5. Классификация дорог

Различают классификацию автомобильных дорог и классифи­кацию, используемую при нормировании тракторных транспорт­ных работ.

Классификация автомобильных дорог. Существует два вида классификации автомобильных дорог — государственная и тех­ническая.

По государственной классификации дороги подразделяют по ведомственной подчиненности, включая общегосударственные, республиканские, областные, районные, курортные и ведомст­венные.

Техническая классификация автомобильных дорог подразделяются по назначению и интенсивности движения транспортных средств. По этой классификации имеется пять технических кате­горий дорог:

• категории I, II — дороги общегосударственного значения при интенсивности движения 6 тыс/сут автомобилей на дорогах пер­вой категории и 3...6 тыс/сут на дорогах второй категории;

• категория III — дороги республиканского и областного значе­ния при интенсивности движения 1...3 тыс/сут автомобилей;

• категория IV, V — дороги местного значения с интенсивнос­тью движения соответственно 0,2...1 тыс/сут автомобилей и менее 0,2 тыс/сут.

К дорогам местного значения относят те, по которым вы­полняют внутрихозяйственные и внехозяйственные перевозки. Дороги для внехозяйственных перевозок соединяют хозяй­ственные центры с существующей сетью автомобильных до­рог. Внутрихозяйственные дороги располагают на территории самого хозяйства.

Классификация сельскохозяйственных дорог при нормировании тракторных транспортных работ. Дороги в данном случае подразде­ляют на три группы:

первая — обычные грунтовые дороги, сухие в хорошем состоя­нии, снежные укатанные дороги и дороги с твердым покрытием (асфальтные и гравийные);

вторая — гравийные и щебенчатые (разбитые), грунтовые и про­селочные после дождя (мокрые), слегка оттаивающие после оттепе­лей, с рыхлым снежным покровом, стерня зерновых, поле после корнеклубнеплодов в сухую погоду;

третья — разбитые дороги с глубокой колеей, оттаивающая или просыхающая снежная целина (при перевозке санями), бездорожье в весеннюю или осеннюю распутицу.

5.1. Дорожные условия эксплуатации

Дорожные условия представляют собой важнейший фактор внеш­ней среды, в значительной мере определяющий все основные показа­тели эксплуатационных свойств автотранспортных средств: динамич­ность, топливную экономичность, плавность хода и др.

Влияние дорожных условий сказывается как непосредственно в виде силового воздействия опорной поверхности на колеса автомо­биля, так и опосредованно через регулирование скоростного режима движения водителем, который учитывает изменения параметров доро­ги и характер складывающейся дорожно-транспортной обстановки,

Ввиду большого разнообразия дороги классифицируются по раз­ным признакам: назначению, покрытию, интенсивности движения, расположению, продольному профилю и др. Основные технические па­раметры и характеристики сооружаемых дорог определяются строи­тельными нормами и правилами (СНиП).

В соответствии со СНиП 2.05.02-85 все дороги общей сети страны в зависимости от расчетной среднесуточной интенсивности движения делятся на пять категорий, основные параметры которых приведены в (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Технические параметры автодорог различных категорий

N п/п	Параметры	Категории
		1	2	3	4	5
1	Расчетная интен­сивность движения, авт. /сут	Свыше 7000	3000-7000	1000-3000	100- 1000	До 100
2	Расчетная скорость движения, км/ч	150	120	100	80	60
3	Число полос	4.6.6	2	2	2	1
4	ширина полосы, к	3.75	3.75	3,5	3	-
5	Наибольший продо­льный уклон, %	3	4	5	6	7
6	Наименьший радиус поворота дороги, м	1200	800	500	300	150

Дороги 1, 2, 3 и частично 4 категории имеют капитальные по­крытия в виде асфальтобетона или цементобетона. При этом дороги 1, 2 и 3 категорий рассчитаны на высокие скорости движения и имеют малое число пересечений на одном уровне с другими дорога­ми. Благодаря этому автотранспортные средства имеют возможность поддерживать высокие средние скорости движения и не терять время на торможения, остановки и последующие разгоны. На дорогах 4 и 5 категорий находят применения облегченные, переходные и низшие покрытия (табл. 5.1).

