МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Клименко Ірина Станіславівна

УДК 625.72/625.089.4:662.75.012.24

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ ПРОЕКТУВАННЯ РЕКОНСТРУКЦІЇ ГОРИЗОНТАЛЬНИХ КРИВИХ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ З УРАХУВАННЯМ ЕКОНОМІЇ ПАЛЬНОГО

05.22.11- Автомобільні шляхи та аеродроми

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти та науки України, м. Київ.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Білятинський Олександр Антонович, Національний транспортний університет, завідуючий кафедрою проектування доріг.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Мозговий Володимир Васильович, Національний

транспортний університет, завідуючий кафедрою

дорожньо-будівельних матеріалів і хімії.

кандидат технічних наук, ст. науковий співробітник

Химерик Тетяна Юріївна, Державний

дорожній науково-дослідний інститут імені

М.П. Шульгіна.

Провідна установа : Київський національний університет будівництва і архітектури

Міністерства освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться 11.09.2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.059.02 при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, Україна, м.Київ, вул.Суворова 1 в ауд. 333-а .

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного транспортного університету ( 01003, Україна, м. Київ, вул.Кіквідзе,42).

Автореферат розіслано 08.08.2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Дзюба О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для підвищення технічного стану автомобільних доріг виникає необхідність в їх реконструкції. В сучасних економічних умовах для України реконструкцію автомобільних доріг необхідно проводити, враховуючи аспекти енергозбереження. Завданням економії енергоресурсів в дорожньому будівництві є економія нафтопродуктів та покращення екологічного стану навколишнього середовища.

Поряд із заходами щодо розробки законодавства в частині регламентування норм , плати за відвід земель для автомобільних доріг і перегляду проектної нормативної бази , необхідно удосконалювати методи і технологію проектування реконструкції доріг. Важливим є те, що державою збільшено фінансування дорожньої галузі. При реконструкції автомобільних доріг значна увага повинна приділятися реконструкції дорожніх заокруглень. На дорогах, що побудовані за старими нормативами, перехідні криві частіш за все відсутні. Тому виникає проблема щодо їх вписування. Біля 30% шляху автомобіля по дорогам з твердим покриттям складають саме дорожні заокруглення. Нагальність вирішення проблеми економії пального на заокругленнях обумовлює актуальність роботи.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Подані в дисертаційній роботі результати дослідження тісно пов’язані з науковою тематикою Національного транспортного університету та кафедри проектування автомобільних доріг, координаційним планом № 24 міжвузівської науково-технічної програми Міністерства освіти і науки України за темою: ”Теоретичні основи вдосконалення ефективного функціонування дорожньо-будівельного комплексу України в умовах ринкової економіки ”. По держбюджетній господарчій роботі (д/б №2 РК 0100U002988) “Теоретичні основи проектування автомобільних доріг в умовах економії ресурсів та із урахуванням питань екологічної безпеки" виконавцем була автор дисертаційної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є удосконалення методики проектування реконструкції горизонтальних заокруглень автомобільних доріг з урахуванням економії пального, що направлена на покращення умов руху автотранспортних засобів та підвищення безпеки руху.

У відповідності з метою роботи були поставлені такі задачі :

- дослідження системи "дорожні умови - транспортний потік - середовище" (ДУ-ТП-С) при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень;

- виявлення впливу базових параметрів системи на витрату пального автомобілями та забруднення навколишнього середовища при проїзді по криволінійним ділянкам ;

- розробка методики розрахунку витрати пального автомобілем при проїзді по горизонтальним заокругленням з урахуванням взаємозв'язків між базовими і вихідними параметрами системи " дорожні умови - транспортний потік - середовище";

- встановлення рекомендацій щодо раціонального вибору перехідних кривих при проектуванні дорожніх заокруглень;

-

Об’єкт дослідження дорожні заокруглення з перехідними кривими.

Предмет дослідження раціональний тип перехідної кривої з точки зору економії пального.

Методи дослідження теоретико-експериментальні із застосуванням системного підходу. В процесі дослідження використовувалися методи математичного моделювання з застосуванням відповідних теоретичних залежностей.

Наукова новизна отриманих результатів :

·

·

·

Практичне значення одержаних результатів:

- встановлено оптимальні параметри елементів дороги (кута повороту траси, радіусу кривої) з точки зору економії пального автомобілями на заокругленнях для кількох типів кривих;

- показано вплив ширини проїзної частини на витрату пального автомобілем на дорожніх заокругленнях;

-

- раціональний тип перехідної кривої визначено для різних дорожніх умов руху автомобіля.

