CC BY
57, К бО-пеллю
'М Юрия Эммануиловича Васильева
Юрий Эммануилович Васильев, д-р техн. наук, профессор, родился 2 декабря 1956 г. в Москве ^ ' в семье дорожника. Закончив с отличием Московский автомобильно-дорожный институт, он
™ остался работать на кафедре дорожно-строительных материалов под руководством извест-
^^ ных советских ученых С.В. Шестоперова и JI.A. Феднера, где прошел путь от инженера до про-
4Q фессора. В 1990 г. защитил кандидатскую, а в 2012 г. — докторскую диссертацию.
Юрий Эммануилович ведет активную практическую деятельность. Он принимал непосред-* ственное участие в работах по научно-техническому сопровождению реконструкции МКАД
(1993—1996 гг.), руководил работами по капительному ремонту Крылатского моста (2002 г.), Бауманской улицы (2003 г.), строительством экспериментальных участков покрытия на МКАД (2006—2010 гг.), в Таганском тоннеле (2010 г.), ул. Лобачевского (2013 г.) и т. д. По заданию Правительства Москвы возглавлял работы по проектированию и созданию автомобильно-дорожного сканера «АДС-МАДИ» (2007 г.). С 2007 г. руководит работой по диагностике московской улично-дорож-ной сети. Профессор Ю.Э. Васильев многие годы является научным руководителем созданной С.В. Шестоперовым отраслевой научно-исследовательской лабораторией «Цемент», а также проекта «Развитие производств модифицированной серы для выпуска серобетонных и сероасфальтобетонных смесей», поддержанного Агентством стратегических инициатив (АСИ). С 2012 г. возглавляет Дирекцию инновационного развития инфраструктуры МАДИ, руководит проектом по созданию универсального комплекса для испытания дорожных покрытий и автомобильных шин, реализованным на территории УИЦ МАДИ.
Юрий Эммануилович активно работает в ряде научно-технических советов: Департамента жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства, объединенного Совета по вопросам градостроительной политики и строительства Москвы; Государственной компании «Российские автомобильные дороги»; Главного управления дорожного хозяйства Московской области. Он авторитетный эксперт Минтранса России, РАН, ФГБНУНИИРИНКЦЭ.
Является членом правления Российского общества инженеров строительства (РОИС), членом Международного общества по инженерной педагогике (IGIP), Американского общества по испытанию материалов (ASTM), Американского института бетона (ACI).
Профессиональное сообщество высоко оценивает вклад Юрия Эммануиловича в развитие отраслевой науки, образования и производства. Ему присвоены звания «Почетный дорожник России» (1999 г.), «Почетный транспортный строитель» (2003 г.), «Почетный строитель России» (2006 г.), «Почетный работник Роснефтегазстроя» (2006 г.). В 2015 г. он удостоен почетного звания Российской академии естествознания «Заслуженный деятель науки и образования». Также профессор Ю.Э. Васильев награжден рядом медалей и нагрудных знаков.
Профессор Ю.Э. Васильев является членом редакционных коллегий отраслевых журналов. Им опубликовано более 300 печатных работ, он автор 51 патента Российской Федерации.
Коллеги, друзья, коллектив редакции журнала «Строительные материалы»® искренне поздравляют Юрия Эммануиловича с 60-летием и желают крепкого здоровья, больших творческих успехов и благополучия.
УДК 625.7/.8
Ю.Э. ВАСИЛЬЕВ, д-р техн. наук (vashome@yandex.ru), Г.А. ПОНАРИН, инженер
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, 64)
Взаимодействие шипованных шин с дорожным покрытием
Проведено численное исследование динамического разрушения дорожного полотна в результате воздействия шипа противоскольжения в условиях низкой температуры. Предполагалось разрушение скрепляющего материала - битума марки БНД 60/90. Моделирование проводилось при помощи метода конечных элементов с использованием критерия разрушения на основе инкубационного времени. Динамические свойства материала были получены экспериментально. В эксперименте был задействован универсальный комплекс для испытания дорожных покрытий и автомобильных шин «Карусель».