С точки зрения влияния опорной поверхности на эксплуатаци­онные показатели работы автомобиля (расход топлива, среднюю ско­рость движения, предельную скорость движения на повороте, длину тормозного пути и др.) важнейшими параметрами дорожных условий являются: коэффициент сопротивления качению, коэффициент сцепле­ния, угол продольного наклона, радиус поворота, высота и длина микронеровностей дорожного полотна. При этом для разных отрезков даже одной и той же дороги все указанные параметры принимают различные значения, которые можно рассматривать как случайные величины. При выполнении расчетов обычно используют их средние значения, но это не дает полной информации о дорожных условиях. Каждый участок дороги может быть адекватно охарактеризован только соответствующий статистическими распределениями указанных параметров. На рис. 1.2 и 1.3 в качестве примера приведены расп­ределения коэффициента сцепления (<р) и суммарного сопротивления дороги (Ч¹).

Таблица 5.2

Основные типы покрытий автодорог различных категорий

N п/п	Типы покрытий	Категории
		1	2	3	4	5
1	Капитальные: асфальто – и цементобетон	+	+	+	+	-
2	Облегченные: асфальто - и дегтебетон	-	-	+	*	-
3	Переходные: щебеночные, гравийные	-	-	-	+	+
4	Низшие: грунтовые с до­бавлениями, укрепленные	-	-	-	-	+

Как показывает теоретический анализ и результаты экспери­ментальных исследований, изменение технических параметров дороги значительным образом сказывается на показателях различных эксплуатационных свойств автомобиля. Так, например, при движении по неровной поверхности (с булыжным или щебеночным покрытием) рас­ход топлива на 20-З0% больше, чем при движении по дорогам с ка­питальным покрытием. Значительно ухудшается плавность хода авто­мобиля, т.к. возрастают величины среднеквадратических виброуско­рений. При этом на участках, имеющих неровности, водитель вынуж­ден притормаживать, в результате чего снижается средняя скорость движения автомобиля. В итоге все изменения дорожных условий ска­зываются на себестоимости перевозок, а также состоянии грузов и пассажиров. В частности, как показывает анализ, себестоимость перевозок по дорогам с булыжным и щебеночным покрытием в 1,5. ..1,8 раз больше, чем на дорогах с капитальным.

Учитывая значительное количество параметров опорной поверхности и многообразие их воздействия на показатели эксплуатацион­ных свойств автомобиля, дороги целесообразно классифицировать по комплексным критериям. Такая классификация, основанная на сово­купности всех факторов дорожных условий, воздействующих на автомобиль, разработана НИИАТом. В соответствии с ней дорожные усло­вия эксплуатации автомобильного транспорта делятся на 5 катего­рий условий эксплуатации (табл.5.3).

Категории условий эксплуатации

Рис. 5.1. Распределение коэффициента сцепления шин с дорогой:

1 - грунтовая дорога;

2 – бездорожье.

Рис. 5.2. Распределение коэффициента сопротивления дороги:

1 - дорога с твердым покрытием;

2 - булыжное;

3 - грунтовая дорога;

4 - разбитая грунтовая дорога;

5 – бездорожье.

Таблица 5.3

УСЛОВИЯ движения	Рельеф Местности			Группы дорог
		Д1	Д2	Д3	Д4	Д5	Д6
За пределами пригородной зоны (более 50 км от гра­ница города)	P1	I		II		IV	V
	P2
	P3
	P4			III
	Р5
В малых горо­дах (с числом жителей до 100 тыс. ) ив при­городной зоне	P1	II
	P2
	P3
	P4
	Р5
В больших го­родах (с чис­лом жителей св. 100 тыс. )	P1
	P2
	P3
	P4
	Р5

Дорожные покрытия:

Д1- цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д2- битумоминеральные смеси (Щебень или гравии, обработанные битумом);

Д3- щебень или гравии без обработки, дегтебетон;

Д4- булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами;

Д5- грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами, лежневое и бревенчатое покрытия;

Д6- естественные грунтовые дороги; временные внутрикарьерные и отвальные дороги; подземные пути не имеющие твердого покрытия.

Тип рельефа местности:

Р1 - равнинный (до 200 м);

Р2 - слабохолмистый (от 2ОО до 300 м);

РЗ - холмистый (от 300 до 1000 и):

Р4 - гористый (от 1000 до 2000 и):

Р5 - горный (свыше 2000 и).

