Kelio ir automobilio sąveika

Turinys Įvadas 3psl Rato ir kelio sąveikos schemos 3psl Pasipriešinimas riedėjimui ir rato sukibimas su danga 5psl Dangos nelygumų įtaka automobilio važiavimui 8psl Dangos nelygumų įtaka vairuotojui ir keleiviams 11psl Įvadas Keliai, kaip ir visi kiti statiniai, dėvisi ir sensta. Tam turi įtakos keliais važinėjančių transporto priemonių struktūra ir nuolat didėjančios krovininių automobilių masės bei važiavimo greičiai. Didžiausią poveikį dangos patvarumui turi krovininių automobilių apkrovos į ašį ir ratų slėgimas į dangą. Lietuvos keliuose pasirodžius sunkiasvoriams automobiliams, atsirado provėžų susidarymo pavojus net seniai asfaltuotose keliuose, kur toks reiškinys prieš tai nebuvo pastebėtas. Kelio, ypač jo dangos, amžių trumpina statybai panaudotų medžiagų senėjimas, jų užteršimas silpnesnėmis medžiagomis ir nuolat veikiančių klimatinių sąlygų kaita gana plačiose ribose. Sprendžiant apie kelio tinkamumą tam tikram laikotarpiui, nemažą įtaką turijo traukos centrų svarba krašto ekonominiai ir kultūriniai veiklai. Pavyzdžiui, atstačius Lietuvos Nepriklausomybę, labai sumažėjo Vilniaus – Minsko kelio svarba, tačiau kelis kartus išaugo eismo intensyvumas Marijampolės – Kalvarijos – Suvalkų kelio ruože. Kelių tarnavimo vidutinė trukmė apskaičiuojama pagal formulę: čia: - kelių tarnavimo vidutinė trukmė; - rekonstruoto kelio ar jo ruožo tarnavimo trukmė; - šio kelio ar jo ruožo ilgis. Rato ir kelio sąveikos schemos Automobilio ir kelio sąveika – tai jėgų, išsidėsčiusių erdvėje sudėtingai, veikimo modelis. Iš jo analizės galima įvertinti automobilio stabilumą, važiavimo sąlygas ir mechaninius poveikius, perduodamus nuo rato į dangą ir atvirkščiai. Šių jėgų veikimą galima nagrinėti automobiliui stovint, važiuojant tiesiai, važiuojant kreivia arba jį stabdant (1.5pav.). Stovinčio automobilio F, o važiuojančio jėga spaudžia ratą prie kelio, dangoje atsiranda vertikali reakcija ir deformacijos bei . Važiuojant dėl varančiųjų ratų sukimo momento atsiranda sukimo jėga , kuri sukelia horizontalią reakciją . Nuo šių jėgų rato ir dangos sąlyčio plote atsiranda normaliniai įtempimai . Stabdant atsiranda papildomos horizontalios jėgos, kurios sukelia tangentinius įtempimus . Jie priklauso nuo dangos ir padangos sąlyčio ploto A, kurio forma artima elipsei ir būna 205...1000 cm2. Kad būtų paprasčiau skaičiuoti, šį plotą leidžiama laikyti artimu apskritimui, kurio skersmuo cm skaičiuojamas pagal formulę: (1) čia: - oro slėgis padangoje; jis priklauso nuo automobilio tipo ir yra 0,3...0,9 Mpa; - jėga, kuri spaudžia automobilio ratą prie dangos N. Kad ratai per daug neardytų dangos, oro slėgis padangose reglamentuojamas. Pirmos ir antros kategorijos keliuose jis leidžiamas iki 0,65 Mpa, o trečios ir ketvirtos kategorijos – 0,55 Mpa. Taigi pagal (1) formulę apskaičiuotas pėdsako apskritimas gali būti įvairus – 8...35 cm. Didžiausi įtempimai Mpa, kurie atsiranda kelio dangoje nuo automobilio rato apkrovos , apskaičiuojami žinant