Приложение 03_01 "Требования к геометрии автомобильной дороги"

 

Ось автомобильной дороги представляет собой пространственную линию, состоящую из прямолинейных и криволинейных участков.

Проекцию оси автомобильной дороги  на горизонтальную плоскость, с изображением элементов рельефа и ландшафта называют планом трассы (положение оси автомобильной дороги на местности).

Проекция оси автомобильной дороги (по поверхности покрытия проезжей части) на вертикальную плоскость, проходящую через саму ось, называют продольным профилем.

Поперечный уклон – термин, относящийся к поперечному профилю (сечение вертикальной плоскостью, перпендикулярной к оси трассы).

Уклон – отношение превышения к заложению. Безразмерная величина, равная тангенсу угла между наклонным участком и его горизонтальной проекцией. Выражается в промилле ‰ (тысячные).

 

 

 

при малых значениях α

 

 

С целью формулирования требований к геометрическим элементам оси автомобильной дороги, рассмотрим силы, действующие на автомобиль, при его ускоренном движении на подъём:

-сопротивление движению на подъём  ;

-сопротивление качению (трение качения)  ;

-инерция автомобиля  ;

-сопротивление воздуха 

 

Движение автомобиля представляется возможным, если выполняется условие тягового баланса:

, где

 [H] – тяговое усилие, развиваемое расчётным автомобилем

Приложение 03_02 "Требования к геометрии автомобильной дороги"

 

Сопротивление движению на подъём с уклоном i, определяется работой, совершаемой двигателем для перемещения автомобиля на единицу высоты. Если принять длину участка  , а превышение его конечной точки над начальной  , то, пренебрегая всеми остальными силами, действующими на автомобиль, работа двигателя будет равна:

;

 [кг] – масса автомобиля;

 [м/с²] – ускорение свободного падения

Отнесём работу двигателя, по перемещению автомобиля на высоту , к длине участка  , получим значение силы, необходимое для преодоления уклона i в каждой его точке:

 

Очевидно, если условие   не выполняется, то движение автомобиля становится невозможным. Иначе, пренебрегая всеми другими силами, действующими на автомобиль, можно определить допустимое значение продольного уклона из условия возможности движения расчётного автомобиля:

 

Разумеется, в случае реальных расчётов необходимо рассматривать совокупность действия всех сил сопротивления. Кроме того, предельные значения, полученные в результате подобного расчёта, не являются удовлетворяющими с точки зрения скоростного режима и комфортности движения. Поэтому необходимо вводить некоторые коэффициенты запаса.

 

Сопротивление качению вызывается на идеально ровном покрытии затратами энергии на преодоление деформации пневматических шин, а также упругие и пластические деформации дорожной одежды. Логично, что сопротивление качению складывается из соответствующих значений для каждого колеса автомобиля:

, где

 [H] – доли силы тяжести, приходящиеся на отдельные колёса;

 [1] – соответствующие коэффициенты сопротивления качению

Обычно коэффициент сопротивления качению относят к общему весу автомобиля, то есть, считают, что:

 

Значения коэффициентов сопротивления качению варьируются в зависимости от материала и состояния поверхности покрытия. Для асфальтобетонных и цементобетонных покрытий f = 0,01 – 0,02; для грунтовой дороги с неровностями f = 0,15. Логично, что коэффициент сопротивления качению, и собственно, само сопротивление качению в реальных условиях является функцией ровности.

 

Сопротивление инерционных сил будем рассматривать в контексте тягового баланса исключительно как инерцию поступательного движения. Однако не стоит забывать о том, что на криволинейных участках в плане, инерционные силы будут определять уровень безопасности движения, но этот вопрос рассмотрим отдельно. Кроме того, часть мощности двигателя расходуется на преодоление инерции вращающихся частей, что должно быть учтено при оценке реальных динамических характеристик автомобиля. С учётом перечисленных ограничений, сопротивление инерционных сил будет выражаться соотношением:

, где

 [1] – относительное ускорение автомобиля;

 

 [м/с2] – поступательное ускорение автомобиля

 [кг] – масса автомобиля;

 [м/с²] – ускорение свободного падения

 

Сопротивление воздушной среды вызывается тремя причинами:

-давлением встречного воздуха на переднюю часть автомобиля;

-трением воздуха о боковую поверхность автомобиля;

-затратой мощности на преодоление сопротивления завихрений воздушных струй за автомобилем, вблизи колёс и под кузовом.

Согласно законам аэродинамики, сопротивление воздушной среды будет равным:

, где

 

 [1] – коэффициент сопротивления среды (безразмерная величина, зависящая от очертания и формы тела, а также от гладкости его поверхности);

 [кг/м³] – плотность воздуха;

 [кг/м³] – коэффициент сопротивления воздуха, определяемый экспериментально;

 [м²] – площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению его движения;

 [м/с] – относительная скорость движения автомобиля и воздушной среды.

Задавшись характеристиками расчётного автомобиля и значением расчётной скорости можно определить значения допустимых продольных уклонов для определённых условий движения. Необходимо отметить, что значения продольных уклонов автомобильной дороги в числе прочего определяют затраты горючего при движении автомобилей, а следовательно, и транспортную составляющую себестоимости перевозок. Потому назначение продольных уклонов логично рассматривать ещё и в контексте эффективности транспортной работы.

На трудных участках дорог в горной местности длины затяжных участков с уклонами более 60 ‰ ограничивают в зависимости от высоты участка над уровнем моря.

Значения предельно допустимых продольных уклонов определяются значением расчётной скорости, следовательно, при их определении учитывались динамические характеристики расчётного автомобиля (мощность неодинакова при различных передачах и скоростях движения).