CC BY
251
УДК 625.7/8
СРАВНИТЕЛЬНЫМ АНАЛИЗ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО КРИТЕРИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ
А.В. Седов, доцент, ХНАДУ
Аннотация. Дается оценка безопасности движения при применении противогололедных материалов (хлористый калий, хлористый магний) альтернативных технической соли. В качестве показателя критерия безопасности движения принят коэффициент сцепления колеса с дорожным покрытием.
Ключевые слова: риск ДТП, противогололедные материалы, коэффициент сцепления, замедление, отрицательное ускорение, тормозной путь.
Введение
Осуществление мероприятий по повышению безопасности движения в процессе ремонта и содержания дорог оказывает влияние на уровень аварийности. Более качественное содержание автомобильных дорог в зимнее время способствует повышению безопасности движения. Наиболее эффективными в этом плане являются: применение противогололедных реагентов и повышение требований к качеству проведения этих работ.
Проведение всего комплекса работ по содержанию дорог в зимнее время позволяет сохранить высокую пропускную способность дороги и в зимний период. Многие мероприятия, реализуемые в рамках совершенствования содержания дорог, приводят к увеличению скорости движения.
Цель и постановка задачи
Наличие снега и льда на поверхности дорожного покрытия увеличивает тормозной путь и опасность потери контроля над управлением автомобилем.
Меры по уходу за дорогами принимаются или после того, как начнется снег (борьба с гололедом), или после получения прогноза, в соответствии с которым могут наступить такие погодные условия, которые приведут к снижению сцепных качеств дорожного покрытия (превентивная посыпка солью). В случае, если указанные меры не принимаются, то, как правило, снижение коэффициента сцепления приводит к увеличению количества ДТП (рис. 1) [2].
Рис. 1. Развитие риска ДТП до и после принятия мер по зимнему содержанию
На дороге, полностью покрытой сухим или мокрым снегом, коэффициент сцепления может снизиться меньше, чем до 0,1. Наиболее часто встречающаяся величина этого коэффициента для дорожных покрытий, полностью или частично покрытых снегом или льдом, равна 0,1-0,4. Степень риска попасть в ДТП на полностью или частично покрытом снегом или льдом дорожном покрытии в 1,5 и 4,5 раз выше, чем на чистом сухом покрытии [1, 2, 3, 4].
Однако в настоящее время существует большое количество различных химических противогололедных материалов, и их влияние на коэффициент сцепления неоднозначно. Поэтому при выборе мероприятий по борьбе с зимней скользкостью необходимо руководствоваться не только температурой воздуха, сроками принятия мер, но и учитывать более эффективное применение противогололедного материала в каждом конкретном случае.
Оценка влияния противогололедных материалов на коэффициент сцепления
Различают два вида коэффициента сцепления: коэффициент продольного сцепления фь соответствующий началу пробуксовывания или проскальзывания колеса при его качении в плоскости движения; коэффициент поперечного сцепления ф2, при условии бокового заноса, когда колесо одновременно и вращается и скользит в бок (боковое скольжение) [3].
Коэффициент сцепления зависит от влияния различных факторов:
- вида покрытия и продолжительности его эксплуатации;
- неровности на проезжей части дороги;
- шероховатости покрытия и микрошероховатости его каменного материала;
- влажности покрытия;
- избытка органического вяжущего в покрытии;
- замасливания проезжей части дороги;
- обледенения проезжей части;
- вида качения колеса;
- увеличения нагрузки на колесо;
- скорости движения;
- материала шины;
- типа рисунка протектора шин;
- износа протектора шины;
- повышения давления воздуха в шинах;
- повышения температуры шины.
Наибольшее влияние оказывают вид и состояние покрытия, а также скорость движения. Значения коэффициентов сцепления для асфальтобетонного покрытия при:
- рыхлом снеге (0,12 - 0,30),
- уплотненном снеге (0,20 - 0,50),
- гололеде (0,08 - 0,15).
Коэффициент сцепления также может быть измерен по максимальному замедлению (отрицательному ускорению). Значение замедления при торможении зависит от силы сопротивления скольжению. Коэффициент продольного сцепления в этом случае [3]
Ф = ]КЭ / Я , (1)
где у - установившееся замедление, зарегистрированное деселерометром, м2/с; Кэ - коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия торможения (коэффициент эффективности торможения); я - ускорение свободного падения, м2/с.