Особистий внесок здобувача. Автором досліджено і встановлено вплив сукупності базових параметрів дорожнього заокруглення на вихідні параметри функціонування системи ”ДУ-ТП-С”. Одержано поліноміальні залежності витрати пального та розміру шкідливих викидів від комплексу параметрів при русі автомобіля по дорожнім заокругленням. Узагальнення отриманих результатів дозволяє запропонувати методику розрахунку витрати пального автомобілем на перехідних кривих різних типів.

В роботах, опублікованих в співавторстві, авторові належить: підрозділ про енергозберігаючі рішення при проектуванні траси [1], залежності, що представлені поліномами [2], розробка теоретичних основ та алгоритму обчислень [3].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідались автором на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів НТУ №№ 52,54,57,58,59 в 1996р, 1998р, 2001-2003рр., на Міжнародній науково-технічній конференції “ Прогресивні технології і енергозбереження в дорожньому будівництві”, 24-26 жовтня 2001 року, Київ, Україна.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи та результати досліджень висвітлено в 4 статтях фахових видань.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 150 найменувань. Основний текст викладений на 121 сторінці. Текст ілюструється 35 ілюстраціями, містить 30 таблиць та 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність роботи, сформульовано мету, задачі досліджень, наведена наукова новизна, викладена наукова та практична цінність роботи.

У першому розділі розглянуто відомі роботи по проектуванню нових та реконструкції існуючих доріг А.К. Біруля, В.Ф. Бабкова, Я.В. Хом’яка , О.А. Білятинського, В.П. Старовойди, Е.В. Гаврилова, В.В. Філіпова, В.М. Сегеркранца, В.І. Білозерова, Т.А. Шилової, В.С. Торова, А.Г. Батракової та інших. В цих роботах не обминалися і питання витрати пального та забруднення навколишнього середовища. Однак в сучасний період зросла актуальність цієї проблеми в зв’язку з високою чисельністю парка автомобілів.

Для вирішення цієї проблеми важливе значення мають і можуть бути використані дослідження паливної економічності, представлені в роботах таких вчених: Е.А.Чудакова, Г.В. Зимелєва , Б.С. Фалькевича , Н.В. Дивакова , Я.Є. Фаробіна, А.А. Токарева, В.А. Петрушова, А.М. Шейніна, Н.Я. Говорущенко, М.В. Висоцького, Г.Б. Безбородової, М.М. Маяка, В.В. Московкіна, Ф.Х. Рахманкулова та інших авторів. Аналіз досліджень по забрудненню навколишнього середовища наведено в працях Л.Л. Афанасьєва, О.А. Білятинського, В.Ф. Гутаревича, В.П. Поліщука, І.І. Даценко, Ю.Ф. Ігнатова та інших. Окремої уваги заслуговує питання про залежність величини забруднення навколишнього середовища від параметрів дорожнього заокруглення.

Проте актуальне завдання забезпечення економії пального автомобілями на стадії реконструкції дорожніх заокруглень автомобільних доріг потребує самостійного розгляду із дослідженням параметрів дороги з позицій системного аналізу.

В роботі наведено ретроспективний аналіз нормативів по основним параметрам траси автомобільної дороги, починаючи з початку ХХ-го сторіччя, за якими визначено найбільш поширений показник по зміні свого значення, яким є видимість поверхні дороги. Розглянуто траекторії руху автомобіля на різних типах перехідних кривих, що використовуються при трасуванні криволінійних ділянок. Встановлено, що заслуговує на подальше вивчення застосування перехідної кривої типу кадіоїда, у якої прямокутна координата Х будь-якої точки визначається із такого рівняння:

Відомо, що крива типу кадіоїда 1 забезпечує у багатьох відношеннях краще сполучення прямолінійної та криволінійної ділянок та менш за все відхиляється від існуючої траси (рис.1).

Об’єм робіт по реконструкції дорожнього заокруглення при використанні кадіоїди

найменший. Аналіз показав необхідність вивчення витрати пального на кривих із змінним радіусом при використанні кривої типу кадіоїда та поширеної в практиці проектування реконструкції автомобільних доріг клотоїди.

Виконаний в розділі 1 аналіз проблеми підтверджує наукову обгрунтованість і актуальність теми досліджень дисертаційної роботи.

