Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

 

 «Магнитогорский  государственный 

технический университет  им. Г.И. Носова»

 

Кафедра промышленного  транспорта

 

 

 

Расчётно-пояснительная  записка к курсовой работе

по дисциплине:

«Пути сообщения , технологические сооружения »

на тему:

«Конструирование  и расчет нежестких дорожных одежд  »

 

Вариант 25

 

 

 

Исполнитель: Ишмухаметов  Р. Р.

Группа: ГТ-12

Руководитель: Цыганов  А. В. доцент, к. т. н.

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск 2013

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Устройства  и эксплуатация автомобильных дорог  — учебная дисциплина, рассматривающая  принципы технико-экономического обоснования  размеров всех элементов дороги на основе комплексного учета ее народнохозяйственного значения, природных условий и требований эффективности, экономичности и безопасности автомобильных перевозок, а также методы выбора направления дороги на местности и составления проекта ее постройки.

Дороги должны обеспечивать безопасность автомобильного движения. Проложенные с учетом психофизиологических особенностей восприятия водителями дорожных условий, они должны предоставлять водителям всю необходимую информацию, как бы подсказывая им правильные режимы движения, обеспечивая высокую пропускную способность и исключая возможность серьезных дорожно-транспортных происшествий.

Современные автомобильные  дороги обслуживают массовые пассажирские и грузовые перевозки. Они стали  местом повседневной работы миллионов водителей, ими пользуются пассажиры автобусов и многочисленные туристы. Все это делает необходимым предъявлять к автомобильным дорогам столь же обязательные высокие архитектурно-эстетические требования, как и к любому инженерному сооружению массового использования. Постройка дорог должна сопровождаться созданием широкой сети предприятий, предназначенных для обслуживания как водителей и пассажиров, так и автомобилей (придорожных столовых, гостиниц, а также станций технического обслуживания, автозаправочных станций, моечных пунктов и других объектов). Все эти комплексы сооружений должны вводиться в действие одновременно со сдачей дороги в эксплуатацию.

Автомобильная шоссейная дорога состоит  из земляного полотна, основания, одного или нескольких покрытий проезжей части (дорожная одежда), обочин, мостов, дренажных устройств и средств регулирования дорожного движения.

В данной работе главной целью является самостоятельное определение основных норм проектирования автомобильных  дорог в зависимости от объёма перевозок и состава движения. Выполнение данной курсовой работы способствует формированию навыков по трассированию дороги на карте с оценкой вариантов трассы путём их упрощённого сравнения. Работа помогает закрепить знания по теоретическим основам проектирования автомобильных дорог.

Задачами курсовой работы являются:

  1. Научиться выполнять расчёты и технико-экономические обоснования технических нормативов, применяемых при проектировании дороги;
  2. Закрепить навыки по основным приёмам трассирования, методам проектирования продольного и поперечного профилей дороги, конструкции к расчёту дорожных одежд.
  3. Научиться пользоваться справочной литературой, СНиПами, типовыми проектами, методическими пособиями.

 

 

 

1 Исходные  данные

1.1 Исходные  данные по курсовой работе

 

Таблица 1. 1- Исходные данные по курсовой работе

Вариант

Наименование груза

Годовой объем перевозок, млн. нетто т/год

Марка автомобиля

Тип дороги

Климатическая зона

25

Руда

5,5

Урал

К

V


 

 

1.2 Климатические  условия района проектирования

Средняя температура  января от -16 до -18 С, июля 17-18 С. Осадков 200 - 400 мм в год. Характерно значительное увлажнение в отдельные годы.  По почвенным типам зона располагается в пределах оподзоленных почв лесостепи и щелочных черноземов, грунтовые воды залегают глубоко. Зона характеризуется избыточным увлажнением весной и осенью. Среднегодовой коэффициент увлажнения для разных районов зоны находится   в пределах 0,9 - 0,6 . Условия увлажнения непостоянны. [2].

2 Определение  грузонапряженности автомобильной дороги и ее категории

 2.1 Обоснование расчетного автомобиля

В качестве расчётного автомобиля принимается  Урал - 6563, так как он является подходящим для перевозки руды.


