Взаимодействие дороги и подвижного состава

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

Инженерная школа

Кафедра транспортных машин и транспортно-технологических процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине  «Пути сообщения, технологические сооружения»

 

 

Тема: «Взаимодействие дороги и подвижного состава»

 

 

 

 

 

 

                                                           Выполнил:

                                                                     Студент

Ильин Сергей Владимирович

                                                                     Группа С3442з          

.                                                                     Проверил:

Ст.преподаватель

Аленкова С.К.

                                                                    

 

 

 

 

 

 

г. Владивосток

2014

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Дорожное хозяйство страны в настоящее время находится на сложном этапе развития, когда от преимущественного строительства новых дорог центр тяжести постепенно и неуклонно переходит к эксплуатации дорог, повышению их технического уровня и эксплуатационного состояния, капитальности дорожных одежд, реконструкции дорог и мостов. На первое место выдвигаются задачи повышения скорости, удобства и безопасности движения, инженерного оборудования и обустройства, архитектурно-эстетического оформления и другие задачи, составляющие комплекс эксплуатационного содержания дорог.

Дорожные организации выполняют огромный объем работ по содержанию и ремонту дорог, обеспечению безопасности движения. На эти цели расходуется ежегодно от 60 до 85% всех затрат на развитие дорожного хозяйства, что в 1,5-2 раза превышает затраты на строительство новых дорог.

Рост автомобильных перевозок, их себестоимость, условия организации перевозок и обеспечение безопасности движения в значительной степени зависят от развития и состояния дорожной сети. При движении по плохой дороге уменьшается скорость, увеличивается расход топлива, возрастает стоимость перевозок, кроме того, возрастает количество дорожно-транспортных происшествий, усиливается износ автомобиля, что приводит к увеличению затрат и простоев в ремонте. На хорошо спроектированной и правильно построенной дороге с твердым и ровным покрытием автомобиль может развивать большую скорость и перевозить груз, соответствующий его максимальной грузоподъемности. Таким образом, значение автомобильных дорог в современных условиях жизни значительно возрастает и чем лучше техническое состояние автомобильных дорог, тем полнее и экономичнее используется автомобильный   транспорт.

Автомобильные дороги представляют собой комплекс инженерных сооружений для непрерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной нагрузкой и установленными скоростями. В этот комплекс входят земляное полотно, дорожная одежда, мосты, трубы, другие искусственные сооружения, обустройство дорог и защитные сооружения, здания и сооружения автосервиса, дорожных и автотранспортных служб. Параметры и состояние элементов дороги и дорожных сооружений определяют ее технический уровень.

Технический уровень дороги - степень соответствия постоянных ее параметров и дорожных сооружений нормативным требованиям: проектная ширина проезжей части и земляного полотна, длина прямых и кривых, протяженность и крутизна подъемов и спусков, высота насыпей, глубина выемок, габариты и грузоподъемность мостов и путепроводов, элементы обустройства.

Эксплуатационное состояние - степень соответствия нормативным требованиям переменных параметров и характеристик дороги, изменяющихся под воздействием транспортных средств, метеорологических условий, уровня содержания: прочность одежды, состояние поверхности дороги и фактически используемая ширина проезжей части и обочин, сцепные качества и ровность покрытия, состояние разметки, инженерного оборудования.

К основным транспортно-эксплуатационным показателям автомобильной дороги и дорожных сооружений относят обеспеченную скорость и пропускную способность, непрерывность, удобство и безопасность движения, способность пропускать автомобили и автомобильные поезда с осевой нагрузкой и общей массой, соответствующими категории дороги.

На автомобильных дорогах общего пользования создают дорожную службу, основная задача которой - осуществлять комплекс работ по ремонту и содержанию дорог и сооружении на них, а также по организации движения, обеспечивающих требования к транспортно-эксплуатационным показателям дорог.

Конечная цель деятельности дорожной, службы - поддержание и повышение технического уровня и эксплуатационного состояния дорог в соответствии с ростом интенсивности движения и нагрузки, и тем самым повышение производительности и эффективности работы автомобилей, снижение себестоимости перевозок.

