Методы определения коэффициента сцепления шин с покрытием дороги

Коэффициент сцепления с ними шин авто­мобилей является показателем, зависящим от погодных усло­вий и меняющимися в процессе службы дороги. Для достаточно точного представления о нем должны регулярно проводиться обследования дорог. Для измерений коэф­фициентов сцепления в разных странах было предложено много различных приборов и методов.

Коэффициент сцепления определяют преимущественно прицепными динамометрическими тележками. Прибор Союздорнии ПКРС-2У измеряет реактивный тормозной момент, возникающий при заблокировании колеса тележки. Для увлажнения покрытия под колесом прицепа установка снабжена баком для воды и устройством для разбрызгивания ее по покрытию, создающими перед скользящим колесом слой воды толщиной 1 мм. В связи с влиянием на коэффициент сцепления рисунка протектора и степени его износа испытания проводят с гладкой беспротекторной шиной размером 6,45 – 13 с внутренним давлением воздуха 0,17 МПа и вертикальной нагрузкой 2,94 кН. При отсутствии специальной шины допускается использовать изношенную шину с глубиной канавок протектора не более 1 мм.

Коэффициент сцепления определяют, периодически тормозя колесо тележки. Обычно на одном километре удается выполнить три-четыре торможения, в результате чего получается выборочная характеристика участка, не гарантирующая от наличия невыявленных отдельных мест с отличающимися от полученных значениями коэффициентов сцепления. Поэтому для получения объективной характеристики участка необходимо провести несколько измерений, меняя места торможения.

Для определения коэффициента сцепления динамометрическими тележками требуется длинный участок дороги, на котором автомобиль мог бы разогнаться до обычной скорости испытаний 60 км/ч. Не во всех случаях это возможно. Кроме того при расследовании ДТП бывает необходимо оценить коэффициент сцепления точно на месте происшествия. Для этой цели удобен серийно выпускаемый портативный прибор ударного действия МАДИ-НИИ БД конструкции Кузнецова Ю. В.

За рубежом для практических целей широкое распространение имеют портативные маятниковые приборы. В них маятник с резиновым наконечником, отпущенный с определенной высоты, тормозится трением о покрытие. Наибольшее распространение имеет прибор Транспортной и дорожной исследовательской лаборатории Великобритании. Значение коэффициента трения характеризуется углом отклонения маятника после прохождения зоны контакта. Маятниковые приборы просты в употреблении, дают достаточно хорошее соответствие с результатами измерения при помощи динамометрических тележек на покрытиях с мелкозернистой структурой. Недостаток маятниковых приборов заключается в том, что из-за малой массы маятника скорость проскальзывания резиновой пластины по покрытию зависит от шероховатости покрытия и не соответствует реальным скоростям движения заторможенного колеса автомобиля по дорожному покрытию.

Автомобильные организации и органы ГАИ в практике расследования ДТП иногда определяют коэффициент сцепления по тормозному пути автомобиля, рассчитывая его по формуле: , где V – скорость начала блокировки колес, м/с; g – ускорение свободного падения; L – тормозной путь, м.

Получаемое значение коэффициента зависит от начальной скорости торможения и меняется в процессе. Оно является средним и не может сопоставляться с результатами измерений динамометрическими тележками, которые определяют при постоянной скорости.

Значение коэффициента сцепления зависит от шероховатости дорожных покрытий, наличия на их поверхности мелких выступов, которые вдавливаются в беговую дорожку шины при качении колеса, а при проскальзывании ведущих колес или скольжения заблокированной шины, упруго деформируя или прорезая резину, создают сопротивление смещению шины.

Понятие о коэффициенте сцепления, факторы, влияющие на коэффициент сцепления

Коэффициент сцепления-отношение результирующей реакции,возникающей в опорной плоскости касания колеса с поверхностью,к соответствующему значению нормальной нагрузки, действующей на колесо.Коэффициент поперечного сцепления является частью коэффициента сцепления, соответствующей движению колеса под углом к плоскости вращения колеса, а коэффициент продольного сцепления-частью коэффициента сцепления, соответствующей движению колеса в плоскости его вращения.

Коэффициент сцепления можно вычислить по формуле

Где Т-горизонтальная реакция, кН;Q-нагрузка, кН.