                            Рисунок 2.1 - Расчётный автомобиль Урал– 6563

 

 

2.2 Определение грузонапряженности  дороги и её категории

 

Таблица 2.1 - Основные характеристики расчетного автомобиля

Показатели

Единица измерения

Характеристика автомобиля

Модель

 

Урал 6563

Снаряженная масса

в т.ч нагрузка на ведущие колеса

кг

кг

15850

8200

Допустимая полная масса

в т.ч нагрузка на ведущие  колеса

кг

кг

41000

26000

Номинальная грузоподъемность

кг

25000

Число осей,

 в том числе ведущих

 

4

2

Габаритные размеры:

длина

ширина

высота

м

м

м

 

8,91

2,55

3,68

Колея передних колес

м

2

Колея задних колес

м

2

Диаметр колес

м

1,3

Колесная формула

 

8

4

Максимальная скорость с полной нагрузкой по твердому покрытию

км/ч

м/с

100

2,79

Максимальная мощность двигателя

кВт

293

Передаточные числа:

- главной передачи

- колесной передачи

- ступеней коробки  передач:

I передачи

II передачи

III передачи

IV передачи

V передачи

VI передачи

VII передачи

VIII передачи

IX передачи

 

 

4,8

1

 

12,24

6,88

4,86

3,5

2,74

1,97

1,39

1,00

0,78

Число оборотов двигателя при максимальной мощности

об/мин

об/с

1900

31,7


 

Интенсивность движения определяется по формуле:

,

где   - интенсивность движения грузовых автомобилей, авт/сут, выполняющих основной объем перевозок, рассчитывается по формуле

- годовой объем перевозок, т/год;

- число рабочих дней автопарка  в году, принимаем 365;

- грузоподъемность автомобиля, т;  при использовании в перевозках  автомобилей различной грузоподъемности  определяется как среднеарифметическое;

- коэффициент использования грузоподъемности  машин, принимаем 1;

- коэффициент использования пробега  автомашин, принимаем 0,5.

 и  - интенсивность движения грузовых автомобилей, выполняющих мелкие перевозки по хозяйственно-эксплуатационному обслуживанию производства и населения   и специальных автомобилей , авт/сут принимается в долях от потока основных грузовых автомобилей по формулам

где  а, b – поправочные коэффициенты; для дорог в густонаселенной местности с высокоразвитыми производительными силами (с расстоянием между населенными пунктами 10 км и менее) принимают и ;

 и  - интенсивность движения легковых автомобилей и автобусов, авт/сут; при отсутствии данных экономических изысканий рассчитывается в долях от суммарной интенсивности движения автомобилей, занятых на перевозках грузов и хозяйственном обслуживании по формулам

c, d - поправочные коэффициенты; для дорог в густонаселенной местности, описанной выше, принимают и ;

- коэффициент сезонной неравномерности  перевозок, принесется 1,1 – 1,4, в расчетах принимаем 1,4.

 авто/сутки,

  авто/сутки,

  авто/сутки,

  авто/сутки,

  авто/сутки,

  авто/сутки,

     При данной  интенсивности движения 4900 авто/сутки и годовом объеме перевозок 5,5 млн. нетто т/год принимаем по СНиП’у 2.05.07-91 III-к категорию дороги.

3 Обоснование  основных технических параметров проектируемой дороги

  • 3.1 Определение расчетной скорости

  • Исходя из выбранной  категории дороги, расчетная скорость  30 км/ч (8,4 м/с), а максимальная скорость, с которой может двигаться выбранный 100 км/ч            ( 27м/с). Поэтому за расчетную скорость принимаем  30 км/ч.

    • 3.2 Тяговый расчет автомобиля

    При проектировании дороги  и организации перевозок необходимо выяснить ряд вопросов, касающихся условий движения автомобиля по дороге. Наиболее важными из них являются:

    • максимальный уклон, преодолеваемый автомобилем на постоянной расчетной скорости;
    • постоянная скорость движения на затяжном подъеме;
    • возможность трогания с места при вынужденной остановке на максимальном уклоне проектируемой дороги.

