Научная статья на тему 'Влияние сил от колес автомобиля при движении по криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы'

Влияние сил от колес автомобиля при движении по криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
303
57
Поделиться
Ключевые слова
КОЛЕЙНОСТЬ / ДВИЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ В ПОВОРОТЕ / ДВИЖЕНИЕ КОЛЕСА / ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА / БОКОВАЯ СИЛА / КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ / RUT / DRIVE THE VEHICLE IN A TURN / WHEELS / CENTRIFUGAL FORCE / LATERAL FORCE / FRICTION COEFFICIENT

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Чёлушкин Илья Александрович

Согласно нормам проектирования, расчетная величина скорости одиночного автомобиля сохраняется на всем протяжении трассы, в том числе на криволинейных участках дороги, и дорожная одежда рассчитывается на кратковременную линейную нагрузку. Требованиями СНиП 2.05.02-85 предусматривается, что дорожные одежды на остановках общественного транспорта, на подходах к перекресткам дорог и к пересечениям с железной дорогой следует рассчитывать как на многократное действие кратковременной нагрузки, так и на продолжительное нагружение, принимая более мощную конструкцию. Расчет нежестких дорожных одежд при кратковременном действии нагрузки следует выполнять по трем критериям прочности: упругому прогибу всей конструкции, сопротивлению сдвигу в грунте и в слабосвязных слоях одежды, растяжению при изгибе слоев одежды из грунтов и каменных материалов, обработанных неорганическими вяжущими. И расчет учитывает только продольное распределение нагрузок в дорожной одежде, воспринимаемое от движущегося колеса, имеющего строго заданный диаметр и профиль (условно жесткие покрышки). Толщину покрытия усовершенствованного типа следует назначают так, чтобы действующие в его наиболее напряженной зоне растягивающие напряжения не превышали допускаемых. Однако, в процессе эксплуатации, на криволинейных участках дорог проявляется колея. В данной статье рассматривается причины образования колеи на кривых малого радиуса, образующихся из-за абразивного износа под действием боковых сил, возникающих от движения колеса. Для повышения устойчивости к образованию колеи и трещин в асфальтобетонных покрытиях рекомендуется предъявлять повышенные требования к показателям сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетона, обосновывая их доступным методом в зависимости от расчетных условий эксплуатации.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Чёлушкин Илья Александрович,

Impact forces from the wheels when driving on a curved road sections on the formation of ruts in the asphalt concrete pavement. Part 1: Transverse force

According to the design standards, the estimated value of the velocity of a single vehicle is maintained throughout the route, including curved sections of road and pavement is calculated on short-term linear load. SNiP 2.05.02-85 it provides that the pavements at bus stops, on the way to the crossroads and intersections with the railway should be calculated as a multiple effect on the short-term load, and the long loading, taking a more powerful design. The calculation of non rigid road clothes with short-term effect of the load to be carried out on the strength of three criteria: an elastic deflection of the whole structure, shear resistance in the ground and soft layers of clothing, bending tensile layers of clothing from soil and stone materials processed inorganic binders. And the calculation takes into account only the longitudinal load distribution in the pavement, perceived from a moving wheel having a strictly predetermined diameter and profile (relatively hard tire). The thickness of the coating improved type should be used so that the current in its most intense zone of tensile stresses do not exceed permitted. However, during the operation, on curved track sections of roads is shown. This article discusses the reasons for the formation track on curves of small radius, because of the abrasion under the influence of lateral forces that arise from the movement of the wheels. To improve resistance to rutting and cracks in asphalt concrete pavement is recommended to demand higher performance and crack resistance of asphalt concrete shear stability, justifying their method available depending on the design conditions.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Влияние сил от колес автомобиля при движении по криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы»

Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №6 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-6 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/10KO615.pdf DOI: m.15862/10KO615 (http://dx.doi.org/10.15862/10KO615)

