Проектирование элементов дорожной сети
ВВЕДЕНИЕ
Российская Федерация располагает огромными запасами леса. Лесопокрытая площадь России составляет свыше 735 млн. га, то есть 45 % территории страны. В лесах сосредоточено 80,7 млрд. куб. м древесины, что составляет примерно 25 % мировых лесных запасов.
Эффективная работа лесного комплекса невозможна без транспорта леса. Он обеспечивает непрерывность производственного процесса и своевременное выполнение разнообразных мероприятий по лесовыращиванию, лесоэксплуатации, переработке древесины, охране лесов от пожаров, доставке людей на объекты работ т.д. От четкости и ритмичности работы лесотранспорта зависит нормальная работа предприятия в целом.
Транспорт леса представляет собой важную часть производственного процесса. Транспортная фаза в лесозаготовительном производстве является наиболее капиталоемкой. Трудоемкость лесотранспорта в составе всего цикла производственных операций лесозаготовок составляет 25-30 %, а его доля в себестоимости лесопродукции доходит до 40 %.
Важнейшими условиями, способствующими эффективной работе транспорта леса, являются: наличие дорог на территории лесного фонда и их рациональное размещение в эксплуатируемом лесном массиве; качество строительства, содержания и ремонт лесных дорог; обоснованный выбор подвижного состава и организация вывозки лесоматериалов.
Лесные дороги, как правило, играют большую роль в развитии общей экономики того района, где они построены, обеспечивая надежную транспортную связь предприятий, населенных пунктов с районными центрами, железнодорожными станциями и др.
РАСЧЕТНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДОРОЖНОЙ СЕТИ
1. 1 Обоснование и выбор норм проектирования плана и продольного профиля веток и усов
Дорога — это инженерное сооружение, создаваемое для движения тягового и прицепного состава, перевозящего грузы и пассажиров. Путь (или дорогу) как любое инженерное сооружение можно представить тремя проекциями:
- горизонтальной — план дороги;
- вертикальной параллельной оси дроги — продольный профиль;
- вертикальной перпендикулярной оси дороги — поперечный профиль.
Трассой дороги называют её геометрическую, расположенную посередине плоскости, соединяющей бровки земляного полотна. В продольном профиле трасса совпадает с проектной линией. Таким образом, трасса является линией, расположенной в пространстве и проходящей на участках насыпей выше поверхности земли и на участках выемок — ниже её поверхности.
Проектирование плана и продольного профиля производится в соответствии со СНиП 2 05 07-91 «Промышленный транспорт». Величины нормативов должны быть подтверждены расчетами для конкретных условий. При проектировании плана и продольного профиля необходимо обосновать минимальный радиус кривых в плане, руководящий подъём, максимальный спуск вертикальных кривых, шаг проектирования.
Радиусы кривых в плане должны назначаться, возможно, большими и в нормальных условиях принимаются не меньше 600 м на магистрали и не меньше 150 м на ветках, усах и служебных дорогах.
Минимальный радиус
кривой должен обеспечивать
, м (1)
где -расчетная скорость движения, м/с;
g -ускорение свободного падения, м/с2;
μ -коэффициент поперечной силы, равный 0,12-0,2;
iп -поперечный уклон проезжей части, равный 0,03.
=54 м
Согласно [8] принимаем минимальный радиус кривых в плане на магистралях IV категории 600 м.
Руководящий уклон — наиболее затяжной подъем в грузовом направлении на прямом участке пути преодолеваемый автопоездом одиночной тягой с равномерной скоростью.
Руководящий уклон должен приниматься не больше 30 ‰ на магистралях IВ, IIВ, IIIВ категории и не больше 40 ‰ на дорогах IVВ категории и ветках.
Дополнительно величина iр рассчитывается по формуле
, ‰ (2)
где -касательная сила тяги на II передаче, Н;
Qп -полная масса автопоезда, т;
ω0 -основное удельное сопротивление движению, Н/т.