У другому розділі подані теоретичні дослідження з проектування реконструкції горизонтальних заокруглень автомобільних доріг з урахуванням економії пального. Використано системний підхід до проектування реконструкції автомобільних доріг на дорожніх заокругленнях. Система “ Дорожні умови – транспортний потік – середовище” більш повно відображає зв’язок між існуючими факторами. Вхідними параметрами системи, що розглядається, є: дорожнє заокруглення, вертикальні криві, підйоми та спуски та елементи підсистеми ”транспортний потік”: інтенсивність, склад руху, швидкість руху. Найважливішими вхідними параметрами по впливу на витрату пального та забруднення навколишнього середовища визначені радіуси горизонтальних та вертикальних кривих, наявність необхідної видимості та ширина проїзної частини. Оскільки витрата пального на вертикальних кривих достатньо вивчена, в роботі розглянуто вплив радіусів горизонтальних кривих, видимості та ширини проїзної частини на витрату пального автомобілем та забруднення навколишнього середовища. Підтверджено, що дорожні заокруглення є найбільш складними ділянками для економії пального автомобілями при проїзді по ним. Схема складових частин елементу системи “дорожнє заокруглення“ наведена на рис.2.

Рис.2. Складові частини елементу “ дорожнє заокруглення”.

Встановлено, що доцільно аналізувати витрату пального автомобілем при проїзді по дорожнім заокругленням, що складаються з перехідних кривих без колової вставки.

За такої умови одержано рівняння цільової функції формування дорожнього заокруглення :

,

де W - характеристична функція, що відповідає стану системи; a i b - відповідно початкові і кінцеві точки кривої; К – тип кривої; R – радіус кривої; - кут повороту траси; S – довжина кривої;- фактичне значення стану системи;- допустиме по показниках функціонування системи значення вектору її стану.

Таким чином, завдання зводиться до знаходження такого типу дорожнього заокруглення, що забезпечує нормальне функціонування системи ”ДУ-ТП-С”.

В роботі розглянуто вплив радіусу дорожнього заокруглення та видимості на витрату пального автомобілем. В існуючих методах розрахунку витрати пального в л/100 км шляху по кривій дорожнє заокруглення представлено звичайно – дугою з постійним радіусом. В даній роботі досліджується рух автомобіля по криволінійній траєкторії, враховуючи перехідні криві, тобто по кривим із змінним радіусом. Основними параметрами впливу на витрату пального на криволінійних ділянках встановлено базові параметри - радіус кривини та швидкість руху автомобіля. В даній роботі прийнято, що швидкість криволінійного руху автомобіля постійна на протязі всього повороту дороги.

На основі метода, розробленого Рахманкуловим Ф.Х., автором отримано рівняння для розрахунку витрати пального при русі автомобіля по кривим із змінним радіусом .

В розгорнутому вигляді витрата пального Q2 , в л/100км, визначена сумуванням витрат пального на і-х ділянках перехідної кривої певної довжини:

де і – змінний радіус кривої; к – коефіціент, що враховує рух автомобіля на підйомі чи спуску; Uтр – загальне передаточне число трансмісії автомобіля; gох – питома обертова витрата пального на холостому ходу за 1 оберт колінчатого вала двигуна, віднесена до 1 л об’єму циліндрів г/об л ; Vh – літраж двигуна, в л ; – коефіціент, що характеризує інтенсивність зміни обертальної витрати в залежності від крутного момента, г/кГм об; Ма – сумарний обертаючий момент; rк – радіус кочення ведучих колес, м; т – щільність пального, г/см3; тр – загальний ККД трансмісії автомобіля; Рах – сила, приведена до центру мас автомобіля, Н; rd2 – динамічний радіус коліс,с; Мс – сумарний момент опору, м/с2; g – прискорення вільного падіння, м/с2; L – міжосьова відстань, м; Ga – сила ваги авто, Н; Va – швидкість руху автомобіля, м/с; 1- кут уводу коліс; 1 - середній кут повороту керованих коліс; х0 – зміщення центру повороту коліс, м.

На ділянці заокруглення від початку кривої до її точки, в якій змінний радіус дорівнює 600 м. розрахунок витрати пального ведеться як при прямолінійному русі :

Q1=70.02-1.988V+0.0241V2

Витрата пального на кривих із змінним радіусом розраховується за системою рівнянь:

де Rк – кінцевий радіус перехідної кривої.

Для дослідження впливу на витрату пального на криволінійних ділянках двох факторів - змінного радіусу і та швидкості руху автомобіля v за допомогою симплекс-сумуємого плану отримана залежність:

де b1,b2,b3,b4,b5 – коефіцієнти рівняння.