Рис. 4.11. Принципиальная схема сил при измерении коэффициента сцепления: Т — горизонтальная реакция; Q — нагрузка; v — скорость измерения; ω— угловая скорость вращения измерительного колеса (равна нулю при пол­ностью заблокированном колесе); R — радиус измерительного колеса

Факторы, влияюшие на сцепные качества покрытий

Большим количеством исследований установлено, что ко­эффициент сцепления зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются: скорость движения; величина нагруз­ки на колесо, его размеры; размер, конструкция, материал, внутреннее давление пневматической шины и протектор с его изменяющейся жесткостью, гистерезисом и рисунком; усло­вия контакта шины с покрытием; тип и состояние дорожного покрытия; износ покрытия и шины; материал и методы строи­тельства; климатические условия и т.п.

С увеличением скорости движения сцепление между коле­сом автомобиля и дорогой снижается.

Однако наибольшее влияние на коэффициент сцепления оказывает комплексное действие повышения влажности до­рожного покрытия и скорости движения, что приводит к уве­личению длины тормозного пути и нарушению устойчивости автомобиля.

В процессе эксплуатации дороги происходит износ покры­тия, особенно интенсивный в пределах полос наката. Степень износа, а следовательно, и условия сцепления колес автомо­биля с дорожным покрытием зависят от срока службы покры­тия и интенсивности движения. Неравномерное изменение условий сцепления в поперечном профиле дороги может привести к заносу автомобиля и дорожно-транспортному происшествию.

Аналогичное явление можно наблюдать и в случае неоднородных условий сцепления в продольном профиле. При ин­тенсивном встречном движении и частых обгонах даже опытный водитель допускает превышение безопасной скорости, так как он не всегда в состоянии сосредоточить внимание на со­стоянии дорожного покрытия (грязное, мокрое, обледенелое),

Безопасность движения зависит также от степени надеж­ности сцепления колес автомобиля с дорогой на участках го­ризонтальных и вертикальных выпуклых кривых, в пределах которых на автомобиль действует центробежная сила, стремящаясяв первом случае сдвинуть его в наружную сторону закругления, а во втором — оторвать от поверхности дороги (уменьшение нагрузки на колесо). В связи с ухудше­нием условий сцепления и управляемости автомобилем безо­пасное движение на подобных участках возможно лишь с ограниченными скоростями.

На сцепные качества покрытий существенно влияет нали­чие грязи и влаги на отдельных участках. При экстренном торможении создается аварийная ситуация, так как длина тор­мозного пути на загрязненном или замасленном покрытии при малой величине коэффициента сцепления значительно боль­ше, чем на чистом сухом покрытии дороги.

Низкие сцепные качества покрытий наблюдаются в мес­тах выхода вяжущего (битума) на поверхность дороги, на участках, проходящих через лесные массивы (в период лис­топада), в местах частого увлажнения покрытий вследствие вечерних и утренних туманов (низины, поймы рек, озер, болот) и т.п. Большое количество дорожно-транспортных происше­ствий происходит при недостаточно высоком сопротивлении скольжению дорожных покрытий, особенно на пересечениях автомобильных дорог в одном уровне. Величина коэффициен­та сцепления в таких местах снижается вследствие полиров­ки выступающих поверхностей каменных частиц дорожного покрытия в результате интенсивного движения автомобилей, а также применения для борьбы с гололедом песка, хлористого кальция или натрия. Поэтому к сцепным качествам покры­тий на указанных участках следует предъявлять повышен­ные требования, применяя для устройства покрытий камен­ный материал с повышенным сопротивлением истиранию.

Как правило, отдельные участки дороги имеют либо разные типы покрытий, либо однородные покрытия, но с различными поверхностными обработками. Незначительные изменения в составе асфальтобетона, каменном материале или органи­ческом вяжущем, различная технология производства работ влияют на коэффициент сцепления. Величина сопротивления скольжению также зависит от неодинаковой температуры по­верхности покрытия на смежных участках, расположенных в залесенной и открытой местностях. Поэтому впроцессе оценки сцепных качеств того или иного маршрута необходимо учитывать возможные изменения сопротивления скольжению и производить измерения на всех характерных участ­ках с учетом изменений в поперечном профиле.

Таким образом, безопасность движения в значительной степени обусловлена условиями взаимодействия колес авто­мобиля с дорогой, а оценивать эти условия необходимо в пер­вую очередь на наиболее опасных, скользких участках доро­ги, в местах возможного возникновения дорожно-транспорт­ных происшествий. При этом потенциально опасные участки дорог следует систематически выявлять и принимать меры по повышению шероховатости покрытий или ограничению скорости движения автомобилей.

