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
Задачами курсовой работы являются:
- Научиться выполнять расчёты и технико-экономические обоснования технических нормативов, применяемых при проектировании дороги;
- Закрепить навыки по основным приёмам трассирования, методам проектирования продольного и поперечного профилей дороги, конструкции к расчёту дорожных одежд.
- 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
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 | |
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/
- число рабочих дней автопарка в году, принимаем 365;
- грузоподъемность автомобиля, т;
при использовании в
- коэффициент использования
- коэффициент использования
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
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 параметро в 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
- 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:
- 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,
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
- Для каждого значения передаточного числа коробки пе
редач 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
Пример расчета для первой передачи при :
3. Для тех же значений и передаточных чисел определяются значения скорости движения автомобиля:
где V-скорость автомобиля, м/с.
м/с
- По известным значениям скорост
и 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 Нс2/м4; в данной работе принято значение 0,65.
F – лобовая площадь автомобиля, м2, определяется по формуле
где В, Н – габаритные ширина и высота автомобиля, м.
- 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 | |
- Построим графики динамических характеристик:
Для груженного автомобиля.
Для порожнего автомобиля:
7. Расчет и нанесение
на график ограничения
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
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
9. Рассчитывается
постоянная скорость движения
груженого автомобиля. Для нахождения
скорости на предельно
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
где - максимальное значение динамического фактора для первой передачи, груженого автомобиля 0,358;
g - ускорение свободного падения, 10 м/с;
- поправочный коэффициент,
- 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
3.3 Определение параметров плана п
родольного 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
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
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
- 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 поверхнос
Расчет расстояния видимости поверхности дороги до встречного автомобиля
где - время реакции водителя, в расчетах принимаем 0,8 сек.
,
,
Расстояния видимости
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 - 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
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
м.
Таблица 3.3 - Сводная таблица технических условий на проектирование дороги
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 несущей трехшарнирной арки треугольного очертания
- Конструирование и расчет одноэтажного пром здания в деревянных конструкциях
- Конструирование и расчет проточной части паровой турбины
- Конструирование и расчет сетевого низковольтного трансформатора минимальной массы на 50 Гц
- Конструирование и расчет системы отопления
- Конструирование и расчет станков
- Конструирование и расчет центрально сжатой колонны
- Конструирование и расчёт деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания
- Конструирование и расчёт деревянных конструкций одноэтажного промышленного здания
- Конструирование и расчет дорожных одежд
- Конструирование и расчет емкостного аппарата вертикального типа с эллиптической фланцевой крышкой и приварным коническим днищем
- Конструирование и расчет колонны
- Конструирование и расчет колонны сквозного сечения
- Конструирование и расчет механического привода