Лекция 1 Введение автодорог в эксплуатацию

Лекция 1 Введение автодорог в эксплуатацию План 1.Тенденции развития автомобильного транспорта и автомобильных дорог 2. Состояние дорог и технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта Тенденции развития автомобильного транспорта и автомобильных дорог В единой транспортной системе страны значительное место принадлежит автомобильному транспорту, объем перевозимых грузов которого в несколько раз больше, чем у всех остальных видов транспорта вместе взятых. В то же время в общем грузообо- роте доля автомобильного транспорта значительно меньше, по- скольку средняя дальность перевозок автомобильным транспортом в несколько раз меньше, чем другими видами транспорта (железнодорожным, морским, воздушным и др.). Для успешного функционирования автомобильно-дорожной системы, т. е. автомобильного транспорта и автомобильных до- рог, необходимо, чтобы параметры и характеристики автомобиль- ных дорог удовлетворяли требованиям движения автомобилей, а основные параметры и характеристики автомобилей соответ- ствовали тем, на которые рассчитаны эксплуатируемые дороги. Существуют определенные требования к автомобилям со сто- роны автомобильных дорог, которые необходимо соблюдать, что- бы не перестраивать сеть автомобильных дорог под каждое новое поколение автомобилей. Это, прежде всего, требования к дина- мическим свойствам и габаритам автомобилей, их осевой нагруз- ке, общей массе и ряду других характеристик. Выдержать эти соотношения трудно, поскольку автомобиль- ные дороги эксплуатируются многие десятилетия, в течение кото- рых происходит смена нескольких поколений автомобилей, каж- дое из которых предъявляет более высокие требования к автомо- бильным дорогам и поэтому их необходимо непрерывно совер- шенствовать. Чтобы заранее прогнозировать возможные изменения состоя- ния дорог и требования к ним со стороны пользователей дорог, необходимо систематически анализировать тенденции количественного и качественного развития автомобильного транспор- та. На этой основе должна разрабатываться техническая полити- ка в эксплуатации автомобильных дорог, их ремонта и содержа- ния. Выпуск автомобилей во всем мире составил в 2000 г. примерно 55 млн ед., а в 2010 г. ожидается более 60 млн ед. Соответственно растет и степень насыщения потребностей на- селения автомобилями, и к настоящему времени она достигает в США 810 автомобилей на 1 000 жителей, а в Западной Европе 560 автомобилей на 1 000 жителей. По расчетам специалистов, пото- лок насыщения автомобилями в США составляет 850, а в Запад- ной Европе — 750 автомобилей на 1 000 жителей. В России в 2000 г. было примерно 26 млн легковых автомоби- лей и 4,3 млн грузовых, причем более 600 тыс. легковых автомо- билей было привезено из дальнего зарубежья. Таким образом, на 1 000 жителей России приходилось около 200 автомобилей. На- блюдается устойчивый рост численности автомобильного парка на 5 … 6 % и более в год.Предполагается, что к 2010 г. в России парк легковых автомо- билей составит 31 — 33 млн ед., а к 2025 г. эта численность возра- стет до 60 млн ед. и на каждые 1 000 жителей будет приходиться 350 — 400 легковых автомобилей. Таким образом, по темпам на- сыщения автомобилями Россия приближается к передовым стра- нам мира. Такова перспектива количественного уровня автомобилизации России, из которой следует исходить, планируя развитие дорож- ной сети, уровень загрузки дорог движением и техническую по- литику в области ремонта и содержания дорог, организации и безопасности движения. Не менее важно учитывать и тенденции качественного разви- тия автомобилей и прежде всего параметров и систем, оказываю- щих влияние на требование к параметрам и транспортно-эксплу- атационному состоянию дорог. Классификация автомобилей. По автомобильным дорогам об- щего пользования движутся грузовые и легковые автомобили, а так- же автобусы, которые подразделяют на классы. Кроме того, по автомобильным дорогам движутся и специализированный подвиж- ной состав в виде автомобильных фургонов, автомобильных цис- терн, автомобилей-лесовозов, и другие виды специализированно- го подвижного состава (автомобили-муковозы, автомобили-цемен- товозы, автомобили-бетоновозы, автобетоносмесители, автомо- бильные краны и т. п.). В СССР развитие автомобилестроения шло на основе перспек- тивных типажей автомобилей, т. е. систематизированной группи- ровки всех базовых разновидностей автомобилей, по