Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЛЕКСНОЙ
ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 13
Состояние проблемы и задачи исследований 13
Анализ существующих требований к параметрам шероховатости,
сцепным качествам и ровности дорожных покрытий 13
Анализ метрологического обеспечения измерений параметров
при ремонтах и содержании автомобильных дорог Республики
Коми 17
Анализ управления качеством дорожных покрытий 23
Особенности движения лесовозных автопоездов на участках
26
кривых в плане
Анализ исследований динамики торможения автомобильных
27
транспортных средств
Цель и задачи исследования 30
Разработка инструкций по комплексной оценке и повышению
транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог 32
Методика измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля
с дорожным покрытием 34
Методика измерения ровности дорожных покрытий 38
Уточнение требований к параметрам шероховатости, сцепным
качествам и ровности дорожных покрытий 39
Обоснование нормативных значений параметров шероховатости,
сцепных качеств и ровности дорожных покрытий 39
Экспериментальные исследования сцепных качеств и ровности
дорожных покрытий 44
Разработка рекомендаций по метрологическому обеспечению
измерений при ремонте и содержании дорог Северо-Западного
региона 46
1.5.1. Влияние качества работ по содержанию и текущему ремонту на
транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных
дорог 46
1.5.2. Выбор и обоснование номенклатуры контролируемых параметров
при производстве работ по содержанию и текущем ремонте
дорог 55
1.5.3. Обоснование метрологических характеристик точности
контролируемых параметров
1.5.4. Метрологические требования к средствам измерений 61
1.6. Разработка и внедрение метода управления качеством дорожных
покрытий на основе оптимизации ремонтных работ в условиях
ограниченных ресурсов Республики Коми 62
Теоретические основы и формализация задачи управления качеством дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ 62
Формулы и зависимости для разработки метода управления качеством дорожных покрытий 63
Разработка алгоритма метода управления качеством дорожных покрытий 67
Практическая апробация метода на эксплуатируемых дорогах Республики Коми и анализ ее результатов 73
Опытное внедрение результатов разработок на дороге Ухта-Нижний Одес-Вуктыл (км 0+00 - км 153+150) 75
Выводы по разделу 1 78
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ЛЕСОВОЗНЫХ
АВТОПОЕЗДОВ 79
2.1. Структура уравнений динамики машинных агрегатов с
голономными связями 80
Выбор обобщенных координат механической системы 85
Частная форма уравнений Лагранжа для плоских механизмов 87
Линейные динамические модели механизмов 88
Уравнения Лагранжа систем с одной степенью свободы 91
2.2. Прохождение случайного сигнала через механическую систему... 94
Преобразование случайных сигналов стационарными линейными механическими системами 94
Динамические свойства линейных механических систем при типовом нагружении 97
Прохождение стационарных случайных сигналов через нелинейные механические системы 98
Анализ нелинейных механических систем на основе метода статистической линеаризации 100
2.3. Разработка алгоритмов вычисления основных параметров
случайных функций на основании результатов измерений 101
2.3.1. Алгоритм вычисления математического ожидания случайного
процесса 102
2.4. Динамическое нагружение звеньев механизмов при
неустановившихся режимах движения лесовозного автопоезда 108
Показатели динамической нагруженности звеньев механизма при пусках и мгновенном приложении внешней нагрузки 109
Динамическое нагружение звеньев при дискретном изменении параметров и структуры механизма 112
Динамика механических систем лесовозного автопоезда в режиме холостого хода 113
2.5. Некоторые вопросы техники точных измерений обобщенных
координат механизмов 116
Методика измерения внешнего силового воздействия 116
Особенности измерений амплитуд и форм колебаний систем с
распределенными параметрами 118
Тарировка тензометрических звеньев 121
Методика вьиислений показателей динамической нагруженности
узлов и деталей лесовозных автопоездов при испытаниях 128
Выводы по разделу 2 132
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ НА УЧАСТКАХ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ С НЕОБЕСПЕЧЕННОЙ ВИДИМОСТЬЮ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО
РЕГИОНА 134
Методика расчета допускаемой скорости движения по
криволинейной траектории 134
Методика расчета допускаемых скоростей на участках
с ограниченной видимостью в профиле 142
Анализ расчетных и экспериментальных данных по
допускаемым скоростям движения 148
Выводы по разделу 3 157
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА
РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ 158
Исследование движения автомобилей и автопоездов
на горизонтальных кривых 158
Учет параметров движения автомобилей и автомобильных поездов при назначении элементов плана на горизонтальных
участках дорог 172
Оценка соотношения требований к автодорогам при движении
автопоездов 186
Особенности движения лесовозных автопоездов на участках
кривых в плане 196
