PL193210B1 - Urządzenie do pomiaru równości nawierzchni drogowych - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pomiaru równości nawierzchni drogowych w postaci jednokołowej przyczepki związanej z samochodem ciągnącym za pomocą zaczepu o pionowej osi obrotu, posiadającej koło prowadzone na wahaczu, zamocowaną na wzdłużnym ramieniu masę obciążającą wahacz poprzez sprężynę i amortyzatora i płytę czołową, do której z jednej strony przymocowana jest część obrotowa zaczepu a z przeciwnej przegubowo ramię masy obciążającej, wahacz oraz czujnik przemieszczeń, znamienne tym, że czujnik przemieszczeń (12) połączony jest jednym końcem przegubowo z wahaczem koła (3) a drugim końcem również przegubowo z wysięgnikiem (13), który połączony jest z płytą czołową (4) a poprzez nią i dwuczęściowy zaczep (14 i 5) z masą resorowaną samochodu ciągnącego (15).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru równości nawierzchni drogowych, zwłaszcza równości podłużnej w postaci jednokołowej przyczepki, zamocowanej do samochodu.

Znane są urządzenia do pomiaru równości podłużnej nawierzchni drogowych w warunkach statycznych, quasistatycznych i dynamicznych.

Przykładem urządzenia umożliwiającego pomiar równości podłużnej w warunkach statycznych jest łata o długości 4 m rozkładana wzdłuż badanego odcinka drogi i odpowiednio wycechowany klin, podsuwany pod tę łatę w miejscach zagłębień nawierzchni. Rozkładając łatę w kolejnych miejscach nawierzchni drogowej można określić uśrednioną głębokość nierówności na długości odpowiadającej wielokrotności długości łaty, np. 20 lub 50 m.

Innym przykładem urządzenia służącego do pomiaru równości podłużnej nawierzchni drogowych, które zaliczane jest do urządzeń quasistatycznych, jest planograf o charakterze łaty na kółkach, znany z polskiego opisu patentowego nr 139616, przemieszczany z małą prędkością, na ogół z prędkością pieszego, wzdłuż badanego odcinka drogowego. Wszystkie kółka, z wyjątkiem kółka środkowego, mają osie nieruchome względem planografu. Kółko środkowe posiada swobodę ruchu w kierunku pionowym dzięki czemu, przemieszczając się po nierównościach drogi, rysuje na odpowiednim rejestratorze - z rejestracją mechaniczną lub elektroniczną - mniej lub bardziej wierny profil badanego odcinka drogowego. Odpowiednia analiza zarejestrowanego profilu badanej nawierzchni drogowej pozwala na określenie wskaźnika równości w umownej lub unormowanej skali. Aktualnie największe znaczenie praktyczne w ocenie równości nawierzchni drogowych ma skala IRI (International Roughness Index), o cechach wskaźnika geometrycznego..

Przykładem urządzenia, umożliwiającego pomiar równości podłużnej w warunkach dynamicznych (z większymi prędkościami), jest angielskie urządzenie o nazwie Bump-Integrator w postaci jednokołowej przyczepki, posiadającej własny układ prowadzenia i dociążania koła pomiarowego lub francuski Analizator Profilu Podłużnego (APL).

W urządzeniach tych wyróżnia się koło i jego elementy prowadzące jako masę nieresorowaną oraz obciążniki jako masę resorowaną. Odpowiednio dobrane parametry sztywności zawieszenia i tłumienia ruchów masy resorowanej zapewniają względnie stabilne jej położenie nad badaną nawierzchnią drogową, jako inercyjnej bazy odniesienia. W procesie pomiaru równości za pomocą ww. urządzenia Bumper - Integrator zliczane są przemieszczenia względne między osią koła pomiarowego -masą nieresorowaną -a obciążnikami -masą resorowaną. Suma zliczonych przemieszczeń względnych obu mas odniesiona do długości badanego odcinka drogowego, np. o długości 20, 50 lub 100 m, jest miarą równości tego odcinka. Przemieszczenia względne wymienionych mas, przedstawione w funkcji czasu lub w funkcji drogi przebytej przez urządzenie badawcze, nie są w żadnym przypadku obrazem graficznym profilu tej drogi. Zarówno bowiem koło pomiarowe, wyposażone w oponę badawczą o odpowiedniej sztywności i tłumieniu jak i masa resorowana, zawieszona nad kołem pomiarowym, mają własne, wynikające z przyjętych parametrów konstrukcyjnych, częstości drgań, na które nakładają się częstości drgań wymuszonych przez nierówności drogi. Z drugiej strony amplitudy tych drgań są również funkcją wymuszeń ze strony nierówności drogi. Można więc powiedzieć, co znajduje potwierdzenie w praktyce, że za pomocą znanych urządzeń pomiarowych można co najwyżej określić wskaźnik oceny równości danej drogi, skorelowany względem geometrycznego wskaźnika równości IRI, lecz nie można określić rzeczywistego profilu tej drogi.

