CC BY
46
Международный научный журнал «СИМВОЛ НАУКИ»_ISSN 2410-700Х_№ 3/2015
УДК 630*383
Борисов Вячеслав Алексеевич
к.т.н., доцент МГУ Л, Казначеева Наталья Игоревна к.т.н., доцент МГУЛ, Акинин Дмитрий Вячеславович
к.т.н. доцент МГУЛ.
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»,
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ РОВНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ
МАГИСТРАЛЕЙ
С начала 90-х годов в России проводятся систематические обследования сети лесных автомобильных дорог. Развитие методов обследования прошло долгий путь технического учёта дорог от визуальных осмотров с составлением технического паспорта в виде сброшюрованных карточек, ведомостей и линейных графиков до инструментального учёта и автоматизированной системы паспортизации.
Трудами В.И. Алябьева, Б.А. Ильина, Б.И. Кувалдина, Г.Ф. Грехова, [1], Н.Н. Иванова [2], А.К. Бируля [3], В.Ф. Бабкова [4], В.К. Курьянова [5-6], В.К. Некрасова [7] и многих других учёных созданы научные основы и практические методы оценки состояния лесных дорог и дорог общего пользования, как по отдельным показателям, так и по группам показателей, позволяющих оценивать состояние автомобильных дорог по различным показателям.
Обследования являются составной частью всех видов работ, направленных на обеспечение высоких транспортно-эксплуатационных качеств дорог. По своему характеру обследования схожи с изысканиями дорог, предусматривающими выбор размеров элементов дороги, с учётом особенностей движения транспортного потока.
Технический уровень дорог будет меняться в процессе эксплуатации. Известно, что ровность и прочность дорожной одежды изменяется во времени, причём степень и быстрота этого изменения зависят от принятой конструкции дорожной одежды. Как правило, происходит рост интенсивности и изменение состава движения транспорта. В этой связи целесообразно оценку проектируемой (или сдаваемой в эксплуатацию) производить с учётом ожидаемых изменений от транспортно-эксплуатационных показателей в период эксплуатации [6].
Целесообразно использовать величину ожидаемой ровности при оценке проектируемой дороги (при сравнении вариантов). Можно её использовать и при оценках эксплуатируемых дорог - при планировании мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационного состояния дорог. Для описания изменения ровности дорожного покрытия во времени использовали зависимость
S = S
A Е+ BE
365Nnpi (qT -1)
(1)
(д - 1)аь [КЕБт (1 )]Ъ где N - интенсивность движения расчётных автомобилей в первый год эксплуатации одежды, авт/сут;
д - коэффициент роста интенсивности движения;
Ет - математическое ожидание модуля упругости дорожной одежды, МПа; СЕ - коэффициент вариации модуля упругости дорожной одежды;
К - коэффициент, равный единице и имеющий размерность, обратную размерности модуля упругости дорожной одежды, 1/ МПа;
Международный научный журнал «СИМВОЛ НАУКИ»_ISSN 2410-700Х_№ 3/2015
- коэффициент, определяющий значимость влияния фактора Cg на процесс изменения ровности
покрытия по отношению с фактором Et ;
A 8 ,B8 ,a 8 ,b 8 - безразмерные параметры уравнения, имеющие следующие значения (таблица 1).
Предложенная формула установлена применительно к V дорожно-климатической зоне на основе многочисленных полевых экспериментальных исследований с помощью дорожной лаборатории. Отличительной особенностью формулы является учёт однородности дорожной одежды по модулю упругости. Кроме того, в основу зависимости положено не абсолютное, а относительное изменение ровности за период службы покрытия. Формула действительна в периоде между средними ремонтами с уровнем надёжности 0,9 [7].
Таблица 1
Параметры уравнения (1)
Тип покрытия Параметры уравнения
A в B в a 8 Ь 8
Капитальный 1,017 9,3610-3 1,20 2,53 1,47
облегченный 0,977 4,76-10-2 0,90 1,96 1,21
Для применения формулы в других дорожно-климатических зонах, можно использовать коэффициент М. При составлении формулы (1) ориентировались на:
- простоту использования;
- неиспользование величины ровности покрытия в предельном состоянии (так как формула не предназначена для определения срока проведения среднего ремонта по данному критерию). Изменение ровности покрытия зависит от ряда воздействующих факторов, к которым не относится предельное состояние;
- учтены требования к ровности, изменяющиеся во времени в соответствии с растущей интенсивностью движения;
- формула учитывает однородность дорожной одежды, существенно влияющая на процесс изменения ровности покрытия во времени.