Qп=Qпол+Pавт+Pпр, т (3)
где Qпол -рейсовая нагрузка на автопоезд, т;
Pавт,Pпр -масса автомобиля и прицепа, т.
Qп=14+10+11+6,6=41,6 т
=53 ‰
Согласно [8] принимаем руководящий уклон 40 ‰.
Максимальный спуск — это наибольший спуск в грузовом направлении. Величина максимального спуска устанавливается с учетом затормаживания автопоезда с грузом на этом участке.
Максимальный спуск
должен обеспечивать
Допустимая величина imax определяется из условия полной остановки автопоезда в пределах расстояния видимости по формуле:
, ‰ (4)
где b -удельная тормозная сила, Н/т;
υр -расчетная скорость движения, м/с;
кт -коэффициент технического состояния тормозов, принимаем равным 1,4;
Sт -расстояние видимости, м. Принимается для магистралей IВ, IIВ, IIIВ категории —150 м, для IVВ категории и веток — 75 м.
= 88 ‰
где Рт -тормозная масса поезда, т;
φсц -коэффициент сцепления колес автопоезда с дорогой, равный 0,2-0,4.
= 1960 Н/т
Согласно [8] максимальный спуск принимается равным 40+20=60 ‰.
Переломы продольного профиля могут быть серьёзным препятствием видимости дороги. Они нарушают плавность движения, поэтому на переломах продольного профиля предусматривается устройство вертикальных кривых.
1.2 Проектирование плана трассы
Так как размеры дороги (длина и ширина) значительно отличаются друг от друга на несколько порядков и изобразить план дороги с соблюдением размеров почти не возможно, то изображают линию соответствующую оси дороги.
План трассы состоит из прямых и кривых участков. Прямые вставки характеризуются длиной линии (м) и румбом.
Румб — это угол, измеренный между направлением линии и ближним концом меридиана.
Строить дороги по кратчайшему направлению, по прямой, препятствуют складки рельефа местности, водные преграды, заповедники и другие препятствия, для обхода которых назначают в необходимых местах углы поворота. Разбивку закруглений на углах поворота производят по правилам, изучаемым в курсе геодезии, с вычислением основных элементов кривых по формулам:
дорожный тангенс
длина кривой
биссектриса
где a – угол поворота трассы, град;
R – радиус горизонтальной круговой кривой.
Применение малых радиусов кривых при проектировании в принципе не желательно, так как ведет к ограничению скоростей движения автомобилей, вызывает дополнительные затраты топлива на преодоление дополнительного сопротивления и к усложнениям постройки дорог. Применение больших радиусов кривых выгодно ещё тем, что это ведет к уменьшению общей длины дороги, а ,следовательно, и расстояния вывозки.
По способу изображения различают развернутый и условный план трассы.
Развернутый план выполняют на специальных листах и используют при рабочем проектировании.
Условный план изображают на продольном профиле. Прямые и кривые участки располагают вытянутыми в одну линию. Кривые участки изображают условными знаками при повороте вправо выпуклостью вверх, влево — вниз. План трассы вычерчивается в масштабе 1:10000.