УДК 625.724

Чёлушкин Илья Александрович

Министерство транспорта и автомобильных дорог Самарской области

Россия, Самара1 Инженер E-mail: chelilja@gmail.com

Влияние сил от колес автомобиля при движении

в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы

1 443068, г. Самара, ул. Скляренко, д. 20

Аннотация. Согласно нормам проектирования, расчетная величина скорости одиночного автомобиля сохраняется на всем протяжении трассы, в том числе на криволинейных участках дороги, и дорожная одежда рассчитывается на кратковременную линейную нагрузку. Требованиями СНиП 2.05.02-85 предусматривается, что дорожные одежды на остановках общественного транспорта, на подходах к перекресткам дорог и к пересечениям с железной дорогой следует рассчитывать как на многократное действие кратковременной нагрузки, так и на продолжительное нагружение, принимая более мощную конструкцию. Расчет нежестких дорожных одежд при кратковременном действии нагрузки следует выполнять по трем критериям прочности: упругому прогибу всей конструкции, сопротивлению сдвигу в грунте и в слабосвязных слоях одежды, растяжению при изгибе слоев одежды из грунтов и каменных материалов, обработанных неорганическими вяжущими. И расчет учитывает только продольное распределение нагрузок в дорожной одежде, воспринимаемое от движущегося колеса, имеющего строго заданный диаметр и профиль (условно жесткие покрышки). Толщину покрытия усовершенствованного типа следует назначают так, чтобы действующие в его наиболее напряженной зоне растягивающие напряжения не превышали допускаемых. Однако, в процессе эксплуатации, на криволинейных участках дорог проявляется колея. В данной статье рассматривается причины образования колеи на кривых малого радиуса, образующихся из-за абразивного износа под действием боковых сил, возникающих от движения колеса.

Для повышения устойчивости к образованию колеи и трещин в асфальтобетонных покрытиях рекомендуется предъявлять повышенные требования к показателям сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетона, обосновывая их доступным методом в зависимости от расчетных условий эксплуатации.

Ключевые слова: колейность; движение автомобиля в повороте; движение колеса; центробежная сила; боковая сила; коэффициент сцепления.

Ссылка для цитирования этой статьи:

Чёлушкин И.А. Влияние сил от колес автомобиля при движении по криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/10KO615.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/10^615

Согласно рекомендациям [4], колея образуется в результате интенсивного движения транспортных средств при высокой температуре воздуха и покрытия летом и при повышенной влажности грунтов земляного полотна весной; недостаточной сдвигоустойчивости слоев асфальтобетонного покрытия или основания, а также грунтов активной зоны земляного полотна. При этом происходит истирание верхнего слоя покрытия в полосе наката, доуплотнение или переуплотнение слоев дорожной одежды (с разрушением щебня или без него), отслаивание или выкрашивание верхнего слоя, пластическое деформирование слоев дорожной одежды. Накопление остаточных деформаций и структурных разрушений может происходить в одном или сразу в нескольких слоях дорожной конструкции. Верхний слой покрытия расположен в зоне максимальных температурных воздействий и воспринимает наибольшую нагрузку от колес транспорта. Поэтому он подвержен деформациям в наибольшей степени и чаще других является причиной образования колеи. Любой из нижележащих слоев может также быть причиной образования колеи от деформации слоев дорожной одежды.

Как видно из обозримых источников, ни один не выявляет причины образования абразивной колеи на криволинейных участках дорог, в качестве причины указывая изменения характера влияния движения колеса при повороте автомобиля.

Для выявления причин образования колеи, выберем несколько участков дорог в г. Самара с явно выраженной колеей на криволинейных участках. На смежных прямых участках колея имеет не столь ярко выраженный характер, поэтому первопричины образования колеи, указанные в руководстве [4] не имеют решающее значение.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

1) Первый участок поворот ул. Ново-Садовая на перекрестке с ул. Л. Шмидта. (угол поворота а=40°, Rось=135 м) срок эксплуатации - 7 лет. Криволинейный участок ул. Ново-Садовая на перекрестке с ул. Л. Шмидта. Поперечный профиль дороги имеет уклон к внешней кромке половины проезжей части в виду безусловного отвода воды с проезжей части в сторону ул. Л. Шмидта. Колейность по полосам движения имеет яркое выражение на внутренней стороне проезжей части средней и прикромочной полосах движения, причем на средней - двухколлейная, на прикромочной - одноколейная, внешняя, причем простирающаяся после конца закругления на расстояние около 50 м (фото №1 и №2).