Вважаючи, що крім радіусу дорожнього заокруглення на витрату пального впливає ще один важливий параметр – видимість, автором знайдена кінцева формула для розрахунку витрати пального в залежності від двох параметрів - змінного радіуса кривої та видимості . Для цього використане запропоноване О.А.Білятинським рівняння залежності видимості від швидкості руху автомобіля V=f(S). Залежність витрати палива Q автомобілем від видимості S в плані і змінного радіусу і за даними чисельних експериментальних досліджень представлена формулою:

де а1,а2,а3,а4,а5 – коефіцієнти рівняння.

За результатами чисельних досліджень розглянуто вплив радіусу та видимості на забруднення навколишнього середовища. Дослідженням показано вплив зазначених факторів на такі складові відпрацьованих газів : оксид вуглецю qco , оксид вуглеводню qch, діоксид сірки qso2 , свинець qpb.

Установлено, що на дорожніх заокругленнях кількість компонентів шкідливих викидів, кг/т, для вантажного автомобіля середньої вантажопідйомності в залежності від радіусу повороту траси і та швидкості руху v в загальному вигляді визначається за формулою

де с1,с2,с3,с4,с5 – коефіцієнти рівняння.

Виявлено вплив радіусу дорожнього заокруглення та ширини проїзної частини на витрату пального автомобілем. Залежність витрати пального Q від радіусу кривої R і ширини проїзної частини B подана отриманим поліномом:

де а1,а2,а3,а4,а5 – коефіцієнти рівняння

В результаті проведених досліджень була встановлена залежність між базовими і вихідними параметрами системи " ДУ - ТП - С" в аспекті економії паливних ресурсів, отримані залежності для визначення витрати пального по параметру видимості, швидкості руху і радіусу кривої при криволінійному русі автомобіля при наявності кривих із змінним радіусом.

У третьому розділі наведено результати чисельних експериментальних досліджень впливу дорожніх умов на витрату пального автомобілем. Об’єктом проведених експериментів на ЕОМ є дослідження зміни величини витрати пального автомобілем для основних типів перехідних кривих – кадіоїди та клотоїди . Факторами, що впливають на рівень витрати пального автомобілем, обрані радіус кривої та швидкість руху автомобіля при криволінійному русі. Дослідження проводились з використанням методів математичного моделювання.

Для розрахунку витрати пального при криволінійному русі автомобіля був отриманий поліном другого ступеня (10), що встановлює витрату пального автомобілем при використанні сімплекс-сумуємого плану для двох факторів. Величина витрати пального

автомобілем в залежності від швидкості V та радіусу кривої R описана поліномом такого

виду:

Дослідження проводились на прикладі поширеного типу серійного автомобіля середньої вантажопідйомності з об’ємом двигуна Vh= 6л.

Таблиця 1

Величини витрати пального, л/100 км, автомобілем ЗИЛ – 130 при криволінійному русі по горизонтальним кривим з постійним радіусом

Швидкість руху,

км/год | Радіус повороту, м

100 |

350 | 600

40 | 37,9 | 34,1 | 32,77

50 | 42,11 | 36,51 | 34,46

60 | 52,11 | 40,6 | 37,61

b0= 41,1159; b1= -5,28828; b2= 0,1885; b11= 1,15804; b22= -6,74261; b21= -0,0406.

Одержані коефіціенти після підстановки дозволяють записати рівняння регресії для кривої із змінним радіусом

Для кадіоїди і =RL3 / S2(3L-2S), для клотоїди і =RL / S.

Для клотоїди та кадіоїди витрата пального розраховується за формулами (12) та (13):

Розроблена методика дозволяє розрахувати величину витрати пального в залежності від типу кривої, радіусу кривої, кута повороту траси та швидкості руху автомобіля і представлена єдиним алгоритмом (рис.3). На стадії проектування ця методика надає додаткового оціночного критерія для обгрунтування вибраної горизонтальної кривої.

Для перевірки теоретичної залежності (3) та результатів математичного моделювання був проведений натурний експеримент із випробуванням автомобіля ЗИЛ - 130 на дорозі Гайворон – Чемерпіль (ПК42-ПК46) Кіровоградської області, радіус перехідної кривої типу кадіоїда - 500м, довжина кривої -1570 м. Результати екпериментальних досліджень витрати пального автомобілем на криволінійній ділянці , після відповідної обробки та дані, отримані за теоретичною залежністю, представлені в таблиці 3.