Из таблицы [6] находим Т, К, Д и Б при радиусе R=600 м:
Определяем характеристики участка плана трассы по формулам:
НК = ПК ВУП – Т;
КК = ПК НК + К;
Контроль: КК = ПК ВУП + Т – Д. :
- ВУП П28 ПК4+40 R=600м
Т=249,33*0,6=149,598 м
К=488,69*0,6=293,214 м
Д=9,96*0,6=5,976 м
Б=30,61*0,6=18,366 м
НК=ПК4+40-149,589=290,402=ПК 2+90,402
КК=ПК2+90,402+293,214=583,62=
Контроль:
КК=ПК4+40+149,598-5,976=583,
- ВУП Л14 ПК10+80 R=600м
T=122,78*0,6=73,668 м
К=244,35*0,6=146,61 м
Д=1,22*0,6=0,732 м
Б=7,51*0,6=4,506 м
НК=ПК10+80-73,668=1006,332=
КК=ПК10+06,332+146,61=1152,94=
Контроль:
КК=ПК10+80+73,668-0,732=1152,
- ВУП Л30 ПК18+10 R=600м
T=267,95*0,6=160,77 м
К=523,60*0,6=314,16 м
Д=12,30*0,6=7,38 м
Б=35,28*0,6=21,168 м
НК=ПК18+10-160,77=1649,23=
КК=ПК16+49,23+314,16=1963,39=
Контроль:
КК=ПК18+80+160,77-7,38=1963,
- ВУП П16 ПК 21+00
T=140,54*0,6=84,324 м
К=279,25*0,6=167,55 м
Д=1,83*0,6=1,098 м
Б=9,83*0,6=5,898 м
НК=ПК21+00-84,324=2015,676=
КК=ПК20+15,676+167,55=2183,
Контроль:
КК=ПК21+00+84,324-1,098=2183,
1.3 Проектирование продольного профиля
Продольный профиль — вертикальная проекция параллельная оси дороги. Он является основным чертежом. Чертеж продольного профиля состоит из сетки (нижняя часть) и графика (верхняя). Продольный профиль вычерчивается в масштабах на автомобильных дорогах: вертикальный 1:500; горизонтальный 1:5000. На графике изображают две линии: проектную (красную) и линию земли (черную).
Линия земли строится по отметкам земли, а проектная — по проектным отметкам. Проектная линия продольного профиля состоит из отдельных элементов. На переломах профиля в ряде случаев предусматривают вертикальные кривые. Каждый элемент профиля характеризуется своей длиной и уклоном.
Уклон — это отношение превышения к проложению. Вычисляется как в процентах (%) , так и в промилях (‰). Уклоны разделяются на подъёмы и спуски в грузовом направлении и площадки (с i=0).
Наиболее важными характерными уклонами являются руководящий уклон ( ) и максимальный спуск ( ) в грузовом направлении.
Различают спуски вредные и безвредные. Вредные — где необходимо затормаживание автопоезда с целью не превышения установленной скорости. Безвредные не требуют ограничения скорости движения.
При проектировании продольного профиля лесовозной автомобильной дороги различают 2 вида проектной линии: обертывающую и секущую. Обертывающую назначают приблизительно параллельно поверхности земли, следуя за складками местности.
Этот метод широко применяют в равнинной местности. В пересеченной местности может более выгодной секущая проектная линия, при которой предусматривается частичная срезка холмов с устройством выемоки использование получаемого из них грунта для отсыпки соседних насыпей.
4 Расчет объема земляных работ
Земляные работы.
Различают основные (устройство насыпей и выемок) и дополнительные земляные работы, к которым относятся устройство водоотвода, дренажа, отсыпки конусов у мостов, спрямление русел и устройство дамб на пересекаемых водотоках и др.
В данном курсовом проекте определяется только основной объём земляных работ.
При определении объемов земляных работ необходимо знать площадь поперечных сечений насыпей и выемок. Эти площади равны:
у насыпей
у выемок
Fв = 2k – а + (В + 2b)*Нср + m*Нср2, м2 (7)
где а –площадь сливной призмы, м2;
В –ширина земляного полотна, м;
Нср –средняя высота насыпи, м;
k –площадь поперечного сечения кювета, м2;
b –ширина кювета поверху, м.
где i -поперечный уклон земляного полотна, ‰. Принимается равным 0,1-0,03.
(м2)
Объем земляных работ насыпи определяется:
Vн = (а + В*Нср + m*Нср2) *L, м3 (9)
Если (Н1 – Н2)> 1 м, то формула примет вид:
, м3 (10)
С ПК 0+00 по ПК 0+34
(м3)
Объем земляных работ выемки определяется:
Vв = (2k – а + (В + 2b)*Нср + m*Нср2)*L, м3 (11)
Если (Н1 – Н2)> 1 м, то формула примет вид:
, м3 (12)
С ПК 2+00 по ПК 3+00
(м3)
Аналогично производим расчеты объема земляных работ на других пикетах
Полученные данные сводим в таблицу 2 - попикетной ведомости объемов земляных работ.
