Глава 1. Основы эксплуатации автомобильного транспорта

§ 1. Автомобильный транспорт и его технико-экономические показатели. Автомобильный транспорт состоит из трех основных элементов: автомобили всех видов, автомобильные дороги и вспомогательные устройства для обеспечения работы автомобилей, удобств и безопасности движения.

Автомобильный транспорт по сравнению с другими видами транспорта можно считать наиболее перспективным (автомобильный парк мира на 1980 г. достиг 367 млн. автомобилей). Это объясняется тем, что на автомобилях можно перевозить грузы прямо от изготовителей к потребителям, что снижает общую стоимость перевозок.

Под э к с п л у а т а ц и е й а в т о м о б и л ь н о г о

т р а н с о р т а понимают целевое и плановое использование автомобилей и дорог для перевозки пассажиров и грузов в соответствии с задачами народного хозяйства. Эксплуатация автомобильного транспорта, объединяющая эксплуатацию автомобилей и дорог, является сложной взаимосвязанной системой, в которой эффективность работы автомобилей зависит от состояния дорожных сооружений, их типов и размеров.

Эффективность использования автомобилей оценивают технико-экономическими показателями.

Годовую производительность автомобиля П (в т·км/год) грузоподъемностью q, тс, при средней скорости движения v, км/ч, и длине пробега L, км, определяют из выражения

П= (T·q·k_гр·k_пр·v·L·k_в)/(L+v·k_пр·t)

где Т – количество рабочих часов в году; k_гр и k_пр – безразмерные коэффициенты использования грузоподъемности и пробега; t – время под погрузкой и разгрузкой за одну ездку, ч; k_в – безразмерный коэффициент использования времени.

Анализ этого выражения позволяет установить, что производительность автомобиля тем выше, чем больше его грузоподъемность и скорость движения.

Себестоимость перевозок С (коп/т·км), характеризующая экономическую эффективность работы автомобильного транспорта, определяют из соотношения

С=З_пр/П,

где З_пр – приведенные годовые затраты на приобретение автомобилей, их эксплуатацию, строительство и эксплуатацию дорог, руб.; П – производительность автомобиля в год, т·км/год.

Как видно из этого выражения, себестоимость перевозок зависит от производительности автомобилей, определяемой по выражению (1).

На несовершенных автомобильных дорогах с ростом интенсивности движения увеличивается число дорожно-транспортных происшествий. Они приводят к человеческим жертвам и материальным потерям, которые заметно повышают стоимость перевозок, вследствие увеличения приведенных затрат З_пр.

Убытки У оценивают по сумме потерь от дорожно-транспортных происшествий, отнесенных к величине пробега L. Определяют их из выражения

У=[(П₁+П₂) С_ср+С₁+С₂]:L,

где П₁ – потери (нетрудоспособность) вследствие травм, чел.-дни; П₂ – то же, при дорожно-транспортных происшествиях со смертельным исходом, вычисленные с момента гибели людей до их пенсионного возраста; С_ср – средняя дневная ставка, руб., С₁ – затраты на ремонт автомобилей, руб., С₂ – убытки вследствие порчи груза, руб.

Кроме этих основных технико-экономических показателей, характеризующих работу автомобильного транспорта, применяют ТЭП эксплуатации автомобильных дорог (см. §31, 32).

Производительность работы автомобиля и стоимость перевозок в основном зависят от состояния автомобильной дороги: ее геометрических элементов, обеспечивающих необходимую скорость движения. ровности и шероховатости дорожных покрытий.

Для уменьшения дорожно-транспортных происшествий на дорогах скорость движения автомобилей ограничивают как из-за технического несовершенства автомобильных дорог, так и ввиду возросших технических возможностей автомобильного транспорта. Начиная с 1967 г., в различных странах стали устанавливать предельную допустимую скорость движения. В СССР наибольшая скорость легковых автомобилей установлена 90 км/ч, грузовых автомобилей – 70 км/ч, в населенных пунктах для всех видов автомобилей скорость их ограничена 60 км/ч.

Ввиду того что с уменьшением скорости снижается производительность автомобильного транспорта, в последнее время разрабатывают новые транспортные системы со скоростью, значительно превышающей 150 км/ч. Сюда относят автоматизированные, электрифицированные, пневматические транспортные средства, на магнитной и на воздушной подушке и др. Их не называют автомобилями, это электромобили, автоматические автомобили, аэромобили, пневмомобили, для движения которых необходимы дороги, основанные на других принципах проектирования и эксплуатации. Дальнейшее же увеличение скорости движения на проектируемых и строящихся по нормам СниП II-Д.5 – 72 автомобильных дорогах по существу не даст каких-либо экономических и практических преимуществ.