При разработке предложений по контролю ровности дорожных покрытий учитывали влияние скорости движения автомобиля [14-15].
При измерении ровности толчкомером получили уравнение, решаемое с использованием ЭВМ
S50 "
1,8079V - 0,0154V2 —SV -51,8291 .
-z- при S50 < 106см/км
0,05674V — 4,87178-10—4V2 — 2,6184 ,
— bv +V bV — 4aVcV _ in, ,
-- при S50 > 106см/км
2aV
где Б 50, 8у - показания толчкомера ТХК-2 при нормированной скорости движения 50 км/ч и при фактической, равной V см/км соответственно;
аV, bv, СV - параметры уравнения, определяемые по формулам
а v = 1,8684 • 10-6 • V2 -1,6829 • 10-4 • V + 3,7539 • 10-3; bv = 8,5674 • 10-4 • V2 - 8,8343 • 1024 • V +1,2799;
еу = 1,0815 • 10-1 • V2 -11,72 • 10-4 • V + 316,0766 - .
На основе результатов установлена упрощенная формула, действительная в диапазоне скоростей от 30 до 65 км/ч
^ + 1,525V - 75,75
'50 "
Q = SV + ^,525V — 75,75 , (30< V < 65 км/ч).
0,0094 + 0,533
При проверке на адекватность было установлено, что средняя ошибка формул составляет 3,6 %. Это свидетельствует о достаточно высокой точности установленных формул и о соответствии их закономерностям, наблюдаемым в действительности. Полученное техническое решение позволяет производить измерения ровности при любой скорости в интервале 30...90 км/ч, что даёт возможность увеличить производительность полевых работ в 1,5 раза.
Измерение ровности дорожных покрытий с помощью дорожной лаборатории основано на определении вертикальных перемещений колеса узла ПКРС относительно корпуса (инерционной массы) ПКРС при движении по неровностям дороги со скоростью 50 км/ч. Датчик ровности, установленный на корпусе узла ПКРС, и связанный гибкой связью с подвеской колеса, преобразует в число импульсов вертикальные перемещения колеса. В информационно-вычислительном комплексе число импульсов преобразуется в величину показателя ровности [9].
Ровность дорожного покрытия оказывает влияние, прежде всего, на скорость движения автомобилей. Проводились массовые экспериментальные работы с использованием двух методов: 1) метода оценки влияния ровности на значение маршрутной скорости путём измерения её на значительном, но относительно однородном участке (метод «следования за лидером») (рисунок 1); 2) метода оценки влияния ровности на скорость на участках незначительной протяжённости (0,2.1 км) с исключением влияния всех других факторов по маркам автомобилей (метод исследования на локальных участках).
Рисунок 1 - Метод «следования за лидером»
Отличительной особенностью производства полевых работ по первому методу является измерения ровности покрытия и скорости движения по маршруту на выбранном участке дороги (длиной 4.10 км). Следует отметить, что реальные условия движения автомобилей точнее отражает маршрутная скорость движения транспортного потока.
Установлена следующая зависимость для маршрутного движения:
V = 73,93 - 0,128, (2)
где V - средняя скорость транспортного потока по маршруту, км/ч;
8 - средняя ровность покрытия по маршруту, см/км. Зависимость для 2 метода:
Vi = av -bvS,
(3)
где V - средняя скорость I марки автомобиля, км/ч;
ау,Ъу - параметры уравнения (таблица 2).
В результате проведённых экспериментальных работ установлены количественные связи маршрутной скорости движения с основными параметрами трассы дороги и её обустройства: интенсивности и состав движения; ширины проезжей части дороги; проектной линии продольного профиля дороги; наличия помех движению [1,4,16].