Для обозначения указанной деятельности применяют не вполне корректные термины «эксплуатация дорог» или «дорожно-эксплуатационная служба», так как дорожная служба не эксплуатирует дорогу, а обеспечивает ее функционирование. Поэтому правильнее будет термин «техническая эксплуатация дорог и организация движения», под которым следует понимать систему планово-предупредительных и ремонтно-восстановительных работ, а также организационно-технических мероприятий, обеспечивающих удобное и безопасное движение автомобилей и наиболее эффективное использование дорог для перевозки грузов и пассажиров.

В состав работ по технической эксплуатации дорог входит изучение и анализ условий работы дорог, условий движения транспортных средств, постоянный уход за дорогами, дорожными сооружениями и полосой отвода; поддержание их в чистоте и порядке; регулярное содержание и периодические ремонты дорог и сооружений; озеленение, архитектурно-эстетическое оформление и обустройство; реализация мероприятий, повышающих технический уровень и эксплуатационное состояние дорог, приведение их в соответствие с возрастающими требованиями; организация, управление и регулирование движения, обеспечение его безопасности, совершенствование дорожного сервиса.

Дорожная сеть - национальное богатство страны, и она заслуживает к себе отношения именно как к национальному богатству, которое нужно беречь, преумножать и эффективно использовать. Этому посвящена вся деятельность по ремонту и содержанию дорог и организации дорожного движения.

Современные автомобильные дороги являются сложными транспортными сооружениями. Рациональное и плановое использование автомобильного транспорта для перевозки пассажиров и грузов во многом зависит от правильной эксплуатации автомобильных дорог.

На сегодняшний день качество автомобильных дорог в большинстве своем не соответствует требованиям владельцев автомобилей. В связи с этим правительство Российской Федерации уделяет большое внимание проблемам строительства и эксплуатации дорог.

1. Транспортно-эксплуатационные характеристики  покрытий

Дорожное покрытие подвергается систематическому воздействию колес автомобилей. От типа и состояния дорожного покрытия зависят важнейшие показатели работы автомобильного транспорта, скорость движения, расход мощности автомобиля, износ шин, амортизация транспортных средств. Наиболее значительное влияние на стоимость перевозок оказывают скорость движения и расход мощности автомобиля.

Основными эксплуатационными показателями дороги являются прочность и ровность покрытий.

Прочность дорожной одежды характеризуется модулем упругости, определяющим сопротивление материалов дорожной одежды внешним нагрузкам. Требуемый модуль упругости дорожной одежды должен обеспечивать достаточный запас прочности с учетом возможности роста интенсивности движения. Его устанавливают в зависимости от категории дороги.

Для установления технического состояния дорожной одежды в распоряжении дорожной службы имеются различные технические средства.

Ровность покрытия оценивают различными способами. Простейший из них - измерение просвета между поверхностью покрытия и трехметровой рейкой, приложенной к покрытию. Удобными и простыми средствами комплексной оценки ровности покрытия являются передвижная многоопорная рейка ПКР-4 конструкции Союздорнии и толчкомер.

При перемещении передвижной многоопорной рейки ПКР-4 со скоростью 3-4 км/ч по поверхности покрытия записывающее устройство вычерчивает на меловой ленте неровности в виде графика в масштабе горизонтальном 1 : 100 и вертикальном 1 : 1. Полученный график дает объективную оценку ровности покрытия.

Толчкомер конструкции ХАДИ позволяет измерить сумму сжатий рессор автомобиля при проезде участка дороги. Толчкомер устанавливают в кузове автомобиля над задним мостом. Толчкомер состоит из вертикальной зубчатой рейки, снизу соединенной через шаровой шарнир с крепежной деталью на кожухе дифференциала. Рейки находятся в зацеплении с зубчатым колесом, которое через храповую муфту передает движение счетчику.

Показания толчкомера зависят от состояния покрытия, скорости движения, нагрузки и типа автомобиля, а также типа шин я давления в шинах. С целью стандартизации испытания ведут голчкомером при скорости движения 50 км/ч. Автомобиль загружается грузом 130 кг на заднее сиденье. После строительства дорожной одежды начальная ровность покрытия определяется конструктивными ее особенностями, технологией и качеством работ.

