Роль макро- и микрошероховатости в обеспечении сцепных качеств дорожных покрытий. Анализ силового воздействия колеса на поверхность качения. Исследование фрикционных качеств каменных материалов, используемых для строительства шероховатых слоев износа.
Аннотация к работе
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШЕРОХОВАТЫХ СЛОЕВ ИЗНОСА ПОКРЫТИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖДЧтобы повысить фрикционные качества дорожных покрытий и тем уменьшить длину тормозного пути, снизить тяжесть последствий ДТП дорожно-эксплуатационные службы строят на покрытиях проезжей части автомобильных дорог шероховатые слои износа. Накоплен огромный фактический материал, в том числе разработаны теоретические и практически методы создания текстуры поверхности дорожных покрытий в интересах обеспечения высокого уровня сцепления автомобильных шин с поверхностью движения. Однако целый круг вопросов не исследован: нет информации об адгезионных качествах каменных материалов, используемых для строительства шероховатых слоев износа; не известны величины сил и давления, действующих в зоне контакта шин с шероховатым покрытием дороги - в целом по площади контакта и на отдельные выступы макро- Исследовать фрикционные качества основных пород каменных материалов, используемых при устройстве шероховатых слоев износа на дорожных покрытиях. Разработать методики и оборудование для оценки силового воздействия автомобильного колеса на покрытие дороги.Экспериментальными исследованиями [8-11, 38, 78-91, 154 и др.] установлена положительная роль шероховатости в обеспечении силы сцепления на мокрых покрытиях дорог в теплое время года и при отсутствии сплошного слоя снега на проезжей части зимой. Независимо от степени износа рисунка протектора автомобильных шин, на мокрых покрытиях (это состояние покрытий принимается в настоящее время как расчетное при оценке сцепных качеств [145]) увеличение шероховатости приводит к росту коэффициента сцепления, что показано на рисунках 1.1-1.4. Одновременно повышается стабильность значений коэффициента сцепления, т.е. снижается его изменчивость при переходе покрытия из сухого состояния в мокрое, при изменении скорости движения, что имеет большое значение для обеспечения безопасности движения автомобилей по дорогам. Следует отметить сложное и многонаправленное влияние шероховатости на параметры, входящие в эту зависимость - на контурное давление в контакте и соотношение между молекулярной и деформационной составляющими сцепкой силы (рисунки 1.5-1.6) [58, 60, 61]: P =1,18?103? t0 ?3 ?? EBN ?2 ? 0a2x , (1.6) ? эф ? K a ? Тогда, для определения площади касания выступов шероховатости с протектором шины в зоне контакте Ас можно использовать зависимость [108], введя туда поправочный коэффициент К1, учитывающий изменение площади контакта в результате вдавливания выступов шероховатости в резину протектора шины: 15Установлена и основная причина погружения щебня слоя износа в покрытие - воздействие колесной нагрузки. Немчинов [87, 91] предложил при оценке воздействия колес на шероховатый слой износа использовать коэффициенты пересчета. Из нее следует, что необходимо учитывать не только величину нагрузки, но и динамику взаимодействия колеса с покрытием. Согласно условию (1.10) нарушение прочности в наиболее опасной краевой точке немедленно приведет к нарушению условия прочности по всей поверхности зерна щебня и, тем самым, к нарушению устойчивого положения щебенки в покрытии. Однако и в этом исследовании вопрос силового воздействия колеса на покрытие не рассмотрен: приживаемость щебня оценивалась по количеству выбитого щебня и его отношения к весу щебня, использованного при создании модели покрытия.Схемы сил, моментов и реакций, действующие на колеса, представлены на рисунке 2.1. В результате в плоскости контакта шины с покрытием возникает окружная сила РК и равная ей по величине, но обратная по направлению и приложенная к оси колеса тяговое усилие Рр [47-50, 112 и др.] Крутящий момент на ведущих колесах Мк можно определить с учетом коэффициента полезного действия трансмиссии (?) и передаточных чисел коробки передач (ік) и главной передачи (іо), представленной на рисунке 2.2: Мк = Ме?ік?іо??, (2.2) где Ме - крутящий момент на валу двигателя; Ме = Ne/ne; Ne - мощность двигателя, ne - частота вращения коленчатого вала. ? ? п ? ? где Gk - вертикальная нагрузка на колесо; ? - площадь фактического контакта; к - насыщенность рисунка протектора; pw - давление воздуха в шине; r - радиус шины; Вп - ширина беговой дорожки шины; qи - давление, вызванное только изгибом оболочки шины; m - коэффициент, учитывающий изгибную жесткость резины боковин шины (m > 1); a , b - углы расположения нитей корда: b - угол наклона нити корда к меридиану, a - угол, под которым нить корда выходит из ленты (лента - упрощенная модель автомобильной шины в виде жесткой в по- Также традиционно считается, что давление в контакте зависит от вертикальной нагрузки передаваемой от автомобиля на колесо (с учетом массы колеса - Gk), размера и конструкции автомобильных шин, рисунка протектора и физико-механических свойств его резины.