Фото 2. Фото автора статьи

Колея, прилегающей к осевой линии полосы движения внутренней половины проезжей части ввиду большого количества левоповоротного движения имеет не столь выраженный характер на криволинейном участке (крайний левый ряд на фото №1). Внешняя половина проезжей части дороги имеет выраженную колею на приосевой и средней полосах движения, обе - двухколейные, но на приосевой полосе движения наиболее выраженная колея находиться по внешнему радиусу поворота (фото №3 и №4).

Фото 4. Фото автора статьи

2) Второй участок поворот на ул. Ново-Садовая на перекрестке с ул. Новомайская. (угол поворота а=71°, Rось=105 м), срок эксплуатации покрытия - 7 лет. На

внутренней половине проезжей части колея ярко выражена на средней полосе движения (фото №5).

На внешней половине проезжей части колея образовалась на приосевой и центральной полосах движения (фото №6).

Фото 6. Фото автора статьи

3) Третий участок образования колеи ярко выражен на кольцевом пересечении ул. Гагарина и ул. Победы (угол поворота а=35°, Rось=13 м). Срок эксплуатации - 2 года, (фото №7 и №8)

Фото 8. Фото автора статьи

На данном криволинейном участке дороги наиболее заметна разница в колееобразовании. Из-за сложности поворота, средний ряд движения располагается наружным колесом на линии разметки 1.5, о чем свидетельствует ее состояние. Ширина линии нанесения 7,0 м от окружности

Перечисленные улицы в Самаре являются магистральными улицами регулируемого движения, являются наиболее загруженные в городе. Из вышеописанных ситуаций состояния дорожного покрытия, выявляется наличие силы, действующей в повороте при взаимодействии колес автомобиля с покрытием проезжей части зависящей от кинематики движения колеса автомобиля и геометрических параметров дороги. Расчетная скорость движения автомобилей: на ул. Ново-Садовая - 80 км/ч [9], кольцевого пересечения ул. Гагарина и ул. Победа - 30 км/ч [10].

Вычислив необходимые параметры плана автомобильной дороги, такие как длина круговой кривой (К), тангенс (Т), биссектриса (Б) и домер (Д), произведены дополнительные вычисления данных параметров для оси каждой полосы движения, с последующим занесением данных в таблицу №1.

Радиусами поворота на 1 -3 по полосам в табл. 1.1 также являются условными линиями прохождения центра масс автомобиля при движении по кривой.

Таблица 1.1

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Основные параметры плана рассматриваемых участков дороги (составитель - автор статьи)

полоса движения (нумерация от оси) угол поворота, град радиус поворота, м тангенс кривая, К Биссектриса, Б Дом^ Д

ул. Ново-Садовая/ул. Новомайская, Овраг Подпольщиков

ось 71 105 75.82 130.11 23.98 21.53

1 внутр. 71 103.25 74.56 127.95 23.58 21.17

2 внутр. 71 106.75 77.08 132.28 24.38 21.89

3 внутр. 71 110.25 79.61 136.62 25.18 22.60

3 наруж. 71 113.75 82.14 140.96 25.98 23.32

2 наруж. 71 110.25 79.61 136.62 25.18 22.60

1 наруж. 71 106.75 77.08 132.28 24.38 21.89

ул. Ново-Садовая/ул. Л. Шмидта

ось 40 135 49.14 94.25 8.66 4.02

1 внутр. 40 133.25 48.50 93.03 8.55 3.97

2 внутр. 40 129.75 47.23 90.58 8.33 3.87

3 внутр. 40 126.25 45.95 88.14 8.10 3.76

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

3 наруж. 40 143.75 52.32 100.36 9.23 4.29

2 наруж. 40 140.25 51.05 97.91 9.00 4.18

1 наруж. 40 136.75 49.77 95.47 8.78 4.08

ул. Гагарина/ул. Победы

радиус кольца 35 13 4.18 7.94 0.62 0.42

1 наруж. 35 14.75 4.75 9.01 0.71 0.48

2 наруж. 35 20 6.35 12.06 0.95 0.64

В данной таблице строки выделены цветом для лучшего восприятия и читаемости таблицы. Анализируя полученные данные, причина колееобразования на повороте не прослеживается.

Силы, действующие на автомобиль при движении в повороте.