Как видно из (табл.5.3), классификация НИИАТ учитывает не только типы покрытий дорог (Д,), но и рельеф местности (Р-,). а также условия движения, которые характеризуются совокупностью факторов, оказывающих опосредованное влияние (через изменение режима управляющих воздействий) на скоростной режим автомобиля, а именно: дорожных знаков, светофоров, регулировщиков, а также других участников дорожного движения. Оказывая значительное вли­яние на скоростной режим, а P₂втотранспортных средств, условия дви­жения определяют, прежде всего, такие эксплуатационные показате­ли автомобилей, как средняя скорость движения, расход топлива и количество вредных веществ, выброшенных с отработавшими газами.

Таким образом, в реальных условиях автотранспортные средс­тва эксплуатируются в чрезвычайно широком спектре дорожных усло­вий, которые оказывают как прямое, так и опосредованное влияние на показатели их эксплуатационных свойств и эффективность приме­нения.

5.2. Атмосферно-климатические условия

Огромная площадь территории Российской Федерации предопре­деляет разнообразие климатических условий эксплуатации автомоби­лей и разные требования к их конструкции, а также используемым эксплуатационным материалам (топливам, маслам, смазкам и др.).

Согласно ГОСТ 16350-80 бывший СССР делится на 14 различных по климату районов (табл.5.4). 4 из которых [I,, 1_г, П«, П₅) покрывают почти всю территорию РФ (рис. 5.4).

Территория РФ располагается в средних и высоких широтах, что предопределяет важнейшие особенности ее климата - четко выраженную сезонность и высокую континентальность. С точки зрения влия­ния атмосферно-климатических условий на эксплуатационные свойс­тва автомобилей можно выделить два основных сезона: летний и зимний. В отличие от многих стран мира для РФ, так же, как и для других северных стран (Норвегия, Швеция, Финляндия и Канада), и каждое значение имеет зимний период, что обусловлено отрицатель­ным влиянием низких температур на эксплуатационные свойства ав­томобилей и большой годовой амплитудой колебания температуры воздуха. Зима характерна для всей РФ, причем на большей части ее территории она имеет значительную продолжительность и сопровож­дается низкими температурами воздуха. Особенно продолжителен зимний период в районах очень холодного (I₁) и холодного (I₂) климата. Так, для представительного пункта очень холодного кли­матического района (г. Якутск) средняя продолжительность зимнего периода составляет 211 суток, а для холодного климатического ра­йона (г.Салехард) - 221 сутки, что составляет соответственно и около 58% и 60% всего календарного времена года. В целом на всей территории стран СНГ число дней в году со средней суточной температурой воздуха 0°С и ниже составляет в среднем 171 день или 46,8% календарного времени года.

Таблица 5.4

Климатические районы СНГ (ГОСТ 16350-80)

Микроклиматический район	Климатический район
	Наименование	Обозначение
Холодный	Очень холодный	I1
	Холодный	I2
Умеренный	Арктический приполюсный	n1
	Арктический восточный	n2
	Арктический западный	n3
	Умеренно холодный	n4
	Умеренный	n5
	Умеренно влажный	n6
	Умеренно теплый	n7
	Умеренно теплый влажный	n8
	Умеренна теплый с мягкой энной	n9
	Теплый влажный	n10
	Жаркий сухой	n11
	Очень жаркий сухой	n12
	Средняя Азия	(I+П)А
	Кавказ	ПК

На территории СНГ кроме районов с холодным климатом имеются и районы, отличающиеся малой продолжительностью зимнего периода и относительно высокими температурами воздуха. Согласно ГОСТ 16350-60 к таким можно отнести следующие районы: умеренно теплый (П₇), умеренно теплый влажный (П₈)умеренно теплый с мягкой зимой (П₉), теплый влажный (П₁₀), жаркий сухой (П₁₁), очень жаркий сухой (П₁₁).

Наряду с районами холодного и теплого климата на территории стран СНГ располагаются и районы умеренного климата, к которым относится умеренный (П₅) и умеренно влажный (П₆). На их долю приходится окало 13% территории СНГ. По степени суровости зимнего периода указанные районы занимают промежуточное положение межлу районами холодного и теплого климата. Однако и в них в отдельные периоды температура воздуха зимой может опускаться до минус 35...40^вС.

К основным атмосферно-климатическим факторам внешней среды, влияющим на эксплуатационные показатели автомобилей, относятся, прежде всего: температура и плотность воздуха, атмосферное давление, скорость ветра и осадки.

