CC BY
102
УДК 625.7/.S
Каменев Владимир Васильевич
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет
Россия, Москва Кандидат технических наук, ассистент E-Mail: [email protected]
Васильев Юрий Эммануилович
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет
Россия, Москва Доктор технических наук, профессор [email protected]
Беляков Александр Борисович
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет
Россия, Москва Аспирант E-Mail: [email protected]
Кольников Илья Васильевич
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет
Россия, Москва Студент
E-Mail: [email protected]
Испытания на стационарной системе для фото и видео фиксации пятна контакта шины Кругового Универсального Испытательного стенда Дорожных Материалов (КУИДМ-2)
Аннотация: В настоящее время значительное внимание уделяется разработке эмпирических методов определения факторов, влияющих на износ покрытия автомобильных дорог. Однако до сих пор не существует единой методики для получения четкого представления о пятне контакта шины транспортного средства и четкой зависимости между его характеристиками и сцепными свойствами шины автомобиля.
В данной статье, во-первых, рассмотрены факторы оказывающее конструктивное влияние на пятно контакта шины транспортного средства, во-вторых, рассмотрена специфика пятна контакта при проведении испытаний на шипованной резине, в-третьих выдвинута гипотеза о характере зависимости пятна контакта от давления в шине при прочих равных условиях и представлены результаты полученные при статических испытаниях.
Первичные испытания подтвердили достоверность выдвинутой гипотезы, об обратной зависимости между величиной давления в шине автомобиля и площадью соприкосновения с дорожным покрытием, что свидетельствует о прямо пропорциональной зависимости величины пятна контакта от давления в шине.
Безусловно получение данные требуют экспериментального подтверждения при динамическом нагружении, однако даже на данном этапе позволяют спрогнозировать конфигурацию пятна контакта при изменении одного из существенных критериев.
Ключевые слова: Шипованные шины; колееобразование; асфальтобетон;
автомобильные дороги; дорожное покрытие; комплекс для ускоренных испытаний дорожностроительных материалов, пятно контакта.
Идентификационный номер статьи в журнале 111ТУЫ613
Vladimir Kamenev
Moscow Automobile And Road Construction State Technical University
Russia, Moscow fasca22@gmail .com
Yuri Vasiliev
Moscow Automobile And Road Construction State Technical University
Russia, Moscow [email protected]
Alexander Belyakov
Moscow Automobile And Road Construction State Technical University
Russia, Moscow [email protected]
Ilia Kolnikov
Moscow Automobile And Road Construction State Technical University
Russia, Moscow [email protected]
Tests on a stationary system for photo and video fixation of “the spot” of tire/pavement contact on Rotary Universal Test bench for Road-constructing Materials (RUTRM-2)
Abstract: Nowadays, special attention is drawn to the development of empirical methods for determining the aspects which have a great influence on the pavement of the road. Nevertheless up to the present day the unified general technique which could have provided us with the clear information concerning “the spot” of tire/pavement contact hasn’t been worked out as well as the relation between it and traction resistance.
The article deals with a number of problems including:
a) aspects affecting the spot of the contact
b) peculiar characteristics of the track of studded tires
c) the hypothesis concerning the relation of characteristics of the “spot” of tire/pavement contact to inflation pressure of a tire
d) the results of the experiments with the dead loads
Initial tests confirmed the hypothesis stated concerning the relation of characteristics of the “spot” of tire/pavement contact to inflation pressure of a tire to inflation pressure which in it’s tern means that this relation seems to be inverse.
Even though there is no doubt that the results obtained are not enough until being proved by the experiments with the life load, they provide us with opportunity to forecast the specifications of the spot.
Key words: Studded tires; rutting; highways, asphalt; pavement; accelerated road-building materials testing complex; “the spot” of tire/pavement contact.
Identification number of article 111TVN613
Как уже было рассказано в нашей предыдущей статье [12] в настоящее время значительное внимание уделяется разработке эмпирических методов определения факторов влияющих на износ покрытия автомобильных дорог. Однако скорость износа покрытия дороги зависит не только от качества самого покрытия, но и от внешнего воздействия со стороны шины автомобиля, определенное представление о котором можно составить по характеру пятна контакта. Основные методы изучения, которого были также подробно освящены в статье «Особенности измерения пятна контакта на круговом испытательном стенде КУИДМ-2»
Геометрия и распределение нормальных и касательных усилий в пятне контакта зависит от ряда параметров, таких как: конструкция шины, давление в шине и скорости движения. При этом нужно разделять внешнюю и внутреннюю составляющую конструкции шины, уделить особое внимание такому фактору как температура шины и учесть, что характер движения (прямолинейное или движение на повороте) также скажется на характере искажения получаемых результатов.
Рис. 1. Факторы влияющие на геометрические параметры пятна контакта
при статическом испытании
Так при криволинейном движении, к вышеизложенным факторам добавляются существенные касательные усилия, направленные к центру окружности, описываемой автомобилем при движении. Как следствие этих изменений пятно контакта приобретает достаточно характерный вид асимметричного искривления, смещенного в сторону поворота.