    Тяговый расчет автомобиля проводится для груженого и порожнего состояния:

    1. По основной характеристике двигателя определяют крутящие моменты на валу двигателя для нескольких значений числа оборотов

    ,

    где - крутящий момент на валу двигателя, Нм;

    - мощность двигателя, Вт;

    - число оборотов вала двигателя,  соответствующее этой мощности,

     

    Математическое выражение  основной характеристики двигателя  можно представить в следующем виде:

    где - максимальная мощность двигателя, Вт;

    a, b, c – эмпирические коэффициенты; для карбюраторных двигателей a=b=c=1;

    - отношение частоты вращения вала двигателя к частоте вращения, соответствующей максимальной мощности;

     

    Вт

     

    1. Для каждого  значения передаточного числа коробки передач находят силу тяги на колесе автомобиля:

    ,

    где - сила тяги на ободе колеса, Н;

    - передаточное число j ступени коробки передач;

    - передаточное число главной  передачи;

    - передаточное число колесной  передачи; если у рассматриваемого автомобиля нет колесной передачи, то =1.

    - радиус колеса, м;

    - коэффициент полезного действия  трансмиссии, принимаем 0,85.

    Пример расчета для  первой передачи при :

     

     

    3. Для тех же значений  и передаточных чисел определяются значения скорости движения автомобиля:

    м/с

    где  V-скорость автомобиля, м/с.

     

    м/с

     

     

    1. По известным значениям скорости движения автомобиля в тех же точках определяют сопротивление воздушной среде:

    где - сопротивление воздушной среды, Н;

    k – коэффициент сопротивления воздушной среды, принимается для средних автомобилей равным 0,54-0,69, для тяжелых 0,64-0,74 Нс24; в данной работе принято значение 0,65.

    F – лобовая площадь автомобиля, м2, определяется по формуле

    где В, Н – габаритные ширина и высота автомобиля, м.

     

    1. Для полученных значений Fк, Wв для всех передач находят динамические факторы для груженого и порожнего автомобиля по формуле:

    где G – вес автомобиля, Н. 

    Пример расчета для 1-ой передачи:

       Таблица 3.1 - Данные для построения динамических характеристик

    Все значения для пяти передач при  сводятся в таблицу:

    ƛ

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    1,2

    n

    5,3

    10,6

    15,9

    21,2

    26,5

    31,8

    Nd

    46786,24

    114809,1

    188738,9

    253245,8

    293000

    292671,8

    Md

    1405,7

    1724,7

    1890,2

    1902,2

    1760,6

    1465,5

    Fk

    1

    107996,8

    132507,1

    145222,1

    146142,0

    135266,5

    112595,9

    2

    60704,1

    74481,1

    81628,1

    82145,1

    76032,2

    63289,2

    3

    42881,1

    52613,1

    57661,7

    58027,0

    53708,8

    44707,2

    4

    30881,4

    37890,1

    41525,9

    41789,0

    38679,2

    32196,5

    5

    24175,8

    29662,5

    32508,9

    32714,8

    30280,3

    25205,3

    6

    17381,8

    21326,7

    23373,2

    23521,2

    21770,8

    18122,0

    7

    12264,3

    15047,8

    16491,7

    16596,2

    15361,1

    12786,6

    8

    8823,3

    10825,7

    11864,6

    11939,7

    11051,2

    9199,0

    9

    6882,1

    8444,1

    9254,4

    9313,0

    8619,9

    7175,2

    V

    1

    0,37

    0,74

    1,10

    1,47

    1,84

    2,21

    2

    0,66

    1,31

    1,97

    2,62

    3,28

    3,93

    3

    0,93

    1,85

    2,78

    3,71

    4,64

    5,56

    4

    1,29

    2,58

    3,86

    5,15

    6,44

    7,73

    5

    1,64

    3,29

    4,93

    6,58

    8,22

    9,87

    6

    2,29

    4,58

    6,86

    9,15

    11,44

    13,73

    7

    3,24

    6,49

    9,73

    12,97

    16,21

    19,46

    8

    4,51

    9,01

    13,52

    18,03

    22,54

    27,04

    9

    5,78

    11,56

    17,34

    23,11

    28,89

    34,67

    Wb

    1

    0,6

    2,6

    5,8

    10,3

    16,0

    23,1

    2

    2,0

    8,1

    18,3

    32,5

    50,7

    73,0

    3

    4,1

    16,3

    36,6

    65,1

    101,6

    146,4

    4

    7,8

    31,4

    70,6

    125,4

    196,0

    282,2

    5

    12,8

    51,2

    115,1

    204,7

    319,8

    460,5

    6

    24,7

    99,0

    222,7

    395,9

    618,6

    890,8

    7

    49,7

    198,8

    447,3

    795,3

    1242,6

    1789,3

    8

    96,0

    384,1

    864,3

    1536,5

    2400,8

    3457,2

    9

    157,8

    631,4

    1420,6

    2525,5

    3946,1

    5682,4

    Dгруж.