2 ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫВОЗКИ ЛЕСА
2.1 Основание выбора автопоезда
КамАЗ 53228 большегрузный автомобиль, предназначенный для перевозки грузов на большие расстояния. Модификация специально предназначена для перевозки хлыстов (сортиментов) по профилированным дорогам и по гравийным трассам с усовершенствованным покрытием с заходом на временные дороги лесосек (усов), которые укреплены порубочными остатками или деревянными щитовыми покрытиями. Машина менее требовательна к дорожным условиям. Согласно инструкций по эксплуатации может надежно работать при температуре воздуха от –45оС до +45оС. Данный автомобиль отличается высокой экономической и эксплуатационной надежностью, а также комфортабельностью рабочего места водителя.
Техническая характеристика автомобиля КамАЗ 53228 и прицепа НефАЗ -8332
Сортиментовоз на шасси КамАЗ-53228
Размеры
Колесная база, мм………………………………………………….3690+
Длина, мм………………………………………………………...…
Ширина, мм…………………………………………………………2500
Надстройка
Сортиментовозная площадка длиной
6200 мм на сплошном надрамнике
с неподвижными кониками, сплошной
защитный щит……………………………………………
Высота коника, мм………………………………………………….2200
Гидроманипулятор с захватом для леса…………ОМТЛ-70 и модификации
За кабиной тягоча…………………………………СФ-65С и модификации
Грузоподъемность, кг
Грузоподъемность, кг…………………………………………………..14000
Двигатель
Мощность двигателя, кВт (л.с)…………………………..176 (240)/176(240)
Тип двигателя…………………..КамАЗ-740.
Рама
Двойная, усиленная боковой накладкой из рамного профиля с проклепыванием по всей длине
Трансмиссия
Коробка передач…………………………….ЯМЗ-236, механич., 5-ти ступ.
Шины
Размерность шин……………………………………….10,00R20 (280R508)
Колесная формула………………………………………………………..
Прицеп-сортиментовоз на шасси НефАЗ-8332
Размеры
Колесная база, мм………………………………………………….…4300
Длина площадки, мм………………………………………………....6100
Ширина, мм……………………………………………………….......
Надстройка
Сортиментовозная площадка длиной
6200 мм на сплошном надрамнике
с неподвижными кониками………………………………………2 либо 4
Высота коника, мм…………………………………………………….2200
Грузоподъемность, кг
Грузоподъемность, кг………………………………………………...10000
Подвеска
Зависимая на двух продольных полуэллиптических рессорах
Шины
Размерность шин / ошиновка………..…..9,00R20 (260R508) / двускатная
Общее
Базовые автомобили………………………………..….
2.2 Расчёт основных измерителей транспорта леса
q2=20т.м3
l3=5,4км
l1=25 км
Рисунок 1 Схема лесотранспортной сети
2.2.1 Грузооборот дороги
Qгод = q1+ q2…+ …qn т.м3 (13)
где q– грузооборот участков.
2.2.2 Грузовая работа
где r– грузовая работа участков.
r1 = q1 · (l1+ l2…+… ln), т.м3 км (15)
r2 = q2 · (l1+ l2…+… ln), т.м3 км (16)
где l1, l2, l3, ln – расстояние вывозки.
r1 = 20 · (5,4+20+25)=1008 т.м3 км
r2 = 20· (4,4+20+25)=988 т.м3 км
R=1008+988+672=2668 т.м3 км
2.2.3 Средневзвешенное расстояние вывозки
lср = = 44,46 км
2.2.4 Эксплуатационная длина путей
Lэкспл. = 25+20+5,4+4,4+8,6=63,4 км
2.2.5 Коэффициент пробега
= (19)
2.3 Тягово-эксплуатационный
расчет по характерному
2.3.1 Расчет массы и полезной нагрузки автопоезда
Qбрутто =
где Fкас – касательная сила тяги на второй передаче в Н;
- основное удельное
iрук – руководящий подъем, ‰;
q – ускорение свободного падения, 10,0 м/с2.