§ 2. Структурная схема эксплуатации автомобильного транспорта. Вследствие того, что автомобильные дороги составляют неотъемлемую часть автомобильного транспорта, эксплуатацию их необходимо рассматривать в увязке с эксплуатацией автомобильного транспорта в целом. С целью установления наиболее эффективных способов эксплуатации автомобильных дорог необходимо исследовать взаимодействия всех элементов, составляющих систему автомобильного транспорта.

Специалисты по организации и безопасности движения в условиях транспортного потока исходят обычно из упрощенной схемы взаимодействия водитель – автомобиль - дорога (ВАД). Профессор В.М. Сиденко несколько расширил такую схему, добавив в нее среду, поскольку дорога работает в условиях окружающей среды (ВАДС).

Для большего охвата всех условий эксплуатации дороги и входящих в нее составныхэлементов следует рассматривать структурную схему эксплуатации автомобильного транспорта состоящей из четырех блоков (рис. 1).

В эту схему входят равноправные составные элементы взаимодействия: человек – автомобильный поток – дорога – окружающая среда (ЧАДС). При рассмотрении этой структурной схемы можно выделить основные группы взаимодействующих подсистем: 1 и 2 – человек и автомобильный поток; 3 и 4 – человек и автомобильная дорога; 5 и 6 – человек и окружающая среда; 7 и 8 – автомобильный поток и дорога; 9 и 10 – дорога и окружающая среда; 11 и 12 – автомобильный поток и окружающая среда

Каждая из этих подсистем состоит из отдельных разделов, которые в каждом случае следует рассматривать самостоятельно. В этой схеме в понятие «человек» следует включать всех участников движения и эксплуатации дорог. Кроме водителей сюда входят пассажиры и пешеходы, дорожники всех специальностей и работники по безопасности движения, так как не водители определяют все условия эксплуатации дорог в целом.

Понятие «автомобильный поток» объединяет все виды транспортных средств, двигающихся по автомобильным дорогам, включая автомобили всех видов, велосипеды и мотоциклы. В подсистемах с участием автомобильного потока входят элементы автомобилей – колеса, кузов, двигатель и т.п. Под термином «автомобильная дорога» следует понимать все виды сооружений и обустройств, составляющих единый комплекс сооружений, начиная от земляного полотна и кончая дорожными знаками.

Все большее распространение получает термин «окружающая среда». В это понятие включает все, что видит человек на дороге, а водитель – из кабины своего автомобиля. Это и элементы дороги – проезжая часть, сигнальные знаки – и другие виды дорожного обустройства. Под охраной природы следует понимать систему естественнонаучных, производственных , экономических и административных мероприятий, направленных на сохранение и изменение природы в интересах развивающегося человечества, на поддержание и увеличение ее продуктивности, обеспечение рационального использования (включая восстановление) природных ресурсов.

Дорожники не могут обеспечить всех требований по охране окружающей среды. В курсе «Эксплуатация автомобильных дорог» входит изучение природных воздействий на дорожные сооружения, а также влияние факторов строительства дороги на изменение местных, окружающих дорогу природных условий.

Путем анализа отдельных подсистем можно установить влияние на эффективность работы как каждой из них, так и автомобильного транспорта в целом. Для дорожников-эксплуатационников не обязательно с одинаковой степенью глубины изучать взаимодействия каждой из подсистем.

Подсистема «человек – автомобильная дорога», включающая в понятие «человек» в первую очередь дорожников, позволяет проанализировать их работу по эксплуатации и дальнейшему улучшению дороги и условий движения по ней. Эта подсистема включает все основные знания, необходимые дорожникам для рационального проведения содержания, ремонта и обустройства дороги в целях наиболее эффективной ее эксплуатации. Сюда также входят мероприятия по улучшению сигнализации, устранению на дороге опасных мест и т.п.

С помощью п о д с и с т е м ы «ч е л о в е к – о к р у ж а ю щ а я

с р е д а « проводят анализ работ, выполняемых проектировщиками, строителями и автомобилистами, которые обычно ухудшают своими действиями окружающую среду. Такой анализ необходим для разработки мероприятий по надежной охране природы, снижению вредных воздействий на нее, и в то же время для создания оптимальной окружающей среды для автомобильного потока и всех участников движения. недоучет этих положений в проектах вызывает большие специальные работы при эксплуатации дороги.