При теоретическом расчете подопытным автомобилем будет ЛАДА переднеприводной компоновки, обутый в покрышки размерности 175/65R14. Автомобиль имеет следующие характеристики, необходимость которых затрагивается в статье:

• колесная база 2,47 м;

• колея передних колес 1,43 м, задних - 1,41 м;

• масса снаряженного автомобиля 1080 кг, распределение по осям (%) пер./зад -60/40;

• полная масса автомобиля 1555 кг, распределение по осям (%) пер./зад - 48/52;

• давление в шинах передние/задние (атм.): 2,0/2,0 (порожний); 2,0/2,2 (груженый).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Все функциональные возможности автомобиля передаются на покрытие через 4 колеса, и все силы, возникающие при движении автомобиля передаются на покрышки от контрольной точки - центр масс или центр тяжести (ц.т.) - 0,75 м (высота уровня горизонта луча света фар, применяем эту усредненную величину как для порожнего, так и для груженого автомобиля).

Для начала определим статический радиус колеса. Одним из определяющих факторов при проведении расчетов эксплуатационных свойств автомобиля является величина от центра колеса до опорной поверхности неподвижного колеса, нагруженного нормальной нагрузкой (вес неподвижного автомобиля). Строго говоря, учитывая, что шина эластична и при приложении нагрузки деформируется, эта величина представляет собой расстояние от центра колеса до хорды, однако в теории автомобиля эту величину принято называть статическим радиусом (гст) [5]. В технических данных часто величина статического радиуса не приводится, а вместо нее указывается маркировка шины. Очевидно, что если обозначить диаметр обода -ё, ширину профиля шины -В, процентное отношение высоты профиля шины к ее ширине (серия шины) - П, наружный диаметр шины - Б, то статический радиус определится как:

для шины 175/65R14:

Кстп=0.5*й+Х,*В*П/100=0.5*14*2.51+0.84*17.5*65/100=27Л25см=0,271м [1]

Х=0,84-коэффициент смятия (прогиба шины) колеса под под полной нагрузкой.

Кстс=0.5*й+Х,*В*П/100=0.5*14*2.51+0.88*17.5*65/100=27.125см=0,276м [2]

Х=0,88-коэффициент смятия (прогиба шины) колеса под под снаряженной массой. Нормальный прогиб шины обусловлен её деформацией не только в радиальном, но и в окружном и в поперечном направлениях. При этом 40% полной нагрузки сжатия шины затрачивается на деформацию её материала и 60% - на сжатие воздуха [5]; Данный статический радиус, если наложить на расчетную схему воздействия будет указывать рычаг приложения нагрузки от центра оси ступицы колеса до покрытия и центра тяжести автомобиля.

Вычисление длины окружности беговой дорожки шины производят по формуле [2]. При вычислении учитывается статический радиус колеса, без нагрузки, без учета внутреннего трения между слоями резины и проскальзывания колеса, т.е. за основу взяв внешний диаметр автошины.

Lокр=я*2Rр=я*2*(0,5*d+B*Ш100)=3Л4*(2*(14*2.51*0.5+17.5*65/100)=Ш.81см=1,818 м [3]

Для рассматриваемой покрышки статический диаметр колеса будет равен 27,125 см, а диаметр окружности 181,81 см.

Для вычисления длины пятна контакта воспользуемся формулой вычисления хорды окружности рассчитаем как основание равнобедренного треугольника [6]

L=V(а2 -Ь2)/2 (7),

где L- высота треугольника, 0,271...0,276 м (статический радиус);

а- сторона треугольника, полный радиус колеса, 0,2895 м;

^основание (длина пятна контакта);

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Ь1-для статического радиуса под полной массой, м;

Ь2-для статического радиуса под снаряженной массой, м.

Из формулы вычислим

Ы2=4*(а2-Ь2) (4) Ы2=4*(0.08381025-0.073441)=0.041477; Ь1=0.2036 м Ь22=4*(0,08381025-0,076176)=0,030537; Ь2=0.1747 м Площадь "хордового" пятна контакта колеса

81=Ь1*Б (5) 81=0.2036*0.175=0.0356 м2; 82=0.0306 м2

длина пятна контакта

Рис. 1. Схема вычисления площадки контакта колеса (рисунок автора статьи)

Но данная величина пятна контакта лишь "видимая глазу", которую можно наблюдать со стороны. Наиболее полно о пятне контакта говорит цифра давления воздуха в шине, и от него высчитывать площадь пятна контакта. Для испытуемого автомобиля давление в покрышке 2,0 атм.=202,65 кПа. Данную величину давления устанавливает завод-изготовитель.

