CC BY
55УДК 625.7/.8 DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-760-6-33-35
Д.О. НЕВЕЛЬСКИЙ, инженер ([email protected])
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, 64)
Определение фактического износа дорожных покрытий шипованными шинами
Одновременно с ростом уровня автомобилизации в России увеличилась интенсивность изнашивания дорожных покрытий. На левых полосах автомагистралей образуется колейность уже через 2-3 года эксплуатации дороги. Значительный вклад в образование колеи износа вносит применение шипованных шин. С 1 января 2015 г. вступил в силу Технический регламент Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» ТР ТС 018/2011. Документ строго нормирует основные параметры шипов в шинах, но при этом допускает использование ненормируемых шипов, если они не вызывают большего износа. В статье рассмотрены основные зарубежные и российские методы определения износа дорожных покрытий шипованными шинами. Выявлены их недостатки, проблемы применения на территории РФ. Предложен метод по определению фактического износа дорожных покрытий шипованными шинами.
Ключевые слова: износ дорожного покрытия, шипованные шины, тормозной путь, колейность, автомобильные дороги, испытания.
Для цитирования: Невельский Д.О. Определение фактического износа дорожных покрытий шипованными шинами // Строительные материалы. 2018. № 6. С. 33-35.
D.O. NEVELSKY, Engineer ([email protected])
Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) (64, Leningradsky Avenue, Moscow, 125319, Russian Federation)
The determination of the actual wear of road surfaces by studded tyres
At the same time, with the increase in the level of motorization in our country, the intensity of wear on road surfaces has increased. On the left lanes of highways the rut is formed in 2-3 years of road maintenance. A significant contribution to the formation of the wear gauge is made by the use of studded tires. It should be noted that in some regions of Russia more than 90% of motorists in the winter use studded tires. On January 1, 2015 the technical regulations of the Customs Union "on safety of wheeled vehicles" TR CU 018/2011 entered into force. The document strictly regulates the basic parameters of the studs in the tyres, but allows the use of not normalized spikes if they do not cause greater wear. The article describes the main methods of determining the wear of road surfaces studded tires. The article considers the main foreign and Russian methods for determining the wear of road surfaces with studded tires. Their main disadvantages are shown and the problems of application in the territory of the Russian Federation are defined. A method is proposed for determining the actual wear of road surfaces by studded tyres.
Keywords: Wear of the road surface, studded tires, braking distance of car, rutting, roads, testing.
For citation: Nevelsky D.O. The determination of the actual wear of road surfaces by studded tyres. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 6, pp. 33-35. (In Russian).
В последнее время широко обсуждается износ дорожного покрытия шиповаными шинами [1—3]. Противники использования шипованных шин считают, что их единственным преимуществом является повышенный коэффициент сцепления на льду (8—10%). Однако современные тесты говорят о другом. Сущность данных экспериментов заключается в том, что автомобиль оснащают различными шинами [4], проводя серию торможений с измерением тормозного пути. Чем меньше тормозной путь, тем выше уровень безопасности на зимней дороге. В табл. 1 приведены результататы таких испытаний.
На основании результатов этих экспериментов можно сделать следующие выводы::
1. У шипованных шин тормозной путь на льду короче, чем у фрикционных, на 11—25%.
2. На асфальтобетонных покрытиях тормозной путь автомобиля на шипованных шинах не просто не уступает фрикционным, а в некоторых случая короче на 6%. Следовательно, такой вид зимних шин является более универсальным. Благодаря таким экспериментам, а также субъективным ощущениям рядовых автомобилистов в некоторых регионах РФ на дорогах в зимнее время года более 90% автомобилей оснащены шипованными шинами [5].
3. В зависимости от фирмы-производителя и ценовой категории шин тормозной путь при одинаковых условиях отличается на несколько процентов.
Напрашивается логическая закономерность: различный тормозной путь —> различные коэффициенты сцепления —> различный износ дорожного покрытия.
Износ дорожных покрытий шипованными шинами в настоящее время является очень актуальной темой. На свежеуложенном покрытии возникает колея износа уже на второй-третий год эксплуатации дороги [6]. Денежные средства, направляемые на приведение покрытий в нормативное состояние по причине преждевременного износа,
могли бы поступать на другие нужды дорожного хозяйства. В качестве примера можно привести опыт Норвегии по борьбе с чрезмерным износом покрытий автодорог шипованными шинами. За 30 лет там удалось снизить показатель износа на 80% [7].