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 4 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ…. 8
1.1 Сцепление автомобильных шин и шероховатость поверхности дорожных покрытий………………………………………………… 8
1.2 Роль макро и микрошероховатости в обеспечении сцепных качеств доtrialх покрытий………………………………………………… 16
1.3 Условия и характер работы дорожных покрытий с шероховатой поверхностью………………………………………………………… 21
1.4 Исследование силового воздействия колеса на поверхность качения ………………………………………………………………. 26 1.5 Требования к шероховатым слоям износа………………………….. 30 1.6 Цели и задачи исследования………………………………………… 32
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА С ШЕРОХОВАТЫМ ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ……… 34
2.1 Передача сил и моментов от двигателя к ведущим колесам……… 34 2.2 Анализ нормальных сил, действующих в контакте автомобильного колеса с покрытием дороги ………………………………… 38 2.3 Выводы по главе 2 ………………..……………………………… 44
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФРИКЦИОННЫХ КАЧЕСТВ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ШЕРОХОВАТЫХ СЛОЕВ ИЗНОСА………………………………… 46
3.1 Теоретическое обоснование необходимости изучения фрикционных качеств каменных материалов ……………………………. 46 3.2 Методика и оборудование для оценки фрикционных свойств каменных материалов………………………………………………. 54 3.3 Оценка горных пород по фрикционным качествам ……………. 57 3.4 Результаты экспериментальной оценки фрикционных качеств каменных материалов …………………………………………… 60
3
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС НА ШЕРОХОВАТЫЕ ПОКРЫТИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ…………………………………………… 65
4.1 Методическое обеспечение экспериментального исследования.. 65 4.1.1 Выбор типов автомобилей для исследований…………………. 66 4.1.2 Методика оценки динамического воздействия автомобиля на поверхность покрытия дороги …………………………………. 68 4.1.3 Методика оценки влияния текстуры поверхности дорожного покрытия на давление в контакте автомобильных шин ……… 73 4.1.4 Методика оценки работы шероховатых слоев износа на автомобильных дорогах ……………………………………………. 78 4.2 Результаты исследований ……………………………………….. 79 4.2.1 Оценка динамического воздействия автомобиля на поверхность покрытия ……………………………………………………….. 79 4.2.1.1 Оценка нормальных усилий в контакте шин ……….. 79 4.2.1.2 Исследование тангенциальных усилий в контакте шин с покрытием дороги …………………………………… 85 4.2.2 Оценка влияния текстуры поверхности дорожных покрытий на давление в контакте автомобильных шин ……………….. 90 4.2.3 Оценка работы слоев износа на автомобильных дорогах …... 100
5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ТРЕБОВАНИЙ К СТРОИТЕЛЬСТВУ ШЕРОХОВАТЫХ СЛОЕВ ИЗНОСА ………… 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….. 111 ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………… 114 ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ………………………………… 131