Асфальтобетонные покрытия имеют ровную поверхность, оказывают малое сопротивление движению и вызывают небольшой износ шин. Благодаря этим качествам они находят широкое применение как на загородных дорогах, так и в городских условия. Недостатком асфальтобетонных покрытий является малая шероховатость их.

Конструктивная ровность дорожных одежд покрытий всех остальных типов может быть значительно повышена устройством слоя износа из обработанного битумом щебня, горячей или холодной асфальтобетонной смеси.

Ровность покрытия оказывает влияние на показатели, характеризующие условия движения автомобилей. Одна из важных проблем повышения производительности автомобильного транспорта - повышение скорости движения. Среди многих факторов, от которых зависит увеличение скорости движения, существенными являются ровность покрытия и совершенство подвески автомобиля, которая характеризует его динамические качества.

Исследованиями установлено, что скорости движения автомобилей различных моделей изменяются в зависимости от ровности покрытия по одному закону. На ровных дорогах скорость автомобиля в основном зависит от его динамических качеств. Автомобили, имеющие более мощные двигатели, развивают более высокие скорости. На неровных дорогах величина скорости определяется совершенством подвески, вследствие этого разница в скоростях для различных автомобилей незначительна.

Для измерения амплитуд и ускорений колебаний кузова и колес при движении автомобиля по неровной поверхности покрытия применяют акселерометр. Акселерометр устанавливают на оси колеса или на днище кузова. Он имеет восемь грузиков на упругих пластинках. Чем лучше ездовые качества покрытия, тем меньше будут амплитуды и ускорения колебаний частей автомобиля.

2. Воздействие колес автомобилей  на дорожную одежду

На автомобильных дорогах подвижной состав состоит в основном из автомобилей различных марок. Движение подвижного состава на гусеничном ходу или жестких шинах обычно ограничивается и выносится на специально выделенную для этой цели полосу. Автомобиль взаимодействует с дорогой через колеса на пневматических шинах. Отечественная промышленность выпускает шины высокого давления б-9 кгс/см2 (для некоторых типов тяжелых автомобилей), среднего - 3-б кгс/см2 и низкого давления 1,75-5 кгс/см2.

Колесо автомобиля соприкасается с поверхностью покрытия по относительно малой площадке - следу. След колеса можно принять за эллипс с отношением осей от 1 : 1,5 до 1 : 2,5. В действительности соприкосновение шины с дорогой происходит не по всей поверхности эллипса, а через отдельные выступы рисунка протектора. Поэтому действительная площадь следа колеса меньше геометрической и составляет 0,5-0,75 последней.

В соответствии с ГОСТ 9314-59 в настоящее время принимают максимальную расчетную нагрузку Н-Р на ось для автомобилей группы А - 10 тс для дорог I-II категорий и группы Б - б тс для дорог III-IV категорий.

При движении автомобиля, кроме силы сцепления, взаимодействие дороги и автомобиля проявляется в возникновении силы сопротивления качению. Сопротивление качению вызывается толчками и ударами при наездах колес автомобиля на неровности покрытия. Небольшую часть сопротивления качению составляет трение в подшипниках колес, в рессорах и рессорных серьгах.

Шины ведущего колеса автомобиля испытывают несколько большее сопротивление движению, чем ведомые, за счет дополнительной деформации крутящим моментом. Покрытия неровные, деформирующиеся под колесом, оказывают значительное сопротивление качению. На твердых и ровных покрытиях сопротивление качению настолько мало, что оно практически не оказывает влияния на изменение скорости движения. Отношение суммарного сопротивления качению к весу автомобиля называется коэффициентом сопротивления качению.

Для обеспечения эффективного движения автомобилей дорожная служба должна поддерживать необходимую ровность покрытия.