Рассчитаем площадь пятна контакта для автомобиля со снаряженной и полной массами для переднего колеса Р=G/s (6), s=G/p

8Г=С/р=3.178/202.65=0.0156 м2 82 =0/р=3,661/202,65=0,0181 м2

Полученные результаты заносим в таблицу 1.2.

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (ноябрь - декабрь 2015)

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

Таблица 1.2

Основные характеристики автомобиля ВАЗ переднеприводной компоновки, исходя из нагрузок на покрытие

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

(составитель - автор статьи)

Полоса движения (нумерация от оси) Радиус поворота, м Центр тяжести автомобиля, высотный. м Масса автомобиля без нагрузки, кг Масса на переднюю ось, кг Нагрузка на переднюю ось, кН Нагрузка на одно колесо, кН Площадь контакта для переднего колеса под снаряженной массой, м2 Вес ав-томоби-ля, кН Давление на покрытие от переднего колеса, кПА Площадь пятна контакта исходя из давления колеса (2.0 атм), м2 Восстанавливающий момент кН/м (отношение веса к базе)

ул. Ново-Садовая/ул. Новомайская, Овраг Подпольщиков

ось 105

1 внутр. 103.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

2 внутр. 106.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

3 внутр. 110.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

3 наруж. 113.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

2 наруж. 110.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

1 наруж. 106.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

ул. Ново-Садовая/ул. Л. Шмидта

ось 135

1 внутр. 133.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

2 внутр. 129.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

3 внутр. 126.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

3 наруж. 143.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

2 наруж. 140.25 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

1 наруж. 136.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

ул. Гагарина/ул. Победы

окружность кольца 13

1 наруж. 14.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

2 наруж. 19.75 0.75 1080 648 6.357 3.178 0.0306 10.595 103.964 0.016 4.545

http://naukovedenie.ru 10ТО615

Движение автомобиля по кривой

В рассматриваемом случае, ведущие колеса - передние управляемые. В этом случае поворачивающий момент в тяговом режиме работы создается силами тяги передних управляемых колес (рис. 2).

Условие осуществления поворота автомобиля с передними ведущими колесами будет иметь вид:

Оф > Рк.

Разделив обе части неравенства на силу тяжести, приходящуюся на переднюю ось, получим:

Ф > Рк /Отлщ > f.

Рис. 2. Схема сил, действующих на управляемые колеса переднеприводного автомобиля

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

(источник - [5])

Поперечная устойчивость автомобиля на повороте

У автомобиля, движущегося с большой скоростью, потеря поперечной устойчивости (опрокидывание) может произойти при совершении им поворота.

При движении автомобиля с установившейся скоростью на повороте с радиусом Я на него действует центробежная сила Рс:

Р, -

Су2

дк

(7)

где V - скорость автомобиля; g - ускорение силы тяжести.

Действие результирующей центробежной силы Рс, приложенной к центру масс, создает опрокидывающий момент на плече hg высоты центра масс автомобиля относительно опорной поверхности. Если момент этой силы будет больше восстанавливающего момента от сил веса GВ/2 (рис. 3), то произойдет опрокидывание автомобиля, то есть:

СуЛ ^ СВ

дЯ 2

(8)

Откуда предельная допустимая (критическая) скорость движения автомобиля на повороте Укр определиться как:

(9)

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Рис. 3. Силы, действующие на автомобиль при его движении на повороте радиуса R

(источник - [5])

Период перехода автомобиля от прямолинейного движения к криволинейному движению на вираже сопровождается непрерывным изменением углового положения его продольной оси в плоскости дороги, что приводит к изменению центра О ¡и радиуса поворота Я. При этом происходит ускоренное вращение центра масс машины в горизонтальной плоскости относительно центральной точки задней оси О2. Вследствие этого возникает дополнительная центробежная сила Р'с. При входе машины в поворот направление действия этой силы такое же, что и силы Рс, а при выходе из поворота оно меняется на противоположное. Вследствие этого резкий поворот приводит к интенсивному росту суммарной силы Рх=Рс+Р'с, снижению поперечной устойчивости и потере управляемости машины.

