Прогноз условий движения транспорта в зависимости от метеорологических условий

Влияние транспортно-эксплуатационных качеств дороги на режимы движения автомобилей

Транспортно-эксплуатационные качества дороги — система показателей, характеризующих состояние дорожной одежды и определяющих режимы (скорости) движения автомобилей по дороге. К ним относятся прочность, ровность, шероховатость, сцепные качества, износостойкость и другие показатели дорожной одежды [5]. Из перечисленных показателей в наибольшей степени от метеорологических условий и времени года зависят прочность и коэффициент сцепления поверхности дороги с колесом автомобиля.

Несущая способность дорожной одежды оценивается общим модулем упругости, который в значительной степени зависит от модуля упругости грунта, в свою очередь зависящего от влажности грунта.

Расчетную влажность и прочностные характеристики грунта можно спрогнозировать, используя методику имитационного моделирования, разработанную проф. И. А. Золотарем (см. гл. 5). Прочностные свойства дорожной конструкции оцениваются коэффициентом прочности.

где Е_тр — требуемый модуль упругости, зависящий от приведенной к расчетному автомобилю интенсивности движения.

Численные значения коэффициента прочности назначаются в зависимости от категории дороги и типа дорожной одежды.

В наиболее неблагоприятных условиях (весной) при невыполнении критерия прочности необходимо ограничить пропуск тяжелого транспорта по дороге, т. е. уменьшить величину ?_тр, что позволит увеличить срок службы дорожной одежды. Если критерий прочности не выполняется и в другие сезоны года (летом или осенью), дорожная одежда должна быть усилена новыми слоями покрытия.

Сцепные качества дорожного покрытия, зависящие в наибольшей степени от состояния поверхности покрытия (новое, старое, сухое, мокрое, грязное, гололед и т. д.), характеризуются величиной коэффициента сцепления ср, принимающего значения для асфальтобетонного покрытия от 0,7 (новое сухое покрытие) до 0,1 (на покрытии гололед).

От величины коэффициента сцепления зависят такие характеристики дорожных условий, как тормозной путь, пропускная способность участка дороги и другие показатели, влияющие на скорость и безопасность движения.

Тормозной путь автомобиля определяется по формуле.

При постоянной скорости тормозной путь 5_Т существенно увеличивается с уменьшением коэффициента сцепления, а при необходимости обеспечения 5_Т = const, например на пересечении дорог в одном уровне, что связано с ограничением видимости, при ухудшении состояния покрытия (снижении коэффициента сцепления) должна быть снижена скорость (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Тормозной путь при постоянной скорости V= 120 км/ч и скорость V при 5*_т = 100 м

Существует тесная связь между коэффициентом сцепления и безопасностью движения (рис. 7.1). Количество ДТП резко увеличивается при ср < 0,3 [4]. Это связано с тем, что для непосредственного контакта шины с покрытием необходимо вытеснение воды из зоны контакта и разрушение тонкой пленки воды на выступах шероховатости. С увеличением скорости при некотором достаточно большом ее значении слой воды в зоне контакта остается ненарушенным и возникает явление, называемое аквапланированием, или глиссированием, при этом коэффициент сцепления резко уменьшается и движение становится неустойчивым. Для предотвращения этого явления покрытие должно иметь четко выраженную шероховатость, а шины — неизношенный рисунок протектора.

Рис. 7.1. Зависимость количества ДТП от сцепных качеств покрытий Особенно опасна вода, попадающая на поверхность покрытия при выпадении дождя и скапливающаяся в пониженных местах, прежде всего в колеях. Влияние толщины пленки воды на величину ср приведено на рис. 7.2. Коэффициент сцепления резко падает, начиная с толщины пленки воды более 2 мм [6|.

Состояние поверхности покрытия зимой зависит от температуры и влажности воздуха и температуры покрытия.

Рис. 7.2. Влияние толщины воды на коэффициент сцепления

При чистом и сухом покрытии и температуре воздуха t_Q от О до -10°С ф = 0,3—0,4, что объясняется наличием тончайшей пленки льда, образующейся в результате замерзания конденсированной влаги в зоне контакта шины с покрытием. Это явление называется микрогололедом. С понижением температуры воздуха протаивания в зоне контакта не происходит и коэффициент сцепления увеличивается.

При наличии снега на поверхности покрытия значение ф = = 0,2—0,4 в зависимости от толщины слоя снега, насыщенности его водой и шероховатости покрытия. При содержании воды менее 15% снег превращается в ледяную корку, при наличии воды от 15 до 30% снег не уплотняется, при количестве воды более 30% мокрый снег смещается с проезжей части колесами автомобиля.

Следует иметь в виду, что степень шероховатости влияет на величину коэффициента сцепления только при сухом или мокром покрытии. Для грязного и обледенелого покрытия величина выступов не имеет существенного значения, так как все они заполнены грязыо или снегом (льдом).

Увеличение ДТП при малых значениях коэффициента сцепления связано со снижением устойчивости автомобиля против бокового заноса не только на кривых в плане, но и на прямых участках дороги (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема сил, действующих на автомобиль:

а — на кривой в плане; б — на прямом участке дороги при различных значениях коэффициента сцепления, но ширине проезжей части На кривых в плане устойчивость автомобиля против заноса в бок обеспечена, если поперечная сила I < Сф₂, где (р₂ = 0,6ф — коэффициент сцепления в поперечном направлении (см. рис. 7.3, а).

При гололеде устойчивость автомобиля будет обеспечена только при достаточно малых значениях коэффициента поперечной силы.

На прямом участке дороги автомобиль может занести вбок на угол, а (см. рис. 7.3, б), если значения коэффициентов сцеплени я под правыми и левыми колесами различны. Это прежде всего имеет место, если автомобиль двумя внешними колесами, например, съехал на обочину. Величины сил сцепления.

где G — вес автомобиля, кН;

Если F_x > F₂> то поворот произойдет в сторону проезжей части (см. рис. 7.3, б). При наличии на обочине снега или мягкого грунта (при неукрепленной обочине).

где / — сопротивление качению снега или грунта при движении автомобиля.

В этом случае F₂ может быть больше, чем F_{, и автомобиль развернется в сторону обочины. Допускаемая величина угла а, которую водитель может устранить, не попадая в аварийное положение, зависит от длины автомобиля. Для длинных автомобилей (автобусов, автопоездов) а < 6—11°, для обычных грузовых автомобилей, а < 25—30°, для легковых автомобилей, а < 35°.

Главным путем повышения сцепных качеств покрытия является удаление смазывающей пленки из зоны контакта колеса с покрытием. Мероприятия по повышению сцепных качеств можно разделить на периодически повторяемые и повседневные. К первым относятся текущие ремонты, в процессе которых удаляются волны, выравнивается поперечный профиль, возобновляются слои износа — шероховатость покрытия, укрепляются обочины. К повседневным мероприятиям относятся регулярные очистки покрытий от грязи и снега, россыпь каменной мелочи и хлористых солей для борьбы с гололедом.