Ключевые слова: дорожное покрытие, шипы, универсальный комплекс «Карусель».
Yu.E. VASIL'EV, Doctor of Science (Engineering) (vashome@yandex.ru), G.A. PONARIN, Engineer
Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) (64, Leningradskoe Avenue, Moscow, 125319, Russian Federation)
Interaction of Studded Tires with Road Pavement
A numerical study of the dynamic fracture of the roadbed as a result of the effect of an anti-skid stud under the low temperature has been conducted. The fracture of a binding material, bitumen of BND 60/90 mark, was assumed. The simulation was conducted with the help of the finite element method with the use of the fracture criterion on the basis of the incubation time. Dynamic properties of the material were experimentally obtained. The universal complex for testing road pavements and automobile tires «Carousel» was used in the experiment. Keywords: road pavement, studs, universal complex «Carousel».
Использование шипованных шин является предметом споров со времени их появления на рынке [1]. В то время как шипованные шины способствуют безопасности движения в зимних условиях за счет обеспечения
сцепления шин с заледенелым дорожным покрытием, не стоит забывать, что они причиняют и огромный ущерб последнему [2—3]. Следовательно, одна из главных задач — это минимизация ущерба дорожного по-
L-J! ®
научно-технический и производственный журнал 60 декабрь 2016
Рис. 1. Легковой и грузовой модули универсального комплекса «Карусель»
8
10
7
Рис. 2. Схема универсального комплекса «Карусель» для испытания дорожных покрытий и автомобильных шин: 1 - легковой модуль; 2 - грузовой модуль; 3 - штанги легкового модуля; 4 - штанги грузового модуля; 5 - колесо легкового модуля; 6 - колесо грузового модуля; 7 - центр управления комплексом; 8 - подсобные помещения комплекса; 9 - электрические коммуникации комплекса; 10 - защитное ограждение комплекса; 11 - подходы к модулю
крытия и при этом обеспечение необходимого сцепления на льду.
Понимание процессов, влияющих на дорожное покрытие при воздействии шипованных шин, может быть получено на основании результатов испытаний на универсальном комплексе «Карусель», который был создан коллективом ученых МАДИ [4—8].
Исследования на полигоне позволяют изучить влияние воздействия шипа на дорожное покрытие при определенной нагрузке и большой интенсивности движения.
Однако для того, чтобы понять процесс и влияние на свойства дорожного покрытия шипованными шинами, требуются определенные методики испытаний.
Износ дорожной одежды определяется количеством потерянной массы покрытия, которая истирается шинами, оснащенными шипами противоскольжения. При использовании оборудования на полигоне потеря массы может быть определена с максимальной точностью и минимальными усилиями.
Образцами для испытания являются плиты размером 305x305x50 мм, которые могут быть отобраны как из дорожного покрытия, так и получены в лаборатории. Испытания проводятся на легковом модуле «Карусель», представляющем собой круглую площадку, в центре которой размещена ось вращения четырех металлических штанг длиной по 15 м. Скорость движения колес по окружности может достигать 140 км/ч (рис. 1).
Стенд оборудован:
— датчиком скорости;
— датчиком нагрузки на ось;
— датчиком счета числа оборотов;
— гидравлическими движителями, установленными на колесах, что позволяет моделировать воздействия ведущих и ведомых колес;
— системой перемещения колеса в радиальном направлении;
— системой, установленной на осях и контролирующей боковой увод колеса.
Для проведения измерений требуется дополнительное оборудование:
— весы;
— комплекс из объемного (3D) сканера с лазерной или световой структурирующей подсветкой;
— термошкаф;
— оборудование для изготовления плит. Испытания могут проходить в любое время
года, в любую погоду. Дополнительно можно насыщать плиты противогололедными реагентами, которые используют при зимнем содержании автомобильных дорог. Они, в свою очередь, способствуют большему разрушению дорожного покрытия.
