План трассы автомобильной дороги

Определение минимальных радиусов кривых в плане

Проекцию оси дороги на горизонтальную плоскость называют трассой. Трасса дороги состоит из прямых и криволинейных участков. От проложения трассы дороги, принятых радиусов кривых в плане, протяженности прямых участков и их сопряжения с кривыми непосредственно зависят комфортность и безопасность движения автомобилей по дороге.

По современным воззрениям трассирование дорог предпочтительней с применением кривых больших радиусов и ограничением длин прямых участков. Причем чем меньше угол поворота, тем бо? льшим принимается радиус. Например, при углах поворота порядка 5° и меньше следует применять радиусы не менее 5000 м.

Условия движения автомобиля по кривым радиуса R > 3000 м не отличаются от условий движения по прямым участкам.

Радиусы порядка 3000−2000 м обеспечивают хорошие условия движения скорости с учетом перспективного развития транспортных средств.

Радиусы от 2000 до 600 м удовлетворительны для современного движения, но требуют устройства дополнительных мероприятий для повышения устойчивости автомобиля: переходных кривых и виража.

Радиусы 600−200 м допустимы на дорогах только II-III категорий в сложных условиях.

Радиусы менее 250−200 м применимы в исключительных случаях в пересеченной и горной местности.

Трассирование дороги в виде длинных прямых участков в однообразных условиях нередко приводит к повышению числа дорожно-транспортных происшествий ввиду притупления внимания водителей или, наоборот, развития неоправданно большой скорости движения.

Для обеспечения пространственной плавности дорог между прямыми и криволинейными участками должны быть определенные соответствия: длина прямых вставок между кривыми, направленными в одну сторону, не должна быть менее 300−400 м, между обратными кривыми — не менее 200 м.

Для обеспечения равномерного режима движения по дороге радиусы смежных кривых не должны отличаться более чем в 1,3−2 раза.

При движении по кривой в плане автомобиль испытывает воздействие от центробежной силы С, стремящейся сдвинуть или опрокинуть автомобиль.

Из теоретической механики известно, что.

где - масса автомобиля; R — радиус кривой в плане.

Центробежная сила обратно пропорциональна радиусу кривой, поэтому чем меньше радиус, тем меньше устойчивость автомобиля на кривой.

Рассмотрим условия движения автомобиля по наклонной поверхности (при наличии поперечного уклона дороги) на кривой в плане (рис. 3.7) при двухскатном поперечном профиле дороги.

На рис. 3.7 автомобиль расположен на внутренней полосе движения. На автомобиль действуют две силы: вес автомобиля G, направленный вертикально, и центробежная сила С, направленная горизонтально во внешнюю сторону кривой.

Рис. 3.7. Силы, действующие на автомобиль при движении по кривой в плане:

Y — поперечная сила; а — угол наклона дороги к горизонту; b — расстояние между осями колес;? — смещение центра тяжести автомобиля; h — расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля Составим сумму проекций сил на направление поперечного уклона. Составляющая веса автомобиля (7 sin? на направление поперечного уклона при двухскатном поперечном профиле действует внутрь кривой при движении автомобиля по внутренней полосе и во внешнюю сторону — при движении автомобиля по внешней полосе.

Таким образом, для внешней полосы силы складываются, для внутренней — вычитаются:

т.е. знак «+» относится к внешней полосе движения, знак «-» — к внутренней полосе движения, показанной на рис. 3.7.

Подставляя в формулу выражение для центробежной силы и принимая из-за малости угла наклона поверхности дороги к горизонту , sin , получим выражение для поперечной силы:

Поперечная сила Y стремится сдвинуть автомобиль с полотна дороги. Разделив обе части уравнения на вес автомобиля.

решим полученное уравнение относительно радиуса кривой:

Знак «+» в формуле относится к внутренней полосе движения, «-» — к внешней.

Обозначив коэффициентом поперечной силы и подставив в полученное выражение скорость V, км/ч, окончательно получим.

При двухскатном поперечном профиле радиус кривой по оси определяют по внешней полосе движения:

где V — расчетная скорость движения автомобиля (основная), км/ч; - поперечный уклон проезжей части при двускатном профиле, назначаемый в зависимости от типа покрытия по СП 34.13 330.2012.

На сложных участках могут быть приняты меньшие радиусы с обязательным устройством виража переходных кривых и уширения проезжей части, обеспечивающих бо? льшую безопасность движения:

где - уклон проезжей части на вираже, принимаемый для районов проектирования с частыми гололедами равным 0,04; в остальных случаях — 0,06.

