книги / Совершенствование методов нормирования макрошероховатых дорожных покрытий с учётом безопасности дорожного движения

Таблица 2 . 6

Классификация микрошероховатости поверхности макрошероховатых элементов шероховатых дорожных покрытий

ностей. При этом не всегда учитываются все функциональные свойства ШПП. По взаимосвязи параметров шероховатости и коэффициента сцепления существует мнение, что коэффициент сцепления в основном зависит от макрошероховатости, тогда как это не совсем так. Коэффициент сцепления шины автомобиля с поверхностью покрытия – это сложный физико-механический процесс взаимодействия катящейся по покрытию шины с поверхностью покрытия, выраженный контактными усилиями, предотвращающими проскальзывание шины (буксование, переход на юз) в процессе движения относительнопокрытия вплоскостиконтакта.

Для оценки структуры шероховатости глубины впадин hвп, см, (высоты выступов) в нормативно-методической литературе (СНиП 3.06.03–85 [86]) площадь занятой объемом песка, распределенного по поверхности покрытия, рассчитываетсяпо формуле

hвп Vп , Sп.п

где Vп – объем песка, используемого для измерения, см3, Vп = 200…250 см3); Sп.п – площадь, занятая песком по поверхности покрытия, см2.

Эта модель представления о глубине впадин или высоте выступов в зависимости от уровня плоскости отчета имеет существенные погрешности, так как глубина впадин или высота выступов зависит от формы и взаиморасположения элементов шероховатости напокрытии, а такжеоттипашероховатойструктуры.

Также можно рассмотреть модель вновь устроенного макрошероховатого дорожного покрытия. Представим шероховатую структуру из однородных пирамидальной формы зерен плотно прилегающих друг к другу, объем одной пирамиды Vпир, см3, определяется по формуле

Vпир Fп3hп ,

где hп – высота пирамиды, см; Fп – площадь основания пирамиды, см2.

63

Аналогично можно рассмотреть модель для конусообразных зерен щебня.

Также рассмотрим модель эксплуатируемого дорожного покрытия. Представим элементы шероховатости в виде полусфер, плотно прилегающих друг к другу, объем одной полусферы Vп-с, см3, определяется по формуле

Vп-с 2 R3 ,

3

где R – радиус основания полусферы, см.

В реальных условиях, при самых разнообразных формах и размерах элементов шероховатости, при самой различной плотности их компоновки, метод «песчаного пятна» может дать любые результаты, но только не среднюю величину впадин (или выступов).

2.2.Расчет толщины шероховатого слоя дорожных покрытий

Толщина шероховатого слоя покрытий автомобильной дороги hп.с, мм, не может быть меньше наибольшей высоты профиля шероховатости согласно условию [11, 77]:

hп.с ≥ Rmax,

где Rmax – наибольшая высота профиля шероховатости, мм. Толщина поверхностного шероховатого слоя также не мо-

жет быть меньше максимального диаметра элементов макрошероховатости hп.с ≥ Qmax, где Qmax – максимальный диаметр элементов макрошероховатости, мм.

Если поверхностный слой входит в состав верхнего слоя покрытия (совместно работающего и устраиваемого), то минимальная толщина верхнего слоя покрытия должна быть больше максимального диаметра элементов макрошероховатости и удовлетворять условию hв.с.п ≥ 5Qmax, где hв.с.п – толщина верхнего слоя покрытия, совместно работающего и устраиваемого с поверхностным шероховатым слоем, мм.

64

Проектирование минеральной составляющей структурообразующих элементов шероховатости поверхностного слоя покрытия осуществляется удовлетворением ряда основных транспортноэксплуатационных требований к поверхностному слою покрытия. Параметры шумности (уровень звука) и яркости поверхностного слоя покрытия зависят от гранулометрического состава минеральной части поверхностного слоя и вида минерала (светлости). Уровень звука характеризуется силой звука, которая в свою очередь пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты колебательного процесса в зоне контакта шины автомобиля с покрытием. Амплитуда колебаний зависит от глубины впадин шероховатости (Rср), частота колебаний – от шага шероховатости (Sср) и скорости движения автомобиля, поэтому для снижения уровня звука, от движения с увеличением расчетной скорости, необходимо стремиться к более мелкозернистой и более плотной структуре шероховатости, при обеспечении минимально необходимого коэффициента сцепления. Увеличение степени плотности структуры поверхности приводит к снижению частоты колебаний звука, от высокого к более низкочастотному диапазону, а коэффициент сопротивления движения нескольковозрастает.

На основании вышеизложенного проектируется гранулометрический состав для поверхностного слоя шероховатости с учетом того, что средний диаметр структурообразующих фракций должен быть в 1,5 раза больше проектируемой глубины впадин шероховатости (Rср), т.е. должно выполняться условие Qср = 1,5Rср, где Qср – среднийдиаметрструктурообразующихфракций, мм.

Максимальный и минимальный диаметры структурообразующих элементов (структурообразующая фракция) определяются в зависимости от принятой степени плотности структурных элементов, рассчитываемой по формуле

Qср .

Sср

65

Максимальный диаметр фракции структурообразующих элементов определяетcя из условия

Qmax = Qср (1 + tрνQ),

где tр – коэффициент Стьюдента, который для двухсторонней доверительной вероятности равной 0,95 принимается равным 2,0; νQ – коэффициент вариации диаметров частиц, который принимается равным половине диапазона принятой степени плотности структурных элементов и рассчитывается по формуле

vQ 1 2 .

Минимальный диаметр фракции структурообразующих элементовопределяется по формуле

Qmax = Qср(1 – tрνQ).

