Комплекс эпюр транспортно-эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог - основа оценки проектных решений

КОМПЛЕКС ЭПЮР ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ -ОСНОВА ОЦЕНКИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

А.В. СКРЫПНИКОВ, доц., докторант каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, канд. техн. наук

Теория и практика проектирования автомобильных дорог показывают, что оптимизация проектного решения - многокритериальная задача.

Характеристики взаимодействия автомобилей и дороги настолько различны, что вряд ли их можно обобщить каким-либо единым показателем. В настоящее время обоснована необходимость анализа и оптимизации проекта дороги с использованием эпюр:

- скорости движения (по Н.Ф. Хо-рошилову, Е.А. Бельскому, К.А. Хавкину, В.В. Сильянову);

- коэффициентов аварийности и коэффициентов безопасности движения (по В. Ф. Бабкову);

- пропускной способности и уровня загрузки (по В.В. Сильянову).

Более полное представление о транспорт-но-эксплутационном качестве дороги дает комплекс показателей (скорость, время движения, расход топлива, показатели безопасности движения, токсичности, себестоимости перевозок), рассчитанных для типовых автомобилей расчетного потока автомобилей, сформированных в районе тяготения производительных сил к проектируемой дороге [1-4].

В настоящее время при проектировании дорог выполняют расчет лишь некоторых показателей для 2-3-х наиболее распространенных (и быстро устаревающих) моделей автомобилей. При этом оценка проектных решений недостоверна и точность технико-экономических обоснований капитальных вложений в строительстве дороги недостаточна.

Результаты исследований позволяют расширить комплекс показателей, значительно увеличить количество типовых авто-

мобилей, выполнять расчеты показателей движения перспективных моделей, повысить достоверность технико-экономических

обоснований при проектировании дорог.

Для того чтобы комплекс эпюр, характеризующих транспортно-эксплуатаци-онные характеристики дороги [5-7], был более полным, к перечисленным ранее добавлены следующие эпюры:

- скорости свободного движения и в потоке типовых автомобилей;

- максимальная скорость движения одиночного легкового автомобиля при полном использовании мощности двигателя;

- расход топлива;

- эмиссии токсичных веществ;

- себестоимость перевозок в целом и по видам затрат.

Наибольшую информацию несут эпюры показателей движения типовых автомобилей.

При проектировании дорог необходимо учитывать режимы движения и дорожные условия. Поскольку основными показателями режимов движения являются скорости, то влияние на режимы движения дорожных условий прежде всего анализируют по эпюрам скорости.

Ввод в процесс проектирования модулей ПРОФИЛЬ, СОСТАВ, ТРАССА позволяет вывести эпюры скорости свободного движения. Анализ эпюры по значениям скорости, характеру изменения эпюры, проявляющимся резким провалам и выбросам скорости на эпюре, по частоте переключения и номерам используемых передач позволяет оперативно оценить:

- обоснованность параметров элементов плана, продольного и поперечного профиля;

- степень согласованности между собой проектных решений плана и продольного профиля;

- обоснованность проектных решений по дорожной обстановке;

- обоснованность проектных решений по ремонтам и эксплуатации (результаты моделирования чувствительны к изменениям и шероховатости покрытий).

Достоверность рассчитываемых значений скорости существенно повышена за

счет того, что влияние всех элементов дорожных условий на режимы движения моделируется совместно.

Соответствие проектных решений нормативной расчетной скорости проверяют путем моделирования и автоматизированного построения эпюр максимальных скоростей, выполняя те же самые программы ПРОФИЛЬ, СОСТАВ, ТРАССА и задавая режим максимального использования мощности двигателя - рис. 2.

70

< 60 £ 50

н «

о 40 &

о

В 30

к к

X 20

ч ш

£ 10

0

12

16 20 Пикеты

24 28

32

36

4

8

600 авт./ч 400 авт./ч свободное

Рис. 1. Эпюры средних скоростей автомобиля КАМАЗ+ГКБ при различной интенсивности: 400, 600 авт./ч и свободном движении

л

т и о а о

к

и

к к

X

п е а

и

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

12 16

Пикеты

20

ж ж ж.

