Диагностика автомобильных дорог

3. ПРОДОЛЬНАЯ И ПОПЕРЕЧНАЯ НЕРОВНОСТЬ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

3.1. Общая характеристика неровности дорожных покрытий

Под воздействием внешних сил и процессов, протекающих в земляном полотне и дорожной одежде, на проезжей части возникают различные неровности – волны, колея, выбоины, просадки, прогибы и др. (рис. 3.1).

Более 50 м

0,5–50 м

0,50–0,05 м

0,050–0,0005 м

Менее 0,0005 м

Рис. 3.1. Различные виды неровностей

Появление неровностей отрицательно сказывается на эффективности работы автомобильного транспорта, способствует снижению безопасности движения, уменьшает долговечность дороги. Неровности при движении автомобиля приводят его в колебательное состояние. Для оценки ровности используют различные методы. В качестве численных критериев используются:

30

величина и число просветов (в миллиметрах) под измерительной рейкой;

сумма сжатий рессор автомобиля или специального прицепа (в сантиметрах на 1 км) при движении со скоростью 50 км/ч;

коэффициент ровности;

индекс ровности покрытия IRI и др.

Наличие неровностей часто обусловливается и тем, что при производстве работ бывает очень трудно получить геометрически правильную форму поверхности проезжей части. Кроме того, покрытие на проезжей части изнашивается под воздействием автомобильных нагрузок и погодно-климатических факторов.

Плохое содержание дорог и несвоевременный их ремонт усугубляют деградацию поверхности покрытия.

Неровности дорожного покрытия непостоянны во времени. В процессе эксплуатации дорог они изменяют свой характер, форму, место и размеры. Чаще всего этот процесс развивается в худшую сторону. Остановить его – первостепенная задача дорожных организаций.

Профиль поверхности покрытия можно представить как воображаемую линию, полученную в результате разреза по вертикальной плоскости. Ее геометрические параметры будут характеризоваться следующими координатами: х – расстояние и z – амплитуда неровностей (рис. 3.2). Амплитуда и длина волны с математической точки зрения изображены условно.

Рис. 3.2. Профиль поверхности покрытия, амплитуда и длина волны

Длинные плавные неровности в продольном профиле с длиной волны более 50 м можно отнести к проектному профилю. Эти не-

31

ровности влияют на работу двигателя и режим движения транспортного средства, но не оказывают существенного влияния на колебания автомобиля на подвеске.

Неровности с короткими длинами волн, менее 0,5 м – мега-, макро- и микротекстура оказывают воздействие на автотранспортное средство, колебания которого поглощаются шинами автомобиля.

Неровности в диапазоне 0,5–50 м формируют продольный микропрофиль поверхности автомобильной дороги и вызывают значительные колебания подрессоренных масс автомобиля.

Ровность определяется как отклонение покрытия дорожной одежды от истинно плоской поверхности в пределах диапазона длин волн 0,5–50 м.

На различных участках автомобильной дороги имеются неровности самой различной формы и размеров, в чередовании этих неровностей невозможно установить какой-либо определенной закономерности.

Транспортное средство, движущееся по автомобильной дороге, в любой момент времени может оказаться на выступе или впадине различной формы дорожного покрытия – это явление случайное. Следовательно, воздействие профиля автомобильной дороги на транспортное средство является случайным процессом и профиль автомобильной дороги математически можно описать случайной функцией.

3.2. Система измерения ровности дорожного покрытия

Измерение ровности – процесс определения как самих неровностей, так и характера их воздействия на измерительную установку.

В мировой практике известно множество конструкций приборов для измерения ровности покрытий.

По принципу действия различают приборы:

регистрирующие геометрические параметры неровностей – рейки, профилографы, виаграфы, уклономеры, профилометры, нивелиры и др.;

импульсного действия, измеряющие колебания или перемещения отдельных элементов автомобиля, – различные толчкомеры (приборы с обратной реакцией), акселерометры;

инерционного действия, динамически преобразующие продольный профиль дороги.

32

Кроме того, методы измерения ровности делятся на контактные и бесконтактные, дискретные и непрерывные, простые и с анализирующим устройством.

Существующие методы для определения ровности автомобильных дорог можно условно объединить в две группы (рис. 3.3):

методы, позволяющие определять неровность покрытий при проезде участка дороги по воздействию дорожных неровностей на измерительное устройство, установленное в кузове автомобиля или прицепного;

методы, позволяющие непосредственно измерить неровности поверхности покрытия относительно некоторой условной линии.

В первом случае применяют толчкомеры, измеряющие при движении автомобиля сумму прогибов рессор, и акселерометры, регистрирующие вертикальные ускорения.

Начиная с 20-х годов прошлого столетия инженеры-дорожники начали применять приборы для измерения неровностей дорог. Эти приборы предназначались для определения эксплуатационных качеств и устанавливались в транспортном средстве для преобразования и накопления прогиба подвески, возникающего под воздействием неровностей покрытия при перемещении транспортного средства по дороге. Получаемое в результате измерение пропорционально общему суммарному прогибу подвески, который произошел за время испытаний (см/км, м/км, см/100 м, м/100 м, дюйм/милю). Данные приборы называются толчкомерами, а за рубежом – дорожными измерителями (дорожными счетчиками).

При установке толчкомера на микроавтобусе (легковом автомобиле, легком грузовике) или буксируемом прицепе с одним или двумя колесами измеряется обратная реакция дороги, а не сами ее неровности. Среди известных и популярных устройств можно назвать: толчкомер ХАДИ, предложенный проф. А. К. Бирулей, модифицированную конструкцию этого прибора ТХК-2 филиала СоюздорНИИ (серийно выпускается Минавтодором Казахской ССР), толчкомер ТЭД-2М (Казахский филиал Союздорнии), толчкомер ИВП-1М (Росдорнии), динамометрический прицеп ПКРС-2У; зарубежные – дорожный измеритель Мэйза, измеритель РСА, измеритель Коха, измеритель ровности BPR, измеритель ровности Bump Integrator и другие.

33

Принципиальная схема измерительной установки на базе легкового автомобиля представлена на рис. 3.4 (толчкомер ХАДИ, ТХК-2, ТЭД-2М, ИВП-1М, измеритель Мэйза).

Рис. 3.4. Измерительная система, оборудованная толчкомером

Фиксация результатов в наиболее старых моделях толчкомеров осуществлялась электромеханическим способом. При этом для регистрации использовались счетчики на бумажной ленте (ТХК-2,

рис. 3.5)

и оптоэлектронные устройства с записью в бортовой компьютер (ТЭД-2М, ИВП-1М, рис. 3.6).

Рис. 3.5. Схема толчкомера ТХК-2 конструкции Казахского филиала Союздорнии:

35

1 – кнопка включения электродвигателей; 2 и 3 – электродвигатели; 4 – храповая муфта; 5 – барабан; 6 – гибкий трос; 7 – натянутая пружина; 8 – задний мост автомобиля; 9 – счетный механизм

Рис. 3.6. Схема механической части толчкомера ИВП-1М:

1 – корпус; 2 – полозковый механизм; 3 – направляющие штанги; 4 – трос; 5 – направляющий ролик; 6 – отверстие в полу кузова автомобиля; 7 – зажимное устройство для закрепления троса; 8 – задний мост автомобиля; 9 – пружина;

10 – ходовая пластина; 11 – электронная оптопара

В динамометрическом приборе ПКРС-2У применяется метод определения суммарной величины перемещения измерительного колеса прицепа относительно инерционной массы его корпуса (рис. 3.7). Измерения выполняются при постоянной скорости 50 км/ч.

36