Odrębną grupę urządzeń dynamicznych do badania równości nawierzchni drogowych - zarówno podłużnej jak i poprzecznej - stanowią profilografy laserowe. Umożliwiają one wyznaczenie przestrzennej siatki nierówności badanej nawierzchni drogowej, zwłaszcza precyzyjne określenie kolein.

Każde z omówionych jako przykład urządzeń pomiarowych ma swoje zalety, ale ma również wady. Wadą urządzeń statycznych i quasistatycznych, jak łata, planograf, jest mała wydajność procesu pomiarowego. Ograniczona jest również w tym przypadku możliwość pomiaru nierówności, których fale są dłuższe niż długość tych urządzeń. Istotnym ograniczeniem w upowszechnieniu urządzeń laserowych są bardzo wysokie koszty zakupu i okresowych kalibracji. Natomiast główną wadą znanych mechanicznych urządzeń dynamicznych jest duża zależność ruchu masy resorowanej, jako inercyjnego układu odniesienia, od charakteru nierówności badanej drogi.

Do urządzeń pomiarowych, mających postać jednokołowej przyczepki dynamicznej do samochodu, zalicza się także urządzenia do pomiaru współczynnika przyczepności nawierzchni drogowej, przedstawione w polskich opisach patentowych nr 113825 i 174435.

PL 193 210 B1

Urządzenie, przedstawione w opisie patentowym 174435, będące udoskonaleniem rozwiązania wcześniejszego, znanego z opisu patentowego 113825, składa się z koła pomiarowego, wahacza koła, układu obciążającego, działającego na wahacz poprzez sprężynę i amortyzator, i reakcyjnego drążka, związanego z hamulcową tarczą, osadzoną obrotowo na osi koła pomiarowego. Wahacz podwieszony jest poprzez przegub na kątowej dźwigni, związanej z płytą czołową przyczepki. Do płyty tej zamocowana jest część obrotowa zaczepu, połączonego częścią stałą z samochodem. Sprężyna i amortyzator układu obciążającego zamocowane są z jednej strony na wahaczu koła a z drugiej strony na dwuramiennej dźwigni, która usytuowana jest równolegle do ramienia układu obciążającego i zamocowana do tego ramienia jednym końcem przegubowo poprzez czujnik siły a drugim końcem, również przegubowo przez wspornik.

W mechanicznych urządzeniach dynamicznych, której to grupy dotyczy głównie rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku, dochodzi często do chwilowych rezonansów częstości drgań własnych koła pomiarowego lub masy obciążającej i częstości wymuszeń ruchów pionowych koła pomiarowego pod wpływem nierówności drogi, co wyraźnie, w nieliniowy sposób, zawyża wyniki pomiarów na drogach zaliczanych do klas niższych, tj. o większych nierównościach.