Первым шагом для решения проблемы износа автодорог в России стало введение Технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» ТР ТС 018/2011. Документ был принят 9 декабря 2011 г. и с 1 января 2015 г. вступил в силу. В приложении 10 п. 20, 21 и 116 указаны минимально допустимые параметры шипов (вес, выступ, количество). Требования являются более лояльными по сравнению с аналогичными требованиями, предъявляемыми, например, в Скандинавских странах (табл. 2).
Также в Техническом регламенте есть примечание, позволяющее использовать шипы большей массы и большего количества, если они не вызывают большего износа дорожного покрытия. Определение износа возлагается на независимые аккредитованные испытательные лаборатории. Проблема заключается даже не в отсутствии таких лабораторий, а в отсутствии методов, позволяющих определить износ. Конечно, существуют методы А (аналог шведского метода PRALL), Б (аналог финского метода SRK), изложенные в ОДМ 218.2.019-2011 «Методические рекомендации по определению сопротивляемости истиранию асфальтобетонных покрытий под воздействием шипованных шин», а также российский метод асфальтовой шаровой мельницы (АШМ) [8, 9]. Однако вышеперечисленные методы не в полной мере соответствуют реальным условиям взаимодействия шипованых шин с дорожным покрытием, поскольку не реализуют всех составляющих этого взаимодействия. В связи с этим они являются косвенными методами, не позволяющими достоверно определить реальный износ покрытия шипованными шинами.
Доклады IX Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики»
Таблица 1
Cравнение тормозного пути шипованных и фрикционных шин на льду и асфальтобетонном покрытии
Температура воздуха, °С Покрытие Скорость движения, км/ч Размер шины Тип шины Модель шины Тормозной путь, м
-20 Лед 25 185/60R15 Фрикционный Nokian Hakkapeliitta R2 15,43
GislavedSoftFrost 200 18,43
Шипованный Nokian Hakkapeliitta9 13,88
GislavedNordFrost 200 14,72
Асфальтобетон 80 Фрикционный Nokian Hakkapeliitta R2 36,33
GislavedSoftFrost 200 34,97
Шипованный Nokian Hakkapeliitta9 36,08
GislavedNordFrost 200 35,32
-2 Лед 50 235/55R18 Фрикционный Continental contivikingcontact 6 58,49
Шипованный Continental icecontact 2 46,87
Асфальтобетон 80 Фрикционный Continental contivikingcontact 6 33,24
Шипованный Continental icecontact 2 31,37
Они подходят для оценки износостойкости покрытий, так как сам процесс взаимодействия колеса и покрытия моделируется посредством ударов металлических шаров или истиранию имитаторов шипованных колес, имеющих отличные от реальных шин параметры.
Для получения адекватных данных по износу дорожных покрытий в странах, столкнувшихся с проблемой чрезмерного износа шипованными шинами, разработаны специальные комплексы ускоренных испытаний. Они представляют собой круговые или линейные стенды, а также специальные полигоны [10]. Основная их задача — получение максимально достоверных натурных данных за наименьшее время. Следует отметить, что немаловажным фактором является стоимость таких экспериментов. Строительство специального полигона и проведения на нем экспериментов требуют значительных затрат. Принято считать, что наиболее перспективными являются круговые стенды из-за возможности проводить измерения на больших скоростях. Подобный комплекс размещен в Учебно-исследовательском центре МАДИ [11].
К основным недостаткам вышеперечисленных методов можно отнести:
— высокую себестоимость комплексов и высокие затраты на проведение исследований;
— уличное размещение комплексов и полигонов. Для объективности измерений необходимы лабораторные условия. Следует отметить, что возможна компоновка кругового стенда таким образом, чтобы он смог разместиться в закрытом помещении (VTI's Circular Road Simulator https://www.vti.se/en/research-areas/circular-road-simulator);
— наличие постоянной центробежной силы и различных условий взаимодействия участков протектора по ширине беговой дорожки при движении колеса по дуге;
— не во всех стендах предусмотрена возможность изменения траектории движения. Это вызывает движение «шип в шип», что сильно искажает результаты измерений;
— техническая сложность оборудования.
Полученные данные должны служить основой в расчетах
прогнозирования колееобразования. К сожалению, в действующих нормативных документах присутствуют различные рекомендации по определению глубины колеи износа. В результате расчета по разным методикам значения отличаются друг от друга в несколько раз. К тому же используемые зависимости для оценки износа покрытий были получены более 40 лет назад. В России и за рубежом предпринимаются попытки актуализации расчетных методик [12, 13], однако проверить работоспособность расчетной модели возможно только с помощью ускоренных испытаний.