Исследование движения автомобилей и лесовозных автопоездов
на горизонтальных кривых 198
4.4.2. Анализ силовых параметров процесса торможения 201
4.5. Расчетная схема и дифференциальные уравнения движения
лесовозных автопоездов при торможении на дороге с реальным
микропрофилем 211
Прицепной автопоезд 211
Седельный автопоезд 221
4.6. Определение уравнений регрессии показателей эффективности и
устойчивости торможения лесовозных автопоездов на ровных
поверхностях с учетом геометрии дорог 227
Уравнение регрессии тормозного пути и габаритных точек автопоезда, описывающие процесс торможения на прямолинейных участках лесовозных автомобильных дорог 230
Уравнения регрессии показателей эффективности и устойчивости торможения лесовозного автопоезда с учетом геометрии дороги... 232 Выводы по разделу 4 238
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ТОРМОЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ В РЕАЛЬНЫХ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ 239
Методика и аппаратура для проведения экспериментальных исследований 239
Проверка на адекватность результатов теоретических и
экспериментальных исследований 244
Выводы по разделу 5 267
6. СИСТЕМА ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-
ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО УРОВНЯ ЛЕСОВОЗНЫХ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА.. 268
Методика определения однородных участков на автомобильной дороге 268
Методика анализа состояния дорожных условий и назначения
мероприятий на однородных участках 274
Методика анализа и разработки мероприятий по обеспечению общего уровня безопасности движения по дороге 275
Методика анализа и разработки мероприятий по обеспечению безопасности движения в местах концентрации ДТП 277
Методика анализа дорожных условий по обеспечению экономичных условий движения 278
6.3. Алгоритм анализа состояния дорожных условий и назначения
мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационного
уровня автомобильной дороги 282
Алгоритм формирования базы исходной информации 283
Алгоритм разбиения дороги на однородные участки и формирование базы характеристик однородных участков 288
Алгоритм анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной потенциальной опасности и назначения мероприятий по их ликвидации 295
6.4. Алгоритмы анализа и разработки мероприятий по обеспечению
безопасности движения в местах концентрации ДТП 300
6.4.1. Алгоритм анализа и разработки мероприятий по обеспечению
экономичности движения 3 07
Выводы по разделу 6 314
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 315
ПРИЛОЖЕНИЕ А 339
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 350
ПРИЛОЖЕНИЕ В 354
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 361
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 380
Введение к работе
Актуальность темы. Опыт эксплуатации лесовозных автомобильных дорог Северо-Западного региона показывает, что вывозка лесоматериалов из лесосек на лесные склады, пункты переработки и потребителям является важнейшей фазой лесозаготовительного производства, которая определяет возможности и целесообразности освоения лесных запасов, и в значительной степени - себестоимость продукции лесозаготовок.
Лесовозные автопоезда эксплуатируются на лесовозных автомобильных дорогах и на дорогах общего пользования, которые на отдельных участках характеризуются сложными условиями для водителей, плохим состоянием поверхности автодороги. Всесезонность вывозки лесоматериалов по автомобильным дорогам обуславливает движение при состоянии покрытия, характеризующимся низкими значениями коэффициента сцепления.
При таких обстоятельствах проблема повышения транспортно-эксшгуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог, безопасности движения и профилактики дорожно-транспортных происшествий является чрезвычайно актуальной для лесного комплекса России и особенно условий Республики Коми в связи со значительным увеличением парка лесовозного автомобильного подвижного состава и перспективы вывозки лесоматериалов по дорогам общего пользования.
Указанное выдвигает рассматриваемую проблему в число важнейших народнохозяйственных и социальных задач, подчеркивая ее актуальность.
Тема диссертации посвящена проблеме повышения надежности и эффективности лесовозных автомобильных дорог и способствует разработке ресурсосберегающей и экологически перспективной технологии работы лесотранспорта и автомобильных дорог.
Цель работы. Целью данной работы является повышение надежности и эффективности лесовозных автомобильных дорог, повышение
устойчивости лесовозных автотранспортных средств на основе моделирования динамики их торможения в различных эксплуатационных условиях Северо-Западного региона.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись дороги, лесовозные автопоезда, процессы движения автомобилей и автопоездов в режимах торможения. Научные исследования проводились при помощи методов: дифференциального и интегрального исчислений, теории дифференциальных уравнений, теоретической механики, имитационного моделирования, регрессионного анализа, планирования эксперимента.
