CC BY
39
Предпосылки к созданию универсальной тормозной тележки для измерения коэффициента сцепления на аэродромах и дорогах общего пользования Каляева Е. А. , Морозов Р. В.
1 Каляева Екатерина Алексеевна / Kaljaeva Ekaterina Alekseevna - студент;
2Морозов Роман Владимирович /Morozov Roman Vladimirovich - ассистент кафедры, кафедра дорожно-строительных машин,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ),
г. Москва
Аннотация: проанализированы существующие средства измерения коэффициента сцепления. Выявлены недостатки существующих конструкций. Показана необходимость измерения коэффициента сцепления на аэродромах и дорогах общего пользования.
Ключевые слова: коэффициент сцепления, безопасность посадки воздушных судов, безопасность дорожного движения, средства измерения коэффициента сцепления.
Во всех областях техники и сферах деятельности, где существует угроза здоровью и жизни человека, предпринимаются меры по обеспечению безопасности. К таким видам деятельности относится транспорт. Аварийность на транспорте с каждым годом возрастает в связи с ростом числа единиц техники. Поэтому необходимо разработать новые подходы к обеспечению безопасности движения транспортных средств. Особенно остро данная проблема существует на воздушном транспорте Гражданской авиации, в особенности при посадке воздушного судна в экстремальных погодных условиях. Погодные условия (ливень, снег, лед) вместе с загрязнением взлетно-посадочной полосы (ВПП) резиновыми отложениями повышают вероятность возникновения аварийных ситуаций при недостаточно эффективном сцеплении пневматики воздушного судна с поверхностью ВПП. Поэтому перед посадкой самолета проводится измерение коэффициента сцепления покрытий ВПП с помощью мобильных установок. Осуществляется прокатывание специального измерительного колеса с постоянным подтормаживанием по всей длине ВПП, с одновременным измерением текущего коэффициента сцепления измерительного колеса с покрытием. По результатам анализа данных таких измерений командно-диспетчерский пункт аэродрома выдает разрешение о посадке подлетающего воздушного судна.
По аналогии с ВПП для оценки безопасности движения на автомобильных дорогах также принято пользоваться понятием коэффициента сцепления автомобильного колеса с дорожным покрытием [6]. В совокупности факторов, влияющих на безопасность движения (наличие разделительных полос, освещенность проезжей части, ширина проезжей части и обочин и т. д.), коэффициент сцепления играет важную роль. В процессе эксплуатации дорожного покрытия оно подвергается интенсивному воздействию колес автомобилей. Это воздействие, наряду с импульсным динамическим характером нагрузки, создает также и абразивный эффект, приводящий к изменению текстуры поверхности покрытия. В начальный период эксплуатации это воздействие приводит, как правило, к повышению сцепных качеств большинства типов покрытий и объясняется стиранием битумной пленки, покрывающей твердые каменные частицы. При длительной эксплуатации покрытия происходит снижение его сцепных качеств за счет абразивного износа твердых шероховатых каменных фракций. Так же как и на аэродроме, увлажнение покрытия и образование снежно-ледяных отложений при неблагоприятных атмосферных условиях приводит к резкому снижению сцепления колеса с дорогой. Помимо этого на дороге могут присутствовать различные грязевые отложения в виде песка, грязи и т. п. Это не всегда может быть оценено водителем и учтено при движении. Однако, согласно ПДД [2], водитель должен вести транспортное средство со скоростью, не превышающей установленного ограничения, учитывая при этом интенсивность движения, особенности и состояние транспортного средства и груза, дорожные и метеорологические условия, в частности, видимость в направлении движения. Скорость должна обеспечивать водителю возможность постоянного контроля за движением транспортного средства для выполнения требований Правил.
Коэффициент сцепления между протектором пневматика [5] и ВПП зависит от ряда факторов, таких как скорость транспортного средства, текстура поверхности и тип загрязнения покрытия, толщина слоя загрязнения, состав резины протектора, конструкция шины, рисунок протектора, температура поверхности шины, износ протектора, давление в шине, эффективность системы торможения, тормозной момент, коэффициент проскальзывания колеса и др. Параметры колеса заложены его изготовителем, соответственно, при эксплуатации на них нельзя оказывать влияние. Изменяемыми могут быть только параметры взлетнопосадочной полосы.
ГОСТ 30413-96 [3] предлагает проводить измерение коэффициента сцепления динамометрическим прицепным прибором ПКРС-2. Прибор контроля ровности и сцепления [1] представляет собой одноколесный прицеп, буксируемый автомобилем, с установленным на нем специальным сцепным устройством. Благодаря параллелограммной сцепке, наружная рама постоянно сохраняет положение,
параллельное поверхности дорожного полотна. Измеряется коэффициент сцепления при полной блокировке колеса с принудительной подачей воды для создания на покрытии автодороги водяной пленки. Регистрация показаний, переданных датчиком, производится бортовым вычислительным комплексом с выводом данных измерения на дисплее. Однако ПКРС, согласно инструкции по эксплуатации, не может работать при температурах ниже +1 °C, что не позволяет использовать ее в самое опасное время года - зимой. На практике это означает, что ПКРС можно использовать только для оценки качества дорожного полотна при строительстве новых автомобильных дорог или реконструкции старых после укладки нового покрытия.