Уравнение регрессии в общем виде имеет вид
У = а0 + а1Ы + а2Рл + а31 + а1а; + а5П, (4)
где У - любая из двух характеристик маршрутной скорости ( V или СТ V - стандарт отклонения скорости), км/ч;
Международный научный журнал «СИМВОЛ НАУКИ»_ISSN 2410-700Х_№ 3/2015
ao,a1,...,a5 - коэффициенты регрессии (таблица 3);
N - часовая интенсивность движения (принятая за расчётную), авт/ч, которая определяется по формуле
N = 0,076Nc, (5)
где N c - среднегодовая суточная интенсивность движения, авт/сут;
Рл - состав движения, характеризуемый удельным весом легкового автомобиля в потоке, в долях единицы;
i - средневзвешенное значение продольных уклонов на маршруте, %о;
1 =
I lii
i=1
Ь
где 1, - длина участка с / уклоном, км; L - общая протяжённость маршрута (Ь = ^ 1, ), км; - стандарт отклонения уклонов, %о;
s(!i — i)
i=1
49 ( " ^
^ IM
L
i=1
L
(6)
П - коэффициент помехонасыщенности, определяемый по формуле
2Х (100 - ш,) 1
П = М-, (7)
ь
где к - число видов помех, встречающихся на данном участке дороги, шт; П, - число помех каждого вида, шт;
ш , - параметр уравнения, определяемый отношением
ш, = V •100%/^, в %; V! - скорость движения до и после прохождения помехи, км/ч; V2 - скорость движения при прохождении помехи, км/ч; 1П - длина зоны влияния помех данного вида, км.
Используя данные таблицы 2 и уравнение (3), можно оценить влияние ровности на скорость движения автомобилей.
Таблица 2
Значения параметров уравнения (3)
2
i =
Марки автомобилей Значения пар эаметров
av bv
Грузовые 68,17 0,054
Поток 72,12 0,060
КАМАЗ-6520 61,99 0,047
УРАЛ-55571 71,87 0,055
МАЗ 437040-020 67,62 0,057
Сортиментовоз TATRA 82,97 0,076
VFP-6520 66,11 0,054
Величины Ш, и 1П могут быть определены с использованием таблицы 3. В таблице 4 представлены
данные, полученные для различных видов помех движению в результате обработки обширного экспериментального материала [5,6,14,15,17]. К помехам движению отнесены пересечения с
автомобильными и железными дорогами и другие сооружения на дорогах, в целом способствующие улучшению условий движения транспортного потока, но вызывающие повышенное внимание водителей, необходимость маневрирования и, в конечном счёте, снижение скорости движения.
Таблица 3
Граничные значения аргументов уравнения регрессии (4).
№ п Характеристика маршрутной скорости По ширине проезжей части,м Значения коэффициентов
ao a1 a2 a3 a4 a5
1 Математическое ожидание скорости движения, V 7,5 65,68 -0,012 6,606 -0,242 -0,11 -1,643
10,5 74,76 -0,01 11,282 -0,219 -0,098 -1,722
2х7,5 83,26 -0,008 13,764 -0,202 -0,087 -0,936
2 Стандарт отклонения скорости, С у 7,5 10,62 -0,02 1,72 0,019 0,02 0,113
10,5 12,27 -0,005 1,99 0,017 0,019 0,0205
2х7,5 13,89 -0,001 2,062 0,016 0,018 0,088
Таблица 4
Значения величин m j и l n уравнения (7)
Виды помех 2-х полосн. 3-х полосн. 4-х полосн.
m ln mi ln mi ln
Мосты малые 89,1 0,225 96,2 0,450 96,3 0,329
Мосты длиной до 50 м 82,5 0,4 92,9 0,4 92,5 0,7
Съезды с дорог 92,0 0,3278 94,3 0,454 96,4 0,383
Эстакады над дорогой 92,0 0,275 98,0 0,363 99,0 0,402
Путепроводы, проезд по ним 84,9 0,550 90,8 0,704 91,7 0,803
В таблице 5 представлены граничные значения аргументов, при которых действительно уравнение регрессии (4).
Таблица 5
Граничные значения аргументов уравнения регрессии
Ширина проезжей части дороги,м Граничные значения аргументов
Nc j, авт/ч , % j , %о С j , %0 П
7,5 30+300 0,15+0,40 0+35 0+32 0+10
10,5 80+500 0,15+0,40 0+22 0+18 0+8
2х7,5 100+800 0,15+0,40 0+12 0+9 0+10
В связи с тем, что уравнение (5) установлено по материалам экспериментальных работ, проведённых в летнее время, при определении среднегодовой маршрутной скорости, необходимо учитывать погодно-климатические условия путём умножения окончательного результата на коэффициент Mj.