oroslėgį padangose : ; (2) čia: - padangos standumo koeficentas, kuris priklauso nuo padangos konstrukcijos ir yra 0,8...1,5. Taip rasti įtempimai dangoje po ratu pasiskirsto pagal parabolės formos kreivę, todėl jų reikšmės bet kuriame lietimosi taške galima apskaičiuoti taip: ; (3) čia: x – pasirinkto lietimosi taško elipsėje koordinatė cm; a – elipsės didžioji ašis cm. Įtempimai, kurie atsiranda kelio konstrukcijoje, yra pagrindiniai dangų ardymo veiksniai. Įvairių medžiagų dangose pavojingiausi įtempimai yra skirtingi. Pavyzdžiui, cementbetoniui kenksmingiausi yra tempimo įtempimai, asfalbetoniui – gniuždymo ir kirpimo, skaldos ar žvyro dangoms – kirpimo įtempimai. Kelio konstukciją veikiančios jėgos priklauso ir nuo automobilio vžiavimo greičio. Greitai važiuojant, nelygiame kelyje apkrovos pasiskirsto nevienodai ir vienoje vietoje veikia trumpai (iki 0,3 s), todėl kelio konstrukcijoje atsiranda tampriosios bangos ir impulsai, didinantys apkrovų ardomąją galią. Impulsą, kuris labiausiai ardo dangą, galima apskaičiuoti pagal formulę: ; (4) čia: v – automoblio rato kritimo greitis cm/s. Impulso poveikis kelio konstrukcijai priklauso ir nuo jo dažnumo, t.y. nuo eismo intensyvumo. Jei impulsai kartojasi dažniau kaip 2...3 s, dangoje atsiranda nuovargio požymiai, tada jos eksplotavimo trukmė sutrumpėja. Vertinant kelio ir automobilio sąveiką, svarbu atsižvelgti į važiavimo greitį bei eismo intensyvumą. Pasipriešinimas riedėjimui ir rato sukibimas su danga Nuo bet kokių apkrovų danga ir ratas šiek tiek deformuojasi. Dėl šios priežasties ir keliuose esančių nelygumų atsiranda automobilių važiavimą stabdančios jėgos, kurios vadinamos pasipriešinimu riedėjimui. Kad šį pasipriešinimą nugalėtų, automobilio variklis turi sukurti sukimo momentą ribiniu atveju lygų horizontaliosios ir vertikaliosios reakcijų momentu ; (5) čia: r – varančiojo rato spindulys m; x – vertikaliosios reakcijos koordinčių poslinkis, kai ratas sukasi, m. Iš formulės (5) galima gauti horizontaliąją reakciją: ; (6) Pažymėję x/r=f ir iš schemos (1.5pav.) priėmę , , ir gauname: ; (7) čia: f – pasipriešinimo riedėjimui koeficentas; - pasipriešinimo riedėjimui jėga N; - jėga, kuri spaudžia automobilio vedantįjį ratą prie dangos, N. Taigi pasipriešinimas riedėjimui yra automobilio ratus spaudžiančių jėgų ir pasipriešinimo riedėjimui koeficentų sandauga. Pasipriešinimo riedėjimui koeficentas priklausonuo daugelio veiksnių. Didelę įtaką jam daro padangų elastingumas ir oro slėgis jose, dangos konstrukcija ir jos eksplotaciniai rodikliai bei automobilio važiavimo greitis. Šiame procese greitis pasireiškia per padangų kinetinę energija, kuri atsiranda ratams šokinėjant per dangos nelygumus. Tyrimais nustatyta, kad kinetinė energija ratuose, važiuojant iki 50 km/h greičiu, praktiškai nesikeičia, o vėliau ji greitai didėja ir turi reikšmės pasipriešinimo riedėjimui koeficentui pagal tokį dėsnį: ;(8) čia: v – važiavimo greitis km/h. Įvertinti visų veiksnių įtaką koeficentui f vien