Одной из последних аэродромных тележек, зарегистрированных в государственном реестре средств измерений в России, является аэродромная тормозная тележка АТ-ЭМ. Тележка позволяет проводить измерения в любое время года при любых погодных условиях. Тормозная тележка цепляется к автомобилю-буксировщику с необходимой мощностью для разгона тележки до скорости 90 км/ч. Для того чтобы сделать тележку универсальной с возможностью использования и в аэропорту, и на дорогах общего пользования, была предусмотрена возможность замены колес. Тележка имеет 2 измерительных колеса. Два измерительных канала повышают достоверность замера и надежность тележки. Масса и габаритные характеристики колес для аэродрома и автомобильных дорог практически одинаковы. Колеса меняются целиком вместе с колесным диском, что не требует шиномонтажа.
Рис. 1. Общий вид универсальной тормозной тележки
Измерительная тележка представляет собой (Рис. 1) одноосный двухколесный прицеп, включающий: раму 1, установленную на рычажной подвеске с помощью амортизаторов 8 на измерительные колеса 3; опорное колесо 5; дышло 4; защитный кожух 2; сцепное устройство 7; страховочный трос 6.
а) патент RU2390003 тележки АТ-ЭМ; б) предлагаемый вариант установки датчика силы трения
Варианты установки датчика силы изображены на рисунке 2. У конструкции, предложенной в патенте [4], имеются определенные недочеты. Система для измерения коэффициента сцепления содержит каретку
датчика силы трения колеса о поверхность, установленную на направляющих-валах с помощью подшипников. Недостатком данной системы является необходимость контроля над состоянием подшипников, которые могут выйти из строя из-за возникшей коррозии, попадания грязи в механизм, вследствие чего система перестанет работать. Данный недостаток был устранен следующим образом: каретка 2 перемещается по направляющим - швеллерам 7, в которые запрессованы фторопластовые вставки для уменьшения трения. Датчик силы 6 крепежными болтами с одной стороны крепится к каретке 2, а с другой стороны - к направляющим 7. Во время проведения измерений полуось 8 измерительного колеса 1 через каретку 2 воздействует на датчик силы 6 с силой, равной силе сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью аэродромного покрытия, которая стремится сдвинуть измерительное колесо в противоположную линейному перемещению измерительного колеса сторону. Данные с датчика поступают в компьютер, находящийся в кабине автомобиля-буксировщика, и обрабатываются специальной программой. Также снизу на несущую раму в конструкции патента крепится через четыре точки амортизаторов два устройства измерителей силы трения (левого и правого бортов). Есть вероятность нахождения амортизаторов в состоянии резонанса, из-за чего показания датчиков будут ложны. Поэтому для стабилизации нормальной нагрузки измерительного колеса 1 предлагаемой конструкции используются пружинный 4 и гидравлический 3 амортизаторы.
Выводы:
1. Универсальность тележки заключается в быстрой смене колес с пневматики на автомобильную шину, что позволяет измерять коэффициент сцепления на аэродромах и на автомобильных дорогах.
2. Положительный эффект от реализации предложенного способа заключается в том, что при определении силы сцепления измерительного колеса с поверхностью покрытия из расчетов исключают определение силы качения ведомых колес и силу сопротивления воздуха, что повышает точность определения силы сцепления.
3. Пружинные и гидравлические амортизаторы стабилизируют нормальную нагрузку измерительного колеса на поверхность аэродромного покрытия, когда измерительное колесо переезжает через стыковочные швы плит взлетно-посадочной полосы или неровности автомобильной дороги, что также увеличивает точность в определении максимального значения коэффициента сцепления при необходимых скоростях.
Литература
1. Инструкция по эксплуатации автомобильной установки ПКРС-2 для контроля ровности и коэффициента сцепления дорожных покрытий. - М.: СоюздорНИИ, 1971.
2. Правила дорожного движения Российской Федерации. - М.: Издательский Дом Третий Рим, 2015. - 48 с.
3. ГОСТ 30413-96. Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием. Введ. с 12.12.96. - М.: Издательство стандартов, 1996. - 5 с.
4. Патент RU 2390003. Способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью аэродромного покрытия. Опубликовано: 20.05.2010. - 13 с.
5. Кустарев Г. В. Проблемы определения сцепления колес транспортных средств с покрытием при обработке антигололедными материалами в зимнее время. / Г. В. Кустарев, Р. В. Морозов, А. В. Горшков // Перспективы науки. 2013. № 10 (49). С. 18-21.
6. Никаноров С. В. Измеритель коэффициента сцепления автомобильной дороги нового поколения [Электронный ресурс]. - URL: http://interexpo.com.ua/rus/articles/cat_495-ff_0-items_731-mode_full.html -(дата обращения 20.06.2015).