    1

    0,26

    0,32

    0,35

    0,36

    0,33

    0,27

    2

    0,15

    0,18

    0,20

    0,20

    0,19

    0,15

    3

    0,10

    0,13

    0,14

    0,14

    0,13

    0,11

    4

    0,08

    0,09

    0,10

    0,10

    0,09

    0,08

    5

    0,06

    0,07

    0,08

    0,08

    0,07

    0,06

    6

    0,04

    0,05

    0,06

    0,06

    0,05

    0,04

    7

    0,03

    0,04

    0,04

    0,04

    0,03

    0,03

    8

    0,02

    0,03

    0,03

    0,03

    0,02

    0,01

    9

    0,02

    0,02

    0,02

    0,02

    0,01

    0,00

    Dпор.

    1

    0,68

    0,84

    0,92

    0,92

    0,85

    0,71

    2

    0,38

    0,47

    0,51

    0,52

    0,48

    0,40

    3

    0,27

    0,33

    0,36

    0,37

    0,34

    0,28

    4

    0,19

    0,24

    0,26

    0,26

    0,24

    0,20

    5

    0,15

    0,19

    0,20

    0,21

    0,19

    0,16

    6

    0,11

    0,13

    0,15

    0,15

    0,13

    0,11

    7

    0,08

    0,09

    0,10

    0,10

    0,09

    0,07

    8

    0,06

    0,07

    0,07

    0,07

    0,05

    0,04

    9

    0,04

    0,05

    0,05

    0,04

    0,03

    0,01


     

      1. Построим графики динамических характеристик:

     

    Для груженного автомобиля.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Для порожнего автомобиля:

     

     

    7. Расчет и нанесение  на график ограничения динамического  фактора 

    На графики динамических характеристик наносят зависимости ограничения динамического фактора по условиям сцепления колес с дорогой:

    где  - ограничение динамического фактора по условию сцепления колеса с дорогой, Н;

    - вес автомобиля, приходящийся  на сцепные колеса, Н;

    - коэффициент сцепления колеса  с дорогой, принимаются значения           для груженого автомобиля и - для порожнего;

    Wв  - принимается для ряда значений скорости в интервале от нуля до максимума для данного автомобиля.

    Сведем данные в таблицу:

    Таблица 3.2 - Ограничения  динамического фактора по условию  сцепления  колёс с дорогой

    V

    0,37

    3,29

    6,86

    18,03

    27,04

    Wb

    0,60

    51,20

    222,70

    1536,50

    3457,20

    Dmax гр.

    0,1

    0,317

    0,316

    0,314

    0,298

    0,275

    0,2

    0,634

    0,634

    0,631

    0,615

    0,592

    0,3

    0,951

    0,951

    0,949

    0,932

    0,909

    0,4

    1,268

    1,268

    1,266

    1,250

    1,226

    Dmax пор.

    0,2

    0,634

    0,634

    0,631

    0,615

    0,592

    0,4

    1,268

    1,268

    1,266

    1,250

    1,226

    0,6

    1,902

    1,902

    1,900

    1,884

    1,860

    0,8

    2,537

    2,536

    2,534

    2,518

    2,494


     

     

     

    Определение максимального  преодолеваемого уклона.

     

    При помощи построенной  динамической характеристики определим  максимальный уклон, преодолеваемый автомобилем на постоянной расчетной скорости:

    где - максимальное значение динамического фактора для расчетной скорости; находим значение равное 0,02 по графику «Динамические характеристики груженого автомобиля» для расчетной скорости 8,4 м/с.

