Классификация неровностей
Ровность дороги – характеристика поверхности дороги, определенная наличием неровностей или отклонений фактической поверхности от проектной, вызывающих при проезде автомобиля колебания его колес и кузова.
Виды ровности:
Продольная
Поперечная
Виды неровностей (По размеру; влиянию на колебания автомобиля):
Макронеровности - состоят из длинных плавных неровностей с длиной волны 5 м и более. Влияют на работу двигателя автомобиля и режим его движения, но практически не вызывают колебаний автомобиля на подвеске. При анализе ровности не рассматриваются.
Микронеровности - состоят из неровностей длиной от 10 см до 5 м. Вызывают значительные колебания автомобиля на подвеске. Характеризуют ровность дороги.
Шероховатость - совокупность неровностей с длиной волны до 10 см. Не вызывают низкочастотных колебаний автомобиля на подвеске, т.к. их воздействие поглощают шины. При анализе ровности не учитывается.
Рисунок 7.1. Основные виды неровностей
Причины образования неровностей:
Высокая транспортная нагрузка.
Недостаточная прочность и сдвигоустойчивость дорожных одежд, применение слабопрочных материалов в конструктивных слоях покрытия.
Нарушение требований к ровности покрытий при строительстве и низкое качество работ по возведению земляного полотна и дорожной одежды.
Необеспеченный водоотвод и пучинообразование.
Износ, деформации и разрушения покрытия по действием транспорта и климатических факторов и несвоевременные работы по устранению этих дефектов.
Методы определения продольной и поперечной неровности
7.3.1. Общие сведения
Ровность поверхности дорожных покрытий в Беларуси начали оценивать с тридцатых годов XX века. При этом исходили из того, что ровность покрытий дорог должна определяться показателем, характеризующим плавность, удобство и безопасность движения автомобиля с расчётной скоростью. Поэтому в качестве наиболее эффективного показателя ровности дорожного покрытия были приняты колебания самого автомобиля при его движении по дороге. В качестве характеристики колебаний была принята их амплитуда. С увеличением неровностей увеличивается амплитуда и частота колебаний автомобиля. Сумма сжатия рессор на определенном участке дороги является условным показателем ровности покрытия, выражаемым в сантиметрах сжатия рессор на одном километре пути (см/км). Для оценки этого показателя в 30-х гг. в Харьковском автомобильно-дорожном институте (проф. А.К. Бируля) был создан прибор - толчкомер ХАДИ. В последующие годы конструкция толчкомера совершенствовалась, были созданы толчкомеры ТХК, ТХК-2 и др. (Е.И. Попов, О.А. Красиков, Малинин), и он получил широкое распространение в дорожном хозяйстве.
Так как колебания автомобиля зависят от его конструкции, скорости движения, нагрузки в кузове, то для получения сравнимых показателей эти факторы должны быть нормированы и в случае отклонения от нормированных значений результаты измерений ровности должны быть пересчитаны к нормированным условиям. В качестве базового был выбран автомобиль УАЗ-452 с нормированной нагрузкой в кузове до 2,5 кН. Скорость движения была принята равной 50 км/ч.
Прогресс автомобильной техники, улучшение автомобильных дорог и, как следствие, увеличение модельного ряда автомобилей и скорости их движения потребовали изменения и условий оценки ровности дорожных покрытий. Применение толчкомера стало затруднительным. Поэтому были предложены другие конструкции приборов с использованием того же принципа оценки ровности (по величине колебаний автомобиля). Наиболее перспективными оказались приборы: ПКРС, созданный в Союздорнии (Б.И. Елисеев, В.А. Астров), и прибор МАДИ (прибор ДПП, созданный на кафедре теоретической механики под руководством А.А. Хачатурова, усовершенствованный под руководством В.П. Жигарева).
В настоящее время в Беларуси для оценки ровности поверхности дорожных покрытий используется показатель измерений прибора ПКРС-2, выражаемый в см/км (Sn), в международной практике - международный индекс ровности, выраженный в м/км или мм/м IRI. Показатели Sn и IRI являются интегральными показателями и оценивают ровность поверхности проезжей части автомобильной дороги во всем диапазоне дорожных частот, на которые реагирует автотранспортное средство (АТС) при определённой скорости движения. Оба показателя являются косвенными, так как ровность поверхности покрытия оценивается не по результатам измерения его геометрических параметров, а по реакции динамической системы, «прокатываемой» по дороге. Различие показателей Sn и IRI состоит в том, что IRI - это расчётный показатель, получаемый при «прокатывании» 2-массовой линейной модели колебаний АТС по продольному профилю участка дороги. В приборе ПКРС-2 устройство для оценки ровности представляет собой конструкцию, имитирующую двухмассовую модель колебаний АТС, прицепляемую к буксирующему автомобилю. В обеих моделях (для Sn и IRI) для упрощения расчётов и получения аналитического решения не учитывается реально существующее трение в шине и конечность длины её отпечатка на покрытии. Разница между показателями IRI и расчётным значением показателя Sn (расчётным показателем, т.е. полученным аналитически, не экспериментально при прокатывании ПКРС-2 по участку дороги) обусловлена разницей в нормативных значениях скорости АТС при определении IRI (80 км/ч) и Sn (50 км/ч); и различием в параметрах динамических систем, моделирующих «эталонный» АТС и прибор ПКРС. Различие в принимаемых размерностях устраняется простым масштабным множителем 100.
Рисунок 7.2 – Расчётная схема колебаний эталонного автомобиля при расчёте IRI
Рисунок 7.3 – Расчётная схема ПКРС