которым должно развиваться отечественное автомобилестроение. С переходом к рыночной экономике основным критерием про- изводства автомобилей стал спрос покупателей, а ориентиром в технической политике служит опыт Западной Европы и Правила Европейской экономической комиссии Организации Объединен- ных Наций (ЕЭК ООН). На дорогах общего пользования действуют установленные международными соглашениями ограничения габаритов и массы ав- томобилей: высота — 4,0 м, ширина — 2,5 м (для рефрижераторов и изо- термических кузовов допускается 2,6 м), длина — 12 м для оди- ночных автомобилей, 20 м — для автопоездов (с одним прицепом или полуприцепом), 18 м — для сочлененных автобусов и трол- лейбусов; полная масса для автопоездов с одним прицепом или полу- прицепом по группе А — не более 38 т. Установлены следующие нагрузки на одиночную ось двухос- ного автомобиля для расчета прочности дорожных одежд вновь строящихся и реконструируемых дорог: I, II категорий 115 кН (11,5 тс) III, IV категорий 100 кН (10 тс) V категории 60 кН (6 тс) Ширина колеи автомобилей обычно составляет 0,8 … 0,85 габа- ритной ширины, и эта тенденция устойчиво сохраняется длитель- ное время. Например, если габаритная ширина 2,5 м, то колея будет около 2,0 м. У легковых автомобилей часто встречается ши- рина 1,6 м и колея 1,45 м. Высота центра тяжести автомобилей обычно составляет около 0,5 колеи и не должна быть больше по условиям бокового опро- кидывания при движении на повороте. Габаритная высота легко- вых автомобилей составляет около 1,4 м, а высота глаз водителя около 1,1 … 1,2 мАнализ развития параметров автомобилей указывает на то, что в ближайшие 10 — 20 лет не должно произойти изменений по габаритным высоте и ширине грузовых и легковых автомоби- лей. Однако в Европе и в России имеется тенденция к увеличе- нию разрешенной осевой нагрузки с увеличением полной массы автопоезда, что необходимо учитывать при расчете дорожных одежд. Динамические характеристики автомобилей. Максимальные конструктивные скорости движения отечественных легковых автомо- билей за период с 1970 г. по настоящее время возросли в среднем на 17 км/ч и составляют 145 … 158 км/ч. Также увеличились и максимальные скорости отечественных грузовых автомобилей, которые составляют в настоящее время 90 … 115 км/ч. Значительная часть автомобилей иностранного производства обладает более высокими динамическими качествами, включая удельную мощность двигателя и максимальную скорость дви- жения. Переход России к рыночной экономике сопровождается не только ростом численности автомобильного парка, но и глубоким качественным изменением его состава. В транспортном потоке на автомобильных дорогах доля легковых автомобилей возросла до 80 % и более, возросла доля тяжелых грузовых автомобилей, авто- поездов, туристических автобусов, а динамические характеристи- ки многих отечественных автомобилей вплотную подошли к характеристикам зарубежных автомобилей. В связи с произошедшими количественными и качественными изменениями транспортных потоков значительно возросли тре- бования к потребительским свойствам автомобильных дорог. Темпы развития и структура дорожной сети. На начальном эта- пе развития все автомобильные дороги входили в единую дорож- ную сеть. Только в 1955 г. было введено деление дорог на автомо- бильные дороги общей сети, дороги промышленных предприя- тий, а также на внутрихозяйственные сельские дороги и дороги специального назначения. В настоящее время автомобильные дороги Российской Феде- рации классифицируют по принадлежности на автомобильные дороги общего пользования, ведомственные и частные. К автомобильным дорогам общего пользования относят внего- родские автомобильные дороги, которые являются государствен- ной собственностью Российской Федерации и подразделяются: на дороги общего пользования, являющиеся федеральной соб- ственностью, — федеральные дороги; дороги субъектов Российской Федерации, относящиеся со- ответственно к собственности субъектов Российской Федерации, — территориальные дороги. К ведомственным и частным автомобильным дорогам относят дороги предприятий, объединений, учреждений и организаций, крестьянских (фермерских) хозяйств, предпринимателей и их объе- динений и других организаций, используемые ими для своих тех- нологических, ведомственных или частных нужд. Сеть автомобильных дорог России развивалась неравномерно в течение длительного времени (рис. 1.1). При этом темпы