tik analitiniais metodais sunku, todėl dangos nelygumų, padangų ir dangų deformacijų įtaka nustatoma eksperimentiniais metodais. Jiems galima panaudoti įvairius dinamometrus ir kitus traukos jėgos matavimo prietaisus. Pasipriešinimo reidėjimui jėgos gerai ištirtos ir koeficento f funkcinė priklausomybė nuo sąlygojančių veiksnių nustatyta (1.6 pav.). Įvairių dangų pasipriešinimo riedėjimui koeficento f reikšmės yra tokios: cementbetonio ir asfaltbetonio – 0,01...0,02; skaldos, apdorotos bitumu, - 0,02...0,025; skaldos ar žvyro be rišamųjų medžiagų – 0,03...0,04; gruntkelio (lygaus ir sauso) - 0,03...0,06. Pasipriešinimas riedėjimui yra labai svarbus kelio eksplotacijos ekonominis rodiklis. Nuo jo priklauso automobilių energijos sąnaudos bei transporto darbo našumas. kai greitis matuojamas km/h, tarp automobilio masės variklio galios ir pasipriešinimo riedėjimui yra toks matematinis ryšys: ; (9) čia: - automobilio masė kg; - variklio galios dalis, sunaudojama horizontalioms pasipriešinimo jėgoms įveikti,kW. Kad automobilis važiuotų, turi būti patenkinta sąlyga , o kad būtų užtikrinta gera sankyba: ; (10) čia: - sukibimo koeficentas; - jėga kuri spaudžia ratą prie dangos, N (sankibą užtikrinantis svoris); - didžiausia sukibimo jėga N. Iš formulės (10) matome, kad sukibimo koeficentas yra didžiausios sukibimo jėgos, veikiančios padangos ir kelio lietimosi taške, ir jėgos, spaudžiančios automobilio ratą prie dangos santykis: ; (11) Šis koeficentas susideda iš dviejų komponenčių, išilginio (kai ratai slysta ir buksuoja) ir skersinio sukibimo koeficentų (kai slysta į šoną) (1.7 pav.). Šiais koeficentais apibūdinamos jėgos ir , kurios veikia skirtingomis kryptimis, todėl juos sumuoti galima tik kaip vektorius: . (12) Eksperimentais nustatytas toks šių koeficentų kiekybinis ryšys: . Sukibimo koeficento reikšmės labai priklauso nuo dangos būklės (sausa, drėgna, nešvari), padangų konstrukcijos, protektorių nusidevėjimo laipsnio bei automobilio važiavimo greičio (1.8 pav.). Kaip matyti iš grafike pateiktų duomenų, sukibimo koeficentas labiausiai priklauso nuo dangos drėgmės ir važiavimo greičio. Pavyzdžiui, kai greitis 50...70 km/h, šlapios ir nešvarios dangos bent du tris kartus mažesnis negu tokios pačios sausos dangos. Kai greitis padidėja nuo 10 iki 60 km/h, sumažėja daugiau kaip du kartus. Kai kurios sukibimo koeficento reikšmės, priklausančios nuo dangos būklės ir važiavimo sąlygų, pateiktos 1.1 lentelėje. Eksplotuojamos dangos ir rato sankiba kitna. Dangoms dylant, deformuojantis, senstant konstrukcijų medžiagoms, sukibimo koeficentas mažėja. Norint nuolatos turėti duomenų apie šį svarbų eksplotacinį rodiklį, keliuose perdiodiškai turi būti atliekami tyrimai. Dangos nelygumų įtaka automobilio važiavimui Tiesiamo kelio danga nebūna visai lygi, o ją eksploatuojant, nuo daugelio veikiančių jegų, nelygumų dar padaugeja. Automobilis, važiuodamas keliu, kurio paviršiuje yra įvairiausių duobučių, bangų, įtrūkimų ir kitų defektų, svyruoja išilgine ir