Подсистема «автомобильный поток – дорога» включает ряд разделов, анализирующих воздействие автомобилей на дорожные сооружения. Для движения автомобиль требует проектирования геометрических элементов дороги (в плане, продольном и поперечных профилях) с учетом требований безопасного движения. Взаимодействие колес с дорожной одеждой вызывает в ней напряженное состояние, влияющее на ее прочность и сроки службы. Исследование этой подсистемы позволяет установить причины образования различных деформаций и разрушений дорожных покрытий и одежд, разработать более эффективные методы их конструирования и расчета.

Подсистема «дорога – автомобильный поток» изучает воздействия, воспринимаемые автомобилями при движении по дороге. Наличие на дорожных покрытиях различных неровностей вызывает колебательные процессы колес, кузова и автомобиля в целом, что снижает скорости движения. Эти сложные процессы, влияющие на работу автомобилей, изучают конструкторы автомобилей в условиях эксплуатации.

П о д с и с т е м а «о к р у ж а ю щ а я с р е д а – д о р о г а» проводит анализ как природных условий, так и воздействия окружающей среды на дорожные сооружения. От правильного учета местных природных условий при строительстве каждого из дорожных сооружений зависят сроки их службы и общее состояние дороги, как комплекса дорожных сооружений, призванных в совокупности обеспечить надлежащие условия эксплуатации дороги. В изучение этой подсистемы входит важный раздел анализа водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды. Только при полном всестороннем учете влияния водно-теплового режима можно предусмотреть мероприятия по устранению деформаций и разрушений земляного полотна.

П о д с и с т е м а «а в т о м о б и л ь н ы й п о т о к -

о к р у ж а ю щ а я с р е д а» анализирует воздействие тысяч и миллионов проходящих по дорогам автомобилей на элементы окружающей дорогу среды, главным образом на окружающую природу. Сюда входит изучение влияния шума от транспортного потока на людей и животный мир. Особенно опасно загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей. Перед биологами и конструкторами автомобилей и двигателей стоит задача или обезвреживания выхлопных газов бензиновых автомобилей, или замены их двигателей другими типами.

Все подсистемы в той или иной степени связаны между собой. Теоретической основой курса эксплуатации автомобильных дорог является физико-механический анализ и увязка подсистем, составляющих общую систему эксплуатации автомобильного транспорта.

§ 3. Требования к автомобильным дорогам.Под автомобильной дорогой понимают комплекс инженерных сооружений, предназначенных для экономичной перевозки автомобилями пассажиров и грузов в соответствии с требованиями народного хозяйства. Этот комплекс должен обеспечивать круглосуточное и круглогодичное, бесперебойное, безопасное и удобное движение одиночных легковых автомобилей с расчетными скоростями, грузовых автомобилей – с расчетными нагрузками, а потока автомобилей – с оптимальной средней годовой скоростью.

К основным элементам комплекса инженерных сооружений, составляющих автомобильную дорогу, относят проезжую часть, земляное полотно, мосты, тоннели, трубы. Дополнительными сооружениями могут быть подпорные стенки, галереи, эстакады, дренажи и др. Необходимы специальные комплексы сооружений и зданий по техническому обслуживанию автомобилей, для обеспечения удобств проезжающим, для проживания работников дорожной службы.

Круглосуточное движение на автомобильных дорогах в одинаковых условиях как днем, так и ночью, позволило бы значительно повысить суточную пропускную способность дорог. На рис. 2 приведен типовой почасовой график распределения движения автомобилей в течение суток. Из него можно видеть, что ночью интенсивность движения незначительна и повышение ее позволило бы пропустить значительные транспортные потоки.

Круглогодичное движение не обеспечено на многих горных дорогах, даже магистральных, которые закрывают на зимний период. Наличие пересечений с другими, особенно с железными, дорогами в одном уровне, паромные переправы через реки, участки с недостаточной видимостью вызывают перебои в движении. Обеспечение безопасности движения по автомобильным дорогам в настоящее время является первоочередной проблемой. Обустройство дороги и создание необходимых удобств водителям также повышает производительность работы автомобилей и снижает их аварийность.

Эксплуатационное состояние автомобильной дороги во многом зависит от проекта, по которому она построена. СниП II-Д.5 – 72 рекомендует для проектирования всех дорог единые показатели, приведенные в п. 3.21. Из экономических соображений, в целях снижения стоимости строительства, от этих норм отступают.

Дороги разделены на категории, исходя из того положения, что чем выше интенсивность движения и расчетная скорость, тем выше должна быть категория дороги. Расчетную скорость, кроме того, в зависимости от рельефа местности изменяют от 30 до 150 км/ч. Это затрудняет эксплуатацию дороги, так как по каждому участку ее возможно безопасное движение только с определенное скоростью.