разви- тия дорожной сети в течение многих лет существенно отставали от темпов роста численности автопарка. Максимальные темпы развития дорожной сети были достигну- ты в 1986 — 1990 гг., когда ежегодные объемы строительства и ре- конструкции дорог общего пользования составляли 8 … 12 тыс. км. В последующее десятилетие объемы строительства новых до- рог общего пользования уменьшились до 6 тыс. км в год, а после2001 г. произошло обвальное сокращение объемов строительства до 1 тыс. км в год. Ежегодный прирост сети дорог с твердым покрытием за счет нового строительства составлял 0,1 … 0,3 %. Увеличение протяженности сети дорог общего пользования про- исходило путем передачи ведомственных и сельскохозяйствен- ных дорог с твердым покрытием в сеть дорог общего пользова- ния. Ежегодно передавалось 8 … 15 тыс. км дорог и более. Одна- ко такая передача не увеличивает общую протяженность дорог в стране. По состоянию на 01.01.2004 г. протяженность всей сети авто- мобильных дорог России составляла 897,8 тыс. км, в том числе общего пользования — 598,6 тыс. км, из которых 46,8 тыс. км федеральных и 551,8 тыс. км территориальных дорог. Кроме того, в общую протяженность входило 299,2 тыс. км ведомственных и частных дорог. Протяженность дорог общего пользования с твердым покры- тием составляла 544,2 тыс. км, в том числе 61 % — дороги с по- крытием из асфальтобетона и других материалов, обработанных вяжущим; дороги с цементобетонным покрытием составляли 2 % протяженности; с покрытием переходного типа (щебеночные, гра- вийные и др.) — 28 %. Протяженность грунтовых дорог составляла 9 %, или 53,9 тыс. км. Сеть дорог общего пользования с твердым покрытием распределяется по категориям в следующем порядке: Категория дороги ........................................ I II III IV V Протяженность, тыс. км ............................ 4,8 27,8 109,8 320,2 81,6 Доля в сети дорог с твердым покрытием.. 0,9 5,1 20 59 15 По расчетам автора, минимально необходимая протяженность сети автомобильных дорог общего пользования с твердым по- крытием в России должна составлять 1,5 млн км, при том что помимо них будет еще 300 … 500 тыс. км дорог ведомственных и сельскохозяйственных. Сеть дорог общего пользования с твер- дым покрытием позволит решить две принципиально важные задачи: социально-политическую, которая состоит в том, чтобы свя- зать воедино все населенные пункты страны хотя бы одной по- стоянно действующей дорогой и обеспечить конституционные права каждого гражданина на свободу передвижения; экономическую, которая состоит в том, чтобы соединить на- дежными автотранспортными связями все грузо- и пассажирооб- разующие пункты, создав сеть федеральных и территориальных дорог с высокими потребительскими свойствами, позволяющую выбирать оптимальные маршруты перевозок без перепробега ав- томобилей. Такая сеть дорог позволит ликвидировать бездорожье и создаст основу для дальнейшего последовательного увеличения плотно- сти дорожной сети по мере развития экономики страны и каждой территории. Указанные объемы строительства дорог служили ориентиром при разработке многочисленных программ развития и модерни- зации транспортной инфраструктуры. К сожалению, ни одна из этих программ не была выполнена в полном объеме.В 2005 г. введен в действие новый стандарт на автомобильные дороги. В этом стандарте введены понятия классов и категорий дорог, а также категорий Iв для обозначения дорог обычного типа. Класс дороги назначают в зависимости от условий доступа к ней, т. е. от возможности въезда на дорогу и съезда с нее транс- портных средств, определяемой типом пересечения или примыкания. Различают три класса автомобильных дорог — автомагистрали, скоростные дороги и дороги обычного типа (нескоростные до- роги). Кроме того, различают семь категорий автомобильных дорог в зависимости от характеристик, отражающих принадлежность ав- томобильной дороги соответствующему классу и определяющих технические параметры автомобильной дороги. Таким образом, в новом стандарте все автомобильные дороги общего пользования подразделяются на автомагистрали категории Ia, скоростные дороги категории Iб и дороги обычного типа (нескоростные дороги) категорий Iв, II, III, IV и V. В стандарте указаны их основные характеристики и условия применения того или иного класса и той или иной категории. Потребуется значительно увеличить объемы работ по строи- тельству, реконструкции, модернизации, ремонту и содержанию