橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)Mu-Meter MK6應(yīng)用研究的探討

1、橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)Mu-Meter MK6應(yīng)用研究的探討1、前言路面抗滑能力是指道路表面抵抗車輛行駛運營中產(chǎn)生滑行現(xiàn)象的一種能力，其物理意義即為路面的摩擦力。此項指標(biāo)作為影響道路行車安全的重要因素之一，尤其在雨天影響更為顯著。若公路抗滑能力不足，將在很大程度上增加雨天汽車產(chǎn)生滑移現(xiàn)象的幾率，并可能導(dǎo)致車輛追尾、偏離車道、側(cè)撞、對撞等因無法及時剎車而釀成的惡劣后果。為有效防止或降低此類意外事故的發(fā)生，對路面抗滑能力的檢測工作就顯得格外重要。道路運營主管部門可以通過定期或不定期對路面抗滑能力檢測資料的收集，隨時監(jiān)控抗滑能力的變化情況，為有針對性地提出養(yǎng)護措施提供一定的依據(jù)。2、研究意義國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)程

2、提出的評價路面抗滑性能的方法主要有手工鋪砂法、電動鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法、擺式儀法和摩擦系數(shù)測試車法。其中，手工及電動鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法測定的是路面宏觀構(gòu)造深度，用以評價路面排水性能及抗滑性能。擺式儀法測定的是路面抗滑值，該方法只能反映車速較低時的路面抗滑性能，還因費時、費力、精度低、代表性差而無法滿足高等級公路發(fā)展的需要。摩擦系數(shù)測試車測定的摩擦系數(shù)是一個綜合性指標(biāo)，它可以模擬高速行車狀態(tài)下的最不利情況，并能連續(xù)測定路面摩擦系數(shù)，準(zhǔn)確評價路面抗滑性能。國際上通行的路面摩擦系數(shù)測試車有兩大類：一類以英國的SCRIM為代表，測定橫向力系數(shù)；另一類以美國、日本等目前使用較為普遍的GripT

3、ester縱向摩擦系數(shù)測試車為代表。縱向摩擦系數(shù)主要表示車輛在路面上沿行車方向制動時的路面抗力，與制動距離關(guān)系最為密切；而橫向力系數(shù)不但表示車輛在路面上的制動抗力，而且還表征車輛發(fā)生側(cè)滑的抗力。因此，橫向力系數(shù)更能反映路面的實際抗滑能力。目前交通部制定的規(guī)范中對路面抗滑性能評價指標(biāo)除構(gòu)造深度和擺值外，主要以SCRIM型摩擦系數(shù)測定車測試結(jié)果（SFC）為評價指標(biāo)。由于SCRIM型摩擦系數(shù)測定車價格非常昂貴（約6070萬美元），推廣應(yīng)用比較困難，國產(chǎn)SCRIM測試車價格上較低（價值約120萬人民幣），但是性能不穩(wěn)定，縱向摩擦系數(shù)測定車在實際反映雨天道路行車極易產(chǎn)生側(cè)滑現(xiàn)象上與SCRIM型摩擦系數(shù)測

4、定車測試原理有一定的區(qū)別，因此有必要尋求測試原理與SCRIM型測試車相似、測試性能穩(wěn)定、精度高、價格相對適中的摩擦系數(shù)測試設(shè)備，以適應(yīng)我省高速公路交、竣工驗收和運營期對橫向摩阻力系數(shù)快速、連續(xù)檢測的實際要求。3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀路面抗滑能力的檢測方法有許多種類，但其基本原理可分為兩大類，第一類為量測車輛運行至某特定速度下鎖死輪胎（軸）所需制動力，若此制動力愈大表示摩擦力越大，顯示輪胎與路面表面越不易產(chǎn)生滑行現(xiàn)象，即表示該路面的抗滑能力越好；第二類為使車輛運行至某特定速度下鎖死輪胎（軸），量測車輛自剎車動作開始至車輛完全剎停間所滑行距離，以計算路面表面與輪胎間的摩擦系數(shù)，距離越短即表示路面抗滑性能

5、越好。目前，已開發(fā)使用的路面抗滑能力檢測儀器依其原理可以分為：鎖輪式、滑溜式（英國的GripTester）、偏搖式（或稱偏轉(zhuǎn)輪拖車法）、英式擺錘法（即我國規(guī)范中的擺式儀）以及日本動態(tài)摩擦測試儀（模擬滑溜式）。國內(nèi)主要應(yīng)用的主要是三類：滑溜式、偏搖式、英式擺錘法。英式擺錘法（即擺式摩擦儀）效率低下，精度不高，且存在很大的人為因素；英國生產(chǎn)的GripTester測試的指標(biāo)屬于縱向摩擦系數(shù)，測試原理屬于鎖定滑移，與我國規(guī)范規(guī)定有一定的差異；SCRIM型摩擦系數(shù)測試車屬于偏搖式測試原理，測試指標(biāo)為橫向摩阻力系數(shù)SFC，是國內(nèi)規(guī)范要求的評價路面抗滑性能的重要指標(biāo)。英國采用Mu-Meter MK6測試機場