На плитах устанавливают реперы для дальнейшего исследования поперечного профиля оптической камерой. Образцы устанавливают в дорожное покрытие сериями по пять плит заподлицо с дорожным покрытием по траектории движения колеса.
В таблице приведены параметры универсального комплекса «Карусель», принятые для проведения исследований.
Можно предполагать линейную зависимость влияния массы шипа противоскольжения на износ дорожного покрытия, так как при увеличении массы шипа в два раза износ дорожного покрытия увеличивается примерно в два раза. Уменьшив массу шипа, уменьшается и износ (рис. 3).
Дорожное покрытие было протестировано на износ при различных скоростях движения. Результат показал, что с увеличением скорости движения износ дорожного покрытия существенно увеличивается. Наблюдается квадратичная зависимость (рис. 4).
Взаимодействие между шипом противоскольжения и дорожным покрытием можно разделить на различные фазы, как показано на рис. 5.
Первая фаза описывает самый начальный момент контакта шипа с дорожным покрытием. Шип движется по окружности вместе с шиной с определенной скоростью по отношению к покрытию и замедляется до нулевой скорости за бесконечно короткое время. После
250
Параметры Ед. изм. Значения
Нагрузка на дорожное покрытие кг 600
Давление в шинах бар 2,5
Скорость движения колеса км/ч 40-130
Масса шипа г 0,7-2,4
200 -
150 -
100 -
50
0
1,5
Масса шипа, г
Рис. 3. Влияние массы шипа противоскольжения на износ дорожного покрытия
. иг)'.: > ^ ; ];■' научно-технический и производственный журнал
® декабрь 2016 6?
250
я 200
к
ь 150
а.
о
с ■> 100
о
ГО
50
0 30 50 100 150
Скорость движения, км/ч
Рис. 4. Влияние скорости движения колеса на износ дорожного покрытия
этого этапа движение шипа прекращается в точке контакта между шипом и покрытием, по крайней мере в течение некоторого времени.
Благодаря выступу над протектором шип контактирует с покрытием раньше, чем резина. Это занимает некоторое время, пока шип не войдет в пятно контакта, т. е. где шина коснется дорожного покрытия. Это происходит во второй фазе. На этом этапе шип внедряется в протектор и в зависимости от материала дорожного покрытия внедряется и в покрытие. В случае таких покрытий, как лед, шип внедряется очень легко, а что касается твердого покрытия, например асфальтобетона, то труднее. В пятне контакта скорее всего не происходит скользящего движения. Так как контакт шипа в резине жесткий, ожидаемые значения перемещения малы.
В третьей фазе шипы противоскольжения и протектор прилипают к покрытию дороги или отклоняются, если шина проскальзывает. Возможно смещение относительно второй фазы.
В четвертой фазе происходит переход от прилипания к скольжению в зависимости от трения между покрытием дороги и шипом или резиной. Соответственно, один из них начнет скользить. Другой будет по-прежнему прилипшим к покрытию, пока не будет достигнут предел сцепления из-за дальнейших перемещений или относительного смещения между шипом и резиной.
Наконец, учитывая достаточно высокую величину скольжения, в пятой фазе начинается скольжение протектора и шипа. Называется такая фаза фазой скольжения. В фазах четыре и пять (рис. 5), когда шип находится в скольжении, он может глубже врезаться в покрытие, в зависимости от его прочности.
Шестую фазу можно считать как фазу 2, только в обратную сторону; осуществляется путь от задней кромки пятна контакта в точке, где шип теряет контакт с поверхностью дороги. На этом этапе смещение уменьшается, что приводит к дополнительному взаимному перемещению шипа и покрытия. Кроме того, нагрузка на шип уменьшается, как и сила вдавливания его в шину.