Qбрутто = (т)
qa=14т
Pa=11т Pп=6,6т
Рисунок 2 - Схема автопоезда
Полезная нагрузка на рейс
где Равт. – масса тягача и прицепа, т;
0.8 – плотность древесины.
Проверяем фактическую массу и полезную нагрузку автопоезда
где qa – грузоподъёмность тягача, т;
qp – грузоподъёмность прицепа-роспуска, т.
Qфбрутто = 14+10+17,6=41,6 т
Qфпол = м3 (30·0,8=24 т.)
Для дальнейших расчётов принимается наименьшая из полезных нагрузок (Qфпол=30 м3 ).
2.3.2 Расчет сменной производительности автопоезда
Псм =
где Псм – производительность автопоездаза смену, м3;
Т- продолжительность рабочей смены, мин ;
tпз – подготовительно-заключительное время за смену, для однокомплектных автопоездов с карбюраторными двигателями
tпз – 20 мин, а с дизельными двигателями tпз – 30 мин. Для автопоездов, имеющих более одной прицепной единицы, на каждую дополнительную единицу прицепного состава время на подготовительно-заключительные работы увеличивать на 5 мин ;
Кв – коэффициент использования рабочего времени: Кв = 0,85…0,90 ;
Qпол – полезная нагрузка на автопоезд, м2;
Lcр – среднее расстояние вывозки, км;
Vср – среднетехническая скорость движения лесовозных автопоездов, км/ч
(устанавливается в
t1- время пребывания автопоезда на погрузочном пункте в лесу, мин :
где t0 – время на установку автопоезда под погрузку и ожидание погрузки:
t0 = 10мин для однокомплексных автопоездов;
t′ - время на погрузку 1м3 древесины : t′ = 1,2 мин. при погрузке челюстными погрузчиками ; t′ = 1,7 мин. при самопогрузке манипуляторным погрузчиком;
t2 – время прибывания автопоезда на разгрузочнм пункте (лесопромышленном складе), мин. :
t2 = t′0 + t′′ , мин (26)
где t′0 – время на установку автопоезда под разгрузку и ожидание разгрузки : t′0 = 5мин
t′′ - время на разгрузку: при разгрузке кранами за один прием t′′ = 6,5 мин; при разгрузке в несколько приемов время на каждый прием t′′ = 6,5 мин
Псм = = 37,8 м3
Время пробега автопоезда рассчитывается по участку продольного профиля, время погрузки и разгрузки берётся из норм выработки.
Порожнее направление (берется с лева на право)
Рисунок 3 - Участок продольного профиля в порожнем направлении
Для порожнего направления касательную силы тяги на каждом элементе профиля, находим по формуле:
Расчет времени пробега автопоезда в порожнем направлении сводим в таблицу - 3
Fкас =
Таблица 3- Расчет времени пробега автопоезда в порожнем направлении
Номер элемента продольного профиля |
Длина элемента, км |
Уклон + - |
Расчетная сила тяги, Н |
Равновесная скорость, км/час |
Время хода, мин. |
Поправки, мин. |
Время хода по перегону, мин. |
1 |
0,3 |
-2 |
4935 |
60 |
0,3 |
||
2 |
0,2 |
-8 |
3900 |
60 |
0,2 |
||
3 |
0,1 |
-30 |
106 |
60 |
0,1 |
||
4 |
0,14 |
-26 |
796 |
60 |
0,14 |
||
5 |
0,26 |
+25 |
9592 |
48 |
0,32 |
||
6 |
0,3 |
+2 |
5625 |
58 |
0,31 |
||
7 |
0,3 |
-8 |
3900 |
60 |
0,3 |
||
8 |
0,4 |
+9 |
6832 |
50 |
0,48 |
||
∑= 2 |
2,15 |
0,85 |
3 |