6、飛機跑道時是有標(biāo)準(zhǔn)可遵循的，但用于道路的摩擦系數(shù)測試則無現(xiàn)成判別標(biāo)準(zhǔn)可言。4、MK6設(shè)備工作性能我院工程質(zhì)量檢測中心經(jīng)多方權(quán)衡，從英國Douglas公司引進了Mu-Meter MK6（以下簡稱MK6）橫向摩阻力測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)與英國WDM公司生產(chǎn)的SCRIM測試車均屬于偏搖式測試原理，能夠客觀反映路面的實際抗滑性能，該設(shè)備測試精度高，可以連續(xù)測試路面的橫向力系數(shù)；相對英國WDM公司生產(chǎn)的SCRIM測試車（約6070萬美元）及國產(chǎn)SCRIM測試車（約120萬人民幣）而言，MK6測試設(shè)備價格僅約100萬人民幣，較為適中。鑒于上述情況，加強對MK6測試設(shè)備的研究及推廣應(yīng)用將具有良好的實際意義。MK6

7、測試系統(tǒng)主要由以下三個部分構(gòu)成：測試車、輸水系統(tǒng)和電子控制與處理系統(tǒng)組成，由英國Douglas公司生產(chǎn)制造。MK6測試車的測試部件主要由撐地裝置、減震裝置、荷載傳感器、距離傳感器、測試輪等組成；輸水系統(tǒng)由汽油發(fā)動機、水箱、流量控制器、四輪車底座等組成；電子測試系統(tǒng)運行的是信號的感應(yīng)、調(diào)節(jié)、處理、記錄、儲存和屏幕顯示，包括荷載單元、距離傳感器編碼器、裝在拖車上的信號調(diào)節(jié)器和裝在牽引車內(nèi)的信號編集器和便攜式計算機處理器等。MK6相關(guān)圖片見圖4-1圖4-6： 圖4-1 MK6測試車整體外觀 圖4-2 MK6測試車現(xiàn)場測試 圖4-3 MK6測試車 圖4-4 MK6配置水箱 圖4-5 MK6測試車俯瞰構(gòu)

8、造圖 圖4-6 MK6測試車立面構(gòu)造圖 MK6具有良好的重復(fù)性（即穩(wěn)定性）。為證明此特性，選取如下測試方法：選取某條長約7km的測試路段，在某日上午對該路段連續(xù)測試2遍，并于當(dāng)天下午再次對該路段連續(xù)測試2遍，重復(fù)性測試結(jié)果見表4-1，重復(fù)性對比圖見圖4-7。 重復(fù)性測試結(jié)果（Mu）匯總表 表4-1里程樁號第一次第二次第三次第四次均值第一次對均值變化率第二次對均值變化率第三次對均值變化率第四次對均值變化率K0000K10000.37 0.38 0.37 0.38 0.38 -1.3%1.3%-1.3%1.3%K1000K20000.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.0%0.0%0

9、.0%0.0%K2000K30000.34 0.35 0.35 0.34 0.35 -1.4%1.4%1.4%-1.4%K3000K40000.29 0.29 0.30 0.29 0.29 -0.9%-0.9%2.6%-0.9%K4000K50000.41 0.40 0.40 0.40 0.40 1.9%-0.6%-0.6%-0.6%K5000K60000.30 0.29 0.30 0.30 0.30 0.8%-2.5%0.8%0.8%K6000K70000.28 0.28 0.28 0.29 0.28 -0.9%-0.9%-0.9%2.7% 圖4-7 重復(fù)性對比圖圖4-7中可以看出，同一路段

10、分別測試了4次，測試結(jié)果在較小的范圍內(nèi)起伏，表4-1得到的最大變化率為2.7，原因在于無法做到兩次測試路段完全一致，故而結(jié)果有一定程度的微小波動，上下午兩次測試Mu均值無變化，很好地證明了該設(shè)備具有良好的重復(fù)性，即設(shè)備測試性能穩(wěn)定，完全可以進行大規(guī)模連續(xù)快速檢測。綜上所述，與SCRIM型測試車相比，MK6橫向摩阻力測試系統(tǒng)具有價格適中、性能穩(wěn)定、靈敏度高，可適應(yīng)在不同運營期各類公路對橫向摩阻力系數(shù)快速、連續(xù)檢測的客觀需要，在路面抗滑性能測試方面有著良好的應(yīng)用優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景，勢必產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。5、今后研究內(nèi)容查閱相關(guān)資料得知，該系統(tǒng)原應(yīng)用于機場飛機跑道橫向摩阻力系數(shù)的測試，

11、英國民航部門有相應(yīng)的檢測判別標(biāo)準(zhǔn)，目前尚無路面檢測判別標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTG D502006）、公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.2-2001）、公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.1-2001）、公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（JTG F80/1-2004）、公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程（JTJ 05995）等路面設(shè)計、養(yǎng)護、質(zhì)量評定和現(xiàn)場測試規(guī)范規(guī)程中只有SCRIM測試車的橫向力系數(shù)（SFC）和擺式儀的擺值（BPN）的判別標(biāo)準(zhǔn)，沒有其他設(shè)備的檢測和評定，我院引進的MK6測試系統(tǒng)與我國部頒標(biāo)準(zhǔn)公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程（JTJ 05995）中規(guī)定的SCRIM型摩擦系數(shù)測試車均屬于偏搖式測試原理，所測指標(biāo)均為橫向