Как упоминалось, первый контакт между шипом и покрытием можно считать ударным воздействием. Шип ускоряется или замедляется, чтобы повлиять на скорость, т. е. кинетическая энергия полностью должна израсходоваться. С одной стороны, это может быть достигнуто путем проникновения в шину, т. е. превращения в энергию деформации или путем отвода за счет резинового демпфирования, с другой — энергия удара может перейти во врезание шипа в покрытие. При столкновении шипа с покрытием упругими и демпфирующими процессами можно пренебречь, так как это бесконечно короткие воздействия. Таким образом, можно предположить, что большая кинетическая энергия расходуется на повреждение покрытия, это обусловлено большей плотностью шипа противоскольжения, и толь-
■зона ютиа мжтнп
xfr Щ ¿2 Ф
V S S У ^ А / ' S У.У У / S У У У X А/У//^ У У У ]
О © ф 0 © ©
Рис. 5. Фазы взаимодействия шипа с дорожным покрытием
ко незначительная часть энергии тратится на повреждение самого шипа.
Из представленных результатов испытаний видно, что масса шипа является важным параметром износа дорожного покрытия. Эффект от массы шипа может быть объяснен процессом повреждения поверхности контакта при ударе.
Процесс повреждения и его последствия также прогнозируют сильное влияние на скорость движения. Результаты испытания показывают, что износ дорожного покрытия существенно увеличивается с увеличением скорости движения.
Испытания показали, что шипованные шины имеют разрушительное влияние на дорожное покрытие, но тем не менее мы не можем отказаться от использования шипованных шин, так как в зимний период на обледенелом покрытии с помощью шипов улучшается сцепление с дорогой, что позволяет предотвратить ДТП. Выводы.
Представленные методы испытаний могут быть использованы для определения степени износа дорожного покрытия, вызванного шипованными шинами. Использование серий плит позволяет легко и точно определять изменение объема.
Установлено, что масса шипа и скорость движения автомобиля являются наиболее важными параметрами, влияющими на износ дорожного покрытия шипованными шинами.
Представлен метод испытания взаимодействия шип — дорожное покрытие.
Рассмотрены различные процессы, при которых происходит износ дорожного покрытия шипованными шинами. Процессы объясняют полученные результаты исследований, позволяют прогнозировать, как в дальнейшем изменится износ дорожного покрытия. Исследования помогут лучше понять процессы, в частности влияние скорости на износ дорожного покрытия.
Список литературы
1. Unhola T. Over-run-test. A report of the stages of the development of the test and the determination ctiteria of the type approval limits. Vol. 25. Trail Publications 8-2015. http://ww.trafi.fi/fflebanya/1443099473/ 5f902a86540c5a49632c2b35263d603f/18583-Trafi_ Publications_08-2015_-_0verruntestreport.pdf
2. Mats G. Olle E. Emission of inhalable particles from tyreed tyre of road pavements. A comparative study. 2015. Vol. 70. https://www.diva-portal.org/smash/get/ diva2:822404/FULLTEXT01.pdf
3. Поздняков М.К. Влияние свойств асфальтобетонных смесей на сопротивляемость колееобразованию // Строительные материалы. 2011. № 10. С. 22.
4. Патент РФ № RU 96657 U1, МПК G01M7/00, G01M7/06, E01F11/00. Способ измерения и регистрации технико-экономических показателей поверхности покрытия дорожной одежды и функциональный комплекс для его осуществления (варианты) / Приходько В.М., Васильев Ю.Э. и др. Приор. от 04.03.2010.
научно-технический и производственный журнал ßfc-f jitjf \ \ ( s р JijJii 62 декабрь 2016 l'j ! ®
5. Патент РФ № RU 2400594 C1, МПК E01C23/07, G01B5/28, G01C7/04. Способ измерения и регистрации технико-экономических показателей поверхности покрытия дорожной одежды и функциональный комплекс для его осуществления / Приходько В.М., Васильев Ю.Э. и др. Приор. от 26.01.2009.
