כאן אנו מציגים שיטה לקביעת מקדם החיכוך של מדרכות בעובי קרח שונה בתוך הבית. ההליך המלא כולל הכנת הציוד, חישוב וניתוח השלג, כיול הציוד, קביעת מקדם החיכוך וניתוח הנתונים.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים שיטה לקביעת מקדם החיכוך של מדרכות בעובי קרח שונה בתוך הבית. ההליך המלא כולל הכנת הציוד, חישוב וניתוח השלג, כיול הציוד, קביעת מקדם החיכוך וניתוח הנתונים.
קרח על משטחי הכביש עלול להוביל לירידה משמעותית במקדם החיכוך, ובכך לסכן את בטיחות הנהיגה. עם זאת, עדיין אין מחקרים המספקים ערכי מקדם חיכוך מדויקים למדרכות המכוסות בקרח, מה שמזיק הן לתכנון הכבישים והן לבחירת אמצעי תחזוקת הכבישים בחורף. לכן, מאמר זה מציג שיטה ניסיונית לקביעת מקדם החיכוך של משטחי כביש קפואים בחורף. לצורך הניסוי נעשה שימוש בבוחן נייד בריטי (BPT), הידוע גם כמד מקדם חיכוך מטוטלת. הניסוי חולק לחמשת השלבים הבאים: הכנת הציוד, חישוב וניתוח השלג, כיול הציוד, קביעת מקדם החיכוך וניתוח הנתונים. הדיוק של הניסוי הסופי מושפע ישירות מדיוק הציוד, המתואר בפירוט. יתר על כן, מאמר זה מציע שיטה לחישוב עובי הקרח עבור כמויות מתאימות של שלג. התוצאות ממחישות כי אפילו קרח מטושטש שנוצר על ידי שלג קל מאוד עלול להוביל לירידה משמעותית במקדם החיכוך של המדרכה, ובכך לסכן את בטיחות הנהיגה. בנוסף, מקדם החיכוך נמצא בשיאו כאשר עובי הקרח מגיע ל-5 מ"מ, כלומר יש לנקוט באמצעי הגנה כדי למנוע היווצרות קרח כזה.
חיכוך מדרכות מוגדר כאחיזה בין צמיגי הרכב למשטח הכבישהבסיסי 1. המדד הנפוץ ביותר לחיכוך מדרכות בתכנון כבישים הוא מקדם החיכוך של המדרכה. חיכוך הוא אחד הגורמים החשובים ביותר בתכנון כבישים והוא שני רק לעמידות. קיים מתאם חזק וברור בין ביצועי חיכוך המדרכה לבין סיכון לתאונות2. לדוגמה, קיים מתאם שלילי מובהק בין שיעורי תאונות הדרכים לבין עמידות החלקה על המדרכה 3,4,5. מספר גורמים עשויים לתרום לירידה בחיכוך המדרכה, ואחד הגורמים הישירים והמשפיעים ביותר הוא שלג6. באופן ספציפי, שלג גורם להיווצרות קרח על המדרכה, ובכך גורם להפחתה משמעותית במקדם החיכוך בכביש 7,8. מחקר המתמקד בגורמים המשפיעים על שיעורי תאונות הדרכים בדרום פינלנד ציין כי שיעורי התאונות מגיעים בדרך כלל לשיא בימים עם שלג כבד וכי יותר מ -10 ס"מ של שלג יכולים להוביל להכפלת שיעור התאונות9. תוצאות דומות נמצאו במחקרים שבוצעו הן בשוודיה והן בקנדה10,11. לכן, חקר תכונות החיכוך של מדרכות קפואות שלג הוא חיוני לשיפור הבטיחות בדרכים.
קביעת מקדם החיכוך של מדרכות קפואות היא תהליך מורכב מכיוון שמקדם החיכוך עשוי להשתנות תחת רמות שלג שונות ועובי קרח מדרכה. יתר על כן, טמפרטורות ומאפייני צמיגים משתנים עשויים להשפיע גם על מקדם החיכוך. בעבר נערכו ניסויים רבים כדי לחקור את מאפייני החיכוך של צמיגים על קרח12. עם זאת, בשל ההבדלים בסביבות בודדות ובמאפייני צמיגים, לא ניתן להשיג תוצאות עקביות ולהשתמש בהן כבסיס למחקרים תיאורטיים. לכן, חוקרים רבים ניסו לפתח מודלים תיאורטיים כדי לנתח את החיכוך של צמיגים על קרח. Hayhoe ו-Sahpley13 הציעו את הרעיון של חילופי חום חיכוך רטוב בממשק שבין צמיגים לקרח, בעוד ש-Peng et al.14 הציעו מודל נתונים מתקדם לחיזוי חיכוך על סמך הרעיון הנ"ל. בנוסף, הציג קלאפרות' מודל מתמטי חדשני לתיאור החיכוך של גומי מחוספס על קרחחלק 15. עם זאת, הדגמים הנ"ל הוכחו כבעלי טעויות משמעותיות, בעיקר בשל חוסר יכולתם לאפיין במדויק וביעילות את תכונות החיכוך של צמיגים על קרח16.
