1748
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная лесотехническая академия
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ
Методические указания к практическим занятиям по разделу «Диагностика автомобильных дорог»
для студентов специальности
190702 – Организация и безопасность движения (автомобильный транспорт)
Воронеж – 2006
2
УДК 625.7
Курьянов, В.К. Автомобильные дороги [Текст] : методические указания к практическим занятиям по разделу «Диагностика автомобильных дорог» для студентов специальности 190702 – Организация и безопасность движения (автомобильный транспорт) / В.К. Курьянов, Д.Н. Афоничев, А.В. Скрыпников ; Фед. агентство по образованию, Гос. Образовательное учреждение высшего проф. образования, Воронеж. гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 2006. – 28 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА.
Рецензент руководитель группы Центра дорожно-мостового проектирования «МАГИСТРАЛЬ» (г. Воронеж), канд. техн. наук Д.Е. Токарев
Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.К. Курьянов
3
ВВЕДЕНИЕ
Определение показателей транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог осуществлятся с использованием передвижной дорожной лаборатории КП-514МП, базирующейся на автомобиле ГАЗ-3221 “Газель”. Для определения коэффициента сцепления колес с дорогой и ровности покрытия лаборатория оборудована прибором контроля ровности и скользкости покрытий (ПРКС), который жестко крепится к сцепке лаборатории с помощью болтов.
Определение прочности дорожной конструкции производится с помощью установки динамического нагружения «ДИНА-3М». Установка монтируется на одноосном прицепе УАЗ-8109.
Лаборатория оборудована портативным переносным ЭВМ (ПЭВМ) типа «NOTE BOOK», работающим как от сети переменного тока, так и от встроенной аккумуляторной батареи. ПЭВМ обеспечивает преобразование сигналов первичных датчиков в требуемую форму с помощью имеющегося блока интерфейса (блок АЦП), корректировку погрешностей, визуализацию цифровой и графической информации, обработку данных измерений по заданной программе и вывод результатов измерений на гибкий и жесткий магнитные диски. Программное обеспечение для работы лаборатории разработано на языке Pascal.
Методические указания изложены с учетом того, что студенты ранее изучили комплекс общеинженерных и специальных дисциплин. Для более глубокого усвоения излагаемого материала необходимо самостоятельное изучение рекомендуемой литературы.
4
1 ПЕРЕДВИЖНАЯ ДОРОЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ КП-514МП
Передвижная дорожная лаборатория 38473-0000010 (КП-514МП) предназначена для полевых обследований и измерений технико-эксплуатационных параметров автомобильных дорог.
Лаборатория применяется при паспортизации, диагностике, приемке в эксплуатацию (предварительная оценка параметров), техническом и авторском надзоре за строительством, разработке проектов капитального ремонта и рекон-
струкции автомобильных дорог. |
|
|
|
Лаборатория изготовлена на шасси автобуса ГАЗ-3221 «Газель». |
|
|
Рабочие условия эксплуатации: |
|
1. |
Температура окружающего воздуха при измерении (0С): |
|
|
– угла поворота трассы |
от -10 до +40 |
|
– продольного уклона |
от -10 до +40 |
|
– поперечного уклона |
от -10 до +40 |
|
– пройденного пути |
от -10 до +40 |
|
– коэффициента сцепления |
от +5 до +40 |
|
– прогиба |
от +5 до +40 |
|
– неровности |
от +5 до +40 |
2. |
Атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.) |
100± 6,7 (750± 50) |
3. |
Относительная влажность воздуха, % |
(65± 15) |
|
Технические данные: |
|
1. |
Полная масса снаряженной лаборатории с учетом массы водителя, |
|
операторов (2 человека), воды, кг |
3250 |
|
2. |
Габаритные размеры, мм |
5700x2075x2580 |
|
– с ПКРС в рабочем состоянии |
7600x2075x2580 |
|
– с установкой «ДИНА-ЗМ», в рабочем состоянии |
8400x2075x2580 |
3. |
Количество обслуживающего персонала, чел. |
3 |
4. |
Вместимость бака для воды, л |
200 |
5. |
Требуемая скорость движения (км/ч) при измерении: |
|
|
– геометрических параметров |
25± 5 |
|
– ровности |
50± 5 |
|
– коэффициента сцепления |
60± 5 |
6. |
Максимальная скорость движения в |
|
|
транспортном режиме, км/ч |
70 |
|
Пределы показаний: |
|
– продольный уклон, ‰ |
от -176 до +176 |
|
– поперечный уклон, ‰ |
от -176 до +176 |
|
– коэффициент сцепления |
от 0,05 до 0,90 |
Устройство и работа лаборатории
Лаборатория функционирует в следующих режимах:
– диагностика технических средств лаборатории;
5
–измерение геометрических параметров (угла поворота, продольного и поперечного уклонов), пройденного пути с визуализацией цифровой и графической информации на экране ПЭВМ и последующей записью результатов измерений на жесткий магнитный диск ПЭВМ;
–измерение неровностей дорожного покрытия и пройденного пути с визуализацией цифровой и графической информации на экране ПЭВМ и последующей записью результатов измерений на жесткий магнитный диск ПЭВМ;
–измерение коэффициента сцепления дорожного покрытия и пройденного пути с визуализацией цифровой и графической информации на экране ПЭВМ и последующей записью результатов измерений на жесткий магнитный диск ПЭВМ;
–измерение упругого прогиба нежестких дорожных одежд и пройденного пути с визуализацией цифровой и графической информации на экране ПЭВМ и последующей записью результатов измерений на жесткий магнитный диск ПЭВМ;
–обработка исходных данных измерений и вычисление вторичных характеристик с выводом результатов обработки на экран ПЭВМ, на печать или на жесткий магнитный диск в форме, необходимой для пользователя;
–регистрация результатов измерений на гибкий магнитный диск для последующего хранения информации.