Автором предлагается метод определения фактического износа дорожных покрытий шипованными шинами посредством специального линейного стенда. В основном такие стенды в зарубежных странах используют для измерения прочности дорожных одежд, а не износа. Стремление добиться высокой скорости во время испытаний не является основным приоритетом. Наблюдения показывают, что износ также возникает на перекрестках и на кривых малого радиуса, где скорости движения намного ниже, чем на магистралях. Главное — обеспечить приемлемую продолжительность эксперимента. Например, если колесу потребуется ездить по покрытию полгода или даже год, то, конечно, данный метод нельзя признать рабочим. Основной задачей при конструировании прототипа-стенда является подбор необходимой длины направляющей балки, мощности электродвигателя и обеспечение такой скорости движения, при которой возможно сравнить износ от разных шипованных шин. При этом максимальная продолжительность эксперимента не должна превышать один месяц. Зная зависимость интенсивности износа от
Таблица 2
Сравнение нормируемых параметров шипов в России и в Скандинавских странах
Документ Нормируемые параметры
Выступ шипа за пределы протектора, мм Количество шипов на п. м Масса шипа, г Максимальное усилие вдавливания шипа в протектор, Н
ТР ТС 018/2011 1,2 / 1,7 / 2,5 60 1,6 / 2,8 / 3,5 -
Скандинавские страны Не более 1,2 50 1,2 / 2 / 4 120 / 180 / 340
Примечание. В таблице приведены данные для шин легковых, легких грузовых и грузовых автомобилей.
34
июнь 2018
J ®
скорости движения [14], можно ввести поправочный коэффициент и рассчитать износ при любой скорости движения. Основные преимущества предлагаемого метода:
1. Возможность определения износа покрытий шипованными шинами.
2. Достаточно простая конструкция, обеспечивающая моделирование взаимодействия колеса с покрытием, наиболее близкое к реальному.
Список литературы
1. Горшкова Н.Г., Журавлев A.C Влияние шипованных шин на износ покрытия. Наукоемкие технологии и инновации (XXIIнаучные чтения). 6—7 октября 2016. Белгород. С. 61—64.
2. Беляев Д.С. Шипованные шины: экология или безопасность? // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2015. M 1. С. 208—214.
3. Кристальный С.Р. Качество функционирования современных систем контроля устойчивости на автомобилях, оснащаемых в эксплуатации шипованными шинами // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. Электронное издание. 2014. M 2. http://www.adi-madi.ru/madi/article/view/54/pdf_23.
4. Шушурихин В.В., Прохорова Е.В. Выбор автомобильных шин. Современные автомобильные материалы и технологии (Саммит-2016) Материалы VIII Международной научно-технической конференции. 2016. С. 459-465.
5. Беляев Н.Н. Под прицелом — шипованные шины // Автомобильные дороги. 2014. M 5. С. 58—61.
6. Горелышева ЛА., Гарманов В.Н., Петров Ю.Н. Результаты исследования износа асфальтобетонного покрытия на автодороге Уфа—Aэропорт // Дороги и Мосты. 2016. M 34. С. 115—126.
7. Brynhild Snilsberg, Rabbira Garba Saba, Nils Uthus. Asphalt pavement wear by studded tires — Effects of aggregate grading and amount of coarse aggregate. 6-th Eurasphalt&Eurobitume Congress. 2016. Prague, Czech Republic.
8. Беляев Н.Н. Метод асфальтовой шаровой мельницы. Электронный ресурс http://www.stpr.ru/technologies/ innovations/44/ (дата обращения: 23.04.2018).
9. Патент РФ 2465389. Способ оценки устойчивости образцов асфальтобетона к износу шипованными шинами и комплект оборудования для его осуществления / Беляев Н.Н., Никольский Ю.Е., Петушенко В.П.; Заявл. 01.12.2010. Опубл. 27.10.2012.
10. Бакаева Н.В., Разумов М.С., Быковская Н.Е., Волкова Д.С. Стенд для определения характера износа дорожного покрытия и автомобильного колеса с учетом массы транспортного средства, а также характеристик динамики движения и торможения // Мир транспорта и технологическихмашин. 2017. M 1 (56). С. 101—106.
11. Васильев Ю.Э., Ивачев A3., Братищев И.С. Исследование устойчивости дорожно-строительных материалов к износному колееобразованию в условиях, приближенных к эксплуатационным // Интернет-журнал Науковедение. 2014. M 5 (24). https://naukovedenie.ru/PDF/11TVN514.pdf
12. Лугов. С.В., Каленова Е.В. Возможности расчетной оценки износа покрытий при прогнозировании коле-еобразования // Вестник МАДИ. 2013. M 4. С. 53—59.
