Wpływ mechaniki ruchu pojazdów na parametry projektowo - eksploatacyjne drogi

1. Opory ruchu.

• Opór podstawowy (toczenia) - zależy od masy pojazdu i współczynnika oporu
  
  [N]
  gdzie:
  Q_s - 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)
  v_sum - 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 Q_s. 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:
P_n - 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 µ_l, aby pojazd mógł się poruszać musi być zapewniona odpowiednia szorstkość na mokrej nawierzchni. Siła przyczepności podłużnej wynosi
  [N] gdzie Q_n - masa przypadająca na oś napędową [kg]

• przyczepność poprzeczna µ_p, wymagana ze względu na możliwość zsunięcia pojazdu na łuku poziomym. Siła przyczepności poprzecznej to
  [N] gdzie Q_s - masa całego pojazdu [kg]

między współczynnikami µ_l i µ_p a przyczepnością globalną µ zachodzi zależność:

Współczynnik przyczepności podłużnej µ_l występuje w drugim warunku ruchu pojazdów, zaś poprzecznej µ_p 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.

2. Mechanika ruchu na łukach

1. 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

2. 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 R_min=0,154 v_p²
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: t_min=0,5v_p ÷ v_p 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)

S_z przy v₈₅ = v_m

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