INVESTIGATION OF INTERACTION BETWEEN WHEEL LOAD AND TIRE TREAD WIDTH OF CARGO VEHICLES TO ASSESS THE PERFORMANCE OF PAVEMENT

Горячев М.Г.

Доцент, кандидат технических наук, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ КОЛЁСНОЙ НАГРУЗКИ И ШИРИНЫ БЕГОВОЙ ДОРОЖКИ ШИНЫ ГРУЗОВЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Аннотация

Расчёт дорожной одежды на суммарное воздействие внешних сил традиционно выполняют через модель её нагружения квазижёстким штампом кругового очертания, который имитирует колесо движущегося автомобиля, нагруженного расчётной массой. В то же время реальный контур отпечатка имеет эллиптическое очертание и его параметры зависят от ряда факторов. В статье предпринята попытка установить взаимосвязь между величиной осевой нагрузки различных типов автотранспортных средств с шириной беговой дорожки шины для дальнейшего более точного определения времени приложения нагрузки.

Ключевые слова: дорожная одежда, длительность нагружения, осевая нагрузка, отпечаток колеса, ширина беговой дорожки шины.

Goryachev M.G.

Ph.D. in technical sciences, assosiate professor,

Moscow state automobile and road technical university

INVESTIGATION OF INTERACTION BETWEEN WHEEL LOAD AND TIRE TREAD WIDTH OF CARGO VEHICLES TO ASSESS THE PERFORMANCE OF PAVEMENT

Abstract

The road pavement calculation on the total effect of the external forces is traditionally performed through the quasi-rigid stamped model. The stamp has a circular shape and simulates the wheel of a moving car, loaded with the estimated mass. At the same time the real circuit imprint has an elliptical shape and its parameters depend on a number of factors. The attempt to establish the relationship between the value of the axial load of various types of vehicles  and the tire tread width  for the further and more exact definition of the time of load application is made in the paper.

Keywords: pavement, duration of loading, axle loading, a wheel imprint, tire tread width.

При проектировании и расчёте дорожных одежд исходят из требований обеспечить их работоспособность по суммарному размеру приведённого к расчётной нагрузке движения. Каждое фактическое приложение транспортной нагрузки характеризуется временем воздействия. В настоящее время эту продолжительность предполагается назначать одинаковой для любых проектных случаев и равной 0,1 с [1]. Таким образом, суммарный размер движения подразумевает некоторое суммарное время нагружения, т.е. обеспечение работоспособности дорожной одежды по суммарному времени нагружения за срок службы.

Однако в официальных действующих методиках расчёта время нагружения в явном виде отсутствует [2, 3]. Хотя очевидно, что при различных расчётных диаметрах отпечатка колеса разных расчётных нагрузок при прочих равных условиях время контакта шины с покрытием неодинаковое. Кроме того, поскольку значения прочностных и деформационных характеристик материалов и грунтов дорожной одежды должны соответствовать продолжительности действия расчётной нагрузки [1], то уточнение их значений [2, 3], возможно только на основании правильно установленного времени циклического нагружения.

В конструкциях грузовой автомобильной и прицепной техники можно проследить очевидную тенденцию увеличения суммарной ширины профиля шины на колёсах наиболее загруженных осей с повышением максимальной нагрузки. Обобщение интересуемых технических характеристик представительного модельного ряда большинства ведущих производителей грузовых машин позволило выявить следующие закономерности:

• вошедшие в статистический обзор производители грузовой техники (свыше 40 компаний) [4, 5] демонстрируют стремление отдавать предпочтение спаренным конструкциям колёс (76% против 24% для одинарных колёс); данное обстоятельство свидетельствует о доминирующей форме площадки нагружения – развёрнутый малой осью в продольном направлении эллипс; причём автомобильная техника в исполнении фирм дальнего зарубежья практически не проектируется с односкатной ошиновкой наиболее загруженных осей;
• независимо от региона производства модельного ряда теснота связи между шириной профиля односкатной ошиновки и осевой нагрузкой выражена слабее, нежели для двускатных колёс: коэффициенты корреляции Пирсона для различных вариантов массивов выборки составили всего R=0,329…0,438 (рис. 1, 2, 3); такая корреляция интерпретируется по шкале Чеддока как умеренная или слабая;
• весьма высокая (очень сильная) по шкале Чеддока линейная корреляция прослеживается для зарубежной прицепной техники с двускатной ошиновкой R=0,920 (рис. 4); объединяя с большим массивом прицепной техники стран СНГ, линейный коэффициент корреляции уже только R=0,613 (рис. 5);
• промышленный комплекс стран СНГ несколько менее однороден в отношении изучаемых взаимосвязей конструктивных характеристик для двускатных колёс, заметная (средняя) устойчивость прослеживается с R=0,583…0,60 (рис. 6, 7, 8).

Рис. 1. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для односкатной ошиновки производителей автомобильной техники из России, Беларуси и Украины

Рис. 2. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для односкатной ошиновки производителей прицепной техники из России, Беларуси и Украины

Рис. 3. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для односкатной ошиновки производителей прицепной техники из Европы и СНГ

Рис. 4. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двускатной ошиновки производителей прицепной техники из Европы

Рис. 5. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двускатной ошиновки производителей прицепной техники из Европы и СНГ

Рис. 6. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двускатной ошиновки производителей автомобильной техники из России, Беларуси, Украины

Рис. 7. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двускатной ошиновки производителей автомобильной техники из Европы и СНГ

Рис. 8. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двускатной ошиновки производителей прицепной техники из России, Беларуси, Украины

Наилучшее описание зависимости исследуемых характеристик достигается линейными уравнениями первого порядка вида . Поскольку в ряде случаев коэффициенты корреляции показали невысокие значения, а выборки велики (не менее чем в 10 раз превышают количество факторов оценки равное 2) для анализа их значимости использован приём сравнения с критическими значениями при заданной ошибке 5% или уровне надёжности 0,95. Все прямые (ненулевые) взаимосвязи удовлетворяют критерию на неслучайный характер.

Использование большегрузных автопоездов с осевыми нагрузками свыше 20 т конструктивно предполагает размещение на одной оси нескольких пар колёс; обычно таких пар четыре. Результат обработки небольшой выборки зарубежной прицепной техники с четырьмя двускатными колёсами представлен на рис 9. Критический коэффициент корреляции R_КР=0,888.

Рис. 9. Характер зависимости осевой нагрузки и ширины профиля шины для двух осевых пар двускатной ошиновки производителей прицепной техники из Европы

Достигнутые результаты могут явиться одной из предпосылок для совершенствования методики проектирования дорожных одежд и возможности оценки её работоспособности, в том числе по критерию интегральной длительности воздействия колёсной нагрузки.