При движении автомобиля изменяется и характер передачи давления через пневматические шины на покрытие. При движении по ровной поверхности давление в шинах мало изменяется. Незначительные неровности, создавая шероховатость, обеспечивают хорошее сцепление автомобильной шины с покрытием. Сами шины поглощают возникающие незначительные колебания энергии.

В процессе эксплуатации на дороге из-за совместного действия атмосферных факторов и движения автомобилей могут образоваться более крупные неровности. Их можно разделить на группы:

возвышения и впадины на покрытии - неровности, небольшие по глубине сравнительно с их площадью, образовавшиеся вследствие неравномерной осадки основания, неравномерного уплотнения слоя покрытия, неправильно выполненного ремонта и т. п.;

выбоины - местные разрушения на поверхности покрытия с более или менее крутыми краями; образуются вследствие выбивания материала колесами автомобиля;

волны - чередующиеся неровности в виде гребней и понижений с пологими краями; появление волн возможно вследствие дефектов укатки при строительстве покрытия, а также при воздействии одинаковых типов автомобилей, движущихся с одинаковой скоростью.

При движении по неровной дороге автомобильная шина испытывает значительную динамическую нагрузку от ударов, в этом случае динамическая нагрузка на беговую дорожку шины может в 6-7 раз превысить статическую. Частично энергия удара поглощается шиной вследствие ее эластичности. Способность поглощать энергию ударов зависит от жесткости шины. Более эластичны шины низкого давления, обеспечивающие большую мягкость хода по неровной дороге.

Для смягчения ударов предназначены и рессоры, при помощи которых кузов автомобиля упруго соединен с осями колес. При движении по неровной дороге возникающая дополнительная динамическая нагрузка вызывает колебание рессор. Вследствие конструктивных особенностей рессор и применения гидравлических амортизаторов колебания постепенно затухают.

3. Причины разрушения, работоспособность  и условия долговечности дорожной одежды

Воздействие колес автомобиля на поверхность дорожной одежды вызывает напряжения и деформации, вследствие чего происходит постепенное разрушение и изнашивание.

В зависимости от величины нагрузки, повторяемости и продолжительности ее действия может наступить предельное состояние дорожной одежды, при котором нарушается монолитность. Накопление деформаций происходит интенсивней в наиболее слабых слоях дорожной одежды и в грунтовом основании. В значительной степени прочность нежестких одежд зависит от влажности грунта основания. Вертикальные нагрузки на нежесткие одежды вызывают просадки, колеи, проломы, пластические деформации.

Просадки образуются вследствие переувлажнения грунта основания весной, что приводит к потере его несущей способности, или в результате недостаточного уплотнения материала одежды. Просадки могут быть вызваны проездом тяжелых автомобилей, на которые дорожная одежда не рассчитана.

Колеи возникают при систематическом движении колес по одному следу на грунтовых, гравийных, щебеночных покрытиях, а также мостовых на песчаном основании при ослаблении грунта основания в весенний период. Движение тяжелых автомобилей по колее может привести к проломам.

Проломы образуются вследствие срезывания всех слоев дорожной одежды под действием большой вертикальной нагрузки и при недостаточной толщине дорожной одежды, а также при недостаточной несущей способности грунта основания в случае его переувлажнения.

Действие вертикальных сил на жесткую одежду вызывает изгиб плиты, под которой находится грунтовое основание. При этом возникают упругие деформации. Если в плите возникают предельные напряжения для цементобетона на изгиб, превосходящие допустимые, то на покрытии появляются трещины и возможно его разрушение. При воздействии большой вертикальной нагрузки через плиту на грунт основания и недостаточной его несущей способности от переувлажнения может произойти просадка основания, а вместе с этим просадка плиты и изменение профиля покрытия.

Под действием движения автомобилей происходит истирание поверхности покрытия. Помимо этого, возможно раздавливание, разбивание, сдвиг материала одежды и вырывание пневматический шиной из одежды отдельных частиц. Увеличение скорости и интенсивности движения приводит к большему износу покрытия. Увеличение скорости движения на щебеночных и гравийных покрытиях особенно сильно отражается на увеличении их износа, поэтому их переводят в усовершенствованные путем обработки opганическими вяжущими материалами. Менее интенсивно износ происходит на асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях.