Таблиця 2

Теоретичні та експериментальні дані по витраті пального при русі по кадіоїді

Швидікість руху,км/год | Витрата пального за

теоретичною залежністю, л/100км | Витрата пального за експериментальними даними, л/100 км

40 | 31,04 | 34,24

50 | 33,00 | 36,38

60 | 37,0 | 40,23

Для перевірки адекватності теоретичної залежності був використаний критерій Фішера: Fр = 2,98 Fт=5,99. Із співставлення розрахованого та табличного критерієв видно, що теоретична залежність (3) достовірно описує витрату пального експериментальним автомобілем при русі по кривим із змінним радіусом.

Проведені чисельні дослідження впливу змінного радіусу кривої та швидкості руху автомобіля на забруднення навколишнього середовища свідчать про зростання обсягу шкідливих викидів при збільшенні величини кінцевого радіусу кривої (рис.3).

Значення коефіціентів регресії формули (8) за видами шкідливих викидів занесені в таблицю 3.

Таблиця 3

Значення коефіціентів регресії

Компонент шкідливих викидів | Коефіціенти

Оксид вуглецю

Оксид вуглеводню

Оксид азоту

Діоксид сірки

Свинець

Оксид вуглецю

Оксид вуглеводню

Оксид азоту

Діоксид сірки

Свинець | Для залежності від змінного радіусу та швидкості

а1=2,210-6, а2=-7,910-3, а3=-1,910-6,а 4=-3,910-3, а5=0,80, а1=-4,12

а1=4,910-7, а2=-1,810-3, а3=-4,310-6, а4=-8,810-3, а5=0,18, а6=-3,18

а1=4,110-7, а2=-1,510-3, а3=-3,610-7, а4=-7,410-4, а5=0,15, а6=-2,64

а1=810-9,а2=-3,210-5,а3= -7,610-7,а4=-1,610-5,а5=3,1710-3, а6=-0,056

а1=310-9,а2=-1,210-5,а3= -210-9,а4=-5,910-6, а5=1,210-3, а6=-0,021

Для залежності від змінного радіусу та видимості

а1=2,110-6, а2=-3,910-3, а3=-0,35, а4=6,4, а5=-1,2810-5, а6=-22,93

а1=4,910-7, а2=-1,810-3, а3=-4,310-6, а4=-8,810-3, а5=0,18, а6=-3,18

а1=4,110-7,а2= -610-6,а3= -5,3810-4,а4=9,710-3, а5=-1,910-8, а6=-0,03

а1=810-9, а2= -15,510-5, а3=-0,0014, а4=0,025, а5= -510-8, а6= -0,09

а1=310-9, а2= -1,510-3, а3= -3,610-7, а4=-7,410-4, а5=0,15, а6=-2,64

Аналіз проведених досліджень показав, що із збільшенням швидкості руху на дорожніх заокругленнях збільшується об'єм шкідливих викидів, кадіоїда з точки зору об'єму шкідливих викидів є більш безпечною, ніж клотоїда при реконструкції заокруглень.

Чисельні експериментальні дослідження впливу ширини проїзної частини на витрату пального автомобілем проводились для вантажного автомобіля ЗИЛ-130 при проїзді по дорожньому заокругленню з перехідними кривими за формулою (9): а1=1,85 10-5 , а2 = 1,7 10-2, а3=-42,14, а4=531,6, а5=-4,0610-6, а6=-1625,81. Для експерименту обрано такі значення ширини проїзної частини- 6 м та 6,5 м. Розрахунок проводився для кутів повороту траси 0,26 рад, 0,52 рад, 0,78 рад, 1,57 рад. За результатами досліджень побудовано графік (рис.4).

Встановлено, що при проїзді автомобіля по дорожньому заокругленню із збільшенням

Рис.5. Залежність витрати пального від ширини проїзної частини при куті повороту траси 0,26 рад.

кінцевого радіусу дорожнього заокруглення збільшується за поліноміальною залежністю і витрата пального при русі автомобіля. Також із збільшенням кута повороту траси, ширини проїзної частини від 6.0 до 6.5 м. спостерігається підвищення витрати пального.

Визначено, що невеликі розбіжності в значеннях витрати пального при проїзді по кадіоїді та клотоїді спостерігається аж до значення кінцевого радіусу 300 м. Від 300 м. до 400 м. витрата пального при проїзді по клотоїді по кривим з малими кутами повороту траси значно перевищує витрату пального при проїзді по кадіоїді. При кінцевому радіусі більше 450 м. витрата пального при проїзді по кадіоїді та клотоїді майже однакова.

Одержані результати свідчать про перевагу перехідної кривої типу кадіоїда над клотоїдою у більшості випадків при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень, виходячи з умов економії пального.