skersine kryptimi. Dėl to komplikuojasi važiavimo sąlygos, mažeja greitis, išauga energijos sąnaudos, padideja automobilio ir kelio amortizacija, pabrangsta transporto darbas. Tyrimais nustatyta, kad dėl nelygumų keliuose, greičio ir darbo našumo nuostoliai yra dideli, dažnai dėl to transporto priemonių pajėgumo panaudojama tik 50%, o pervežimų savikaina padidėja dvigubai. Svarbu, kaip nelygumai išsidesto kelio dangos paviršiuje: automobilio svyravimai po smūgio gali suspėti užgesti iki naujos kliūties arba testis nepertraukiamai. Todėl skiriami du automobilio svyravimo būdai: gęstantis ir nusistovėjęs (1.9 pav.). Bet kuriuo atveju automobilis, užvažiavęs ant eilinio nelygumo, gauna smūgį, kurio jėga proporcinga rato kritimo aukščiui. Jei kliūtis pakankamai ilga tai, važiuojant tam tikru greičiu, ratas patenka į duobės vidurį ir smūgis būna didžiausias. Kritinis greitis m/s, kuriuo važiuojant susidaro nepalankios eismo sąlygos, skaičiuojamas pagal formule: ; (13) čia: g - laisvo kritimo pagreitis m/s2 ld - duobės ilgis m; h - duobės gylis m; ks - padangų ir amortizatorų standumo koeficientas. Kuo tankiau išsidėsčiusios kliūtys kelyje, tuo dažniau automobilis svyruoja. Svyravimų dažnis Hz yra labai svarbus automobilio važiavimo kokybės rodiklis. Jis skaičiuojamas pagal formule Hz: ; (14) čia: v - važiavimo greitis m/s. Kai automobilio ir kurio nors mazgo svyravimų dažniai sutampa, tuomet susidaro svyravimų rezonansas. Tai labai nepageidautinas reiškinys, kuris labiausiai priklauso nuo važiavimo greičio: ; (15) čia: Ga - automobilio masė t. Iš formulių (13) ir (15) matyti, kad, ilgėjant duobei didėja rezonansinis greitis, tada važiavimo sąlygos gerėja, o gilėjant duobei, važiavimo sąlygos blogėja, nes mažėja kritinis greitis. Kelių dangų nelygumus tiksliai aprašyti analitiniais dėsniai sunku, nes pavienės kliūtys retai būna kelyje, be to, jos būna išsidėsčiusios netaisyklingai, todėl tiksliausiai dangos paviršiaus nelygumai apibūdinami statistinėmis mikroprofilio charakteristikomis: (16) čia: m - nelygumų skaičius kilometre; hl - suminis nelygumų dydis cm/km; hvid - vidutinis suminis nelygumų dydis cm/km; - nelygumų aukščio vidutinė kvadratinė nuokrypa; - variacija. Automobilis, važiuodamas keliu su taip nustatytomis lygumo statinėmis charakteristikomis, svyruoja pagal atsitiktinių procesų dėsnius ir jo svyravimų modulį galima išreikšti tokia formule: ; (17) čia: kv - virpejimų proceso koeficentas; n - svyravimų dažnis Hz. Automobilio ir kelio sąveikai dangos nelygumai labai svarbūs. Pagal tai, kiek kelyje nelygumų ir kokie jie, sprendžiama apie važia­vimo komfortišikumą, saugumą ir ekonomisikumą. Suminis nelygumų dydis kilometre, nustatytas smugiamačiu, ir važiavimo greitis labai susiję su pasipriešinimo keoficentu: ; (18) čia: c - pasipriešinimas automobilio amortizatoriuose MPa; s - su­minis automobilio lingių susispaudimas cm/km (smugiamačio parodymai); v – važiavimo greitis cm/s. Is formulės matyti, kad kelio nelygumai daro įtaka, labai