Виды испытаний дорожной одежды

11

Содержание

Введение

1. Бесконтактный метод измерения упругого прогиба дорожной одежды при оценке ее прочности

2. Математическая модель непрерывного измерения прогиба дорожного покрытия

3. Испытания установки для оценки прочности дорожных одежд

Заключение

Список использованной литературы

Введение

К одной из важнейших задач диагностики и паспортизации автомобильных дорог относится определения прочности дорожных покрытий.

Для оценки прочности дорожных одежд широко используются как метод статического нагружения колесом автомобиля с измерением прогиба прогибомером, так и метод кратковременного нагружения: нагружение наездом колеса, нагружение падающим грузом, нагружение циклической нагрузкой. Метод статического нагружения колесом автомобиля применяют для осуществления контрольных испытаний при детальном обследовании нежестких дорожных одежд. Для измерения обратимых прогибов используют длиннобазовый рычажный прогибомер. Линейные испытания дорожных одежд проводят более производительным методом кратковременного нагружения, причем обязательно выполняют тарировочные испытания с целью приведения результатов испытаний к сопоставимому виду.

1. Бесконтактный метод измерения упругого прогиба дорожной одежды при оценке ее прочности

Учитывая крайнюю важность оперативного получения информации об устойчивости дорожного покрытия к динамическим нагрузкам, создаваемым большегрузными автомобилями, необходимо использовать специальную высокопроизводительную измерительную технику.

Технический уровень методов и средств измерений, применяемых для оценки прочности дорожных одежд, определяет также развитие методов расчета дорожных одежд. Необходимо, основываясь на отечественном и зарубежном опыте, исследовать и разработать приборы оценки прочности на основе новых датчиков, например, лазерных или ультразвуковых, обладающих многими достоинствами, основными из которых являются бесконтактность измерений, высокая чувствительность, отсутствие реактивных сил между элементами преобразования. Для измерения прогиба следует применить датчики расстояний (перемещений) - ультразвуковые или лазерные.

Исследование характеристик и функциональных возможностей ультразвуковых датчиков перемещений показало их непригодность для измерений прогиба непосредственно под колесом нагруженного автомобиля (прицепа) из-за конструктивных особенностей датчиков и их широкой диаграммы направленности. Поэтому за основу был выбран лазерный метод определения расстояний, основанный на триангуляционном безотражательном способе измерений. Такой лазерный измеритель расстояний и перемещений позволяет иметь контактную точку лазерного луча с поверхностью дорожного покрытия непосредственно между спаренными колесами автомобиля.

При первичном анализе были рассмотрены четыре варианта измерений прогиба:

­ измерение с помощью стереопары;

­ вариант со слежением контактной точки лазерного луча с помощью вращающегося зеркала;

­ измерение с совмещенными фотоприемниками;

­ измерение с помощью разнесенных датчиков.

Каждый способ измерения имеет свои плюсы и минусы. Основной проблеммой является дефицит недорогих, но эффективных лазерных датчиков, приемлемых по стоимости и соответствующих технико-эксплуатационным требованиям к измерению прогиба. После анализа имеющихся на рынке лазерных приборов был выбран способ измерения прогиба с помощью разнесенных лазерных измерителей перемещений. Таким образом, выбранный метод оценки прочности основан на бесконтактном лазерном измерении прогиба с целью обеспечения измерений как при квазистатическом, так и при динамическом нагружении. Рассматриваемая измерительная система даст возможность уточнения оценки прочности дорожных одежд путем измерения формы чаши прогиба в наиболее характерных точках зоны упругих деформаций. Аналогом системы служит лаборатория диагностики и оценки прочности дорожных одежд Шведской национальной дорожной администрации (RWD). Отличием являются методы обработки измерительных сигналов и процедура самокалибровки системы.

Следует отметить то, что чаша прогиба, возникающая при движении нагруженного колеса, несимметрична, и перед исследователями стоит задача выбора наилучшего в смысле адекватного описания чаши прогиба расположения датчиков. Традиционно правильнее измерять параметры чаши позади колеса. Однако, RWD исследует чашу прогиба перед движущимся колесом, так как в этом случае легче проводить сравнительные измерения нагруженного и ненагруженного колесом дорожного покрытия. Кроме того, такой подход менее подвержен влиянию гистерезиса.

2. Математическая модель непрерывного измерения прогиба дорожного покрытия

На основе предложенной модели измерения в Саратовском научно-производственном центре РОСДОРТЕХ совместно с «БЕЛОМО» (Белоруссия) была разработана и апробирована установка измерения прочности дорожных одежд с применением лазерных измерителей расстояния ТИРП - 100.

Система предназначена для установки на грузовой автомобиль или прицеп, состоит из трёх лазерных измерителей перемещений, мерного колеса, блока управления и портативного компьютера (Notebook). Лазерный измеритель перемещений и дополнительный датчик определяют расстояния до поверхности покрытия ненагруженного колесом автомобиля участка дорожной одежды, то есть создают линию отсчёта. Измеритель перемещений расположен вблизи заднего колеса и определяет расстояние до поверхности дороги в области чаши прогиба.

Измерения производятся следующим образом. Датчик измеряет расстояние до поверхности покрытия с частотой опроса 2 кГц в течение времени Т, необходимого для перемещения автомобиля на расстояние, сравнимое с размерами чаши прогиба (обследуемый участок). При скорости автомобиля 5-6 км/час (~ 1,4-1,6 м/с) нагружение колесом автомобиля дорожной одежды будет соответствовать квазистатическому нагружению. При этом на обследуемом участке количество отсчетов измерения составит порядка 3000, что более чем достаточно для статистического оценивания высоты. Датчики аналогично определяет расстояние в течение времени (при известных углах их наклона относительно вертикали), начиная с момента окончания проезда колесом расстояния. Необходимые дистанции и определяются с помощью мерного колеса.