У четвертому розділі надані рекомендації щодо вибору раціонального типу кривої як з точки зору паливної економічності автомобіля так і техніко – економічного обгрунтування.

При певному значенні таких величин, як радіус перехідної кривої, швидкість руху і кут повороту траси визначено у відсотковому відношенні перевищення паливних витрат автомобіля при проїзді по клотоїді над паливними витратами автомобіля при проїзді по кадіоїді

,

де Qкад - витрата пального при проїзді по кадіоїді, л/100 км; Qклот -витрата пального при проїзді по клотоїді, л/100км.

В табл.4. наведені умови використання кадіоїди при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень.

Таблиця 4

Умови використання кадіоїди при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень .

Радіус, R, м | Швидкість руху, V, | км/год

40 | 50 | 60

100 | B,D

150 | C,D | A,C

200 | C | C | C

300 | A | А,С | A

350 | A,B | A,B | A,B

400 | B | A,B | A,B

500 | В | - | А,В,Д

600 | В,С,Д | А,В,С,Д | А,В,С,Д

Виходячи з проведених чисельних експериментальних досліджень однозначне використання кадіоїди у кожному з випадків : A – при куті повороту траси 15, B - 30, C - 45, D - 90 (табл. 1) при проектуванні реконструкції доцільне, якщо кінцевий радіус перехідної кривої не перевищує 600 м. В більшості випадків при збільшенні (від 400м.) радіуса кривої спостерігається тенденція переваги кадіоїди над іншим типом перехідної кривої, виходячи з аспекту економії пального. При інших умовах можливе використання клотоїди при проектуванні дорожніх заокруглень.

Здійснено техніко-економічне обгрунтування проектування реконструкції доріг з урахуванням економії пального за методом, що передбачає отримання економії в грошовому виразі. За одержаними результатами розраховано строки окупності (в роках) реконструкції дорожніх заокруглень на довжині 0,9 км , використовуючи за перехідну криву кадіоїду для чотирьох категорій доріг за нижченаведеною формулою:

Т=Sд.р./Еп, (15)

де Sд.р - укрупнені витрати на виконання дорожніх робіт при реконструкції автомобільної дороги, грн; Еп - вартісний вираз економії пального при застосуванні кадіоїди, грн.

Вартісне вираження зменшення витрати пального при застосуванні того або іншого заходу в загальному вигляді може бути визначено за формулою:

Еп =SQN, (16)

де SQ - середньозважена вартість зменшення витрати пального ( у порівнянні з клотоїдою), N - інтенсивність руху в авт/добу.

Для розрахунку інтенсивності руху транспортний потік приводиться до автомобіля середньої вантажопідйомності ЗИЛ-130 за витратою пального шляхом помноження кількості автомобілів на коефіціент приведення.

Таблиця 5

Значення коефіціентів приведення

Марка | ЗИЛ | Камаз | Тягач | ГАЗ 53А | ВАЗ 2107 | Волга | Опель | Джип | Мерседес

Коеф. | 1 | 0,9 | 0,95 | 0,84 | 0,27 | 0,36 | 0,29 | 0,46 | 0,28

Економія пального визначена за формулою (16), використовуючи приведену до вантажного автомобіля інтенсивність руху та приймаючи, що вона річна. Для заданого кута повороту траси , рад, розраховані дані по економії пального при використанні кадіоїди у порівнянні з використанням клотоїди за перехідну криву занесені в табл.6.

Таблиця 6

Укрупнені витрати на дорожні роботи та економію пального при реконструкції дорожніх заокруглень із застосуванням кадіоїди на ділянці 0,9 км.

Категорія Кут повороту

дороги траси | Економія пального, в грн. | Витрати на дорожні роботи , в грн.

1 =0,26 рад

2 =0,26 рад

3 =0,26 рад

4 =0,26 рад | 317520

289170

75645

39510 | 3782250

1833000

1707800

1462400

Розраховані терміни окупності для різних значень кута повороту та для кожної з чотирьох категорій доріг відображені на графіку (рис.6.). Першою на графіку позначена 1а категорія.

Виходячи з ефективного терміну окупності (10 років) при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень визначена доцільність використання кадіоїди згідно рис.6.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз сучасного стану теорії і практики проектування реконструкції автомобільних доріг свідчить про те, що недостатньо розглянуто питання реконструкції горизонтальних кривих. Методика розрахунку витрати пального на заокругленнях з урахуванням руху на перехідних кривих відсутня.