Рис. 2. Факторы, влияющие на формирование пятна контакта при движении колеса [1]
К резкому изменению конфигурации пятна контакта шины также приводит применение шипованной резины. Шипованная резина впервые была применена для производства автомобильных шин во второй половине XX века. Целью производства таких шин было увеличение сцепления с покрытием автомобильной дороги в зимний период. Но ряд исследований показал, что применение шипованной резины негативно сказывается на износе дорожного покрытия. Также в ряде экспериментов было выявлено, что контакт шипованной шины с покрытием и, следовательно, пятно контакта изменяется в пределах 3 фаз: начало движения, установившееся движение, остановка. В первой и последней фазе, т.е. во время начала движения и остановки наблюдаются экстремумы или, иными словами, максимумы нагрузки, обусловленные трением, улучшающим сцепные характеристики колеса. Во второй фазе, т.е. при установившемся движении, покрытие испытывает ударное воздействие шипов [11].
Наиболее подробные исследования по этому вопросу были проведены в Финляндии. При этом как теоретические расчеты, так и практические испытания показали, что каждое транспортное средство, оснащенное шипованной резиной, за год изнашивает дорожное покрытие на 11 кг. Для уменьшения негативного воздействия шипованной резины был принят ряд законопроектов, закрепляющих определенные параметры шипа и их количество на погонный метр материала. В результате удалось добиться снижения указанной величины до 2,5 кг на транспортное средство [7-10].
Аналогичные исследования в США показали, что специфика пятна контакта шипованной резины, в лабораторных условиях весьма однозначно сказывается на процессе колееобразования. Многочисленные опыты показали, что глубина колеи на асфальтобетонном
покрытии от 100000 проходов транспортных средств с шипованной резиной составляет в среднем 1,66 мм.
Однако для выявления четкой зависимости влияния пятна контакта на износ дорожного покрытия наиболее рациональным представляется проводить эксперименты в условиях наиболее приближенных к реальным условиям эксплуатации. Универсальный испытательный комплекс КУИДМ-2 «Карусель» созданный в Московском автомобильнодорожном государственном техническом университете (МАДИ) можно считать одним из немногих устройств позволяющих решить эту задачу.
В общих чертах данный комплекс представляет собой два круговых стенда моделирующих движение легковой и грузовой техники соответственно [3].
Рис. 3. Общий вид комплекса КУИДМ-2 «Карусель»
Технические возможности легкового стенда обеспечивают расчетное давление каждого колеса АТС на покрытие (эквивалентное давлению 1/4 части автомобиля);
Рис. 4. Схема легкового стенда комплекса КУИДМ-2
Грузовой стенд обеспечивает расчетное давление двух колес при различной базе (эквивалентное давлению У автомобиля, один борт).
Рис. 5. Схема грузового стенда комплекса КУИДМ-2
Ранее в статье [12] был изложен принцип работы системы фиксации пятна контакта шины, поэтому мы подробно не будем на ней останавливаться только приведём изометрическую схему ее устройства (рис. 6).
6 5
1 - колесо легкового стенда КУИДМ-2
2 - съёмное бронестекло для фото и видео съёмки
3 - фиксируемый на фото или видеокамеру отпечаток пятна контакта
4 - подземная часть металлического короба для фиксации оборудования
5 - линейная камера для съёмки
6 - устройство для создания структурирующего света
Рис. 6. Схема стационарной системы для фото/видео фиксации пятна контакта
Ниже приведены получившиеся снимки пятна контакта при разном давлении в шине. Для улучшения качества изображения данные снимки были обработаны с помощью компьютера. (Рис. 7-12)
Рис. 7. Отпечаток при давлении в шине 1,6 атм.
Рис. 8. Отпечаток при давлении в шине 1,7 атм.
Рис. 9. Отпечаток при давлении в шине 1,9 атм.
Рис. 10. Отпечаток при давлении в шине 2,0 атм.
Максимальная приближенность к реальным условиям позволяет проводить довольно широкий спектр испытаний, предоставляя результаты в незначительной степени расходящиеся с действительностью. Однако основываясь даже на данных статических испытаний можно вывести приблизительную зависимость конфигурации пятна контакта от давления в шине автомобиля [2].
Предположим, в качестве первого приближения, что зависимость площади пятна контакта шины ^) от давления (Р) носит прямой характер (примем В и Ь - максимальный поперечный и продольный размеры отпечатка соответственно). В таком случае попытаемся проиллюстрировать три состояния шины, представленные на рис. 13.