В то же время каждый водитель заинтересован в использовании всех технических возможностей своего автомобиля: его скорости и грузоподъемности для перевозки груза с наименьшими затратами времени, материальных и денежных средств при наибольших удобствах движения. Поэтому автомобили обычно движутся, не считаясь ни с категорией дороги, ни с ее обустройством, с наибольшей возможной для них скоростью, что приводит к многочисленным дорожно-транспортным происшествиям. Основной причиной этих происшествий является та, что до последнего времени проектирование геометрических элементов дорог вели в расчете на одиночные автомобили.

Нужно напомнить, что и автомобилисты и работники по безопасности движения, вероятно для упрощения, даже в структурной схеме эксплуатации автотранспорта (ВАД) рассматривают взаимодействие одного водителя и одного автомобиля с дорогой (§ 2).

Пропускная способность или наибольшая интенсивность движения по дороге в 1 ч характеризует возможную работу дороги. Для определения пропускной способности разработано много теоретических положений и формул. При идеальных условиях движения наибольшая пропускная способность в расчете движения одиночных автомобилей с достаточными между ними интервалами для обеспечения безопасности движения, изменяется по кривой, приведенной на рис. 3.

Один автомобиль на дороге не может вызвать дорожно-транспортного происшествия и может двигаться по дороге с расчетной скоростью. Но, как только образуется автомобильный поток из различных автомобилей, с ростом интенсивности движения возникают дорожно-транспортные происшествия. Число их зависит от скорости и интенсивности движения. Даже в течение суток при изменение интенсивности движения количество дорожно-транспортных происшествий изменяется в соответствии с изменением часовой интенсивности движения (рис. 4). С увеличением часовой интенсивности движения (рис.5) скорость движения потока снижается. Относительное количество (на 1 млн. авт·км) дорожно-транспортных происшествий с ростом интенсивности движения сначала возрастает, а затем в связи со снижением скорости снижается.

При скорости движения более 40 км/ч (см. рис. 2) пропускная способность дороги резко снижается. Обследования дорог показывают, что ничтожное количество автомобилей движется с повышенными скоростями и при наличии потока разнообразных автомобилей именно они часто бывают виновниками дорожно-транспортных происшествий.

Из рис. 2 можно видеть, что со снижением скорости движения пропускная способность одной полосы движения увеличивается. Поэтому ограничение скорости не только повышает безопасность, но и увеличивает пропускную способность дорог, что очень важно в связи с ростом интенсивности движения в больших темпах, чем увеличение протяжения автомобильных дорог. Скорость движения потока автомобилей ниже, чем у одиночных автомобилей, и для оценки пропускной способности автомобильной дороги при эксплуатации важнее пользоваться не расчетной скоростью v_р одиночного автомобиля, а средней скоростью движения потока автомобилей на отдельных участках дорогиv_п.

При условии, что интенсивность Nизменяется от 50 до 500 авт/ч, профессор В.В. Сильянов предложил определять среднюю скорость потока по формуле

где - произведение частных коэффициентов, учитывающих влияние различных геометрических элементов дороги и их состояния на скорость свободного движения (продольные уклоны, ширина проезжей части и обочин, горизонтальные кривые и др.); v₀– средняя скорость свободного движения однородного потока, состоящего из легковых автомобилей, на прямолинейном горизонтальном участке дороги с проезжей частью шириною 7,5 м, с краевыми полосами по 0,75 м и укрепленными обочинами шириной по 3,5 м (80 км/ч);α – безразмерный коэффициент, зависящий от состава движения: при 10% легковых автомобилей α=0,018, при 20% - α=0,016; при 40% - α=0,013; при 60% - α=0,011; при 80% - α=0,008;k– поправочный безразмерный коэффициент, учитывающий изменение α в зависимости от изменения дорожных условий;N– интенсивность движения в обоих направлениях, авт/ч.

Общие требования к автомобильной дороге состоят в обеспечении наиболее возможной безопасной скорости как отдельных автомобилей, так и потока их различного состава.

На обеспечение наибольшей возможной скорости движения влияют не только геометрические элементы дороги, но и дорожное покрытие. Для благоприятных условий движения автомобилей оно должно быть ровным и приближаться к геометрическому очертанию продольного и поперечных профилей с небольшой величиной допусков. Кроме того, покрытие должно быть шероховатым, а сцепление с ним колес при различных условиях движения должно быть достаточным для обеспечения безопасности движения. Состояние дорожного покрытия зависит от прочности всей дорожной одежды и устойчивости земляного полотна. На прочность и сроки службы дорожной одежды в значительной степени влияет нагрузка от колес автомобилей. Дорожные одежды рассчитывают по наибольшей нагрузке, передаваемой через ось (обычно заднюю) автомобиля.

