19 октября 2019г.
ВВЕДЕНИЕ
Анализ статистики дорожно-транспортных происшествий последних лет показывает увеличение этого показателя в летний период, что может быть связано с несколькими факторами. Один из таких факторов - изменение поведения водителя на дороге, проявляющееся, например, в увеличении времени реакции при некомфортной температуре окружающей среды. Другой причиной названного эффекта может являться изменение качества взаимодействия автомобиля с дорожной одеждой, вызванного нагревом поверхностей колёс и асфальта.
В ряде работ отмечались проявления как первого, так и второго факторов. В частности, в работе [1] отмечено, что в летнее время года наблюдается увеличение износа автомобильных шин. Авторы связывают данное явление с ростом температуры поверхности асфальта, что увеличивает коэффициент сцепления шин с дорожной поверхностью. Однако при рассмотрении данного вопроса необходимо учесть также и
увеличение температуры рабочей поверхности колёс, которое, согласно [2], может достигать 90 ℃. При
таком нагреве шины становятся более эластичными. Более того, в ясную погоду нагрев шин происходит
значительно быстрее нагрева асфальта, что, в итоге, сказывается на взаимодействии автомобиля с дорогой.
В большинстве работ, посвящённых взаимодействию элементов системы «водитель-автомобиль- дорога-среда» в качестве критерия нагрева выступает температура воздуха, что верно лишь при рассмотрении взаимодействия элементов водитель-среда. При рассмотрении же взаимодействия автомобиля с дорогой и средой, в первую очередь, нужно учитывать температуру взаимодействующих поверхностей - шины и дороги. При этом важно установить взаимосвязь между температурами воздуха, дороги и поверхности шины в разных условиях. Согласно данным авторов работы [3], через 1 час движения температура поверхности шины стабилизируется, достигая своего наибольшего значения. Поэтому в данной работе мы концентрируем внимание на соотношении температур асфальта и воздуха.
Очевидно, такая зависимость носит сложный интегральный характер в связи с тем, что дорожное покрытие передаёт накопленную энергию в атмосферу неравномерно в течение суток. Скорость передачи тепла от асфальта воздуху определяется количеством накопленной асфальтом энергии, определяемой, в первую очередь, освещённостью поверхности, которая в летнее время максимальна по сравнению с другими временами года.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Точное математическое описание процесса нагрева асфальта с последующим разогревом воздуха носит весьма сложный характер и зависит от большого числа факторов. Поэтому для понимания данного процесса нами была проведена серия опытов с замером трёх параметров - температуры воздуха, асфальта, а также освещённости дорожного покрытия. Из полученного массива данных была получена и проанализирована трёхмерная эмпирическая зависимость между этими тремя параметрами.
Замеры параметров производились непрерывно в течение суток, с шагом 2 ч., на протяжении июля месяца 2019 года в г. Оренбурге. Объектом для замера температуры дороги являлось типичное асфальтобетонное покрытие городских улиц.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Известно [4], что высокие температуры способствуют ускоренным деформациям асфальта, в результате которых появляются наплывы и другие искажения поверхности. Это наводит на мысль об эволюции асфальтобетонных покрытий. Поэтому нами была проведена серия предварительных опытов, которая показала, что ни возраст, ни степень изношенности асфальтобетонного покрытия, при прочих равных условиях, не оказывают существенного влияния на температуру дорожной одежды.
