3. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1.4.2.3. Thiết bị xác định sức kháng trượt khi xe chạy trên đường
Khi xe ôtô hãm phanh sẽ xuất hiện hiện tượng trượt của bánh xe trên mặt đường. Đó là một quá trình vật lý phức tạp. Người ta thường sử dụng hệ số sức cản ma sát giữa lốp xe và mặt đường để đặc trưng cho khả năng chống trơn trượt của mặt đường. Tức là:
fms =
P Fms
Trong đó: Fms là lực cản ma sát, P là trọng lượng xe.
Có nhiều phương pháp để xác định hệ số sức cản ma sát này. Sau đây tác giả xin giới thiệu 2 phương pháp.
∗ Phương pháp đo cự ly hãm xe.
Khi bánh xe bị phanh hãm hoàn toàn, tiến hành đo xác định tốc độ ban đầu v1 và tốc độ cuối v2 tại hai thời điểm bánh xe trượt dọc trên đường, đo xác định chiều dài hãm phanh S. Áp dụng nguyên lý bảo toàn công sẽ xác định được hệ số sức cản ma sát như sau: Fms.S = ( ) 2 1 2 2 2 1 v v g P − Fms = ( ) . 2 1 2 2 2 1 v v S g P − fms = S g v v P Fms . ) ( 2 1 2 2 2 1 − =
Trong đó: g là gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2.
Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện và giữ được các điều kiện thực tê khi xe chạy trên đường.
Nhược điểm:
- Khi đo gây ảnh hưởng đến giao thông trên đường, không an toàn khi phanh xe gấp.
- Không chính xác vì phụ thuộc vào tâm lý người lái xe, hệ thống phanh, cách đo khoảng cách S và những yếu tố khác.
- Không thể hiện chính xác sức kháng trượt của mặt đường ở tốc độ cao. Vì khi xe chạy với tốc độ cao (V = 65 km/h) thì hiện tượng hiệu ứng màng nước mới phát huy vai trò gây trượt trong khi đó thì xe lại không thể chạy với tốc độ cao được vì không an toàn khi hãm phanh đột ngột.
Do đó phương pháp này chỉ áp dụng cho các đường có tốc độ giao thông thấp.
∗ Phương pháp thí nghiệm lực trượt xiên (Slideway – force test).
Nguyên lý: Thiết bị xác định sức kháng trượt mặt đường bằng bánh xe lệch bao gồm một bánh xe chuẩn và một rơ – mooc có lắp bánh xe đo hoặc một bồn nước có lắp bánh xe đo ở khoảng giữa bụng xe.
Hình 1.15. Sơ đồ thí nghiệm lực trượt xiên góc lệch α
Khi xe chạy, bánh xe đo sẽ xoay tự do và lệch góc α với phương trình chuyển động sao cho bánh xe trượt trên bề mặt đường. Góc lệch α và đặc tính của lốp xe ảnh hưởng đến sức kháng ma sát. Nếu lốp xe được chuẩn hóa thì góc lệch và sức kháng trượt của mặt đường sẽ tỷ lệ với nhau.
Thực nghiệm đã chứng minh rằng: Sức kháng trượt đo được bằng thiết bị này sẽ không đổi và lớn nhất khi góc lệch α = 200, trong điều kiện cả khi mặt đường ẩm ướt và mặt đường khô, biểu thị qua hình 1.16.
Hình 1.16. Biều đồ quan hệ giữa hệ số lực kháng trượt xiên và góc lệch α
Độ lệch α của bánh xe thí nghiệm so với hướng chuyển động (độ)
Lực trượt tác động lên bánh xe đo F1 sẽ được bộ phận đo ghi lại. Như phân tích ở trên, lực trượt xiên F1 sẽ lớn nhất và không đổi tương ứng với góc lệch α = 200.
Tỷ số giữa lực bên lớn nhất F1 với tải trọng hữu hiệu P tác dụng lên bánh đo được gọi làm hệ số trượt xiên SFC
SFC =
P FL
Thí nghiệm: Trong quá trình thí nghiệm, góc xiên α = 200 được giữ cố định. Thiết bị có khả năng thí nghiệm tại tốc độ 20 – 100 km/h. Tốc độ chuẩn khi thí nghiệm thường được sử dụng là 50km/h. Nếu điều kiện đường cho phép hoặc trong điều kiện muốn đánh giá sức kháng trượt mặt đường ở tốc độ cao, có thể thí nghiệm với tốc độ đến 120km/h. Thí nghiệm được thực hiện trên mặt đường ướt, bằng việc sử dụng hệ thống tưới nước.
Lực tác dụng lên bánh xe đo FL và tải trọng tác dụng lên bánh xe P sẽ được ghi và đo. Các kết quả đo đạc được ghi trên giấy hoặc băng từ để sau đó được phân tích bởi máy tính.
Ưu điểm của phương pháp:
- Phương pháp này khi đo không cần phanh bánh xe, khi đo không gây ảnh hưởng đến giao thông trên đường đồng thời có thể đo liên tục. Tốc độ đo khá nhanh. - Dễ dàng có thể làm được với các thí nghiệm trên các đường trong đó các đoạn
ngắn của bề mặt thí nghiệm thay đổi thành phần, được bố trí nối tiếp liên tục nhau.
- Dễ dàng có thể thí nghiệm ở cả những nơi khó khăn như các đường cong, các góc và những đảo giao thông.
Các kết quả nghiên cứu ở Anh đã chỉ ra một quy luật thực nghiệm giữa hệ số lực trượt ngang được đo tại tốc độ 50km/h và tỷ lệ rủi ro tai nạn xảy ra. Đối với bề mặt có hệ số lực tác dụng ngang SFC bằng 0,6 hoặc lớn hơn thì sự rủi ro các tai nạn trượt vì thời tiết ướt bị lặp lại là rất nhỏ. Sự rủi ro trở nên có thể lường được với 1 hệ số lực tác dụng xiên nằm giữa 0,55 – 0,65 và đã tăng lên một cách nhanh chóng tới hơn 20 lần tại các giá trị bằng 0,4 và 0,45 và bằng khoảng 300 lần khi hệ số bằng 0,3 – 0,35.
CHƯƠNG II. XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG ĐO BẰNG PHƯƠNG PHÁP RẮC CÁT.
Quy trình thí nghiệm “Xác định độ nhám của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát” 22 TCN 278 – 2001.