Измерение геометрических параметров (угла поворота, продольного и поперечного уклонов) производится с помощью гироскопических датчиков, установленных в кузове лаборатории, при движении последней со скоростью 20…30 км/ч.
Выходные напряжения (аналоговые сигналы) снимаются с потенциометров датчиков и через заданный шаг по пройденному пути преобразуются в цифровой код в АЦП.
ПЭВМ выполняет в реальном масштабе времени предварительную обработку исходного массива измерений. При этом на экран для визуального контроля выводится цифровая информация о пройденном пути и скорости движения, о значениях измеряемых параметров, а также графическая информация по измеряемым параметрам в виде бегущих графиков. Одновременно исходная информация выводится на экран и записывается на жесткий магнитный диск ПЭВМ.
Измерение пройденного пути производится с помощью мерного колеса или задних колес лаборатории. Датчик, смонтированный в мерном колесе, или датчик пройденного пути, расположенный в разъеме троса спидометра, на каждый свой оборот вырабатывает определенное количество импульсов. В ПЭВМ выполняется пересчет импульсов в зависимости от длины окружности колеса, и формируется командный импульс через требуемый шаг (кратный метру) по длине дороги, для считывания информации с датчиков ровности, сцепления, гироскопических датчиков.
6
Измерение ровности дорожных покрытий основано на определении вертикальных перемещений колеса узла ПКРС относительно корпуса (инерционной массы) ПКРС при движении по неровностям дороги со скоростью 50 км/ч. Датчик ровности, установленный на корпусе узла ПКРС и связанный гибкой связью с подвеской колеса, преобразует в число импульсов вертикальные перемещения колеса. В ПЭВМ число импульсов преобразуется в величину показателя ровности.
Измерение коэффициента сцепления основано на определении тормозной силы, возникающей в площади контакта полностью заблокированного колеса (с гладким протектором) узла ПКРС и увлажненного покрытия (с толщиной водяной пленки в 1 мм), при буксировании узла ПКРС со скоростью 60 км/ч. Датчик сцепления преобразует в число импульсов линейное перемещение пластины, пропорциональное тормозной силе. В ПЭВМ число импульсов преобразуется в величину коэффициента сцепления.
Измерение упругого прогиба дорожной одежды производится с помощью цифрового датчика прогиба в момент приложения на покрытие дороги динамической нагрузки в 50000±2500 Н (группа А), создаваемой силовой частью установки динамического нагружения «ДИНА-ЗМ». Датчик прогиба преобразует в число импульсов прогиб дорожной одежды.
7
2 УСТАНОВКА ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ «ДИНА-3М». ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Установка динамического нагружения «ДИНА-3М» предназначена для испытаний несущей способности (прочности) дорожных одежд и земляного плотна автомобильных дорог и аэродромов путем измерения прогиба поверхности дороги под действием расчетной нагрузки согласно требованиям ВСН 52-89.
Установка монтируется на одноосном прицепе УАЗ-8109.
