Wpływ mechaniki ruchu pojazdów na parametry projektowo - eksploatacyjne drogi
Opory ruchu.
Opór podstawowy (toczenia) - zależy od masy pojazdu i współczynnika oporu
[N]
gdzie:
Qs - masa pojazdu [kg]
g - przyśpieszenie ziemskie [m/s2]
f - współczynnik oporu, zależny od rodzaju nawierzchni (0,01 - 0,05)
Opór powietrza - zależny od powierzchni czołowej pojazdu
[N]
gdzie:
- gęstość powietrza 1,226 kg/m3
- współczynnik oporu powietrza (0,35 - 0,85)
F - powierzchnia czoła pojazdu [m2] (1,50 - 7,00)
vsum - prędkość pojazdu względem wiatru [m/s]
(prędkość wiatru w naszym kraju to 3 m/s, należy uwzględnić prędkość pojazdu)
Opór na pochyleniach
[N]
gdzie:
i - wartość pochylenia w postaci liczby bezwzględnej (ułamka dziesiętnego).
Znak + na wzniesieniach, znak - na spadku.
Reszta oznaczeń jak w powyższych wzorach.
Opór bezwładności
[N]
gdzie:
- współczynnik mas wirujących (części obracających się) zwiększający pozornie masę pojazdu Qs. Wyznaczyć go można z przybliżonego wzoru
=1,03+0,05m2,
w którym m oznacza wartość liczbową przełożenia skrzyni biegów dla danego biegu. Dla ostatniego biegu (bezpośrednia przekładnia) m=1. (sam osob. 1,06 - 1,8; sam. cięż. 1,06 - 3,0)
- przyśpieszenie znak +, opóźnienie podczas zwalniania znak -.
Opór na łuku
[N]
gdzie:
v - prędkość jazdy [km/h]
R - Promień łuku [m]
Opór ten powstaje w czasie jazdy po torze krzywoliniowym na skutek działania siły odśrodkowej, powodującej odchylenia płaszczyzn toczenia się kół pojazdu o kąt β od płaszczyzny normalnej i wywołującej odkształcenie opon, na co zużywa się pewna ilość energii. Dla dużych promieni R oraz umiarkowanych prędkości O5 przybiera stosunkowo małe wartości, pomijane w obliczeniach sumarycznego oporu ruchu.
Pierwszy warunek ruchu pojazdów - Aby ruch pojazdów mógł się odbywać, to siła napędowa nie może być mniejsza od sumy oporów ruchu.
gdzie:
Pn - to siła napędowa
Inżynieria ruchu str. 34-36
Drugi warunek ruchu pojazdów - aby pojazd mógł się poruszać na drodze, siła przyczepności podłużnej musi być większa od siły napędowej
=>
gdzie:
- miara zdolności nawierzchni do wytwarzania sił tarcia warunkujących ruch pojazdów
Czynniki w projektowaniu związane z mechaniką ruchu
max. pochylenia podłużne niwelety (wartości dopuszczalne)
w terenach górskich dopuszcza się wyjątkowo (za specjalną zgodą)
pochylenia 12 - 14%
przyczepność podłużna µl, aby pojazd mógł się poruszać musi być zapewniona odpowiednia szorstkość na mokrej nawierzchni. Siła przyczepności podłużnej wynosi
[N] gdzie Qn - masa przypadająca na oś napędową [kg]
przyczepność poprzeczna µp, wymagana ze względu na możliwość zsunięcia pojazdu na łuku poziomym. Siła przyczepności poprzecznej to
[N] gdzie Qs - masa całego pojazdu [kg]
między współczynnikami µl i µp a przyczepnością globalną µ zachodzi zależność:
Współczynnik przyczepności podłużnej µl występuje w drugim warunku ruchu pojazdów, zaś poprzecznej µp przy obliczaniu promieni łuków poziomych, gdzie przechyłka jest wiele większa niż na odcinkach prostoliniowych.
W Polsce wiele dróg nie spełnia wymogów przyczepności, wynika to z stosowania przy produkcji mieszanek min - asf. kruszyw bazaltowych, a te są polerowalne.
Mechanika ruchu na łukach
Ruch na łukach poziomych (3 przypadki zagrożenia w ruchu)
* wyrzucenie pojazdu po przekroczeniu siły tarcia przez siłę odśrodkową
* możliwość przewrócenia pojazdu wokół zewnętrznej krawędzi toru jazdy poprzez siłę odśrodkową
* warunek komfortu jazdy, pasażerowie pod działaniem siły odśrodkowej
Ruch na łukach pionowych
* łuk pionowy wklęsły - warunek dynamiki ruchu - siła odśrodkowa powoduje dodatkowe obciążenie „resorów” i jezdni (dociskanie pojazdu). Przy przejściu ze spadku jednostajnego na łuk pionowy wklęsły oddziaływuje siła
Z badań wynika, że nie będzie szkodliwego oddziaływania, gdy przyśpieszenie odśrodkowe nie będzie większe niż:
stąd R = 2 v2 i minimalny promień w zależności od Vp Rmin=0,154 vp2
Tak samo określa się wymogi dla łuku wypukłego, gdzie następuje odciążenie „resorów”
* łuk pionowy wklęsły - warunek ze względu na estetykę (płynność niwelety - styczne nie mogą być zbyt krótkie)
Wymaga się, aby styczna: tmin=0,5vp ÷ vp i stąd minimalny promień łuku wklęsłego:
taki sam warunek musi spełniać łuk wypukły
* warunek jazdy nocą - przy zbyt małym promieniu zbyt mała część jezdni jest oświetlona
h - wysokość reflektorów nad jezdnią 0,75m, φ = 1º (kąt stożka światła)
Sz przy v85 = vm
3. Ruch pojazdu po drodze
W zależności od pochylenia podłużnego ruch może odbywać się na 4 sposoby:
a) droga wznosi się, jest pozioma lub w niewielkim spadku - ruch odbywa się na
skutek poboru mocy z silnika
b) droga o przeciętnym spadku (2-4%) jazda obywa się bez poboru mocy z silnika,
wyłączona skrzynia biegów
c) droga o dużym spadku - jazda z hamowaniem silnikiem, który pobiera moc od
toczących się kół
d) droga o bardzo dużym spadku - jazda z hamowaniem zarówno silnikiem jak
i hamulcem