Помимо указанных факторов, на разрушение дорожной одежды влияют природные условия. Вода, попадая в мелкие поры и трещины, при замерзании увеличивается в объеме и разрушает каменный материал, образуя новые трещины и способствует увеличению имеющихся.

Заключение

Из всех отраслей строительной индустрии дорожное и путевое строительство является наиболее зависимым от атмосферных и климатических условий, поэтому основным строительным периодом являются лето и часть весны и осени. Продолжительность такого периода для средней полосы России составляет 6—7 месяцев.

Дорожная одежда может быть различной прочности в зависимости от интенсивности и состава движения, грузонапряженности, расчетной скорости и должна отвечать следующим требованиям: прочность ее должна обеспечивать отсутствие просадок и высокое сопротивление износу; ровность поверхности должна обеспечивать возможность движения с высокими скоростями; шероховатость поверхности должна обеспечивать хорошее сцепление колес автомобиля с покрытием.

Одним из основных условий повышения безопасности движения является снижение скользкости покрытия проезжей части. Анализ дорожно-транспортных происшествий показывает, что летом аварий из-за скользкости покрытий происходит 4-16%, а осенью и весной 40-70%- Причиной повышения скользкости может явиться грязь, заносимая на проезжую часть с обочин, неукрепленных съездов или примыканий, что резко снижает сцепные качества покрытия. Для предупреждения заноса грязи на проезжую часть укрепляют обочины, съезды и примыкания.

Шероховатость поверхности покрытия проезжей части должна обеспечивать коэффициент сцепления автомобильной шины с поверхностью покрытия во влажном состоянии не менее 0,5. Для создания шероховатой поверхности устраивают поверхностную обработку.

Дорожная одежда может состоять из одного или нескольких конструктивных слоев. При наличии нескольких слоев дорожная одежда включает: покрытие - верхний слой дорожной одежды, который в свою очередь может состоять из слоя износа, периодически возобновляемого по мере его истирания, и основного слоя, определяющего эксплуатационные свойства покрытия; 
основание - несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием передачу нагрузок на грунт земляного полотна. Основание, как правило, состоит из двух или более прочных слоев, из которых верхние часто укреплены вяжущим, с целью создания достаточно прочного слоя, под покрытием. Для нижних слоев можно применять менее прочные и менее морозостойкие материалы, но при этом водоустойчивые и неразмокаемые; 
дополнительный слой основания - нижний конструктивный слой дорожной одежды, выполняющий наряду с передачей нагрузок на земляное полотно также функции морозозащитного, дренирующего, выравнивающего и защиты от заиливания.

Главными факторами, от которых зависит выбор конструкции дорожной одежды, являются интенсивность и состав движения. Чем больше интенсивность движения автомобилей по дороге, тем быстрее изнашивается покрытие, следовательно, при большой интенсивности движения должно быть устроено более капитальное, прочное и совершенное покрытие. На дорогах с меньшей интенсивностью движения покрытие подвергается меньшему износу и поэтому оно может быть облегченного типа. В тех случаях, когда интенсивность движения в данный период небольшая, но через 5-10 лет предполагается увеличение ее, устраивают покрытия переходного типа, которые после усиления могут быть отнесены к усовершенствованным. При малой интенсивности движения устраивают покрытия низшего типа.

 

 

Список литературы

1. Васильев А.П., Сиденко В.М. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. М.: Транспорт, 1990.
2. Гельфер Г.А. Строительство и эксплуатация городских дорог. М.: Стройиздат, 1989.
3. Горбанев Р.В., Красников А.Н. Городские улицы и дороги с многополосной частью. М.: Стройиздат, 1984.
4. Дубровин Е.Н. Городские улицы и дороги. М.: Высшая школа, 1981.
5. Каменецкий Б.И., Кошкин И.Г. Автомобильные дороги. М.: Транспорт, 1979.
6. Тулаев А.Я., Некрасов В.К. Эксплуатация городских улиц и дорог. М.: Стройиздат, 1979.