Установка предназначена для эксплуатации на открытом воздухе в районах с умеренным климатом при температуре от +5 до +40 °С автономно или в
составе дорожной лаборатории КП-514МП. |
|
|
|
Технические характеристики: |
|
1. |
Габаритные размеры (мм): |
|
|
длина с дышлом прицепа |
2560 |
|
ширина |
1645 |
|
высота в транспортном положении |
1855 |
|
высота в рабочем положении |
2255 |
2. |
Диаметр штампа, мм |
330± 1 |
3. |
Масса, кг |
40 |
4. |
Масса падающего груза, кг |
160± 2 |
5. |
Время воздействия динамической |
|
|
нагрузки на дорогу, с |
0,02... 0,04 |
6. |
Динамическое усилие нагружения, кН |
50± 2,5 |
7. |
Потребляемая мощность в режиме |
|
|
рабочего цикла, Вт |
360 |
8. |
Минимальное число рабочих циклов |
|
|
при работе от одного нового комплекта |
|
|
аккумуляторных батарей |
1000 |
9. |
Диапазон показаний прогиба, мм |
0…9,99 |
10. Диапазон измерения прогиба, мм |
0…3 |
|
11. Пределы допускаемой абсолютной |
|
|
|
погрешности измерения прогиба, мм |
±0,02 |
12. Номинальная цена единицы |
|
|
|
наименьшего разряда цифрового индикатора, мм |
0,01 |
13. Скорость движения тягового автомобиля |
|
|
|
с установкой не должна превышать, км/ч |
75 |
14. Номинальное напряжение |
|
|
|
аккумуляторной батареи, В |
12,6 |
Устройство и принцип действия
Установка состоит из одноосного прицепа 1 (см. рис. 1), на котором монтируется каркас 2. По направляющим 3 осуществляется подъем и сброс груза с
8
пружиной 4 и 6. Блок управления (на рис. 1 не показан) служит для цифровой индикации величины прогиба, передачи команд по управлению приводом, поступающих от пульта управления 16, или от лаборатории КП-514МП. Балкаконсоль 13, являющаяся держателем прибора-датчика линейных перемещений (ПЛП) 14, устанавливается таким образом, чтобы выдвижной шток ПЛП касался дорожного полотна через одно из отверстий в штампе. Вторая точка опоры балки-консоли находится на расстоянии 1,5 м от ПЛП. Таким образом, можно считать ПЛП независимой инерционной единицей, и влияние упругих волн, возникающих в дорожном полотне при динамическом воздействии, можно не учитывать.
Рис. 1 Установка динамического нагружения «ДИНА-3М»
В состав установки входит аккумулятор 15. Подъем груза осуществляется двигателем 10 через редуктор 11 и лебедку 9, которая поднимает траверсу 5 с крюком, сцепленным с грузом. Груз поднимается до определенной высоты и автоматически сбрасывается с крюка. Высота сброса груза рассчитывается та-
9
ким образом, чтобы, с учетом массы груза и коэффициента жесткости пружины, можно было бы достичь требуемой динамической нагрузки на дорогу. После сброса груза с крюка, груз свободно падает по направляющим 3 на штамп 6, который установлен (опущен) на поверхность дороги.
Штамп служит для передачи динамического усилия на дорожное полотно, площадь штампа эквивалентна площади колеса. С учетом усилия, создаваемого падающим грузом, штамп заданной площади создает на дорогу нагрузку, эквивалентную колесу автомобиля. Под действием пружины и самой дорожной одежды, которая обладает упругими свойствами, груз подпрыгивает вверх и подхватывается механизмами подхвата груза. Штамп, так же как и груз, поднимается в походное и опускается в рабочее положение траверсой с крюком.
Принцип действия установки основан на нагружении дорожной одежды расчетной динамической нагрузкой группы А. При этом измеряется возникающий на поверхности дороги обратимый прогиб. Показатели несущей способности рассчитываются в соответствии с «Указаниями по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд» (ВСН 52-89).
Подготовка установки к работе
Перед измерением прогиба с помощью установки необходимо провести следующие работы:
1.Проверить давление в шинах (0,2± 0,01) МПа.
2.Расчехлить установку.
3.Установить предупреждающие знаки на задний борт прицепа.
4.Перевести и закрепить из транспортного положения в рабочее колпак верхней части установки.
5.Закрепить блок управления на установке.
6.Подключить питание, концевые выключатели, измерительную головку к блоку управления.
7.Выбрать слабину троса, вращая вручную барабан лебедки и поднять траверсу в верхнее крайнее положение.
8.Расфиксировать штамп из транспортного положения в рабочее.
9.Установить прицеп на проезжей части дороги так, чтобы центр штампа совпадал с точкой испытания.
10.Опустить штамп на проезжую часть.
11.Опустить вручную лебедкой траверсу с крюком, зацепить, приподнять и расфиксировать груз из транспортного положения.
12.Опустить вручную груз на опоры узла подхвата (6…7-ой зуб сверху).
13.Вывести крюк из зацепления и поднять лебедкой траверсу до момента входа флажка в прорезь верхнего концевого индуктивного выключателя.
14.Закрепить ПЛП на консольной балке.
15.Включить тумблер «Питание».
10
16.Установить балку на покрытие дороги так, чтобы наконечник ПЛП находился в центре одного из отверстий в штампе и коснулся поверхности покрытия дороги (начало соприкосновения фиксируется изменением показаний на табло блока управления).
17.Регулировочным винтом консольной балки опустить измерительную головку до показаний на табло «5.00–6.00».
18.Нажать кнопку «Зап.» Установка к работе готова.