Следовательно,для предупреждения дорожно-транспорт­ных происшествий, вызываемых недостаточным сцеплением шины с покрытием, необходимо регулярно проверять состояние покрытия, а на отдельных, особо опасных участках и в местах, где наиболее часто бывают ДТП, — оценивать скользкость до­рог. Кроме того, следует изучать места концентрации дорожно-транспортных происшествий, составлять линейные графики происшествий и состояния сцепных качеств дорожного по­крытия вдоль всего маршрута.

Определение коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием

Устойчивость и управляемость автомобиля, его тяговые свойства и тормозные характеристики в значительной степени определяются сцеплением шины с дорогой.

Коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием – это показатель, характеризующий сцепные свойства дорожного покрытия, определяющийся как отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дорожного покрытия на площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием к нормальной реакции в площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием.

Испытания коэффициента сцепления проводятся по ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».

Существует два основных метода определения коэффициента сцепления дорожного покрытия.

1. С помощью испытательной автомобильной установки, включающей в себя прибор контроля коэффициента сцепления дорожных покрытий типа ПКРС.
2. С использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД или его аналогов. (В основном на участках автомобильных дорог, где невозможно обеспечить скорость движения испытательной установки равную (60±2) км/ч)

Рассмотрим каждый из них.

1. Определение коэффициента сцепления с использованием автомобильной испытательной установки типа ПКРС.

Сцепление колеса автомобиля с покрытием характеризуется значением показателя коэффициента сцепления, определяемого при полной блокировке испытательного колеса (ИКС) на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях, с последующим вычислением отношения полученного значения касательного усилия к значению нормальной реакции дорожного покрытия.

Измерения проводят при температуре окружающего воздуха в диапазоне от 5°С до 40°С. Поверхность автомобильной дороги перед измерением должна быть сухой. При наличии на дорожном покрытии каких-либо загрязнений (песок, мелкий гравий, грунт и т.д.) необходимо сделать соответствующую отметку в протоколе измерений.

Проведение измерений во время дождя или тумана не допускается.

При проведении измерений на каждом измерительном участке выполняются следующие операции:

а) определяется температура окружающего воздуха и дорожного покрытия;

б) испытательная установка разгоняется до скорости равной (60±2) км/ч и скорость поддерживается на протяжении всего интервала измерения;

в) включается подача воды на дорожное покрытие перед испытательным колесом;

г) производится блокировка колеса с шагом не менее 0,2 с в интервале времени не менее чем 3,0 с, имитируя торможение автомобиля;

д) после проведения измерений блокировка колеса прекращается и отключается подача воды.

На автомобильных дорогах, находящихся в эксплуатации, измерения проводят при движении испытательного колеса по полосе наката левых колес транспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах с вновь устроенным покрытием — в пределах всей ширины полосы движения.

Минимальная длина участка автомобильной дороги, на котором возможно применение прибора типа ПКРС из условий безопасности с учетом разгона и полной остановки должна составлять 300 м.

Силу сцепления на измерительном участке рассчитывают, как среднеарифметическое сил сцепления, полученных по результатам измерения на данном участке.

1. Определение коэффициента сцепления с использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД.

Места проведения измерений и схема организации движения на время проведения измерений согласовываются с органами, ответственными за организацию безопасности дорожного движения.

Перед началом проведения измерений проводится подготовка испытательной установки в соответствии с рекомендациями компании-изготовителя.

При выполнении измерений выполняют следующие операции:

а) измеряют температуру окружающего воздуха;

б) устанавливают прибор в точке измерения коэффициента сцепления;

в) фиксируют груз прибора в верхнем положении;

г) увлажняют дорожное покрытие водой по траектории движения имитаторов, из расчета от 0,15 до 0,25 л под каждый имитатор;

д) сбрасывают груз на тяги прибора;

е) по измерительному кольцу на шкале прибора фиксируют значение коэффициента сцепления;

ж) выполняют действия по перечислениям в)-е) не менее четырех раз.

При наличии на автомобильной дороге двух или более полос в одном направлении движения, измерения поводят по каждой из них.

Результат первого измерения в точке исключается из расчетов, а нагружения считается пробным. Коэффициент сцепления в точке измерения вычисляют как среднее арифметическое значение результатов не менее чем трех измерений.

Результаты измерений оформляют в виде протокола, который содержит:

— наименование организации, проводившей измерения;

— название автомобильной дороги;

— привязку к километражу;

— номер полосы движения;

— дату и время проведения измерений;

— температуру воздуха и дорожного покрытия в период проведения измерений;

— скорость транспортного средства при проведении измерений;

— значение коэффициента сцепления;

— состояние дорожного покрытия;

— ссылку на ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».