2. Показана необхідність використання системного підходу для врахування економії

пального при проектуванні заокруглень з метою їх реконструкції, завдяки якому

досягається наукове обгрунтування прийнятих рішень. Досліджено систему “ ДУ-ТП-С” та встановлено вплив базових параметрів цієї системи на витрату пального та забруднення навколишнього середовища при проїзді по дорожнім заокругленням. Застосуванням системного підходу розширено кількість врахованих факторів на відміну від існуючих систем.

3. Встановлена залежність витрати пального на дорожніх заокругленнях з перехідними кривими від таких параметрів: від змінного радіусу перехідної кривої та швидкості руху автомобіля, радіусу перехідної кривої та видимості в плані, радіусу перехідної кривої та ширини проїзної частини. Виявлена залежність витрати пального від ширини проїзної частини на дорожньому заокругленні, що дає змогу визначити прийнятні з точки зору енергозбереження значення цього параметру.

4. Розроблена методика розрахунку витрати пального автомобілем при проїзді по дорожнім заокругленням з врахуванням взаємозв’язків між базовими і вихідними параметрами системи “ ДУ-ТП-С”, яка дає підстави для рекомендації щодо раціонального вибору перехідної кривої при проектуванні дорожніх заокруглень з точки зору економії пального.

5. Одержані залежності для отримання величини забруднення навколишнього середовища на заокругленнях автомобільних доріг. В результаті цього сукупно оцінюється витрата пального та обсяг забруднення навколишнього середовища за такими параметрами: радіусом кривої та видимістю, радіусом кривої та швидкістю руху автомобіля.

6. Визначено раціональний тип перехідної кривої для різних умов руху автомобіля з точки зору паливної економічності автомобіля. Установлено, що зі збільшенням кінцевого радіусу кривої понад 400 м. та швидкостей руху автомобіля, доцільним є використання кадіоїди при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень. При малих радіусах ( до 250 м.) і низьких швидкостях руху автомобіля також більш раціональним є застосування кадіоїди. В інших випадках можливим є використання клотоїди при проектуванні реконструкції дорожніх заокруглень.

7. Встановлена доцільність затосування біперехідних кривих без колової вставки, що дає максимальну економію пального автомобілями при радіусах горизонтальних кривих до 600 м..

8. Виконане техніко – економічне обгрунтування необхідності застосування кадіоїди перехідною кривою є придатним для удосконалення проектування реконструкції дорожніх заокруглень автомобільних доріг 1-4 категорій , оскільки дає можливість отримати економію капіталовкладень. Установлено, що кадіоїда є оптимальною за строком окупності кривою для доріг першої та другої категорій, для доріг третьої та четвертої категорій – при певних умовах.

9. Отримана методика визначення економії енергоресурсів використовується в проектному інституті “ Укрдіпродор” дорожнім відділом при проектуванні дорожніх

заокруглень та при виборі перехідних кривих , про що складено відповідний акт.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах

1.

2.Білятинський О.А., Клименко І.С. Вплив наявності видимості на горизонтальних кривих на витрату палива та забруднення навколишнього середовища // Вісник ТАУ, НТУ.-2000.-N4.- С.71-74.

3. Білятинський О.А., Клименко І.С. Фактор витрати палива в енергозбереженні при проектуванні і реконструкції автомобільних доріг // Вісник ЦНЦ ТАУ.-2001-№4.- С.39-40.

4. Клименко І.С. Вплив витрати палива та забруднення довкілля автомобілями при реконструкції доріг // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво.- вип62.-2001.- С. 292-295.

АНОТАЦІЯ

Клименко І.С. Удосконалення методики проектування реконструкції горизонтальних кривих автомобільних доріг з урахуванням економії пального. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.11 автомобільні шляхи та аеродроми. Національний транспортний університет, Київ, 2003.

У дисертації наведене розв’язання науково-технічної проблеми проектування реконструкції горизонтальних кривих автомобільних доріг, що направлено на економію паливних ресурсів та зменшення забруднення навколишнього середовища. Застосовано системний підхід, досліджено систему ”дорожні умови - транспортний потік - середовище”. За допомогою методів математичного моделювання з використанням чисельних експериментальних досліджень та симплекс - методу встановлена залежність витрати пального та забруднення навколишнього середовища від ряду базових параметрів: змінного радіусу перехідної кривої, швидкості руху автомобіля, видимості в плані, ширини проїзної частини. Розроблена методика розрахунку витрати пального автомобілем при проїзді по дорожнім заокругленням. Визначено раціональний тип перехідної кривої з точки зору економії пального для різних дорожніх умов руху автомобіля. Методика визначення економії енергоресурсів передана до “Укрдіпродору”.