כדי להפחית את השגיאות של מודלים תיאורטיים, יש צורך בכמות גדולה של נתונים ניסיוניים. הסוכנות המטאורולוגית הפינית פיתחה מודל חיכוך לחיזוי חיכוך מדרכות קפואות, והנוסחה למודל זה התבססה בעיקר על נתונים שהתקבלו מתחנות מזג אוויר בכבישים ובאמצעות ניתוח סטטיסטי17. יתר על כן, Ivanović et al. אספו כמות משמעותית של נתונים ניסיוניים על ידי ניתוח מאפייני החיכוך של צמיגים על קרח וחישבו את מקדם החיכוך של הקרח על ידי ניתוח רגרסיה18. Gao et al. הציעו גם מודל חיזוי חדשני של מתיחת צמיגים-גומי-קרח על ידי שילוב אלגוריתם האופטימיזציה Levenberg-Marquardt (LM) עם רשת עצבית כדי לקבל את הנוסחה למקדם החיכוך על קרח19. כל המודלים הנ"ל אומתו או יושמו בפועל ולכן נחשבים אפשריים.
בנוסף לשיטות תיאורטיות, פותחו שיטות מעשיות רבות למדידת מקדם החיכוך של מדרכות באזורים מושלגים וקפואים. בשל המאפיינים של מזג האוויר, שיטות אלה היו בשימוש נרחב במדינות נורדיות כגון שוודיה, נורבגיה, ופינלנד20. בשוודיה, נעשה שימוש בשלושת הסוגים העיקריים הבאים של מכשירי מדידת חיכוך: BV11, SFT ו- BV14. ה- BV14, בודק חיכוך כפול שפותח במיוחד להערכות תחזוקת חורף, מחובר ישירות לרכב המדידה ומודד את החיכוך היבש בשני נתיבי הגלגלים בו זמנית20. בפינלנד, רכב מדידת החיכוך (TIE 475) משמש להערכות תחזוקת כבישים בחורף, בעוד שבנורווגיה, מכשיר מדידת החיכוך ROAR (ללא מים) הוא ציוד נפוץ2. רוב מדידות החיכוך בחורף שבוצעו בשוודיה, נורבגיה ופינלנד בוצעו באמצעות מכוניות נוסעים רגילות עם ABS ומכשירים המודדים האטה תחת בלימה 2,20. היתרון של שיטה זו הוא שהיא פשוטה וזולה יחסית, והחיסרון העיקרי הוא שהדיוק של השיטה נמוך מאוד.
המחקרים שתוארו לעיל מספקים שיטות לחיזוי וגילוי מקדמי חיכוך על קרח. עם זאת, שיטה אחידה וערך ספציפי להנחיית מתכנני דרכים עדיין לא סופקו. יתר על כן, בכבישי חורף, מקדם החיכוך בין הצמיגים לקרח עשוי להשתנות ביחס לעובי קרח שונים, ויש ליישם גם אמצעי סילוקשונים 21. לכן, מאמר זה נועד לקבוע את מקדם החיכוך של כבישים קפואים תחת כמויות שונות של שלג.