При скорости движения 30-40 км/час кратковременное нагружение дорожной одежды колесом автомобиля будет соответствовать режиму динамического нагружения. В этом случае количество измерительных отсчетов лазерных датчиков на интервале составит порядка 600-700, что является представительной выборкой для статистического оценивания высот hi. Задача оценки прогиба дорожной одежды на скорости, обуславливающей режим динамического нагружения, требует дополнительных исследований.

Конструктивные и функциональные особенности лазерных измерителей перемещений не позволяют расположить их в одной точке (локальной области), что способствовало бы игнорированию колебаний и наклонов нагруженной платформы (автомобиля или прицепа) при обработке измерительных данных.

Так как датчики разнесены на значительное расстояние друг от друга, то вследствие возможных колебаний (низкочастотных) платформы относительные положения датчиков меняются из-за их перемещений. Относительное смещение датчиков, не вызываемое прогибом дорожного полотна, является также результатом деформации рессор и шин. Предлагаемый способ оценки величины прогиба и кривизны чаши прогиба производится путем сравнения измеренных величин с выцсотой.

Рассматривая платформу с закрепленной на ней балкой, на которой расположены датчики на известном расстоянии друг от друга, как механическую систему с известными степенями свободы.

Таким образом, точность измерения прогиба будет определяться разрешением лазерных датчиков перемещений.

Следует отметить следующее. По материалам исследований российских и американских специалистов кривизна и размеры чаши прогиба зависят от скорости движения автомобиля и несущей способности дорожных одежд. При скорости движения автомобиля 4 мил/час (6,2 км/час) продольный размер чаши прогиба составляет ~5м. Чем выше скорость движения, тем меньше размеры чаши. В связи с этим, для проведения оптимальных измерений необходимо учитывать продольные размеры чаши, то есть, имея полуприцеп с длиной базы 5,5 метров и применяя разработанную измерительную схему, получаем, что скорость движения автомобиля при измерениях должна быть не менее 10 км/час. В противном случае, опорная (ненагруженная) область дорожного покрытия будет входить в зону деформации дорожной одежды.

3. Испытания установки для оценки прочности дорожных одежд

В 2004 году в рамках государственного контракта с РОСАВТОДОРом было спроектировано навесное оборудование для измерения упругого прогиба под колесом нагруженного автомобиля.

Установка представляет собой несущую раму с датчиками, навешиваемую на грузовой полуприцеп. Полуприцеп выбран по нескольким причинам. С одной стороны, необходимо обеспечить размещение лазерных датчиков на таком расстоянии от заднего колеса полуприцепа, что бы создаваемая ими линия была вне чаши прогиба дорожной одежды. Для обеспечения этого условия был выбран длиннобазовый полуприцеп. Полуприцеп должен быть с одной задней осью, иначе конфигурация чаши прогиба будет не расчётной. Кроме того, используя полуприцеп несложно создать нагрузку на заднюю ось в 10т или 5т на колесо. Загрузка полуприцепа осуществляется бетонными блоками или плитами и контролируется подкладываемыми под заднюю ось весами.

На навешиваемой на полуприцеп объёмной раме размещаются 3 лазерных датчика перемещений ТИРП-100 и мерное колесо для отсчёта расстояний по протяжению дороги. Работа лазерных датчиков перемещений, определяющих расстояние от базовой плоскости до поверхности дорожного покрытия, засинхронизирована с импульсами мерного колеса. На съёмной раме закрепляется так же пирометр для измерения температуры поверхности дороги.

Показания, снимаемые с 3 лазерных датчиков, пирометра и мерного колеса поступают в компьютер, который размещается в кабине тягача для дальнейшей обработки. Измерения производятся при скорости движения 5 км/час. После завершения измерений навесное оборудование снимается, а тягач с полуприцепом могут быть использованы по прямому назначению.

Заключение

Проведенные осенью 2003 года испытания установки показали работоспособность измерительной части и алгоритма обработки данных. Вместе с тем выявлено влияние погодно-климатических факторов, в первую очередь влажности воздуха и покрытия. Необходимы более точные и надежные лазерные датчики. В целом испытания и работы по созданию промышленного образца установки будут продолжены в 2004 году.

Список использованной литературы

1. ВСН 6-90. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. М.: Минавтодор РСФСР. 1990

2. Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочник инженера-дорожника. / А.П. Васильев, В.И. Баловнев, М.Б. Корсунский и др.; Под ред. А.П. Васильева.-М.: Транспорт, 1989.-287 с.

3. Карчихин В.В., Коновалов С.С., Мепуришвили Д.Г «Метрологическое обеспечение автоматизированного комплекса для оценки прочности дорожных одежд». - Автомобильные дороги. - 1991. -№ 9. - с. 11-12.

4. ВСН 52-89. Указания по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд. Москва. 1989.

5. СТ СЭВ 5497-86. Дороги автомобильные международные. Определение несущей способности дорожных конструкций и их конструктивных слоев установкой динамического нагружения (УДН).

6. Карчихин В.В. Измерение прогибов дорожной одежды с помощью оптико-электронного прогибомера. Сборник научных трудов МАДИ «Пути повышения надежности автомобильных дорог». Москва. 1984. - с. 55- 59.