—1—1—1—-у у \

-/Л Гш-Зьч И и

>—<

24

28

32

0

4

8

300 см/км 200 см/км 100 см/км 50 см/км

степень открытия дросселя

Рис. 2. Моделирование влияния ровности покрытия на скорость автомобиля КАМАЗ+ГКБ. Значения

ровности от 50 до 300 см/км. Степень открытия дросселя р = 1 при отличной ровности покрытия

80

-800 авт./ч -600 авт./ч -400 авт./ч -200 авт./ч

Рис. 3. Эпюры средней скорости потока при интенсивности от 200 до 800 авт./ч. Обгоны ограничены на участке от ПК 14 до ПК 22

80

70

60

л н

W

о &

g40 W

R R X

П «

£ 20

10

50

30

уклоны в. кривые

пикеты

сухое мокрое  гололед

12 16 20 24 28 32

Рис. 4. Эпюры средней скорости потока при интенсивности 400 авт./ч. Состояние покрытия: 1 - сухое; 2 - мокрое; 3 - гололед

Пикеты

Рис. 5. Зависимость средней скорости автомобиля КАМАЗ при интенсивности 400 авт./ч от шероховатости покрытия: 1 - асфальтобетонное, без обработки, сухое; 2 - асфальтобетонное, загрязненное

Анализ соответствия проектных решений расчетной нормативной скорости основывается на результатах моделирования движения реальных автомобилей. В этой связи существенный интерес представляют эпюры скорости перспективных типов автомобилей, которые станут основной массой потока автомобилей к концу расчетного периода (20-летняя перспектива), на который проектируется дорога. Эпюры движения перспективных типов автомобилей строят по тем же программам: СОСТАВ, ТРАССА -, но предварительно нормативно-справочную базу технико-экономических параметров дополняют показателями перспективного автомобиля. Для этого вызывают программу ПАРКПЛЮС.

Обоснование капитальных вложений в строительство и реконструкцию дорог, сравнение вариантов схем организации движения требуют анализа эпюр средней скорости (рис. 3, 4) и скорости движения типовых автомобилей в потоке. Автоматизированное построение этих эпюр осуществляется после последовательного выполнения программ

ПРОФИЛЬ, СОСТАВ, ТРАССА, КОЛОННА. Такое моделирование полнее раскрывает возможности проектных решений дорог II, III, IV категорий с встречным движением именно вследствие детального моделирования движения встречных потоков программой КОЛОННА, в которой реализованы теоретические результаты.

При сравнении вариантов проектных решений наряду со стоимостными показателями необходимо пользоваться и натуральными. В частности, экономия топлива может оказаться решающим фактором при выборе оптимального варианта дороги.

Существенное влияние на расход топлива оказывает величина продольного уклона, состояние покрытия и режим движения, выбираемый водителем в зависимости от дорожных условий. Поэтому эпюру расхода топлива целесообразно строить на сложных участках продольного профиля. Анализ показывает, что на трудных участках дороги характер эпюр расхода топлива настолько сложен, что аппроксимация его простыми зависимостями (например, от величи-

ны уклона) может привести к существующей потере точности. Эпюры следует использовать как индикатор расхода топлива в энергосберегающих проектных решениях.

Значения расхода топлива используют в расчетах затрат на перевозки при сравнении вариантов проектных решений, при расчетах загрязнения придорожного пространства токсичными веществами отработавших газов.

Эпюры токсичности строят по результатам моделирования движения автомобилей программами: ПРОФИЛЬ, СОСТАВ, ТРАССА, КОЛОННА. Поэтому все особенности проектируемых дорог дорожных условий отражены в эпюрах эмиссии токсичных веществ.

Выявление участков дорог, элементов плана и продольного профиля, элементов дорожной обстановки, вызывающих существенные затраты на перевозки, способствуют эпюры себестоимости.

В настоящее время проектировщики не выполняют громоздких попикетных расчетов себестоимости, зачастую подменяют технико-экономические обоснования местных вариантов плана и профиля формальным анализом соответствия их требованиям СниП.

Анализ оперативно получаемых с ЭВМ данных о попикетных затратах пере-

возки ускоряет оптимизацию проектного решения при сравнении вариантов и способствует формированию у проектировщика ясных представлений о связи между проектными решениями и затратами на перевозки.

Библиографический список

1. Курьянов В.К., Рябова О.В., Скрыпников

A.В. Стадийное повышение транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования. - Воронеж: ВГЛТА, 2004.

2. Скрыпников А.В. Совершенствование методов, алгоритмов и программ комплексного моделирования процесса функционирования дороги для оценки проектных решений в системе автоматизированного проектирования лесовозных автомобильных дорог. - Воронеж: ВГЛТА, 2004 -276 с.

3. Скрыпников А.В. Особенности расчетов показателей движения при проектировании дорог с использованием единых относительных характеристик автомобильных двигателей. Технология, машины и производство лесного комплекса будущего: Материалы международной научно - практической конференции / ВГЛТА. Часть II. - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - 381 с.

4. Курьянов В.К., Скрыпников А.В. Современные этапы развития автомобильного проектирования дорог (САПР-АД). Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем лесного комплекса: Межвуз. сб. науч. тр./ Под ред. проф.

B.С. Петровского. - Воронеж: ВГЛТА, 2000. -259 с.