    - коэффициент сопротивления качению  автомобиля, принимаем 0,012. При скорости  движения более 50 км/ч (13,9 м/с)  значение коэффициента необходимо определить с учетом поправки на скорость по формуле:                                                                                           

    ,

    9.  Рассчитывается  постоянная скорость движения  груженого автомобиля. Для нахождения  скорости на предельно допустимом  для проектируемой дороги уклоне  вначале определяется потребный  динамический фактор

    где - наибольший продольный уклон дорога по нормам принимается 0,03 по СНиПу .

    .

    По найденному значению динамического фактора равному 0,0396 с помощью динамических характеристик на графике «Динамические характеристики груженого автомобиля» находим постоянную скорость движения 9,5 м/с.

    10. Условие трогания  с места при вынужденной остановке  на максимальной уклоне можно  определить как

                                                           

    где - максимальное значение динамического фактора для первой передачи, груженого автомобиля  0,358;

    g  - ускорение свободного падения, 10 м/с;

    - поправочный коэффициент, учитывающий  влияние вращающих масс автомобиля, определяется по формуле

                                                               

    -  передаточное число коробки передач на первой передаче, 12,24;

    a – эмпирический коэффициент, принимается для грузовых автомобилей и автобусов – 0,05;

    - ускорение трогания с места, 0,3 м/с2.

      ,

    ,

    .

    Автопоезд тронется с  места при вынужденной остановке.

    • 3.3 Определение параметров плана продольного профиля

    Минимальный радиус кривой без виража

                              

     где  - поперечный уклон проезжей части при двухскатном поперечном профиле, принимается в зависимости от климатических условий и категории дороги, принимаем 0,015

    - коэффициент поперечной силы, принимается из условия движения  по увлажненному незагрязненному  покрытию, принимаем 0,1;

    Минимальный радиус кривой в плане с устройством виража определяется по формуле:

    где - поперечный уклон проезжей части на вираже, принимается в зависимости от радиуса кривой в плане и климатических условий, принимаем 0,06.

    На дорогах необщего пользования при радиусах кривых в плане 250 м и менее, необходимо предусматривать переходные кривые.

    ,

    J – значение нарастания центробежного ускорения, принимаем 0,5 м/с .

    м.

    При радиусах кривых в  плане до 500 м на карьерных дорогах  необходимо предусматривать уширение проезжей части с внутренней стороны  кривой за счет обочин.

    ,

     где   - длина расчетного автомобиля,  м;

    0,18 – поправочный коэффициент,  учитывающий отклонение автомобиля  от средней траектории движения.

     м.

    Расчет расстояния видимости поверхности  дороги из условия возможности остановки автомобиля перед препятствием

    где К - коэффициент эксплуатационных условий торможения, в расчетах принимаем 1,2;

    - принимается из условия движения  по увлажненному незагрязненному  покрытию, принимаем 0,5;

    -  принимается равным предельно  допустимому для проектируемой  дороги продольному уклону;

    L - безопасное расстояние между остановившимся автомобилем и препятствием, принимают равным длине автомобиля, м.

     м,

    м.

    Расстояния видимости поверхности дороги из условия возможности остановки автопоезда принимаем 24 м.

    Расчет расстояния видимости поверхности  дороги до встречного автомобиля

    где - время реакции водителя, в расчетах принимаем 0,8 сек.

    ,

    ,

    Расстояния видимости поверхности  дороги из условия остановки  до встречного автомобиля принимаем  34 м.

    Минимальные радиусы  выпуклых кривых определяются из условия видимости поверхности дороги

    где h – высота луча зрения водителя над поверхностью дороги, м; принимается равным 1,2 м;

     м.

    Минимальные радиусы  вогнутых кривых определяются из условия  перегрузки рессор в результате действия центробежного ускорения

    где к- коэффициент дополнительной нагрузки от действия центробежной силы,, принимается равным 0,07.

     м.

    • 3.4 Определение числа полос движения и ширины земляного полотна

    Потребное число полос  движения можно определить как

    где N – часовая интенсивность движения, авт/час, определятся по формуле

    N

    = к
    *

    к - коэффициент перехода от суточной к часовой интенсивности движения, принимаем равным 0,076

    N - пропускная способность одной полосы движения, авт/час, определяется по формуле

    где  0,5 – поправочный  коэффициент, учитывающий влияние  на скорость движения ряда лимитирующих ее факторов.