Вышеприведённые результаты исследований позволяют оценить влияние отдельных транспортно-эксплуатационных показателей на скорость движения автомобилей. Список использованной литературы:
1. Сухопутный транспорт леса: Учебник для вузов/В.И. Алябьев, Б.А. Ильин, Б.И. Кувалдин, Г.Ф. Грехов.-М.: Лесная промышленность, 1990.-416 с. ISBN 5-7120-0370-8.;
2. Иванов, Н.Н. Влияние параметров автомобильных дорог на расход топлива [Текст] / В.Н. Иванов, В.Н. Ерохов //Автомобильные дороги. - 1982. - № 8. - С. 10-13.;
3. Бируля, А.К. Проектирование автомобильных дорог [Текст] / А.К. Бируля. - М.: Автотрансиздат, 1961. - 500 с.;
4. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения [Текст] / В.Ф. Бабков. - М.: Транспорт, 1982. - 288 с.;
5. Курьянов, В.К. Обследование автомобильных дорог в районах лесозаготовок [Текст] / В.К. Курьянов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов. - М.: ИД «Академия Естествознания». - 130 с.;
6. Лесотранспорт как система водитель-автомобиль-дорога среда/В.К. Курьянов, А.В. Скрыпников, В.А. Борисов; под общ.ред. А.А. Камусин.-М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010.-370с. ISBN 978-5-8135-0501-0.;
7. Некрасов, В.К. Проблемы теоретического обоснования надежности автомобильных дорог [Текст] /
В.К. Некрасов //Труды Московского автомобильно-дорожного института. - 1973. - Вып. 63. - С. 4-8.;
8. Лесовозные автопоезда: учеб. пособие / А.А. Камусин и другие. -М.:МГУЛ,2012.-268с. ISBN 978-58135-0574-4.;
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618507, Программа оценки и прогнозировании эксплуатационных свойств асфальтобетона при устройстве дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог / А.А. Камусин, А.В. Скрыпников, В.А. Борисов, С.В. Дорохин. МГУЛ. 2015г.;
10. Транспорт леса в 2-х томах. Т.1. Сухопутный транспорт леса/ Под ред. Салминена Э.О. - М.: ИЦ "Академия", 2009. - 368 с.
11. Ларионов В.Я. Проектирование лесных дорог: Учеб. пособие. - М.: МГУЛ, 2009. - 93 с.
12. Борисов, В.А. Исследование движения лесовозных автопоездов на горизонтальных кривых / В.А. Борисов. // Вестник Моск. Гос. Ун-та леса. - Лесной вестник.-2009.-№ 2(65) .-С. 73-80.
13. Борисов, В.А. Учет параметров движения и анализ устойчивости лесовозных автопоездов при торможении / В.А. Борисов. // Вестник Моск. Гос. Ун-та леса. - Лесной вестник.-2009.-№ 2(65).-С. 80-86.
14. Резникова, Н.Е. Особенности расчета скорости с применением ЭВМ при проектировании трассы дороги. / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // Научный журнал "В мире научных открытий". - Красноярск: "Научно-информационный издательский центр", 2009., ISSN 2072-0831 №2.-С.13-19.
15. Резникова, Н.Е. Применение ЭВМ для анализа основных режимов движения лесовозных автопоездов / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // Научный журнал "В мире научных открытий". - Красноярск: "Научно-информационный издательский центр", 2009., ISSN 2072-0831 №2.-С.20-26.
16. Резникова, Н.Е. Изменения величины зазора безопасности при движении автопоездов на кривых и прямых горизонтальных участках. / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // Научный журнал "В мире научных открытий". - Красноярск: "Научно-информационный издательский центр", 2009., ISSN 2072-0831 №2.-С. 512.
17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618419, Программа оценки динамического взаимодействия звеньев лесовозного автопоезда в режиме экстренного или служебного торможения / А.А. Камусин, А.В. Скрыпников, В.А. Борисов, С.В. Дорохин. МГУЛ. 2015г.
© В.А. Борисов, Н.И. Казначеева, Д.В. Акинин, 2015
УДК 630*383
Борисов Вячеслав Алексеевич
к.т.н., доцент МГУЛ, Казначеева Наталья Игоревна к.т.н., доцент МГУЛ, Акинин Дмитрий Вячеславович
к.т.н. доцент МГУЛ.
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»,
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Предложения по контролю прочности дорожных одежд.
Земляное полотно - один из основных элементов автомобильной дороги, от устойчивости, прочности и долговечности которого зависит работоспособность дорожных одежд и всего сооружения. В земляном полотне обычно рассматривается его верхняя часть, основания насыпи и выемки, устройства для поверхностного водоотвода, дренирующие сооружения, защитные гидротехнические сооружения.