13. Dattatraya T.T. Highway development and management model (HDM-4): calibration and adoption for low-volume roads in local conditions // International Journal of Pavement Engineering. 2013. No. 1 (14), pp. 50—59. http://dx.doi.org/10.1080/10298436.2011.606320
14. Спектор AT. Износ асфальтобетонных покрытий шипованной резиной. Электронный ресурс http:// www.dor.spb.ru/index/technology/iznos-pokrytiy (дата обращения 23.04.2018).
3. Габариты стенда, позволяющие разместить его в обычной лаборатории.
4. С помощью торможения колеса можно моделировать движение на перекрестках, кривых малого радиуса и экстренное торможение.
Такой прототип был построен и на данный момент проходит испытания. О результатах этих испытаний будет изложено в последующих работах.
References
1. Gorshkova N.G., Zhuravlev A.S. Impact of studded tires on road pavement wear. High technology and innovation (XIIIIscientific readings). October 6—7, 2016. Belgorod. pp. 61—64. (In Russian).
2. Belyaev D.S. Studded tires: ecology or safety? Modernizatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse. 2015. No. 1, pp. 208—214. (In Russian)
3. Kristalniy S.R. Quality of operating modern stability systems on a cars, equipped with spiked tires for use in winter condition. Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura. Electronic edition. 2014. No. 2. http://www.adi-madi.ru/madi/arti-cle/view/54/pdf_23. (In Russian)
4. Shushurikhin V.V., Prokhorova E.V. Operation and maintenance of motor Vehicle tire recycling. Selection of automobile tires. Modern Automotive Materials and Technologies (Samit-2016) Materials of the VIII International Scientific and Technical Conference. 2016, pp. 459—465. (In Russian).
5. Belyaev N.N. Under the gun - studded tires. Avtomobil'nye Dorogi. 2014. No. 5, pp. 58-61. (In Russian).
6. Gorelysheva L.A., Garmanov V.N., Petrov Yu.N. The results of the study of asphalt concrete pavement wear on the road "Ufa-Airport". Dorogi iMosty. 2016. No. 34, pp. 115-126. (In Russian).
7. Brynhild Snilsberg, Rabbira Garba Saba, Nils Uthus. Asphalt pavement wear by studded tires - Effects of aggregate grading and amount of coarse aggregate. 6-th Eurasphalt&Eurobitume Congress. 2016. Prague, Czech Republic.
8. Belyaev N.N. Method of asphalt ball mill. Elektronnyy resurs http://www.stpr.ru/technologies/innovations/44/ (Date of access 23.04.2018). (In Russian).
9. Patent RF 2465389. Sposob otsenki ustoychivosti obraztsov asfal'tobetona k iznosu shipovannymi shinami i komplekt oborudovaniya dlya ego osushchestvleniya [Method for assessing the resistance of asphalt concrete samples to wear by studded tires and a set of equipment for its implementation]. Belyaev N.N., Nikol'skiy Yu.E., Petushenko V.P.; Declared 01.12.2010. Published 10.27.2012. (In Russian).
10. Bakaeva N.V., Razumov M.S., Bykovskaya N.E., Volkova D.S. Stand for determining the nature of the deterioration of pavement and road wheels based on vehicle mass, as well as the characteristics of the dynamics of movement and braking. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin. 2017. No. 1 (56), pp. 101-106. (In Russian).
11. Vasil'ev Yu.E., Ivachev A.V., Bratishchev I.S. Research of road building materials wear rutting resistance in near working conditions. Internet-journal Naukovedenie. 2014. No. 5 (24). https://naukovedenie.ru/PDF/11TVN514. pdf (In Russian).
12. Lugov S.V., Kalenova E.V. The possibility of pavement wear valuation at rutting predicting. VestnikMADI. 2013. No. 4, pp. 53-59. (In Russian).
13. Dattatraya T.T. Highway development and management model (HDM-4): calibration and adoption for low-volume roads in local conditions // International Journal of Pavement Engineering. 2013. No. 1 (14), pp. 50-59. http://dx.doi.org/10.1080/10298436.2011.606320
14. Spektor A.G. The wear of asphalt concrete pavements with studded tires. Electronic recurs http://www.dor.spb. ru/index/technology/iznos-pokrytiy (Date of access 23.04.2018). (In Russian).