Научная новизна работы:
теоретическое обоснование метода управления качеством дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ в условиях ограниченных ресурсов Северо-Западного региона, отличающееся тем, что позволит повысить транспортно-эксплуатационный уровень лесовозных автомобильных дорог и будет способствовать более обоснованному планированию ремонтных мероприятий и рациональному использованию материальных ресурсов;
дифференциальные уравнения определения динамической нагруженности узлов и деталей лесовозных автопоездов, отличающиеся тем, что позволяют выявить и проанализировать причины отказов механизмов и узлов лесовозных автопоездов;
теоретическое обоснование методики расчета допускаемой скорости движения лесовозных автопоездов с необеспеченной видимостью в условиях Северо-Западного региона, отличающейся учетом сил действующих на автомобиль при его движении на кривой;
дифференциальные уравнения динамического взаимодействия между звеньями автопоезда в режиме экстренного или служебного торможения, отличающиеся тем, что позволяют определять нормальные реакции на осях лесовозного автопоезда, когда в сцепном устройстве действует усилие растяжения или усилие отсутствует;
дифференциальные уравнения движения трехосного автомобиля в режиме торможения, отличающиеся тем, что учитывают неравномерность действия тормозных механизмов и позволяют определить параметры процесса торможения в любых эксплуатационных условиях, которые встречаются на лесовозных автомобильных дорогах;
регрессионные модели, выражающие показатели эффективности и устойчивости торможения лесовозных автопоездов, отличающиеся возможностью поиска оптимальной начальной скорости торможения при заданном коэффициенте сцепления;
математические модели, выражающие состояние дорожных условий и назначение мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационного уровня лесовозной автомобильной дороги, отличающиеся тем, что позволяют выявлять повышенной потенциальной опасности и назначения мероприятий по их ликвидации.
Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая ценность работы связана с использованием основных ее положений:
предложенных математических моделей метрологического обеспечения измерений при ремонте и содержании лесовозных автомобильных дорог Республики Коми, позволяющих выявить влияние качества работ по содержанию и текущему ремонту на транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог;
математических моделей динамического воздействия между звеньями автопоезда, позволяющих рассчитать вертикальные и горизонтальные реакции на колесах автопоезда в режиме экстренного и служебного торможения, способствующих повышению безопасности движения автопоездов;
- математических моделей силовых воздействий в системе «автомобиль-дорога» при торможении, алгоритмы, реализующие эти модели, позволяющие определять силовые и кинематические параметры, присущие
процессу торможения лесовозных автопоездов в любых эксплуатационных условиях;
регрессионных моделей, выражающих показатели эффективности и устойчивости транспортных средств при торможении, позволяющие выявить влияние уклонов дороги, радиусов ее поворота и микропрофиля, а также начальной скорости движения и величины неравномерности действия тормозных механизмов автомобиля на тормозной путь и габаритное отклонение;
математических моделей разбиения дороги на однородные участки и формирования базы характеристик однородных участков, алгоритмы, реализующие модели анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной опасности, позволяющие разработать и назначить мероприятия по их ликвидации, по обеспечению безопасности движения в местах концентрации ДТП, по обеспечению экономичности движения на дороге.
Научные положения, выносимые на защиту. 1. Математическая модель управления качеством дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ в условиях ограниченных ресурсов. 2.Дифференциальные уравнения определения динамической нагруженности узлов и деталей лесовозных автопоездов.
Расчетные схемы и дифференциальные уравнения расчета допускаемой скорости движения на участках с ограниченной видимостью.
Дифференциальные уравнения динамического взаимодействия между звеньями автопоезда в режиме экстренного или служебного торможения.
Расчетная схема и дифференциальные уравнения движения трехосного автомобиля в режиме торможения, математические модели силовых взаимодействий в системе «автомобиль-дорога» при торможении, алгоритмы, реализующие эти модели.
6. Регрессионные модели, выражающие показатели эффективности и
устойчивости торможения лесовозных автопоездов.
7. Методика определения однородных участков на автомобильной дороге, алгоритмы анализа дорожных условий с целью выявления мест повышенной опасности и разработки мероприятий по обеспечению экономичности и безопасности дорожного движения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались:
- на международных научных, научно-практических и научно-технических конференциях: «Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса» (Воронеж, 1998г.); «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем лесного комплекса» (Воронеж, 2000г.); «Международный форум по проблемам науки, техники и образования» (Москва, 2003, 2004гг.); «Вузовская наука -региону» (Вологда, 2004, 2005гг.); «Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего» (Воронеж, 2004г.); «Экология: Образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004г.); «Наука и технологии: Труды XXIV Российской школы» (Москва, 2004г.); «Наука и образование-2005» (Мурманск, 2005г.); на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГЛТА и УГТУ с 1998 по 2006г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 103 работы. Основные результаты исследований - в 62 научных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАКом - 14, в 4 монографиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, библиографического списка литературы наименований и приложений. Общий объём работы - 392 с, включая 52 рисунка, 38 таблиц, библиографического списка литературы - 227 наименований, в том числе на иностранном языке - 13.