Если во время поворота автомобиль начинает терять управляемость или резко накренился, то прервать этот процесс можно увеличением радиуса поворота, то есть выходом из поворота. Тогда инерционная сила Р'с будет действовать противоположно основной центробежной силе Рс и этим способствовать установлению устойчивости машины.

Занос автомобиля на повороте. Практика показывает, что в большинстве случаев скольжение автомобиля вбок при его повороте наступает прежде, чем опрокидывание. Предельная величина центробежной силы, которая может вызвать это скольжение, ограничивается силой сцепления шин с дорогой Рф = фG. Боковое скольжение автомобиля наступает при условии, когда:

Рс > ЛдИЛИ

(10)

Из последнего соотношения следует, что предельное допустимое значение скорости движения автомобиля на повороте по устойчивости против скольжения равно:

При движении автомобиля на повороте под действием центробежной силы нормальные к опорной поверхности реакции на его внутренних (по отношению к центру поворота) колесах уменьшаются, а на внешних - увеличиваются. Составим уравнение статики при левом повороте автомобиля.

Рис. 4. Схема для расчета вертикальных сил (рисунок с источника [11] с редакцией

автором статьи)

Центробежная сила рассчитана для прохождения по каждому радиусу поворота и внесена в таблицу 1. Также проведены необходимые расчеты по определению скорости, и веса, приходящегося на переднюю ось.

Следуя схеме, составим уравнение статики, найдём момент сил, действующих на автомобиль, старающихся его опрокинуть вокруг точки опоры колеса.

Силы, действующие вдоль оси Z

Fnv.i-Ggv+Fnv.a=0 Fnv.i=Ggv-Fnv.a

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Моменты сил, действующие на автомобиль, старающиеся его опрокинуть

0В*0.715-Рп^*1.4^ЦС*0.75=0

(12) (13)

Рпу.а- и вычисленные значения Fnv.a и Fпv.i подставим в таблицу

1.3.

Из полученных отношений, вычислим распределение боковых сил, численной равных отношению вертикальных нагрузок.

Fцс=Fsv.i+Fsv.a, а из полученного выражения найдем значение коэффициента сцепления, определяемого как отношение боковой силы к нагрузке. И полученные значения заносим в таблицу 1.3 и 1.3 а.

Таблица 1.3

Характеристики сил, девствующих на колесо (составитель - автор статьи)

полоса движения (нумерация от оси) радиус поворота, м(линия движения Ц.Т. авто) Расчетная скорость, км/ч Расчетная скорость, м/с центробежная сила, кН предельная скорость движения в повороте до опрокидывания, м/с Вертикальная нагрузка на внутреннее (разгруженное колесо в повороте), кН Вертикальная нагрузка на внешнее (загруженное колесо в повороте), кН Отношение загруженного колеса к разгруженному) Боковая сила на внутреннем колесе, кН Боковая сила на внешнем колесе, кН