Celem wynalazku jest usunięcie, a przynajmniej zminimalizowanie omówionej wady dynamicznych urządzeń pomiarowych o dwumasowej, pod względem matematyczno-fizycznym, strukturze konstrukcyjnej a jednocześnie opracowanie urządzenia, które będzie mogło stanowić dodatkowy element pomiarowy znanych urządzeń do pomiaru współczynnika przyczepności nawierzchni drogowych umożliwiając jednoczesny pomiar przyczepności i równości nawierzchni.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że czujnik przemieszczeń w dynamicznych urządzeniach pomiarowych w postaci jednokołowej przyczepki, zamocowanej do samochodu poprzez zaczep i płytę czołową, do której zamocowany jest przegubowo wahacz koła prowadzącego i ramię z zamocowaną do niego masą obciążającą, znajdującą się nad kołem, jest zamocowany przegubowo jednym końcem do wysięgnika, połączonego z płytą czołową i usytuowanego pomiędzy wahaczem a ramieniem z masą obciążającą, a drugim końcem do wahacza koła prowadzącego. Ramię masy obciążającej jest połączone przegubowo z wahaczem poprzez sprężynę i amortyzator. Zaczep, do połączenia przyczepki z pojazdem, składa się z części stałej, przytwierdzonej do pojazdu ciągnącego wzdłuż jego osi podłużnej, i części wychylnej, mającej prostopadłą oś obrotu względem stałej części zaczepu. Część wychylna jest zamocowana do płyty czołowej przyczepki.

W innym wykonaniu czujnik przemieszczeń jest zamontowany w przyczepce wyposażonej dodatkowo w tarczę hamulcową koła prowadzącego i drążek reakcyjny wiążący tarczę z płytą czołową, która służy do pomiaru przyczepności nawierzchni drogowej. Wtym rozwiązaniu wahacz koła i drążek reakcyjny są zamocowane do płyty czołowej przegubowo poprzez dwie dźwignie kątowe, sprzężone pomiędzy sobą i podparte względem płyty czołowej za pomocą czujników. W tym przypadku czujnik przemieszczeń zamocowany jest przegubowo z jednej strony do wahacza koła a z drugiej strony również przegubowo do wysięgnika, będącego przedłużeniem poziomego ramienia górnej dźwigni kątowej, która poprzez czujnik, służący do pomiaru momentu hamującego koła, oraz poprzez drugą dźwignię kątową i czujnik, służący do pomiaru siły przyczepności pod kołem wspiera się na płycie czołowej, a poprzez tę płytę i zaczep na masie resorowanej pojazdu ciągnącego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schemat kinematyczno-konstrukcyjny urządzenia, odpowiadający pionowemu przekrojowi przez jego oś podłużną z zamocowanym czujnikiem do wysięgnika płyty czołowej przyczepki pomiarowej, fig. 2 - schemat kinematyczno-konstrukcyjny urządzenia, odpowiadający pionowemu przekrojowi przez jego oś podłużną urządzenia umożliwiającego pomiar równości nawierzchni drogowej i pomiar współczynnika przyczepności nawierzchni drogowej.

Urządzenie, przedstawione na fig. 1i fig.2 jest wykonane w postaci jednokołowej przyczepki do samochodu ciągnącego 15, zamocowanej do tego samochodu za pomocą dwuczęściowego zaczepu, którego część stała 14 przytwierdzona jest do samochodu 15 a część obrotowa 5, usytuowana poziomo, osadzona na osi obrotu 1, prostopadłej do podłużnej osi samochodu 15 i przyczepki, jest zamocowana do płyty czołowej 4 przyczepki.

Przyczepka, przedstawiona na fig. 1 składa się z koła 2, prowadzonego na wahaczu 3, masy obciążającej 7, znajdującej się na końcu ramienia 6, nad kołem 2, sprężyny 8 i amortyzatora 9, łączących wahacz koła 3 i ramię 6 masy 7 oraz czujnika przemieszczeń 12, łączącego wahacz 3 z wysięgnikiem 13, zamocowanym poziomo do płyty czołowej 4, np. za pomocą śrub lub spawania. Do płyty czołowej 4 zamocowane są również przez przegub 11 wahacz 3koła 2 a poprzez przegub 10 ramię 6

PL 193 210 B1 masy 7. Przeguby 10 i 11 połączone z płytą czołową 4, mają względem tej płyty tylko poziome osie obrotu, tj. równoległe do osi podłużnej samochodu 15 i przyczepki, co umożliwia ruchy wahacza 3 i ramienia 6 masy 7 wyłącznie w płaszczyźnie wyznaczonej przez chwilowe położenie wychylnej części zaczepu 5 na prostoliniowym lub krzywoliniowym odcinku drogi. Czujnik przemieszczeń 12, jest połączony przegubowo z jednej strony z wysięgnikiem 13 a z drugiej strony z wahaczem 3.