Более простым методом определения коэффициента является использование заторможенного автомобиля и измерение его тормозного пути. В этом случае коэффициент продольного сцепления будет равен
Ф = Кэу2 /(254 • /т) ± /, (2)
где V2 - скорость автомобиля, км/ч; /т - тормозной путь, м; I - продольный уклон дороги, доли единицы.
Как показывает практика борьбы с зимним обледенением дорог, наибольшее распространение имеют противогололедные материалы на основе технического хлористого натрия (технической соли), хлористого калия и модифицированного хлористого магния.
Для оценки влияния нагрузки на колесо автомобиля были выбраны три характерные группы автомобилей: легковые, грузовые с грузоподъемностью до 4,5 т и грузовые с грузоподъемностью свыше 4,5 т [3]. Такими автомобилями соответственно являются ВАЗ-2109, ГАЗ-3302 («ГАЗель») и ЗИЛ-4333. Замеры осуществляем в три заезда поочередно ВАЗом, ГАЗом и ЗИЛом, фиксируя при этом скорость автомобилей Уа = 40 км/ч.
На коэффициент сцепления существенно влияет температура воздуха и покрытия, поэтому все результаты необходимо привести к сопоставимому виду по температуре. Чтобы достоверно судить об эффективности противогололедных материалов, исследования проводились при максимальных, средних и минимальных температурах: 16-18°С, 8-10оС и 2-4°С.
Рассчитанные коэффициенты сцепления в первом заезде сразу после разбрасывания противогололедных материалов свидетельствуют о лучшей плавящей способности хлористого магния ф = 0,50 по сравнению с технической солью ф = 0,42, хлористый калий занимает промежуточное положение ф = 0,46.
Через один час - лучший показатель у хлористого калия ф = 0,49 и еще через час значения коэффициентов сцепления практически уравниваются у всех противогололедных материалов.
Во втором испытании снова подтверждается более быстрое действие противогололедного материала на основе хлористого магния (ф = 0,5), последующие заезды вследствие разрыхления снежного наката уравнивают его с хлористым калием. Противогололедный материал на основе технической соли имеет коэффициент сцепления более низкий (ф = 0,46 - 0,44).
При более высоких температурах и меньших значениях норм распределения коэффициенты сцепления практически равны при первом заезде у всех противогололедных материалов, при последующих заездах коэффициент сцепления выше у хлористого магния (ф = 0,51-0,50), что, скорее всего, объясняется протаиванием снежного наката до дорожного покрытия.
Обобщенные результаты исследований представлены на гистограммах (рис. 2-4).
Рис. 2. Средний коэффициент сцепления при температуре - 16°С
Рис. 3. Средний коэффициент сцепления при температуре - 8 °С
Выводы
Из гистограммы (рис. 2) следует, что средний коэффициент сцепления по заездам во всех трех испытаниях при разных температурах от - 16°С до
- 4°С выше у противогололедного материала на основе хлористого магния (ф = 0,50 - 0,51), причем более характерные значения при первом заезде автомобилей сразу после разбрасывания противогололедного материала. Это свидетельствует о большей плавящей способности этого материала, что особенно проявляется при более низких температурах.
Противогололедный материал на основе хлористого кальция несколько уступает хлористому магнию практически при всех температурах на первом заезде, но на последующих заездах при низких температурах это преимущество практически исчезает, что говорит о замедленной реакции этого материала.
Противогололедный материал на основе технической соли уступает материалам на основе хлористого калия и магния при низких температурах и сравнивается с хлористым калием при температуре - 4°С (ф = 0,46 - 0,48).
Из гистограммы среднего коэффициента сцепления (рис. 3) также следует, что наблюдается возрастание преимущества противогололедного материала на основе хлористого магния от низких к высоким температурам (ф от 0,47 до 0,50) и уравнивание значений противогололедного материала на основе технической соли и хлористого калия при температуре - 4°С (ф = 0,47).
При низких температурах наблюдается преимущество противогололедного материала на основе хлористого калия перед технической солью.
Литература
1. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность
движения. - М.: Транспорт, 1982. - 288с.
2. Васильев А. П. Состояние дорог и безопасность
движения автомобилей в сложных погодных условиях. - М.: Транспорт, 1976. - 224с.
3. Ремонт и содержание автомобильных дорог.
Справочник / Под ред. А.П. Васильева. - М.: Транспорт, 1989.
4. Лукьянов В.В. Безопасность дорожного движе-
ния. - М.: Транспорт, 1978. - 247 с.
Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.н.. ХНАДУ.
Рис. 4. Средний коэффициент сцепления при температуре - 4 °С
Статья поступила в редакцию 10 марта 2005 г.
