13.3. Ровность дорожных покрытий и ее влияние на эксплуатационные показатели автомобилей

При сдаче в эксплуатацию все покрытия имеют начальные неровности, размер которых зависит от материала покрытий и особенностей производства строительных работ: цементобетонные покрытия имеют швы между отдельными плитами, мостовые - швы между отдельными камнями, асфальтобетонные покрытия - малые неровности и волны в результате неодинаковой осадки при уплотнении катками. По правилам приемки построенных дорог разрешается сдача дороги в эксплуатацию, если просвет между поверхностью покрытия и уложенной вдоль дороги прямой трех­метровой рейкой не превышает следующих значений: для цементо-бетонных и асфальтобетонных покрытий 0,5 см, для щебеночных, гравийных и шлаковых 1,5 см, для булыжной мостовой 3 см. Отклонения от этих допусков, превышающие их не более чем в 2 раза, допускаются в 5 % от общего числа измерений ровности. Эти требования относятся к обычным методам строительства. При работе автоматизированных укладчиков материалов, которые следуют по копирам в виде натянутой строго в соответствии с проектом проволоки или направляются лучом лазера, достигается большая ровность покрытий.

Для контроля ровности дорожных покрытий используют также передвижные рейки длиной 3 - 4 см, которые при прокатывании по покрытию указывают размер неровностей и сигнализируют, когда они превышают допускаемую. Однако применение реек не характеризует наличие волн длиной 15 – 25 см, вызывающих опасные колебания автомобилей при движении с высокими скоростями. Ровность больших участков дороги оценивают несколькими способами в зависимости от того, для какой цели нужна эта характеристика.

В дорожных организациях используют толчкомеры – приборы, регистрирующие суммарный прогиб рессоры автомобиля при проезде участка определенной длины. Наибольшее распространение получил прибор конструкции проф. А.К. Бируля. Его модифицированный вариант ТТХК – 2 (рис. 13.1) выпускается малыми сериямиМинистерства автомобильных дорог.

Основной частью прибора является храповая муфта, которая устанавливается на полке за задним сиденьем легкового или на специальном треножнике в кузове грузового автомобиля. Муфта соединяется гибким натянутым тросом с задним мостом автомобиля.

При сжатиях и разжатиях рессор барабанчик, на который и.шотан тросе, проворачивается через храповую муфту. Это вра­щение передается барабанчикам счетного механизма. При сжатии рессор храповая муфта проскальзывает. При последовательных колебаниях автомобиля во время движения сжатия рессоры суммируются.

В момент снятия показаний оператор включает катушку электромагнита, которая прижимает к цифрам на счетной катушке бумажную ленту, печатая через ленту от пишущей машинки отсчет. После снятия отсчета бумажная и копировальная ленты автоматически передвигаются для следующего отсчета.

Показания толчкомеров зависят не только от размеров и количества неровностей на покрытии, но и от характеристик и состояния автомобиля. Поэтому испытания проводят в строго стандартных условиях при нормативном давлении воздуха в шинах, массе груза 130 кг на заднем сидении легкового автомобиля, постоянной скорости движения автомобиля 50 км/ч и движении без обгонов. При израсходовании 10 - 15 л бензина бак необходимо доливать.

Применение толчкомеров предполагает, что покрытия однородны по степени ровности на больших участках. Отдельные крупные неровности (плохо заделанное разрытие, просадки у мостов и т.д.) на относительно ровном покрытии искажают результаты измерений и делают их ненадежными. Такие места при определении ровности толчкомером регистрируют отдельно.

Для надежности получаемых данных необходимо иметь эталонные участки дорог с прочной дорожной одеждой при невысокой интенсивности движения и периодически проводить на них перед выездом на испытания контрольные проезды для определения в результате измерений ровности поправочных коэффициентов, учитывающих состояние испытательного автомобиля.

Если при измерении ровности скорость по каким-либо причинам отличалась от заданной более чем на 5 км/ч. измерение считается неправильным и повторяется.

Характеристику ровности выражают в сантиметрах на кило­метр (см/км) и оформляют в виде линейных графиков ровности.

Между показателями ровности, полученными при испыта­ниях на одном участке автомобилями разных марок или одним автомобилем, но движущимся с разными скоростями, существуют достаточно четкие корреляционные зависимости (рис. 13.2). Это позволяет результаты испытаний, выполненных в условиях, не­сколько отличающихся от стандартных, например при проезде по дороге с интенсивным движением со скоростью транспортного потока, приводить к показаниям толчкомера в стандартных усло­виях.

По данным ХАДИ, рекомендуется шкала для оценки ровности покрытий при испытаниях автомобилем ГАЗ-24 «Волга», движу­щимся со скоростью 50 км/ч (табл. 13.1). Таблица 13.1

Покрытие	Показатель толчкомера , см/км , при состоянии покрытий
	при сдаче в эксплу- атацию., не более	отлич- ном	хоро- шем	удовлет- воритель- ном	неудо- влет- вори- тель- ном
Асфальтобетонное Цементобетонное Щебеночное, обра- ботанное вяжущим Щебеночное без поверхностной обработки, гравийное Булыжная мостовая	80 80 100 150 200	<50 5 <100 <200 <250	50-100 100-250 200-350 250-400	100-200 250-400 350-500 400-600	>200 >400 >500 >600

Ровность дорожных покрытий оказывает значительное влияние на эксплуатационные характеристики автомобильного транспорта.