Połączenie górnego punktu mocowania czujnika przemieszczeń 12z wysięgnikiem 13 jest równoznaczne ze związaniem tego czujnika z masą resorowaną samochodu ciągnącego 15, co stanowi główną ideę nowego rozwiązania urządzenia do pomiaru równości podłużnej drogi. Położenie wysięgnika 11nie jest w tym przypadku zależne od nierówności badanych nawierzchni drogowych, wymuszających pionowe ruchy koła 2, lecz wyłącznie od ruchów samochodu ciągnącego 15, z którym ten wysięgnik jest związany. Wtym przypadku inercyjny układ odniesienia, dla rejestrowanych przemieszczeń pionowych koła 2, przy stosunkowo dużej masie samochodu ciągnącego, jest bardziej stabilny, niż w przypadku związania czujnika przemieszczeń 12 z ramieniem 6masy obciążającej 7 na przyczepce, jak to ma miejsce w znanych rozwiązaniach tego rodzaju urządzeń pomiarowych.

Na fig. 2 przedstawiono urządzenie według wynalazku, które jest zrealizowane przy wykorzystaniu znanych urządzeń do pomiaru współczynnika przyczepności nawierzchni drogi w postaci przyczepki, doczepianej do samochodu 15 dwuczęściowym zaczepem 5 i 14.

Urządzenie to ma przymocowane przegubowo do płyty czołowej 4 ramię 6 masy obciążającej 7, dwie dźwignie kątowe 18 i 19 i czujnik 21, związany z wahaczem 3. Wahacz 3 połączony jest z płytą czołową 4 przez ramię dźwigni kątowej 19, natomiast drążek redukcyjny 17 osadzony na hamulcowej tarczy 16 koła 2, połączony jest z tą płytą przez ramię dźwigni kątowej 18. Wolne ramiona dźwigni 18 i 19 połączone są czujnikiem 20, przy czym przedłużenie wolnego ramienia dźwigni 18 poza czujnik 20 stanowi wysięgnik 13, na końcu którego jest zamocowany czujnik przemieszczeń 12 połączony przegubowo z wahaczem 3 koła prowadzącego 2. Ramię 6 masy obciążającej 7 połączone jest z wahaczem 3 sprężyną 8 z amortyzatorem 9 za pośrednictwem dźwigni dwuramiennej, której końce są podwieszone na ramieniu 6 z jednej strony na wsporniku 23 a z drugiej strony poprzez czujnik 22.

Połączenie przegubowe wahacza 3 koła 2 za pomocą czujnika przemieszczeń 12 z wysięgnikiem 13, stanowiącym przedłużenie górnego ramienia dźwigni kątowej 18 powoduje, że przyczepa dynamometryczna, która do tej pory służyła wyłącznie do pomiarów przyczepności, nabywa cech również urządzenia do pomiaru równości nawierzchni, a więc zgodnie z intencją urządzenia według wynalazku. W tym przypadku proces pomiaru równości może odbywać się rozdzielnie lub -po zastosowaniu odpowiedniego oprogramowania - łącznie z pomiarem przyczepności.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do pomiaru równości nawierzchni drogowych w postaci jednokołowej przyczepki związanej z samochodem ciągnącym za pomocą zaczepu o pionowej osi obrotu, posiadającej koło prowadzone na wahaczu, zamocowaną na wzdłużnym ramieniu masę obciążającą wahacz poprzez sprężynę i amortyzatora i płytę czołową, do której z jednej strony przymocowana jest część obrotowa zaczepu a z przeciwnej przegubowo ramię masy obciążającej, wahacz oraz czujnik przemieszczeń, znamienne tym, że czujnik przemieszczeń (12) połączony jest jednym końcem przegubowo z wahaczem koła (3) a drugim końcem również przegubowo z wysięgnikiem (13), który połączony jest z płytą czołową (4) a poprzez nią i dwuczęściowy zaczep (14 i 5) z masą resorowaną samochodu ciągnącego (15).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wysięgnik (13) jest zamocowany wspornikowo do płyty czołowej (4).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wysięgnik (13) stanowi przedłużenie poziomego ramienia dźwigni kątowej (18), która poprzez czujnik (20), drugą dźwignię kątową (19) oraz czujnik (21) wspiera się na płycie czołowej (4).