Рис. 13. Изменение площади и конфигурации пятна контакта при изменении давления в шине Полученные данные представлены в таблице ниже:
р В Ь Б
1,6 7,7 16,7 128,6
1,7 6,9 17,9 123,5
1,9 7,6 15,5 117,8
2 7,2 15,1 108,7
2,1 7,3 15,3 111,7
2,2 7,1 16,4 116,4
Представим полученные данные в виде графика функции F(P;S):
Как видно из графика первое приближение можно считать в целом довольно верным, так как приращениям давления P (по вертикальной оси) соответствует определенное приращение площади S (инвертированная горизонтальная ось). Однако уточненную зависимость можно вывести, только совмещая результаты статических и динамических испытаний, подробности о которых будут изложены в последующих статьях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров В. А. Механизм сцепления пневматического колеса с жёсткой опорной поверхностью. Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1991, № 10
2. Колбасов А. Ф. Некоторые актуальные вопросы работы автомобильной шины УДК 629.11, 2011
3. В. А. Петрушшов «Оптимизация сопротивления качению методом выбега при стендовых испытаниях автомобильных шин» / Вестник машиностроения № 8, 2003
4. Ермилов В. Н., Мамаев А. Н. Экспериментальное исследование напряжений в контакте массивной резиновой шины и жесткого основания при прямолинейном качении колеса. — Произв. шин, резинотехнических и асбестотехнических изделий, 1982, № 6
5. Одинцов О. А. Разработка метода решения нелинейных контактных задач стационарного качения автомобильной шины. Дис. ... канд. т.н. Москва 2008
6. Широкова Т.С. Средство от колеи. / Т.С. Широкова // - Дорожная держава. -2010.- Спецвыпуск. - С. 38-39.
7. Measuring and Reporting Tire-Pavement Noise Using On-Board Sound Intensity (OBSI) / Robert Otto Rasmussen, Richard Sohaney, Paul Wiegand // - Tech Brief -National Concrete Pavement Technology Center, 2011
8. Comparative field measurements of tire/pavement noise of selected Texas pavements. / Michael T. McNerney, B. J. Landsberger, Tracy Turen, and Albert Pandelides // -Texas department of transportation, 2000
9. Use and Effects of Studded Tires on Oregon Pavements. / Bruce E. Brunette and James R. Lundy - Transportation research record 1536 - National Research Council, Washington, 1996
10. Impacts of Studded Tires on Pavement and Associated Socioeconomics Final Report. Jason P. Tremblay M.S., Jennifer M. V. Fitch P.E.
11. Износ дорожного покрытия при взаимодействии его с шипованными шинами. Suvanto Erkki / Nastaisku ja tien kuluminen Trisologia. 1991. 10, N2, с. 4-46, 63. Фин.; рез. Англ.
12. Васильев Ю.Э., Каменев В.В., Беляков А.Б., Кольников И.В. Особенности измерения пятна контакта на круговом испытательном стенде КУИДМ-2. -Молодой учёный - вып. 10(57), 2013. - С. 114-117.
Рецензент: Кочетков Андрей Викторович, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., профессор, доктор технических наук.
REFERENCES
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10. 11.
12.
Petrov V. A. Mehanizm sceplenija pnevmaticheskogo kolesa s zhjostkoj opornoj poverhnost'ju. Traktory i sel'skohozjajstvennye mashiny. — 1991, № 10
Kolbasov A. F. Nekotorye aktual'nye voprosy raboty avtomobil'noj shiny UDK 629.11, 2011
V. A. Petrushshov «Optimizacija soprotivlenija kacheniju metodom vybega pri stendovyh ispytanijah avtomobil'nyh shin» / Vestnik mashinostroenija № 8, 2003
Ermilov V. N., Mamaev A. N. Jeksperimental'noe issledovanie naprjazhenij v kontakte massivnoj rezinovoj shiny i zhestkogo osnovanija pri prjamolinejnom kachenii kolesa. — Proizv. shin, rezinotehnicheskih i asbestotehnicheskih izdelij, 1982, № 6
Odincov O. A. Razrabotka metoda reshenija nelinejnyh kontaktnyh zadach stacionarnogo kachenija avtomobil'noj shiny. Dis. ... kand. t.n. Moskva 2008
Shirokova T.S. Sredstvo ot kolei. / T.S. Shirokova // - Dorozhnaja derzhava. - 2010.-Specvypusk. - S. 38-39.
Measuring and Reporting Tire-Pavement Noise Using On-Board Sound Intensity (OBSI) / Robert Otto Rasmussen, Richard Sohaney, Paul Wiegand // - Tech Brief -National Concrete Pavement Technology Center, 2011
Comparative field measurements of tire/pavement noise of selected Texas pavements. / Michael T. McNerney, B. J. Landsberger, Tracy Turen, and Albert Pandelides // -Texas department of transportation, 2000
Use and Effects of Studded Tires on Oregon Pavements. / Bruce E. Brunette and James R. Lundy - Transportation research record 1536 - National Research Council, Washington, 1996
Impacts of Studded Tires on Pavement and Associated Socioeconomics Final Report. Jason P. Tremblay M.S., Jennifer M. V. Fitch P.E.
Iznos dorozhnogo pokrytija pri vzaimodejstvii ego s shipovannymi shinami. Suvanto Erkki / Nastaisku ja tien kuluminen Trisologia. 1991. 10, N2, s. 4-46, 63. Fin.; rez. Angl.
Vasil'ev Ju.Je., Kamenev V.V., Beljakov A.B., Kol'nikov I.V. Osobennosti izmerenija pjatna kontakta na krugovom ispytatel'nom stende KUIDM-2. - Molodoj uchjonyj -vyp. 10(57), 2013. - S. 114-117.