ул. Ново-Садовая/ул. Новомайская, Овраг Подпольщиков

ось 105

1 внутр. 103.25 80.0 22.2 5.17 22.950 1.661 4.696 2.826 0.914 2.583

2 внутр. 106.75 80.0 22.2 5.00 23.336 1.711 4.646 2.715 0.920 2.498

3 внутр. 110.25 80.0 22.2 4.84 23.715 1.758 4.599 2.617 0.924 2.419

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

3 наруж. 113.75 80.0 22.2 4.69 24.089 1.801 4.556 2.529 0.927 2.344

2 наруж. 110.25 80.0 22.2 4.84 23.715 1.758 4.599 2.617 0.924 2.419

1 наруж. 106.75 80.0 22.2 5.00 23.336 1.711 4.646 2.715 0.920 2.498

ул. Ново-Садовая/ул. Л. Шмидта

ось 135

1 внутр. 133.25 80.0 22.2 4.00 26.072 2.003 4.354 2.174 0.921 2.001

2 внутр. 129.75 80.0 22.2 4.11 25.727 1.971 4.386 2.225 0.924 2.055

3 внутр. 126.25 80.0 22.2 4.22 25.378 1.938 4.419 2.281 0.926 2.112

3 наруж. 143.75 80.0 22.2 3.71 27.079 2.089 4.268 2.043 0.908 1.855

2 наруж. 140.25 80.0 22.2 3.80 26.748 2.062 4.295 2.084 0.913 1.901

1 наруж. 136.75 80.0 22.2 3.90 26.412 2.033 4.324 2.127 0.917 1.950

ул. Гагарина/ул. Победы

окружность кольца 13

1 наруж. 14.75 30.0 8.3 5.08 8.674 1.685 4.672 2.773 0.917 2.542

2 наруж. 20 30.0 8.3 3.75 10.101 2.077 4.280 2.061 0.910 1.875

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

http://naukovedenie.ru 10ТО615

Таблица 1.3а

Характеристики сил, девствующих на колесо автомобиля (составитель - автор статьи)

полоса движения (нумерация от оси) радиус поворота, м Расчетная скорость, км/ч Коэффициент сцепления, рассчитанный (автомобильный) предельная скорость, исходя из коэффициента сцепления, км/ч

ул. Ново-Садовая/ул. Новомайская, Овраг Подпольщиков

ось 105

1 внутр. 103.25 80.0 0.550 85.260

2 внутр. 106.75 80.0 0.538 85.715

3 внутр. 110.25 80.0 0.526 86.148

3 наруж 113.75 80.0 0.515 86.561

2 наруж 110.25 80.0 0.526 86.148

1 наруж 106.75 80.0 0.538 85.715

ул. Ново-Садовая/ул. Л. Шмидта

ось 135

1 внутр. 133.25 80.0 0.460 88.541

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

2 внутр. 129.75 80.0 0.469 88.220

3 внутр. 126.25 80.0 0.478 87.886

3 наруж 143.75 80.0 0.435 89.427

2 наруж 140.25 80.0 0.443 89.144

1 наруж 136.75 80.0 0.451 88.849

ул. Гагарина/ул. Победы

окружность кольца 13

1 наруж 14.75 30.0 0.544 32.054

2 наруж 20 30.0 0.438 33.489

Выводы

Сопоставляя расчетные данные с фактическим состоянием и наличием колеи на покрытии рассматриваемых участков дороги, можно сделать предварительные выводы:

Угол поворота дороги не влияет на колееобразование, влияние оказывает только характер движения автомобиля исходя из параметров плана дороги и скорости движения самого автомобиля.

Колея наблюдается на участках, где коэффициент сцепления, рассчитанный из параметров сил, действующих на колесо автомобиля минимум на 10% выше от величины требуемого по нормативам при сдаче в эксплуатацию (0,44).

Процесс образования колеи связан с взаимодействием шины и покрытия непосредственно в пятне контакта, в связи с увеличением действия боковых сил на колесо.

Полученный анализ показывают, что на участках с фактическим образованием колеи, необходимо повышать коэффициент сцепления по предпосылкам обеспечения устойчивости автомобиля в повороте исходя из скорости движения последнего не только по критериям исключения заноса и опрокидывания, но и по воздействию боковых сил от колеса на покрытие.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

ЛИТЕРАТУРА

1. ВСН 46-83 Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа, Минтрансстрой, Москва, «Транспорт», 1985.

2. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги, М.: Минстрой России, ГУП ЦПП, 1997.

3. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*, М.: Госстрой России, 2012.

4. ОДМ Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. Росавтодор, N ОС-556-р от 24.06.2002.

5. В.М. Фомин. ТЕОРИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ Российский университет дружбы народов. Кафедра эксплуатации автотранспортных средств автомобили, М. 2008.

6. Техническая физика "О сопротивлении качению пневмоколес", Материалы научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты в развитии и подготовка кадров», посвященной 145-ти летию МГТУ «МАМИ», Москва, 17.11.2010 г.

7. Электронный ресурс формул http://www-formula.ru/index.php/2011-10-09-11-08-41.

8. А.Ш. Хусаинов ВВ. Селифонов конспект лекций "ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ", ГОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет», Ульяновск, 2008, 191 с.

9. СНиП 2.07.01-89* Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений, Москва, М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2002.

10. Методические указания по проектированию кольцевых пересечений автомобильных дорог, Москва «Транспорт», 1980.