svarbiems transporto darbo rodikliams – mažeja greitis, krenta darbo našumas, rato su danga sukibimas ir didėja pasipriešinimas riedėjimui (1.10 pav.). Vairuotojas pasirenka greitį pagal važiavimo sąlygas. Nelygiame kelyje greičiau pavargsta keleiyiai, gadinami kroviniai, daugiau amortizuojasi automobiliai ir kelias. Ivertinus kelio nelygumus, patogų važiavimo greitį km/h galima nustatyti pagal formulę: ; (19) Važiavimo greičio priklausomybė nuo dangos nelygumų ra tirta ir eksperimentiniu būdu. A. Birulia yra pateikęs duomenų apie greičio priklausomybę nuo dangos konstrukcijos ir jos lygumo. Kai kurie šių duomenų pateikiami 1.2 lenteleje. Kelio lygumą galima vertinti pagal automobilio kebulo ir ratų svyravimą bei jų pagreitį, nes kuo mažesnė svyravimo amplitudė ir dažnis, tuo lygesnis kelias. Taigi automobilis yra tarytum kelio vertinimo prietaisas. Šiuo principu yra sukonstruota daug kelio lygumo matavimo prietaisų, kurie plačiai taikomi gamyboje ar moksliniuose tyrimuose. Dangos nelygumų įtaka vairuotojui ir keleiviams Žmogaus organizmas jautrus įvairiems virpesiams, todėl nelygumai keliuose pavojingesni vairuotojui ir keleiviams negu kroviniams. Vadinasi, patogų važiavimo greitį geriau butų nustatyti ne pagal 19 formule, o pagal žmogaus fiziologines sąvybes. Tačiau dėl labai didelės žmonių jautrumo įvairoves tokių reiškinių apibendrinti matematinėmis formulėmis dar nepavyko. Fiziologiniais tyrimais nustatyta, kad žmo­gaus organizmas jautriai reaguoja į visų virpesių parametrus: dažnį, amplitudę ir periodą.. Jautriausiai reaguojama į dažnesnius kaip 1,33 Hz virpesius, nes tada keleiviai gali susirgti jūros liga, o kai virpesių dažnis didesnis kaip 2,33 Hz, važiuoti būna labai sunku. Vidutinėmis važiavimo sąlygomis nuo kelio nelygumių automobilio kėbulas gali virpėti 1...5 Hz dažniu, o jo ratai 5. ..15 Hz. Variklio virpesių dažnis daug didesnis ir yra 15.. .70 Hz, bet gerokai mažesnė jų amplitudė. Toks virpėjimas vadinamas vibracija. Žmogaus organizmas ją ištveria geriau, todėl važiuoklės ir kėbulo svyravimai žmogaus organizmui pavojingesni už variklio vibraciją. Visų rušių svyravimų poveikis žmogaus organizmui yra individualus reiškinys, tačiau jų sukeliamas susierzinimo laipsnis labiausiai priklauso nuo virpesių dažnio ir pagreičio. Psichologai siūlo žmogaus emocines įtampos priklausomybę nuo svyravimų išreikšti tokia empirine formule: ; (20) čia: w - virpesių pagreitis cm/s2; nv - virpesių dažnis Hz. Remiantis šia sąlygine kinetinės energijos charakteristika, nustatytas svyravimų jutimo laipsnis palas: ; (21) čia: Io - virpesių pojučio žemutine riba, lygi 0,5 A. Tokia važiavimo sąlygų vertinimo metodika labai salygine, nes sunku reikiamus parametrus išmatuoti važiuojant. Svyravimų įtaka žmogaus organizmui realiau vertinti galima pagal dažnio ir ampli­tudės funkciją cm/s2: Z = zo()2; (22) čia: zo — svyravimų amplitudė cm. Ši formulė galioja, kai svyravimai nedideli, t. y. nv

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!