Оборудование для оценки ровности автомобильных дорог по методике IRI
Бакаев В.А.
Жилина О.М.
С недавнего времени в нормативные документы Российской Федерации по оценке ровности автомобильных дорог введен новый показатель оценки ровности дорожных покрытий – Международный индекс ровности IRI (International Roughness Index). Данный показатель основывается на моделировании обратной реакции транспортного средства, двигающегося с определенной скоростью, на имеющиеся на проезжей части неровности. Такое моделирование, является эталонным средним скорректированным уклоном, который выражается отношением суммарного движения подвески моделируемого транспортного средства к расстоянию, преодоленному за время измерений.
Метод оценки ровности по индексу IRI начал внедряться в Европе с 80-х годов (Франция, Бельгия, Польша) и на ряду с другими применяющимися методами оценки получил широкое распространение во многих других развитых странах. На основании многолетних наблюдений в 1986 году была получена зависимость показателя IRI от типа и состояния автомобильных дорог (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма получаемых значений IRI.
(переведено из Sayers et al., 1986).
Следует отметить, что не смотря на широкую распространенность метода оценки ровности покрытий по индексу IRI, единый стандарт и общепринятые градации этого показателя отсутствуют.
На сегодняшний день известны следующие приборы и способы измерения ровности дорожного покрытия:
- нивелирование;
- ручные профилометры (приборы типа Dipstick 2000);
- профилографы;
- типоответчики (Response type road roughness meters – RTRRMs);
- профилометрические установки.
Нивелирование – позволяет получать достаточно точные данные, но является трудоемким и дорогостоящим методом.
Ручные профилометры – приборы серии Dipstick 2000 позволяют измерять продольный профиль покрытия со скоростью 10-15 измерений в минуту с точностью при постобработке около ± 0.127 mm. Данные приборы применяются в основном для калибровки более производительных инструментов.
Рис. 2. Внешний вид и способ измерения прибора Dipstick 2000.
Профилографы – представляют собой жёсткую балку большой длины (зачастую до 6 м), по которой перемещается датчик контактного или бесконтактного типа, регистрирующий микропрофиль покрытия.
Данные приборы применяются при контроле качества строительства, реконструкции и ремонта участков автомобильных дорог. Применение данного метода для регулярной диагностики сети дорог признано непрактичным.
Рис. 3. Внешний вид профилографа.
Типоответчики – наиболее подходят для текущего мониторинга состояния сети автомобильных дорог. Данный вид приборов измеряет перемещения задней оси транспортного средства или прицепа относительно рамы кузова. Результатом данных измерений служит диаграмма зависимости перемещения оси относительно кузова автомобиля в привязке к пройденному пути или времени. К недостаткам данной системы можно отнести следующие:
- результаты измерений не постоянны и зависят от характеристик базового транспортного средства;
- результаты измерений ровности одной системой не сопоставимы с результатами измерения другой системой (например «толчкомер» и ПКРС – одинаковая размерность получаемых величин, но различные численные значения и нормативы).
Профилометрические установки – служат для получения точного и воспроизводимого продольного микропрофиля. Они существуют в различных видах и могут быть использованы для калибровки приборов типа типоответчик. На данный момент существует 3-и основных типа данных систем:
- рейка – простейший из приборов, установка которого на колёса привела к появлению профилографа;
- низкоскоростные системы – одним из примеров данного типа установок является CHLOE, которая представляет собой 2-е подвижные связанные балки, которые всегда перпендикулярны силе тяжести. Сама установка представляет собой длинный прицеп, в процессе измерений буксируемый со скоростью 3 - 5 км/ч. Данная скорость необходима для предотвращения динамических колебаний установки во время измерений;
- инерциально связанные системы – наиболее совершенные из всех профилометрических систем. Они построены на принципе получения поправок от инерциальных систем, установленных на лаборатории. Данные системы отслеживают перемещения корпуса транспортного средства и выдают соответствующие поправки на показания профилометрических датчиков. В настоящее время большинство из применяемых профилометрических установок комплектуются бесконтактными датчиками, однако существуют и системы с контактными датчиками, например французская APL (Longitudinal Profile Analyzer, разработанная в 1968 году.
Рис. 4. Передвижная дорожная лаборатория МАДИ.
Как видно, наилучшими характеристиками из представленных выше приборов обладают профилометрические установки. Однако, в России наиболее широко распространены установки вида «типоответчик»: толчкомеры в составе передвижных дорожных лабораторий и ПКРС-2У. Распространению профилометрических установок препятствует высокая цена (от 100.000$ за одну только установку) и отсутствие утверждённых нормативных документов на их использование.
ОАО СНПЦ «РОСДОРТЕХ», являясь одним из ведущих предприятий России в области выпуска дорожно-диагностической техники, разработал установку, способную измерять продольную ровность покрытия автомобильных дорог по методике IRI.
Основным требованием при разработке было создание надёжной, простой в эксплуатации и недорогой установки, способной проводить измерения в соответствии с международными нормативами. Результатом стала установка ПКР-1 (рис. 5), являющаяся комбинацией установки APL и принципов, применяемых в инерциально связанных системах.
Данная установка по принципу измерений во многом схожа с установкой APL, но снабжённый системой успокоения колебаний и бесконтактными датчиками для измерения микропрофиля дороги. Полученные данные обрабатываются по утверждённым алгоритмам обработки микропрофиля а/д по методике IRI. Разработанная установка не требует ежедневного тарирования (ежегодная тарировка при проведении метрологического осмотра), легка (около 55 кг полной массы), что позволяет прицеплять одновременно 2-е установки за лабораторией и проводить измерения по 2-ум полосам наката, надёжна (в конструкции установки всего 4-е подвижных узла) и проста в эксплуатации.
В настоящее время в ОАО СНПЦ «РОСДОРТЕХ» ведётся разработка полноценной инерциально связанной профилометрической системы, монтируемой на передвижной дорожной лаборатории КП-514МП в дополнение к уже имеющемуся оборудованию (Рис. 6, 7).
Система будет проводить измерения микропрофиля дорожного покрытия с помощью бесконтактных датчиков, установленных на выносных балках на переднем и заднем бамперах лаборатории, а перемещение корпуса лаборатории будет отслеживаться с помощью гироскопической системы. В данный момент система находится на стадии испытаний опытного образца, начало серийного выпуска планируется на январь 2008 года.