    N = 0,076 4900 =  373 авто/час

     авто/час

    , принимаем 1 полосу.

           Минимально  необходимая ширина полосы движения, определяется по формуле

    где  b – расстояние от внешней грани колес до края проезжей чести, м; принимаем 0,5 м;

    В – ширина автомобиля;

    С – колея автомобиля, м;

    - дополнительное уширение, учитывающее  непрямолинейность траектории движения.

     м.

     

     

    Таблица 3.3 - Сводная таблица  технических условий на проектирование дороги

    Показатели

    Значения показателей

    По расчету

    По нормам

    Принято в проекте

    Категория дороги

    -

    III-к

    III-к

    Расчетная скорость, км/ч

    100

    30

    30

    Наибольший продольный уклон дороги, преодолеваемый груженым автомобилем на расчетной скорости, 0/00

     

    4

     

    -

     

    4

    Наибольший допустимый продольный уклон дороги, 0/00

     

    46

     

    30

     

    30

    Поперечный уклон проезжей части, 0/00

    - при двускатном п.п.

    - на вираже

     

    -

    -

     

    15

    20

     

    15

    20

    Минимальный радиус кривой в плане, м:

    - при двускатном п.п.

    - с устройством виража

     

    83

    44

     

    50

    -

     

    83

    44

    Минимальная длина переходной кривой в плане, м

    1,6

    -

    1,6

    Минимальное уширение проезжей части, м

    0,22

    -

    0,22

    Расстояние видимости  поверхности дороги, м

    - для остановки перед  препятствием

    - до встречного автомобиля

     

    24

    34

     

    45

    90

     

    45

    90

    Минимальный радиус, м

    - выпуклой кривой

    - вогнутой кривой

     

    240

    101

     

    600

    200

     

    600

    200

    Число полос движения

    1

    2

    2

    Ширина проезжей части, м

    7,2

    7,5

    7,5

    Ширина обочины, м

    -

    3,75

    3,75

    Ширина земляного полотна  по верху, м

    14,7

    15

    15


     

    4 Проектирование  трассы автомобильной дороги

    • 4.1 План трассы

    В зависимости от угла поворота трассы α и принятого  радиуса R элементы кривой определяются по формулам:

    Тангенс:

    Кривая:

    Биссектриса:

    Рисунок 4.1 – Элементы угла поворота

    После вписывания кривых на план трассы наносят пикеты (делят трассу на отрезки по 100 м). Определение пикетажного положения начала и конца круговых кривых производится в следующей последовательности. От начала трассы измеряют расстояние до вершины первого по ходу угла поворота и определяют пикетажное положение вершины. От пикета вершины вычитают величину тангенса - получают пикетажное положение начала кривой. Прибавив к нему длину кривой, получают пикетажное положение конца кривой, а прибавив расстояние до вершины второго по ходу угла поворота - пикетажное положение последней и т.д. (Рисунок 4.2).


    Рисунок 4.2 – Оформление плана трассы

    Варианты трасс наносят  на карту сплошной линией, тангенсы кривых - пунктиром. У вершин углов поворотов ставятся номера (последовательно от начала трассы). Начало и конец кривой отмечают тонкой выносной линией, перпендикулярной сторонам угла. Над выносной линией проставляется пикетаж начала и конца кривой (см. Рисунок 4.2). Все определённые элементы плана дороги заносятся в специальную ведомость прямых и кривых, являющуюся приложением к плану трассы (Таблица 4.1). Таблица вклеивается в свободном месте плана.

     

     

     

    Пример расчета для  I трассы:

    Таблица 4.1 - Элементы прямых и кривых

    №  угла

    Вершина угла

    Значение угла, град

    Значения элементов  кривой, м

    Расстояния между вершинами  углов, м

    Длина прямых участков, м

    ПК

    +

    Правый

    Левый

    R

    T

    K

    Б

    1290

    2890

    I

    3

    13

    -

    40

    800

    510

    560

    52

    8

    00

    II

    23

    90

    -

    80

    610

    512

    850

    187

    29

    45

    III

    13

    00

    64

    -

    600

    375

    670

    108

    1300

    3690

    18

    60

    IV

    23

    80

    48

    -

    1000

    450

    840

    95

    32

    00

    Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд