, д.т.н. профессор, к.т.н., 4. В качестве новой характеристики Э.И. Деникин, доцент сцепных качеств дорожного покрытия Ю.Д. Нетеса, предлагается использовать коэффиинженер (СПбГТУ) При использовании «Спецтрансом» Санкт-Петербурга прибора ДТ-М для оценки качества механизированной уборки дорог в зимнее время на отдельных участках автомобильной дороги, имеющей наледи, значения коэффициента сцепления снижались до 0,06–0,08. На заснеженных укатанных участках с остатками песка на поверхности (от проведенной ранее обработки песчаносолевой смесью) значения коэффициента сцепления составили 0,22–0,28, а на чистом асфальтобетонном покрытии 0,35–0,44. Проводилась также оценка сцепных качеств реконструированных участков автомобильных дорог, например, на Обводном канале в Санкт-Петербурге, на 67 км Мурманского шоссе и на многих других объектах. Документы о возможности практического применения прибора ДТМ утверждены В.Н.Кирьяновым. 27