11. Титоренко Д.Н. «Теория движения колеса». Электронный журнал «Автоспециалист+» http://appo-jurn.narod.rU/olderfiles/1/11_Teoriya_dvizheniya_ kolesa.pdf.

Рецензент: Овчинников Илья Игоревич, эксперт «Поволжского отделения Российской академии транспорта», советник РАТ, кандидат технических наук, доцент.

Chelushkin Ilja Alexandrovich

Ministry of transport Samara region Russia, Samara E-mail: chelilja@gmail.com

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Impact forces from the wheels when driving on a curved road sections on the formation of ruts in the asphalt concrete pavement. Part 1: Transverse force

Abstract. According to the design standards, the estimated value of the velocity of a single vehicle is maintained throughout the route, including curved sections of road and pavement is calculated on short-term linear load. SNiP 2.05.02-85 it provides that the pavements at bus stops, on the way to the crossroads and intersections with the railway should be calculated as a multiple effect on the short-term load, and the long loading, taking a more powerful design. The calculation of non rigid road clothes with short-term effect of the load to be carried out on the strength of three criteria: an elastic deflection of the whole structure, shear resistance in the ground and soft layers of clothing, bending tensile layers of clothing from soil and stone materials processed inorganic binders. And the calculation takes into account only the longitudinal load distribution in the pavement, perceived from a moving wheel having a strictly predetermined diameter and profile (relatively hard tire). The thickness of the coating improved type should be used so that the current in its most intense zone of tensile stresses do not exceed permitted. However, during the operation, on curved track sections of roads is shown. This article discusses the reasons for the formation track on curves of small radius, because of the abrasion under the influence of lateral forces that arise from the movement of the wheels.

To improve resistance to rutting and cracks in asphalt concrete pavement is recommended to demand higher performance and crack resistance of asphalt concrete shear stability, justifying their method available depending on the design conditions.

Keywords: rut; drive the vehicle in a turn; the wheels; the centrifugal force; lateral force; friction coefficient.

REFERENCES

1. VSN 46-83 Instruktsiya po proektirovaniyu dorozhnykh odezhd nezhestkogo tipa, Mintransstroy, Moskva, «Transport», 1985.

2. SNiP 2.05.02-85 Avtomobil'nye dorogi, M.: Minstroy Rossii, GUP TsPP, 1997.

3. SP 34.13330.2012 Avtomobil'nye dorogi. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.05.02-85*, M.: Gosstroy Rossii, 2012.

4. ODM Rekomendatsii po vyyavleniyu i ustraneniyu koley na nezhestkikh dorozhnykh odezhdakh. Rosavtodor, N OS-556-r ot 24.06.2002.

5. V.M. Fomin. TEORIYa EKSPLUATATslONNYKh SVOYSTV AVTOMOBILEY Rossiyskiy universitet druzhby narodov. Kafedra ekspluatatsii avtotransportnykh sredstv avtomobili, M. 2008.

6. Tekhnicheskaya fizika "O soprotivlenii kacheniyu pnevmokoles", Materialy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii AAI «Avtomobile- i traktorostroenie v Rossii: prioritety v razvitii i podgotovka kadrov», posvyashchennoy 145-ti letiyu MGTU «MAMI», Moskva, 17.11.2010 g.

7. Elektronnyy resurs formul http://www-formula.ru/index.php/2011-10-09-11-08-41.

8. A.Sh. Khusainov V.V. Selifonov konspekt lektsiy "TEORIYa AVTOMOBILYa", GOU VPO Ul'yanovskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet», Ul'yanovsk, 2008, 191 s.

9. SNiP 2.07.01-89* Gradostroitel'stvo. Planirovka i zastroyka gorodskikh i sel'skikh poseleniy, Moskva, M.: Gosstroy Rossii, GUP TsPP, 2002.

10. Metodicheskie ukazaniya po proektirovaniyu kol'tsevykh peresecheniy avtomobil'nykh dorog, Moskva «Transport», 1980.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

11. Titorenko D.N. «Teoriya dvizheniya kolesa». Elektronnyy zhurnal «Avtospetsialist+» http://appo-jurn.narod.ru/olderfiles/1/11_Teoriya_dvizheniya_kolesa.pdf.