5. Требования к элементам продольного профиля дороги.

Продольный профиль содержит линию поверхности земли (черный профиль), рельеф местности по оси дороги, грунтовый и гидро-грунтовый разрез и проектную линию (красный профиль). В целом продольный профиль характеризует геологические условия и высотное положение бровки земляного полотна.

Высотное положение бровки относительно линии поверхности земли, оцениваемое рабочими отметками, в решающей мере определяет эксплуатационные, прочностные и экономические показатели дороги, а также ее долговечность.

Для получения оптимальных результатов при проектировании продольного профиля должны быть обеспечены:

-необходимые условия для движения автомобилей и экономически эффективной работы

автотранспорта;

-плавность и безопасность движения автомобилей, достигающих расчетной скорости;

-устойчивость, надежность и долговечность дороги;

-бесперебойное функционирование дороги;

-экономичность строительства дороги.

Необходимые эксплуатационные условия обеспечиваются путем прокладывания проектной линии с пологими продольными уклонами.

СНиП П-Д.5-72 рекомендует применять уклоны до 30%. При экономической нецелесообразности выполнения этой рекомендации из-за рельефа местности, допускается применять продольные уклоны, не превышающие следующих максимальных значений: при категории дороги III-50‰.

Плавность движения автомобилей достигается вписыванием в переломы проектной линии круговых вертикальных кривых, а безопасность - назначением таких радиусов вертикальных кривых, которые обеспечивают расчетные расстояния видимости (на выпуклых переломах) и ограничивают центробежную силу в пределах 5% от веса автомобиля (на вогнутых переломах).

Вертикальные кривые необходимо вписывать в переломы, где алгебраическая разность смежных уклонов Di равна или превышает на дорогах III категории 10‰. Подъемы считаются положительными уклонами, спуски отрицательными. Величина Di на переломах попутных уклонов (два подъема или спуска) определяется как разность сопрягаемых уклонов, а на переломах встречных уклонов (спуск и подъем, подъем и спуск)- как их сумма.

Наименьшие значения параметров продольного профиля, при которых еще обеспечиваются плавность и безопасность движения автомобилей, приведены в таблице 10 СНиП. В проектах следует стремиться к применению возможно больших значений параметров - это повышает удобство и безопасность движения.

7,8 Сопротивления движению автомобиля, уравнение движения

При обосновании требований к элементам дороги в плане и профиле условно допускается, что автомобиль движется без колебаний по ровной, твердой поверхности с расчетной скоростью [1].

Фактический режим движения автомобиля по дороге определяется тремя факторами:

1. эксплуатационными свойствами автомобилей;

2. дорожными условиями, определяющими скорость движения;

3. индивидуальными способностями водителей, позволяющими им правильно воспринимать дорожные условия и назначать адекватную им скорость движения.

При движении, как правило, используются не полностью допускаемые конструкцией динамические возможности автомобилей.

Сила тяги, развиваемая двигателем на ведущих колесах автомобиля, расходуется на преодоление сил сопротивления движению.

В общем случае ускоренного движения на подъем на автомобиль действуют следующие силы сопротивления (рис.1):

Силы сопротивления качению и сопротивление воздушной среды действуют на любом участке пути при движении автомобиля (основное сопротивление). Сопротивления от уклона и инерционные силы, в зависимости от характера профиля пути и режима движения автомобиля, могут или отсутствовать, или даже иметь отрицательный знак, способствуя движению (например, при движении на спуске, под гору или при торможении).Аэродинамическое сопротивление воздушной среды движению автомобиля вызывается следующими составляющими:

1. лобовым сопротивлением, обусловленным разностью давления воздуха спереди и сзади движущегося автомобиля;

2. трением воздуха о боковую поверхность автомобиля;

3. сопротивлением, создаваемым выступающими частями автомобиля (крыльями, зеркалами, номерными знаками и т.д.);

4. затратой мощности на завихрение воздушных струй за автомобилем, около колес и под кузовом;

5. сопротивлением воздуха, проходящего через радиатор и подкапотное пространство.

Суммарная сила сопротивления воздуха движению автомобиля (в Н) выражается формулой,                                                           (2)

где с – коэффициент сопротивления среды (безразмерная величина, зависящая от формы тела, движущегося в воздушной среде, а также от гладкости его поверхности); r – плотность воздуха, равная на уровне моря 0,125 Н с2/м4; w – площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению его движения (лобовая или мидельная площадь), м2; V – скорость движения автомобиля относительно воздушной среды, км/ч; при попутном ветре V = Vавт –Vв, при встречном ветре V = Vавт + Vв, где Vв – скорость ветра.

Произведение схr в тяговых расчетах автомобилей заменяется коэффициентом сопротивления воздуха kв, определяемым экспериментально (табл. 4). Сопротивление качению выражается в затратах энергии на деформацию шин и дороги. На ровных цементобетонных и асфальтобетонных покрытиях основным фактором, определяющим сопротивление качению, является обжатие шин. На менее ровных покрытиях (щебеночных, гравийных, булыжных мостовых) добавляется сопротивление, связанное с наездом колес на неровности покрытия. На грунтовых дорогах с мягкой поверхностью сопротивление создается затратой усилий на деформирование шины и грунта при образовании колеи. При движении автомобиля по дорогам с твердыми покрытиями сопротивление качению прямо пропорционально давлению на дорогу,                                                                  (3)

где Gi – нагрузка на дорогу от отдельных колес; fi – соответствующие коэффициенты сопротивления качению. Сопротивление качению зависит от ряда факторов:

1. ровности покрытия дороги;

2. скорости движения автомобиля;

3. эластичности шин.

Сопротивление движению от уклона, при условии пренебрежения разницей длин фактической и ее горизонтальной проекцией, выражается формулой: ,                                                                (7)

где i – уклон, принимаемый с соответствующим знаком (подъем со знаком плюс, спуск со знаком минус).

Таким образом, коэффициент сопротивления движению на подъем (удельное сопротивление движению от уклона), представляющий собой отношение , численно равен значению продольного уклона, выраженному в десятичных дробях.

Сопротивление инерционных сил автомобиля, возникающее при изменении его скорости, слагается из сил инерции поступательного движения и инерционных моментов вращающихся частей автомобиля. При массе автомобиля m=G/ g и скорости автомобиля V , выраженной в м/с, инерционная сила поступательного движения ,                                                 (8)

где – ускорение автомобиля; – относительное ускорение.

Инерция вращающихся частей автомобиля (колес, маховиков, механизмов трансмиссии) учитывается введением поправочного коэффициента к инерции поступательного движения. Этот коэффициент представляет собой отношение полной силы, необходимой для разгона всех поступательно и вращательно движущихся частей автомобиля, к силе, необходимой для разгона поступательно движущихся масс, ,                                                           (9)

где Pfпост – сила, необходимая для разгона поступательно движущихся частей автомобиля; Pfвр – сила, необходимая для разгона вращающихся частей автомобиля.,

где n – коэффициент, соответственно равный 0,03? 0,05 для легковых и 0,05? 0,07 для грузовых автомобилей; i к – передаточное число коробки передач.

Выражение для инерционной силы автомобиля имеет вид:.