בעולם, הבודק הנייד הבריטי (BPT) ובודק החיכוך הנייד של המכון השוודי לחקר הכבישים והתחבורה (VTI PFT) הם כיום המכשירים הנפוצים ביותר למדידת מקדם החיכוך22,23. ה- PFT הוא בודק חיכוך נייד שפותח על ידי VTI, והוא מאפשר למפעיל לבצע מדידות במצב זקוף ולשמור את הנתונים במחשב22. ה-PFT יכול למדוד את רוב סימוני הכבישים המעוצבים, אך מספר המכשירים הזמינים כיום הוא עדייןקטן מאוד 2. BPT הוא בודק מקדם חיכוך מטוטלת שפותח על ידי המעבדה הבריטית לחקר הדרכים (RRL, כיום TRL). המכשיר הוא בודק דינמי מסוג פגיעה במטוטלת המשמש למדידת אובדן האנרגיה במקרים שבהם קצה מחוון גומי מונע על משטח בדיקה. התוצאות מדווחות כמספרי מטוטלת בריטיים (BPN) כדי להדגיש שהם ספציפיים לבודק זה ואינם שקולים ישירות לאלה ממכשירים אחרים24. המכשיר הוכח כשימושי לקביעת מקדמי חיכוך בשדה המדרכה הניסיוני23. ניסוי זה משתמש ב- BPT לקביעת מקדמי חיכוך.
המחקר הנוכחי מתאר את ההליך הניסויי למדידת מקדם החיכוך של מדרכות קפואות המתאים לכמויות שלג שונות בתוך הבית. הבעיות שיש לציין בניסויים, כגון כיול ניסויים, יישום ניסויים ושיטות ניתוח נתונים, מוסברות בפירוט. ניתן לסכם את הליכי הניסוי הנוכחיים בחמשת השלבים הבאים: 1) הכנת הציוד, 2) חישוב וניתוח השלג, 3) כיול הציוד, 4) קביעת מקדם החיכוך, ו-5) ניתוח נתונים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת הציוד
2. חישוב וניתוח השלג
הערה: טבלה 2 מספקת את סיווג מחלקת השלג. בהתחשב במקרים קיצוניים, הציוד דורש 24 שעות של שלג כדי לערוך את המחקר.
3. כיול ציוד
4. קביעת מקדם חיכוך
5. ניתוח נתונים

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מדגם 7 בטבלה 4 הוא קבוצת הביקורת של הדגימה היבשה, ואילו שאר הדגימות 1-6 מתאימות לעובי קרח הנעים בין שלג קל מאוד לסופת שלגים גדולה.
כאשר משווים בין מדגם 7 לשש הקבוצות האחרות, נצפתה היווצרות קרח המפחיתה באופן משמעותי את מקדם החיכוך של המדרכה. יתר על כן, מקדם החיכוך של המדרכה ירד עם העלייה בעובי הקרח, ועובי הקרח נטה להתייצב על 5 מ"מ, מה שמתאים לשלג בינוני. מקדם החיכוך הסופי של הקרח היה כ-25% ממקדם החיכוך של פני השטח של הדגימות היבשות והרטובות.
בהתבסס ע...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המאמר הנוכחי בוחן את הנוהל לבדיקת מקדם החיכוך של ריצוף קפוא באמצעות BPT. מספר נקודות צריכות להיות מנותחות באופן מקיף ונדונות בפירוט כאן. ראשית, מבחינת הכנת דגימות תערובת האספלט, יש לנסות להשתמש באספלט נפט בכביש כדי להכין את הדגימות, אך זו אינה דרישה. הכנת דגימות תערובת האספלט צריכה להתבצע בהתאם קפדנית לפרוטוקולי הניסוי ASTM (D6926-20), שכן הדבר משפיע על דיוק התוצאות הסופיות25. אם מקדם החיכוך של הדגימה הסופית גדול מדי או קטן מדי כתוצאה מדירוג תערובת לקוי, יש להכין מחדש את הדגימה ולבדוק אותה פעם נוס...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המחברים רוצים להודות לתוכנית המחקר המדעית הממומנת על ידי מחלקת החינוך המחוזית של שאאנשי (תוכנית מס '21JK0908).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מברשת | שנזן Huarui מברשת תעשיה ושות', בע"מ | L-31 | |
| ציוד הקפאה | Haier Group | BC / BD-251HD | |
| צילינדר מדידה | Zhaoqing היי-טק אזור Qianghong פלסטיק עובש ושות', בע"מ | lb1 | |
| מדחום מדרכה | Fluke Electronic Insrtument Company | F62MAX | |
| מטוטלת חיכוך Cofficient Meter | Muyang County Highway Instrument Co., LTD | / | |
| גיליון גומי | Jiangsu Muyang Xinchen Highway Instrument Co., LTD | 785120123500 | |
| סרגל אורך הזזה | ג'יאנגסו Muyang Xinchen כביש מהיר מכשיר ושות', בע"מ | 785120123500 | |
| חצובה | האנגג'ואו Ruiqi מסחר ושות', בע"מ | TRGC1169 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה