Скорость и методы ее оценки

<19 202122 23 24 25 >

Фактическая скорость на дороге служит интегральным показателем состояния (показателем ТЭС АД) и транспортно-эксплуатационным показателем дороги (ТЭП АД), от которого зависят все показатели эффективности работы автомобильного транспорта (ТЭП АТ).

Основываясь на этом свойстве скорости как главном обобщающем показателе, разработана методика комплексной оценки технического уровня и эксплуатационного состояния дорог по коэффициенту обеспеченности расчетной скорости Для определения указанного коэффициента [(см. формулу (6.3)] необходимо получить значение максимально возможной или максимально допустимой по условиям безопасности скорости одиночного легкового автомобиля. Максимальную скорость можно получить расчетно-аналитическим или экспериментальным методом. Эти скорости могут быть получены непосредственным измерением:

а) измеряют скорость одиночных легковых автомобилей типа ГАЗ-24 «Волга», ВАЗ «Жигули», «Москвич» (при свободных условиях движения) или скорость этих автомобилей, едущих во главе группы автомобилей (при частично связанных условиях движения). Для получения объективных данных необходимо не менее 30 замеров в каждом створе. На основе измерений строят кумулятивные кривые распределения скоростей, а за фактическую максимальную принимают скорость легкового автомобиля 85%-ной обеспеченности;

б) измеряют скорость всех автомобилей (легковых и грузовых) и строят кумулятивные кривые распределения скоростей транспортного потока, а за фактическую максимальную принимают скорость 95%-ной обеспеченности (рис. 6.2). Средняя скорость потока соответствует 50%-ной обеспеченности;

Рис. 6.2. Кумулятивные кривые распределения скоростей по уровню обеспеченности:

1 - грузовые автомобили; 2 - транспортный поток; 3 - легковые автомобили

в) для предварительной и ориентировочной оценки допускается определять максимальную скорость методом следования за лидером. При этом скорость на каждом километре и характерном участке определяют по спидометру легкового автомобиля, который движется за одиночным или головным автомобилем. На каждом участке производят не менее трех-четырех проездов, по которым определяют среднюю скорость. Фактическую максимальную скорость принимают на 10-20% выше средней из этих замеров. Получив значения фактической максимальной скорости на каждом участке в каждый характерный период года, определяют эксплуатационный коэффициент обеспеченности расчетной скорости и сравнивают его с допустимым (см. п. 6.7).

Для оценки технико-экономических показателей дороги определяют среднюю скорость свободного движения и среднюю скорость транспортного потока. На дорогах IV и V категорий, а также на значительной части дорог III категории, где уровень загрузки не превышает 0,2, средняя скорость свободного движения и средняя скорость транспортного потока практически совпадают.

Средняя скорость свободного движения по результатам измерения скоростей автомобилей

(6.20)

где n - число автомобилей, для которых измерены скорости; v_i – мгновенная скорость 1-го автомобиля на данном участке, км/ч.

С увеличением интенсивности движения скорость транспортного потока снижается и тем больше, чем больше в потоке грузовых автомобилей, автобусов и автомобильных поездов.

Как показывают исследования, все значения скорости связаны одной зависимостью (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Связь между максимальной и средней скоростями:

а - границы доверительного интервала; б - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; 1, 2 - доля значений скорости, лежащих ниже и выше границ доверительного интервала; 3, 4 - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; a₁, а₂ - нижняя и верхняя границы доверительного интервала; I_а - доверительный интервал

Так, средняя скорость свободного движения [5]

(6.21)

где v_ф_max - максимально возможная или безопасная обеспеченная скорость одиночного легкового автомобиля на данном участке при фактическом ее состоянии; t – функция доверительной вероятности, или гарантийный коэффициент; σ_v_ф – среднее квадратичное отклонение скорости свободного транспортного потока.

Значения t зависят от доверительной вероятности при одностороннем ограничении:

Доверительная вероятность, %				99,85
Расчетное значение t	1,04	1,28	1,64	3,0

Средняя скорость транспортного потока

(6.22)

где Δv - снижение скорости автомобилей под воздействием интенсивности и состава транспортного потока: (6.23)

α - коэффициент, учитывающий влияние интенсивности движения; β - коэффициент, учитывающий состав транспортного потока (численно равен доле грузовых автомобилей, автобусов и автомобильных поездов, движущихся по полосе); N - интенсивность движения, авт./сут (для автомобильных магистралей принимается по каждому направлению отдельно).

Значения Δv зависят от интенсивности и состава движения (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Влияние интенсивности и состава движения на снижение средней скорости:

а - на двухполосных дорогах; б - на четырехполосных автомобильных магистралях с разделительной полосой

Таким образом, общая зависимость, связывающая различные значения скоростей автомобилей на дороге,

(6.24)

или

(6.25)

Среднее квадратичное отклонение:

при n > 30 ;(6.26)

при n < 30 ,(6.27)

где х - измеренное значение скорости, км/ч; - среднеарифметическая скорость из всех измеренных значений, км/ч; n – число измерений.

При отсутствии непосредственных измерений максимальную скорость на каждом характерном участке можно определить аналитически исходя из требований к геометрическим параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристикам. Основной задачей при этом является обязательный учет влияния метеорологических факторов на состояние дороги, взаимодействие автомобиля с дорогой и восприятие водителем условий движения.

В этом случае необходимые для определения средней скорости транспортного потока значения среднего квадратичного отклонения

(6.28)

Значения а₀ и b приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Характеристики дороги	Расчетные значения а₀ и b при определении среднего квадратичного отклонения
σ_max	σ_ср	σ_min
а₀	b	а₀	b	а₀	b
Двухполосная Автомобильная магистраль с разделительной полосой	3,5	0,001 0,00068	3,0	0,0008 0,00056	2,5	0,0006 0,00041

Максимальные значения σ_v принимают для двухполосных дорог при наличии в потоке более 70% грузовых автомобилей, автобусов и автомобилей с прицепами; минимальные – если их менее 40%. Для автомобильных магистралей максимальные значения принимают для правой крайней полосы, минимальные – для левой.

В результате обработки измерений или вычислений для каждого участка дороги и характерного ее состояния получают фактические максимальные скорости, коэффициент обеспеченности расчетной скорости и среднюю скорость транспортного потока, строят линейные графики или эпюры указанных показателей. Для автоматизированного расчета коэффициентов обеспеченности расчетной скорости и построения эпюры в Гипродорнии разработан комплекс программ на ЭВМ (программы ВАЕМ-С). Программы модифицированы в двух вариантах: ВАЕМ-С-1 – для дорог I категории и ВАЕМ-С-2 – для II-IV.

На каждом участке из всех оцениваемых параметров дороги, влияющих на скорость, принимают К_р.с по тому параметру, который дает меньшее значение. Например, если кривая малого радиуса в плане совпадает с крутым подъемом, то для летнего и переходных периодов К_р.сможет быть принята по схеме расчета скорости на кривой малого радиуса, а для зимнего периода при наличии рыхлого снега на покрытии – по схеме преодоления подъема.

На наиболее сложных участках целесообразно проверить условия движения автомобилей в период наиболее опасных метеорологических факторов. Для этого по расчетным схемам и графикам (рис. 6.5) определяют максимальные скорости и значения К_р.с для каждого метеорологического фактора (см. п. 6.4).

Рис. 6.5. Линейный график коэффициентов обеспеченности расчетной скорости, выдаваемой ЭВМ:

1 - летний период; 2 - осенне-весенний период; 3 - зимний период

Для определения средней и среднегодовой скоростей по всей дороге (маршруту) вначале определяют среднюю скорость транспортного потока на каждом i-м участке в течение всего года

(6.29)

где - средние скорости транспортного потока в обоих направлениях на данном участке при сухом, мокром и заснеженном покрытиях, снежном накален гололеде, определенные по формулам (6.24) и (6.25); T_сух, Т_м, Т_сн, Т_сн _н, Т_г - продолжительность сухого, мокрого и заснеженного покрытий, снежного наката и гололеда, дни (см. п. 4.3).

Среднегодовая средневзвешенная скорость транспортного потока в целом по дороге

(6.30)

где k - число характерных участков; l_i – длина каждого характерного участка, км; L – общая длина дороги, км.

Таким образом, изложенная методика устанавливает неразрывную связь между расчетной скоростью, максимальной скоростью в реальных дорожных и метеорологических условиях, средней скоростью свободного движения и средней скоростью транспортного потока на каждом участке и на дороге в целом, что позволяет решать многие теоретические и практические задачи эксплуатации дорог.

5.23 Влияние параметров и состояния дороги на обеспеченность расчетной скорости

Задача оценки степени влияния отдельного параметра на скорость движения состоит в том, чтобы установить механизм этого влияния и физический смысл, выбрать расчетную схему и дать математическое описание, позволяющее определить максимальную скорость расчетного автомобиля.

Влияние ширины укрепленной поверхности дороги на обеспеченность расчетной скорости оценивают исходя из понятия «ширина психологического коридора», предложенного в [4, 5]. Психологический коридор-ширина дороги, которая оказывает психологическое воздействие на водителя при выборе траектории и режима движения (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Расчетная схема для определения ширины укрепленной поверхности при встречном движении:

B₁ - ширина укрепленной поверхности; В₂– ширина психологического коридора

Общая ширина психологического коридора

(6.31)

Сокращение ширины укрепленной поверхности дороги приводит к сужению психологического коридора. Вместе с этим снижается и скорость в зависимости от интенсивности движения. С учетом этих факторов предложены расчетные формулы для определения максимальной скорости и коэффициента обеспеченности базовой расчетной скорости:

(6.32)

(6.33)

где К₁ и К₂ – коэффициенты, учитывающие интенсивность и расчетную схему движения; В_п– минимальная ширина психологического коридора для различных расчетных схем, м.

Расчетные формулы, значения К₁, К₂, и В_п, а также пределы их применимости приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Расчетная схема	Расчетные формулы	Границы применения по интенсивности движения, физич. авт./сут
летом	в пере-ходные периоды	зимой
1. Свободное движение одиночного автомобиля 2. Движение в частично связанном потоке на двухполосной проезжей части при интенсивности, авт./сут а) 500-1500 б) 1500-4200 3. Движение при интенсивном встречном потоке на двухполосной проезжей части 4. Движение на трехполосной проезжей части: а) при полной разметке б) при отсутствии разметки 5. Движение на проезжей части одного направления четырехполосной автомобильной магистрали с разделительной полосой, м: а) более 5 б) до 5		<700 700- 1500- >4200 >6000 >7000 <15000 <12000	<600 600- 1200- >3600 >6000 >6000 <12000 <10000	<600 500- 1000-" >30О0 >5000 >6000 <12000 <10000

Для определения обеспеченной скорости необходимо иметь данные о фактически используемой ширине укрепленной поверхности дороги В_1ф т.е. ширине чистой проезжей части и краевых укрепленных полос. При отсутствии данных непосредственных измерений она может быть вычислена по формуле (4.10). Ширину полос загрязнения b₃ принимают по табл. 6.3.

Таблица 6.3

Вид укрепления обочины	b_загр, м, в зимний период	b_з, м, в осенне-весенний период
на прямых участках и на кривых в плане радиусом более 600 м при высоте насыпи больше Н_п	на кривых в плане радиусом 200-600 м при высоте насыпи больше Н_п	на снегозано-симых участках, на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, пара-петами	на прямых уча-стках и на кри-вых в плане ра-диусом более 200 м	на кривых в плане R= 200 м и на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, парапетами
Слой щеб-ня или гра-вия Засев трав Обочины не укреплены Бордюр высотой, h, м	0,2 - 0,4 0,4 - 0,5 0,2 - 0,75 0,4 - 1,0 0,2 - 0,75 0,4 - 1,0 (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,3 - 0,50 0,5 - 1,0 0,3 - 0,50 0,6 – 1,2 0,4 – 0,6 1,2 – 1,8 (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,3 – 0,5 0,6 – 1,2 0,3 – 0,5 1,2 – 1,8 0,4 – 0,6 1,2 – 2,0 (3 ÷ 8) h (6 ÷ 12) h	0,1 – 0,3 0,2 – 0,4 0,1 – 0,3 0,4 – 0,6 0,1 – 0,5 0,6 – 0,8 3h 6h	0,1 – 0,3 0,3 – 0,5 0,1 – 0,3 0,5 – 1,0 0,1 – 0,5 1,0 – 1,5 3h 6h

Примечания. 1. В числителе - для дорог I и II категорий, в знаменателе - для III и IV категорий.

2. Ширина полосы загрязнения зависит от оснащения дорожных организаций машинами для содержания дорог. При оснащении, равном 100 % нормативной потребности, ширину полосы загрязнения принимают минимальной, при 60-70 % оснащенности принимают средние значения, а при оснащении менее 50 % - максимальные.

3. При устройстве на обочинах покрытия шириной более 1,5 м из асфальто-, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, сокращение ширины укрепленной поверхности не происходит.

4. Н_п– толщина снежного покрова.

Влияние ширины и типа укрепления обочины на скорость до определенной степени соизмеримо с влиянием ширины укрепленной поверхности дороги. Однако расчетных формул для оценки этого влияния нет. Установлено, что наибольшее влияние оказывает вид и состояние обочины шириной до 1,5 м от кромки проезжей части [3, 5]. Обработка экспериментальных наблюдений позволила получить зависимость К_р.с от ширины обочин (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Влияние ширины и типа укрепления обочин на коэффициент обеспеченности расчетной скорости:

1 - обочина укреплена цементобетоном, асфальтобетоном или каменными материалами, обработанными вяжущими; 2 - обочина, укрепленная слоем щебня или гравия; 3 - то же засевом трав; 4 - обочина не укреплена

Влияние состава транспортного потока на коэффициент обеспеченности расчетной скорости объясняется тем, что поток автомобилей, движущихся по соседней полосе, оказывает психологическое воздействие на водителя не только как боковая помеха, что учитывается при оценке ширины укрепленной поверхности. Вместе с боковыми помехами возникают помехи и на полосе движущегося автомобиля (продольные помехи) за счет автомобилей, выходящих на обгон из встречного потока. Известно, что число обгонов возрастает с увеличением интенсивности и особенно разнородности транспортного потока.

Влияние состава и интенсивности транспортного потока на продольные помехи для движения учитывают введением поправки

(6.34)

где ψ - коэффициент, учитывающий движение по встречной полосе, а для многополосных дорог - по соседней полосе (для двухполосных дорог - 0,7-0,9, многополосных - 0,8-0,9).

Совместное влияние ширины укрепленной поверхности, интенсивности и состава движения

(6.35)

Влияние продольного уклона на обеспеченность расчетной скорости оценивают для наиболее характерного (расчетного) состояния покрытия в зимний и осенне-весенний периоды, каждое из которых характеризуется коэффициентами сопротивления качению и сцепления.

Различают три расчетные схемы при оценке влияния продольного уклона: а) возможная скорость на подъеме по динамическим характеристикам автомобиля; б) то же по соотношению сил сцепления и сопротивления движению; в) скорость, допустимая на спуске по условиям безопасности в зависимости от видимости поверхности дороги и коэффициента сцепления.

Максимальная скорость автомобиля на горизонтальном участке и на подъеме может быть определена по динамической характеристике автомобиля (рис. 6.8) из условия

D = i + f_v. (6.36)

Рис. 6.8. График динамических характеристик автомобиля ГАЗ-24 «Волга». Кривые сверху вниз - соответственно I, II, III и IV передачи

Сложность заключается в необходимости учитывать изменение сопротивления качению с увеличением скорости. Поэтому задачу решают итерационным методом.

Пример.Определить К_р.с при движении на подъем с уклоном 30‰ на участке дороги II категории с асфальтобетонным покрытием. Сопротивление качению при скорости 20 км/ч составляет 0,01; 0,02 и 0,03 соответственно для сухого состояния летом, мокрого осенью и покрытого рыхлым снегом толщиной 10 мм зимой. Начинаем расчет суммы дорожных сопротивлений исходя из расчетной скорости для дорог II категории, равной 120 км/ч. Сопротивление качению при этой скорости для летних условий

Соответственно для осени и зимы будет 0,045 и 0,055.

Требуемый динамический фактор для летних условий

D = i + f_v= 0,030 + 0,035 =0,065

Откладывая это значение на графике динамической характеристики (см. рис. 6.8), находим, что ей соответствует скорость 120 км/ч.

Коэффициент обеспеченности расчетной скорости

К_р.с = 120/120 = 1,0.

Для осенне-весеннего периода при скорости 120 км/ч требуемый динамический фактор D = 0,075. Откладывая эту цифру на графике динамической характеристики, получим соответствующую ей скорость, равную 110 км/ч, а К_р.с = 0,92. Для зимнего периода требуемый динамический фактор составит 0,085. Соответствующая ему скорость равна 85 км/ч, т. е. значительно меньше, чем принята в расчете. Зададимся скоростью 95 км/ч и проверим требуемый D, повторив расчет,

f_v = 0,03 + 0,00025(95 - 20) = 0,051,

требуемый динамический фактор 0 = 0,03 + 0,051 =0,081.

Ему соответствует скорость около 98 км/ч, т. е. разница между предполагаемой и фактической менее 5%.

К_р.с = 98/120 = 0,82.

Аналогично можно определить максимальную скорость при движении на подъем для различных состояний покрытия из уравнения мощностного баланса автомобиля, решая его относительно скорости.

Однако скорость, получаемая по тяговой характеристике или мощностному балансу двигателя, далеко не всегда может быть реализована из-за соотношения сил сопротивления качению и сил сцепления особенно при движении на подъем. Скорость, возможную по этим условиям, определяют по формуле (3.17). Затем из скоростей, полученных по тяговым характеристикам автомобиля, и из соотношения сил сопротивления качению и сцепления выбирают меньшее значение и принимают в расчет. Зависимость К_р.с от продольного уклона приведена на рис. 6.9, а.

Рис. 6.9. Зависимость коэффициента обеспеченности расчетной скорости от продольного уклона и состояния покрытия:

а - движение на подъем; б - то же на спуск с видимостью 200 м; 1 - сухое чистое; 2 – мокрое чистое; 3 - мокрое загрязненное; 4 - уплотненный снег; 5 - слой рыхлого снега до 10 мм; 6 - тоже 10-20 мм; 7 - то же 20-40 мм; 8 - то же 40-60 мм; 9 - гололед

Анализ расчетов показывает, что при движении по заснеженному или обледенелому покрытию скорость чаще ограничена не тяговыми характеристиками автомобиля, а именно соотношением сцепных качеств и сопротивления качению. Максимальная допустимая скорость автомобиля на спуске может быть определена из формулы видимости поверхности дороги при внезапном торможении

(6.37)

где v - начальная скорость автомобиля, км/ч; К_э - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов (для легковых автомобилей - 1,2, для грузовых - 1,3-1,4, при скорости более 90-100 км/ч принимают 2,4); t - время реакции водителя, с (равно 1); l₀ - расстояние безопасности перед препятствием, м (5-10).

Из этого уравнения для принятой видимости определяют максимально допустимую скорость на спуске. В уравнение входят два основных показателя, характеризующих условия движения: видимость и коэффициент сцепления, что позволяет определять их совместное воздействие при различных сочетаниях. Сложность точного решения заключается в том, что коэффициенты сцепления и сопротивления качению, входящие в формулу, изменяются с изменением скорости. Поэтому точное решение можно получить методом итерации. Результаты такого расчета при видимости поверхности дороги 200 м приведены на рис. 6.9, б. Анализ полученных результатов показывает, что высокую скорость на спуске можно обеспечить только на сухом чистом покрытии.

Влияние видимости поверхности дороги оценивают по тому же прин ципу, как и оценку скорости на спуске, решая уравнение (6.37) для горизонтального участка дороги при различных состояниях (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Зависимость коэффициента обеспеченности расчетной скорости от расстояния видимости поверхности дороги S и состояния покрытия (обозначения см. рис. 6.9)

Влияние радиуса вертикальных выпуклых кривых оценивают также исходя из необходимого тормозного пути перед препятствием

,(6.38)

где R_вып– радиус вертикальной выпуклой кривой, м.

На кривых в плане максимальная обеспеченная скорость с учетом состояния покрытия и уклона виража (км/ч)

,(6.39)

где R - радиус кривой, м; φ₂ - коэффициент поперечного сцепления [(0,6 ÷ 0,8) φ]; i_в - уклон виража, тысячные доли.

Поскольку сцепление зависит от скорости движения, решение этого уравнения выполняют итерационным методом.

Влияние коэффициента сцепления на обеспеченную скорость оценивают, решая уравнение (6.37) относительно скорости при принятом значении видимости и коэффициента сцепления (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Зависимость коэффициента обеспеченности расчетной скорости от сцепных качеств покрытия (цифры на кривых расстояния видимости поверхности дороги)

Влияние ровности на максимальную скорость определяют в случае измерения ровности S_с (см/км) установкой ПКРС по формуле [3]

(6.40)

При измерении ровности толчкомером максимальную скорость определяют по формуле проф. В. М. Сиденко

(6.41)

Влияние прочности дорожной одежды на обеспеченную скорость оценивают исходя из зависимости динамики изменения ровности покрытия в процессе эксплуатации от начальной ровности в момент сдачи дороги в эксплуатацию и от прочности дорожной одежды (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Зависимость коэффициента обеспеченности расчетной скорости от прочности дорожной одежды и интенсивности движения при начальной ровности S_н = 25 см/км по толчкомеру

Указанные зависимости, установленные канд. техн. наук М. С. Коганзоном, дают возможность получить значения обеспеченной скорости на оснований требуемой и фактической прочности, коэффициента запаса прочности дорожной одежды и срока ее службы.

5.24 Учет интенсивности движения и оценка уровня загрузки дороги движением на периодах года…

Для решения задач организации дорожного движения, назначения и выбора мероприятий по содержанию и ремонту автомобильных дорог дорожная служба должна систематически изучать, накапливать и анализировать данные о дорожном движении на участках в различные периоды года. Изучение сводится к сбору следующей информации: по интенсивности, составу и скорости движения транспортных потоков, распределению транспортных средств по длине дороги в разные периоды года, недели и суток от осевых нагрузок автомобилей. Существует несколько методов проведения учета интенсивности движения.

Сплошной метод предусматривает (на данном участке) непрерывное во времени изучение дорожного движения. При этом ведут сплошное почасовое изучение в течение 24 ч и аналогично посуточно для недели, месяца, сезона, годового периода. Это самый надежный, но самый трудоемкий и дорогой метод учета.

Выборочный метод, когда характеристики потока фиксируют и оценивают только на отдельных учетных пунктах или только в определенное время.

Выборочный компенсаторный метод состоит в том, что число, место и продолжительность учета движения назначают по правилам, основанным на законах теории вероятности и математической статистики, а затем после обработки получают (восстанавливают) интенсивность движения на всех учетных пунктах за сутки, неделю или другой отрезок времени.

Подсчет транспортных средств, проходящих по автомобильным дорогам, производится автоматическими приборами (счетчиками) или визуально.

При прогнозе интенсивности движения по дорогам различной категории на короткий срок (2-5 лет) используют линейную зависимость

N_T = N₀(l+qT),

где N_o - интенсивность в начальный, базовый, год; q - средний темп роста интенсивности за последние 8-15 лет; Т – прогнозируемый год.

Прогноз движения на дорогах III-V категорий на более продолжительный период (до 20 лет) возможен на основе выражения

N _T=N₀(1+q/100)^T^-1

Среднегодовой темп роста в стране колеблется от 0,01 до 0,04, в редких случаях до 0,07 и существенно зависит от наличия промышленности в Данном районе, численности населения, плотности сетидорог.

<19 202122 23 24 25 >

Дата добавления: 2021-09-07; просмотров: 450;

Поиск по сайту

Узнать еще