6. Братищев И.С., Воейко О.А. Универсальный кольцевой стенд для оценки износостойкости материалов дорожного покрытия // Материалы лауреатов конкурса дипломных проектов и бакалаврских работ на дорожно-строительном факультете МАДИ. М.: МАДИ, 2011.
7. Васильев Ю.Э., Приходько В.М. К вопросу обеспечения качества дорожных покрытий // Строительные материалы. 2011. № 10. С. 45.
8. Мозговой В.В., Онищенко А.Н., Прудкий А.В. и др. Экспериментальная оценка устойчивости асфальтобетонного покрытия к образованию колейности // Дорожная техника. 2010. С. 114—128.
References
1. Unhola T. Over-run-test. A report of the stages of the development of the test and the determination ctiteria of the type approval limits. Vol. 25. Trail Publications 8-2015. http://ww.trafi.fi/fflebanya/1443099473/ 5f902a86540c5a49632c2b35263d603f/18583-Trafi_ Publications_08-2015_-_0verruntestreport.pdf
2. Mats G. Olle E. Emission of inhalable particles from tyreed tyre of road pavements. A comparative study. 2015. Vol. 70. https://www.diva-portal.org/smash/get/ diva2:822404/FULLTEXT01.pdf
3. Pozdnyakov M.K. Influence of asphalt concrete mixes properties on resistance to rut formation. Stroitel'nye
Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 10, p. 22. (In Russian).
4. Patent RF No. RU 96657 U1, IPC G01M7/00, G01M7/06, E01F11/00. Sposob izmereniya i registratsii tekhniko-ekonomicheskikh pokazatelei poverkhnosti pokrytiya dorozhnoi odezhdy i funktsional'nyi kompleks dlya ego osushchestvleniya (varianty) [A method for measuring and recording the technical and economic performance of the coating surface of the pavement and functional complex for its implementation (options)]. Prikhodko V.M., Vasilev Yu.E. and etc. Pryor. from 04.03.2010. (In Russian).
5. Patent RF No. RU 2400594 C1, IPC E01C23/07, G01B5/28, G01C7/04. Sposob izmereniya i registratsii tekhniko-ekonomicheskikh pokazatelei poverkhnosti pokrytiya dorozhnoi odezhdy i funktsional'nyi kompleks dlya ego osushchestvleniya [A method for measuring and recording the technical and economic performance of the coating surface of the pavement and functional complex for its implementation]. Prikhodko V.M., Vasiliev Y.E. and etc. Pryor. from 26.01.2009. (In Russian).
6. Bratiscev I.S., Voeikov O.A. Universal ring stand to assess durability of pavement materials. Materials laureates bachelor degree projects and work on the road construction department MADI. Moscow: MADI. 2011.
7. Vasilev Yu.E., Prikhodko V.M. On the issue of the quality of road surfaces. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 10, p. 45. (In Russian).
8. Mozgovoy V.V., Onishchenko A.N., Prudkyi A.V. et al. Experimental evaluation of the stability of asphalt concrete pavement rutting. Dorozhnaya tekhnika. 2010, pp. 114-128. (In Russian).
Универсальный комплекс для испытаний дорожных покрытий и автомобильных шин «Карусель»
Предоставляем услуги по проведению испытаний на износостойкость дорожных покрытий всех типов эксплуатируемых автомобильных дорог, в том числе испытаний новых покрытий или материалов, внедряемых или применяемых для строительства автомобильных дорог на территории России.
Генеральный директор ООО «МИП«ТЕХНОПАРК МАДИ» д-р техн. наук., проф. Васильев Юрий Эммануилович Адрес: 125319, Москва, Ленинградский проспект, д. 64, ауд. 136 (МАДИ)
Тел.: (499) 155-07-65 E-mail: cmit-madi@mail.ru
. wy.: i ^ ; ];■' научно-технический и производственный журнал ® декабрь 2016
Реклама