В таблице 1 показана зависимость температуры асфальта Tа от температуры воздуха Tв в ℃ (слева направо) и от освещённости E дорожного покрытия солнечным светом в кЛк (сверху вниз).
|
Осв-ть, кЛк/
T возд, ℃
|
24
|
28
|
30
|
33
|
36
|
|
10
|
25,3
|
28
|
30,8
|
34.1
|
-
|
|
25
|
26,8
|
31,2
|
33,5
|
36,8
|
-
|
|
48
|
26,5
|
35,4
|
37,6
|
40,9
|
44,3
|
|
70
|
35,3
|
34,4
|
42,1
|
45
|
49
|
|
105
|
41,2
|
45.5
|
46
|
52,9
|
54,6
|
|
135
|
-
|
-
|
53,2
|
53,7
|
56,6
|
|
160
|
-
|
-
|
57,6
|
61
|
64,5
|
Таблица 1. Зависимость температуры асфальта Tа от температуры воздуха Tв (слева направо) и от освещённости E дорожного покрытия солнечным светом в (сверху вниз)
Из таблицы 1 видно, что, значения температур воздуха и дорожной одежды имеют прямую зависимость. Нагреву воздуха соответствует увеличение температуры асфальта. Низкой освещённости (10 кЛк) соответствуют часы восхода и заката солнца. При таких значениях E увеличение Tв с 24 до 36 ℃ соответствует нагреву поверхности на 8,8 ℃. При освещении 25 кЛк эффект увеличивается до 10 ℃.
Дальнейшее увеличение светимости неизменно приводит к росту данного эффекта. Наибольший эффект нагрева асфальта в диапазоне температур 24-36 ℃ соответствует освещённости E, равной 105 кЛк и составляет 13,4 ℃.
При постоянных значениях температуры увеличение освещённости также приводит к росту температуры асфальта. Причём величина данного эффекта также прямо зависит от освещённости поверхности и изменяется от 15,9 ℃ при Tв = 24 ℃ до 21,8 ℃ при 33 ℃ в диапазоне E от 10 до 105 кЛк.
Максимальный измеренный нами нагрев асфальта при постоянной температуре составил 26,9 ℃, а при постоянной освещённости - 13,4 ℃. Данный факт указывает на то, что ранее неучитывавшийся эффект нагрева поверхности за счёт солнечного излучения превосходит известный эффект при теплообмене между воздухом и асфальтом.
В целом, данные таблицы 1 говорят о том, что в жаркую погоду, при одновременном воздействии горячего воздуха и излучения поверхность асфальта может нагреваться с 25,3 до 64,5 ℃, что, вероятно, сказывается на сцеплении поверхности колеса с дорогой. Очевидно, нагрев воздуха и солнечное излучение также влияют и на температуру шин, что также сказывается на сцеплении колеса с дорогой.
Для предсказания температуры асфальта по известным значениям Tв и E нами было получено регрессионное уравнение в виде:
Ta = a × E + b ×Tв + с × E ×Tв ,
где численные значения коэффициентов a, b и c численно равны: a=0,17; b=1,1; c=3×10-4.
Такая зависимость температуры асфальта от освещённости и от температуры воздуха говорит о том, что все исследуемые параметры не являются независимыми друг от друга значениями.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в летний период температура асфальта коррелирует не только с температурой воздуха, но и с освещённость солнечными лучами, имея прямую монотонную зависимость от обоих параметров. Причём солнечное излучение способно эффективнее нагревать дорожную одежду по сравнению с тепловым контактом «воздух-асфальт».
Список литературы
1. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория.-Мн.: Выш. шк., 1986.- 208с.
2. Гудков В.А. и др.// Влияние температуры окружающей среды на износ протектора автомобильных шин.: - повышение технической готовн. автомоб. трансп. : Межвуз. сб. / Саратовск. политехи, ин-т.-Саратов, 1988.-С. 60-64.
3. Гудков В.А., Кубраков В.П., Тарновский В.Н. Факторы, влияющие на интенсивность износа протектора автомобильных шин.: Деп. рук. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988.- № 47.-НХ88.
4. Евстатов В.Ф., Лохина П.И. Характер и интенсивность износа автомобильных шин в зависимости от типа дорожного покрытия. // Фрикционный износ резин.: Сб.М.Л.: Химия, 1964.- С.227-237.
5. Запорожцев А.В., Кленников Е.В. Износ шин и работа автомобиля.-М.: НИИАвтопром, 1971.-С.5-17