Постоянное движение по неровной поверхности вызывает более быстрый износ автомобилей, чем других транспортных машин. Так , например, паровозы при движении по ровному рельсовому пути служили по нескольку десятилетий, причем снимались часто с эксплуатации не из-за износа, а в связи с появлением новых, более экономичных локомотивов. Автомобили при многократных ремонтах с заменой целых агрегатов выходят из строя через 10 - I5 лет, а интенсивно эксплуатируемые автомобили, например,в таксомоторных парках, служат 5 - 7 лет.

Толчки, вызываемые неровностями дорожных покрытий, не позволяют водителям использовать возможность движения с высо­кими скоростями, обеспечиваемую элементами трассы дорог п.кчиих категорий и мощностью двигателей. Движение по неров­ной поверхности неприятно для водителей и пассажиров и сопряжено с перерасходом топлива.

По данным проф. А. К. Бируля, коэффициент сопротивления движению по дороге с неровной поверхностью выражается зависимостью

,

где - коэффициент зависимости от типа автомобиля - в среднем 0,7 для гру­зовых и 0,5 для легковых автомобилей;

S - показания толчкомера при стандартных условиях испытаний при ско­рости 50 км/ч;

V - скорость, м/с.

Однако было бы неправильно сводить влияние неровности покрытий только к снижению возможного ускорения при разгоне согласно уравнению движения автомобиля. В реальных условиях эксплуатации автомобилей скорость по неровным дорогам лимитируется не мощностью двигателя, а качеством подвески и соображениями комфортабельности поездок. Поэтому, например, водители автомобилей ЗИЛ-150, развивавшиевысокие скорости на дорогах с ровным покрытием, на неровных дорогах снижали скорость значительнее, чем водители автомобилей ГАЗ-51, имевших более совершенную конструкцию подвески.

Многочисленные экспериментальные исследования выявили, что средние скорости автомобилей уменьшаются по мере сниже­ния показателей ровности покрытий по толчкомеру (рис. 13.3).

Было также установлено, что расход топлива возрастает прямо пропорционально показаниям толчкомера:

Показания толчкомера, см/км <50 100 200 300 400

Расход топлива, % от расхода

на ровном участке 100 110 118 126 135

В результате ухудшения условий перевозок по неровным по­крытиям соответственно возрастает и себестоимость перевозок (по данным наблюдений Казахстана):

Ровность по толчкомеру, см/км 20 100 250 500 1000

Себестоимость перевозок, % от

себестоимо­сти на ровном участке 1 110 1,27 1,54 2,16

Колебания автомобиля при движении по неровной поверхности делают длительные поездки в автомобиле утомительными. Толчки и удары колес при переезде через отдельные крупные неровности дорожных покрытий вызывают у пассажиров неприятные ощуще­ния. Однако, несмотря на важность вопроса, сколько-нибудь исчерпывающих данных о связи удобства движения с характери­стиками ровности покрытия пока еще не имеется. Отчасти это объясняется тем, что степень реакции на толчки и колебания сильно различается не только у разных людей, но и у одного человека в зависимости от его психологического состояния и здоровья.

При конструировании автомобилей для расчетов, связанных с оценкой устойчивости и плавности движения автомобилей по дорогам с покрытиями разных типов, а также для расчетов эле­ментов подвески автомобилей для характеристики ровности покры­тий используют закономерности теории случайных функций. Их устанавливают путем обработки точных записей микропрофилей разных дорожных покрытий на типичных участках дороги. Это дает возможность учесть размер и частоту размещения неровно­стей на покрытии, зависящую не только от его износа в процессе эксплуатации, но и от особенностей технологии строительства дороги.

К числу неровностей относятся и элементы шероховатости - мелкие выступы на покрытии, поглощаемые шиной. Они являются положительным фактором, так как обеспечивают сцепление шины с покрытием, т. е. реализацию тягового или тормозного усилия. Высота выступов шероховатости (микрошероховатости) играет большую роль в сохранении значения коэффициента сцепления при увлажнении покрытия, так как в пространство между высту­пами отжимается элементами протектора вода из зоны контакта шины с покрытием. Особенно большое значение имеет наличие такого пространства для предотвращения аквапланирования шины. Однако увеличение высоты выступов шероховатости повы­шает износ шин. Оптимальной можно считать высоту выступа 3 - 4 мм. Это соответствует крупности щебня для поверхностных обработок 15 - 25 или 25 - 35 мм.

Шероховатость обычно оценивают методом «песчаного пятна». Для этого 25 - 75 см³ (в зависимости от шероховатости покрытия) просеянного мелкого песка распределяют в виде круга по поверх­ности покрытия, разравнивая линейкой в одном уровне с верхом выступов. Средняя высота неровностей определяется как частное от деления объема песка на площадь круга.