автомобильных дорог для того, чтобы обеспечить надежную авто- транспортную инфраструктуру России. Реализация новых программ станет задачей будущих поколе- ний инженеров-дорожников. Состояние дорог и технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта Многие годы, когда в транспортном потоке подавляющую часть составляли грузовые автомобили, основными технико-экономи- ческими показателями работы автомобильного транспорта счита- ли производительность автомобилей, себестоимость перевозок, расход топлива, износ шин и др. Все эти показатели напрямую связаны с техническими пара- метрами и характеристиками дорог, такими как ширина проез- жей части, продольные уклоны и радиусы кривых в плане, а так- же прочность дорожной одежды, ровность и сцепные качества покрытий и др. В современных условиях, когда доля легковых автомобилей в составе транспортных потоков составляет 70 … 85 %, на первое ме- сто при оценке эффективности работы автомобильного транспорта на дороге выходят затраты времени на поездку пассажиров или перевозку грузов, которые непосредственно связаны со скорос- тью движения. Расчеты показывают, что повышение скорости движения за счет улучшения состояния дороги дает существенную экономию вре- мени на поездку или перевозку грузов до 20 тыс. авт.-ч и более на каждый километр улучшенной дороги. Одной из наиболее частых причин снижения скорости движе- ния является ухудшение ровности покрытия (рис. 1.2). К этому нужно добавить время простоя в заторах из-за пере- грузки дорог движением, перерывов движения во время метелей, снегопадов или запрещения проезда тяжеловесных автомобилей в весенний период из-за недостаточной прочности дорожных одежд. Годовая производительность автомобиля также зависит от дорожных условий. От состояния дорожной сети во многом зависит время работы автомобиля на линии. При плохом состоянии сети автомобили часто простаивают из-за поломок, снежных заносов на дорогахФактическое число часов работы автомобиля в году может колебаться в пределах 1 000 … 4 000 ч, а годовая производитель- ность автомобиля за счет изменения числа часов работы меняет- ся в несколько раз. Значительно большее влияние на производи- тельность автомобиля оказывает грузоподъемность и средняя ско- рость его движения. За счет увеличения грузоподъемности, на- пример, с 3 до 10 т, производительность может быть увеличена более чем в 3 раза. За счет увеличения средней скорости движе- ния с 30 до 90 км/ч производительность может быть увеличена почти в 2,4 раза. Однако грузоподъемность автомобиля прямо зависит от допус- тимой осевой нагрузки, а следовательно, от прочности дорожной одежды и несущей способности мостов. Скорость движения зависит от геометрических параметров до- роги, ровности и сцепных качеств дорожного покрытия и его со- стояния, инженерного оборудования дороги и организации дви- жения, т. е. от уровня содержания дороги. Эффективность работы автомобильного транспорта характери- зуется себестоимостью перевозок. Расчеты показывают, что себестоимость грузовых перевозок минимальна при средней скорости движения 60 … 80 км/ч. Еслипринять эту себестоимость за единицу, то с уменьшением сред- ней скорости коэффициент увеличения себестоимости перевозок резко возрастает, особенно при скорости ниже 40 км/ч: Средняя скорость движения, км/ч ... 60..80 40..60 20..40 10..20 Коэффициент повышения стоимости перевозок . 1,00 1,10 1,30 3,5 Большое влияние оказывает на расход топлива при движении автомобиля состояние дороги. При этом, чем выше скорость дви- жения, тем больше увеличивается расход топлива при ухудшении ровности (рис. 1.3). О влиянии состояния дорог на эффективность работы автомо- билей свидетельствуют данные о стоимости содержания транс- портных средств при работе автомобилей на дорогах с различной ровностью, полученные по материалам Европейского банка раз- вития и реконструкции (ЕБРР), где ровность покрытия приведе- на в международных единицах IRI, измеряемых в метрах на 1 км (м/км). Из этих данных следует, что при ухудшении ровности от 1 до 8 м/км экономические затраты на транспортные средства возрас- тают для легковых автомобилей с 8 до 15 центов США на 1 км, а для тяжелых грузовых автомобилей с 26 до 27 центов США на 1 км. Таким образом, без значительного повышения технического уровня и эксплуатационного состояния существующих дорог нельзя решить задачу повышения эффективности работы всего автомо- бильного транспорта