Полученный максимальный диаметр фракций сравнивается с толщиной поверхностного слоя, определенного условиями относительно толщины слоя и максимального размера фракций структурообразующих элементов. При необходимости осуществляется корректировка либо в сторону увеличения толщины слоя, либо в сторону уменьшения максимального диаметра.

Зная диапазон между максимальным и минимальным диаметрами структурообразующих элементов шероховатости, определяют способ устройства шероховатого слоя и методику подбора минерального заполнителя в случае, когда толщина слоя более чем в два раза превышает максимальный диаметр структурообразующего щебня.

2.3.Основы нормирования дорожных покрытий

сшероховатой поверхностью

ГОСТ 2789–73 «Шероховатость поверхности» [21, 130] распространяется на шероховатость поверхности изделий независимо от их материала и способов изготовления или получения поверхности и, соответственно, распространяется на устройство дорож-

66

ных покрытий с шероховатой поверхностью. Стандарт устанавливает перечень параметров и типов направлений неровностей, которые должны применяться при установлении требований и контроле шероховатости поверхности, числовые значения параметров и общие указания по установлению требований к шероховатости поверхности. Схема анализа сечений шероховатых поверхностей ГОСТ 2789–73 представлена нарис. 2.1 [130].

Рис. 2.1. Анализ шероховатости поверхности по ГОСТ 2789–73

Стандарт соответствует CT СЭВ 638–77 и международной рекомендации по стандартизации ИСО Р 468. Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться исходя из функционального назначения поверхности для обеспечения заданного качества изделий. Если в этом нет необходимости, то требования к шероховатости поверхности не устанавливаются и шероховатость этой поверхности контролироваться не должна.

Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться путем указания параметра шероховатости из перечня значений выбранных параметров и базовых длин, на которых происходит определение параметров. При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности устанавливаются требования к направлению неровностей поверхности, к способу или последовательности способов получения поверхности. Для номинальных числовых значений параметров шероховатости должны устанавливаться допустимые предельные отклонения.

67

Допустимые предельные отклонения средних значений параметров шероховатости в процентах от номинальных следует выбирать из ряда 10, 20, 40. Отклонения могут быть односторонними и симметричными.

Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности, поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено. При необходимости требования к дефектам поверхности должны быть установлены отдельно.

Допускается устанавливать требования к шероховатости отдельных участков поверхности (например, участкам поверхности, заключенным между порами крупнопористого материала, к участкам поверхности срезов, имеющим существенно отличающиеся неровности).

Требования к шероховатости поверхности отдельных участков одной поверхности могут быть различными. Параметры шероховатости выбираются из приведенной номенклатуры: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля; Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам – среднее расстояние между находившимися в пределах базовой длины (длина участка поверхности, выбираемая для измерения поверхности) пятью высшими и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии; Rmax – наибольшая высота профиля; Sm – средний шаг неровностей; S – средний шаг местных выступов профиля; tp – относительная опорная длина профиля, где р – значения уровня сечения профиля.

Типы направлений неровностей поверхности выбираются по табл. 2.8 [21].

Исследованиями [39, 130] показано, что реально влияет на триботехнику из параметров существующего ГОСТ 2789–73 средний шаг неровностей и средний шаг местных выступов профиля. Остальные параметры отвечают за распределение рабочей жидкости и ряд особенностей эксплуатации шероховатой поверхности либо не отвечают условию воспроизводимости результатов измерения.

68

Таблица 2 . 8

Известен способ определения параметров шероховатости, используемый в технологии машиностроения и указанный

вучебнике для подготовки рабочих на производстве [52, 39].

Внем прямое измерение шероховатости производится контактным способом при помощи профилометра, игла которого с заданным радиусом закругления движется по поверхности с постоянной скоростью. Количественное значение непосредственно среднеквадратичных отклонений определяется по шкале элек-

69

троизмерительного прибора. Эта особенность способа основана на положениях ГОСТ 2789–45 (использование среднеквадратических отклонений для точек профиля), но следует заметить, что диаметр закругления указан в пять раз (15 мкм вместо 3 мкм) больший требуемого по условиям измерения и фактически закругление иглы огибает шероховатую поверхность по высотам выступов. Это позволило в технологии машиностроения при измерении шероховатости определять величину, устойчиво коррелирующую с изменением параметров трения (покоя, качения, скольжения, сопротивления движению) [130].

Признано, что при движении транспортного средства по автомобильной дороге (при контакте колеса и дорожного покрытия с шероховатой поверхностью) контактирующие поверхности соприкасаются по вершинам выступов, и давление, передаваемое от колеса к покрытию дороги, воспринимается только некоторой несущей частью геометрической поверхности. С учетом требования функциональности назначения поверхности для автомобильной дороги естественно назначать базовую длину, соответствующую размерам отпечатка колеса (360 или 180 мм).

Основной задачей при устройстве шероховатых поверхностных обработок автомобильных дорог является создание защитного слоя, который, выполняя функции слоя износа, обеспечивает сохранность и срок службы дорожного полотна. При этом обеспечивают высокое качество самой шероховатой поверхностной обработки по критерию долговечности, добиваясь наиболее плотного прилегания формообразующих выступов друг к другу. Этого достигают путем распределения требуемого для этой цели максимального расхода материала, а также дополнительного уплотнения поверхностного слоя, устройства двойной поверхностной обработки. Однако это не обеспечивает требуемых условий водоотведения, а также нормируемого по условиям безопасности движения коэффициента сцепления. Щебень при устройстве шероховатых поверхностных обработок выполняет две функции: обеспечивает прямой контакт с колесами транспортных средств (необходимую шероховатость и ко-

70