Разделение нагрузок по категориям автомобильных дорог сложилось исторически по аналогии с железными дорогами. На последних можно ограничить для каждой дороги тип локомотива, его массу и подвижной состав, тогда как на автомобильных дорогах это затруднительно.

Независимо от категории дороги, по ней могут двигаться автомобили с различной нагрузкой на ось. Положение усложняется тем, что для повышения производительности и снижения трудоемкости необходимо увеличивать грузоподъемность автомобилей. В этом отношении автомобильный транспорт уступает железнодорожному: машинист локомотива перевозит состав массой в десятки тысяч тонн, тогда как водитель автомобиля даже на МАЗ-500 – всего 7 т.

Дальнейшее увеличение грузоподъемности автомобилей должно вестись за счет увеличения числа осей автомобилей и главным образом путем перехода на применение тягачей с прицепами, нагрузка от каждой оси которых не должна превышать расчетную. Промышленность для повышения производительности автомобилей стала выпускать автомобили со все большей нагрузкой на ось. В капиталистических странах на одну ось автомобиля достигает 13 тс, для стран СЭВ она установлена в 11 тс. У грузового автомобиля ЗИЛ-130 нагрузка на заднюю ось составляет 7 тс; намеченный к выпуску грузовой автомобиль ЗИЛ-169 будет иметь нагрузку в 8 тс. Таким образом, при движении по дорогам III–Vкатегорий нагрузка от них будет больше расчетной.

Учитывая эту практику, в процессе эксплуатации приходится усиливать дорожные одежды путем утолщения самой дороги части одежды – ее покрытия. Более же целесообразно установить, как это принято для расчета мостов, одну перспективную нагрузку (например, в 13 тс) хотя бы для новых дорог, дорожные одежды в этом случае при проектировании можно усилить за счет более дешевых нижних слоев оснований.

По данным ЦСУ¹, протяженность автомобильных дорог общего пользования в СССР составляла на 1 января 1982 г. 1382 тыс. км, из них 977 тыс. км с покрытиями усовершенствованного и переходного типов, а с усовершенствованными покрытиями 546 тыс. км. РешениямиXXVIсъезда КПСС на одиннадцатую пятилетку намечено построить 60-65 тыс. км дорог с твердыми покрытиями. Большинство дорог СССР с покрытиями усовершенствованного и переходного типа отвечают нормам для дорогIIIиIVкатегорий, из общего протяжения дорог еще около половины относятся к дорогамVкатегории, что указывает на трудности обеспечения на них требований автомобильного движения.

Необходима взаимная увязка требований, предъявляемых к автомобильному транспорту, с возможностями построенных автомобильных дорог. В связи с этим легковым и грузовым автомобилям запрещено превышать разрешенную скорость, а грузовым автомобилям и автобусам запрещено превышение расчетных нагрузок и габаритов.

Стоимость автомобильных дорог весьма высока и рассчитаны они на значительные сроки службы. Поэтому перестройка их с появлением новых марок автомобилей раньше окончания расчетного срока службы в большинстве случаев экономически нецелесообразна и часто практически невозможна. Исходя из того, что сроки службы дорог значительно больше сроков службы автомобилей, следует сделать вывод, что дороги, построенные несколько лет назад, хотя и находящиеся в хорошем состоянии, уже не могут обеспечить безопасного движения автомобилей новых марок с теми скоростями, которые они могут развивать.

Учитывая постоянный рост автомобильного парка и интенсивности движения, необходимо во время эксплуатации автомобильных дорог непрерывно улучшать и усовершенствовать существующие дороги.

В состав работ по эксплуатации автомобильных дорог входят: наблюдение за состоянием дорожных сооружений и их охрана; содержание дорожных сооружений в чистоте и порядке; непрерывный (текущий) и периодические более крупные ремонты всех дорожных сооружений; изучение и анализ условий и характера работы дороги и ее сооружений; обеспечение удобств для проезжающих по дорогам; организация и регулирование движения на дорогах; озеленение дорожной полосы.

Исходя из сказанного, в задачи правильной эксплуатации автомобильных дорог входит проведение всех перечисленных работ с учетом не только современного, но и перспективного движения, с непременным постепенным техническим усовершенствованием дорог и устранением прежде всего опасных для движения участков.