Ключові слова: система “дорожні умови-транспортний потік-середовище”, горизонтальні криві, математичне моделювання, симплекс-метод, радіус кривої, швидкість руху автомобіля, видимість, ширина проїзної частини, економія пального.

АНОТАЦИЯ

Клименко И.С. Усовершенствование методики проектирования реконструкции горизонтальных кривых автомобильных дорог с учетом экономии топлива. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11- автомобильные дороги и аэродромы. - Национальный транспортный университет, Киев, 2003.

В диссертации приведено решение научно-технической проблемы проектирования реконструкции горизонтальных кривых автомобильных дорог, которое направлено на экономию топливных ресурсов и уменьшение загрязнения окружающей среды отработанными газами автомобильных двигателей. Использован системный подход для учета экономии топлива, рассмотрена модель системы ”дорожные условия – транспортный поток – среда”. Подробно рассмотрены составляющие элемента системы ”дорожное закругление”. Установлено влияние базовых параметров системы на расход топлива и загрязнение окружающей среды. Получено уравнение целевой функции формирования дорожного закругления, в которое входит тип кривой, радиус кривой и угол поворота трассы. На основе системного подхода с помощью методов математического моделирования с применением числовых экспериментальных исследований установлена зависимость расхода топлива и соответственно величины загрязнения окружающей среды от переменного радиуса кривой и скорости движения автомобиля, от радиуса переходной кривой и видимости в плане, радиуса переходной кривой и ширины проезжей части. Полиномы найдены для разных видов компонентов отработанных газов автомобилем: оксидов углерода, углеводорода, азота, диоксида серы, свинца. С целью получения зависимостей в виде полиномов второй степени использован симплекс-метод для двух факторов – радиуса кривой и скорости движения автомобиля. Границы применения полиномов таковы: скорость движения автомобиля - 40-60 км/ч, радиус кривой - 100-600м. Разработана методика рассчета расхода топлива автомобилем при проезде по дорожным закруглениям, которая учитывает переменный радиус кривой. По методике составлен алгоритм. Методика построена с учетом взаимосвязи между базовыми и выходными параметрами системы “дорожные условия - транспортный поток – среда” и дает основания для рекомендации использования при проектировании реконструкции рационального типа переходной кривой с точки зрения экономии топлива.

Выполнено технико-экономическое обоснование необходимости использования переходной кривой типа кадиоида для четырех категорий автомобильных дорог с целью усовершенствования проектирования реконструкции дорожных закруглений. Учтена интенсивность движения для каждой категории дороги путем приведения потока автомобилей к рассчетному по параметру расхода топлива. Приведены затраты на дорожные работы для четырех категорий дорог с использованием кадиоиды при проектировании реконструкции. Установлены сроки окупаемости капиталовложений для каждой категории дороги и каждого из четырех углов поворота трассы, а также категории автомобильных дорог, для которых кадиоида является оптимальной кривой по срокам окупаемости капиталовложений при реконструкции дорожных закруглений. Основные результаты работы переданы для практического применения в дорожный отдел “ Укргипродора”.

Ключевые слова: система” дорожные условия – транспортный поток – среда”, горизонтальные кривые, математическое моделирование, симплекс-метод, радиус кривой, скорость движения, видимость, ширина проезжей части, экономия топлива.

ABSTRACT

Klimenko I.S. Improvement of a methodica of designing of reconstruction of horizontal curves autoroads in view of the fuel economy.- Manuscript.

The dissertation of a scientific degree of the candidate of technical science speciality 05.22.11.- Roads and Aerodromes. - National Transport University, Kiеv, 2003.

In the dissertation the decision of a scientific and technical problem of designing of reconstruction of horizontal curves roads is given which is directed on economy of fuel resources and reduction of pollution of an environment. The system approach is applied, the system " road conditions - transport a flow - environment " is investigated. With the help of methods of mathematical modeling with use of numerical experimental researches and simplex-method the dependence of the charge of fuel and pollution of an environment from parameters is established: variable radius of a curves, movement speed of the automobile, visibility in the plan, width passing of a part. The technique calculation of the charge of fuel by the automobile is developed at horizontal curves. The rational type of a curve with point of view circle of sight save energy for different conditions of movement is determined. The technique of definition of power resources economy is transferred in “Ukrgiprodor”.

Key words: system “road conditions - transport flow – environment”, horizontal curves, mathematical modeling, simplex - method, radius of a curve, speed of movement, visibility, width

of a road, fuel economy.