Величина радиуса зависит, как видно из приведенных формул, не от абсолютной величины поперечной силы, а от отношения ее к весу автомобиля, т. е. от величины коэффициента поперечной силы.

В благоприятных условиях трассирования автомобильных дорог при двухскатном поперечном профиле значения принимают для дорог I и II категорий равным 0,05; для дорог III и ниже категорий — 0,1. В этом случае движение по кривой мало отличается от движения на прямом участке. Одновременно обеспечивается устойчивость против заноса на скользкой дороге при низком значении коэффициента сцепления .

При определении минимально допускаемых радиусов кривых в плане на виражах нормируют величину р из условий обеспечения устойчивости автомобиля против опрокидывания, против бокового скольжения (заноса вбок), удобства (комфортабельности) езды для водителей и пассажиров, экономичности эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим влияние каждого фактора на назначение величины коэффициента поперечной силы .

Обеспечение устойчивости против опрокидывания. Опрокидывание автомобиля происходит через центры площадей внешних колес. Устойчивость автомобиля против опрокидывания обеспечена, когда момент поперечной силы относительно центра отпечатка внешних колес меньше соответствующего момента составляющей веса автомобиля на плоскость, перпендикулярную движению:

где h — расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля; Ь — расстояние между осями колес.

Полагая, что , разделив правую и левую часть на вес автомобиля G, получим.

В современных автомобилях всех систем отношение больше 0,7.

Следовательно, из условия обеспечения автомобиля против опрокидывания коэффициент поперечной силы не должен превышать 0,6−0,7.

Обеспечение устойчивости автомобиля против бокового заноса. Устойчивость против бокового скольжения обеспечивается за счет сцепления шин с поверхностью покрытия. Занос произойдет, если поперечная сила станет больше силы сопротивления автомобиля боковому сдвигу по покрытию.

При движении автомобиля в плоскости касания шин ведущих колес с покрытием действуют две взаимно перпендикулярные силы: сила тяги (или тормозная сила ) и поперечная сила Y (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Силы, действующие на автомобиль в плоскости дороги при движении по криволинейной траектории.

Равнодействующая этих сил Q направлена под углом к траектории движения:

Для устойчивого движения автомобиля необходимо выполнение условия.

где  — вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса автомобиля.

Соответственно, сила тяги и поперечная сила должны уравновешиваться следующими силами:

где  — коэффициенты сцепления в продольном и поперечном направлениях.

Отсюда  — коэффициент поперечной силы не должен превышать коэффициента поперечного сцепления.

Общий коэффициент сцепления.

Отсюда следует, что чем бо? льшая доля от общего коэффициента сцепления расходуется на сопротивление боковому скольжению на кривой в плане, тем меньшая доля сцепления может быть использована при необходимости экстренного торможения автомобиля, например на крутом спуске, расположенном в пределах кривой в плане.

Как правило, .

Значения коэффициентов сцепления зависят не столько от типа покрытия, сколько от состояния покрытия (табл. 3.10).

Таблица 3.10

Коэффициент сцепления <�р

Обеспечение комфортабельности проезда. Действие центробежной силы воспринимается пассажиром как толчок и наклоняет его вбок. При больших значениях коэффициента поперечной силы р движение по кривой становится неприятным для пассажира, а управление автомобилем затрудняется.

Опыты, проведенные в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ), показали: при µ = 0,05 — кривая не ощущается; µ = 0,10 — кривая ощущается слабо; µ = 0,15 — кривая ощущается, но не вызывает существенных неудобств у пассажиров; µ = = 0,20 — поворот кажется опасным.

Обеспечение экономической эксплуатации. Поперечная сила на кривых в плане вызывает дополнительную деформацию шин за счет движения (рис. 3.9) колеса под углом 8 к направлению движения.

Рис. 3.9. Боковой увод колеса:

а — движение при отсутствии боковой силы; б — движение при наличии боковой силы; 8 — угол бокового увода При этом возрастает также расход топлива и усложняется управление автомобилем.

Исследования показали, что при угле бокового увода расход топлива увеличивается на 15%, а износ шин возрастает в 1,5−2 раза. Чтобы эти явления не были причинами существенного увеличения себестоимости перевозок, должно соблюдаться условие.

Предельно допустимые значения коэффициента поперечной силы нормируются по СП 34.13 330.2012 (табл. 3.11).

Таблица 3.11

Предельно допустимые значения коэффициента поперечной силы

Зарубежный опыт

Коэффициенты поперечной силы я величина нарастания поперечного ускорения, рекомендуемые в ФРГ, США и Франции, приведены в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Рекомендуемые коэффициенты поперечной силы и величина нарастания поперечного ускорения в ФРГ, США и Франции

* В зависимости от категории дороги.