Температура воздуха - это главный атмосферно-климатический фактор, влияющий на эксплуатационные свойства автомобилей. При этом изменение температуры окружающей среды оказывает влияние на автотранспортные средства как непосредственно через изменение теплового состояния элементов их конструкции, так и опосредованно. Через изменение дорожных условий эксплуатации. Поэтому влия­ний температуры воздуха весьма велико, а механизм ее воздействия на эксплуатационные свойства автомобиля многообразен.

Годовой ход средней температуры воздуха на подавляющей части территории СНГ носит ярко выраженный периодический характер, что является проявлением высокой континентальности климата. На рис. 5.3. в качестве примера приведен годовой ход температуры воздуха в г. Тюмени.

Как правило, максимум температуры воздуха приходится на июль, а минимум на январь. Наглядное представление о распределе­нии средних температур воздуха в наиболее холодный месяц года дают изотермы средней температуры января (рис.1.6). Как видно из рис. 1.6. зимой на территории СНГ температурное поле складывается таким образом, что по мере перехода от юго-западных районов страны к северо-восточным средняя температура воздуха в январе постепенно спивается от минус 5°с (Западная Беларусь. Западная и Южная Украина, юг России. Туркмения, Узбекистан) до минус 35...40°С (Республика Саха). Другим важным показателем температур­ных условий эксплуатации автомобилей является средняя продолжи­тельность отрицательных и положительных температур воздуха. Ана­лиз расположения изолиний показывает, что по мере перехода от юго-западных районов к северо-восточным средняя продолжитель­ность зимнего периода возрастает, а летнего убывает. Другими словами, тенденция нарастания средней продолжительности зимнего периода совпадает с отмеченной выше тенденцией понижения средних температур воздуха. Отметим, что наиболее полное представление о температурном режиме воздуха в конкретном географическом пункте дает распределение суток по интервалам среднесуточных температур воздуха. Указанное распределение позволяет судить как о коли­честве суток, когда среднесуточная температура воздуха распола­гается в том или ином интервале, так и о количестве суток, когда указанная температура была ниже или выше какого-либо значения, например, ниже минус 20" С или выше плюс 20°С и т.д. Поэтому функция распределений числа дней со средней суточной температу­рой воздуха в различных пределах является основной характеристи­кой температурного режима воздуха.

Рис. 5.3. Средняя температура воздуха в январе на территории СНГ

Для эксплуатации автотранспортных средств особое значение имеют повышения или понижения температуры воздуха с ее переходом через 0°С, т.е. оттепели или заморозки, которые обусловливают обледенение дорожного полотна и резкое снижение коэффициента сцепления шин с дорогой, что сказывается на режиме движения ав­томобилей.

Наряду с температурой важное значение имеет другой показатель состояния воздушной среды - скорость ветра. Ветер влияет на величину аэродинамических сил. действующих на автомобиль, и сказывается на его динамичности, топливной экономичности и устойчивости. Анализ районирования территории СНГ по средней скорости ветра (СНиП 2.01.07-85) показывает, что значительный ветер (5 м/с и более) наблюдается на территориях вдоль побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также в Казахстане, южных районах Российской Федерации и Украины. На остальной части СНГ средние скорости ветра относительно малы. Большая повторяемость штилей и слабых ветров на огромных территориях, особенно в ази­атской части, объясняется преобладанием антициклонической пого­ды. Она особенно характерна для Среднесибирского плоскогорья, Центральноякутской низменности. Забайкалья, а также долин на Се­веро-востоке. Так, например, зимой в республике Саха вероятность штилей и ветров до 2 м/с составляет 67%, в Оймяконе 90%, в Чите 80%, Наглядное представление о ветровом режиме воздушной среды в каждой географической точке страны дает гистограмма скорости ветра (рис.1.7).

Атмосферное давление воздушной среды подвергается постоян­ным изменениям (колебаниям) относительно среднего значения в те­чение всего времени года. При этом средняя величина атмосферного давления существенно зависит от положения местности над уровнем моря: при увеличении высоты от 0 до 3000 м средняя величина ат­мосферного давления снижается с 1 до 0,7 Ат. Изменение атмосфер­ного давления сказывается, прежде всего, на работе двигателей внутреннего сгорания. При этом снижение атмосферного давления вызывает уменьшение развиваемой двигателем мощности и повышение удельного эффективного расхода топлива. Это, в свою очередь, влечет за собой ухудшение тягово-скоростных свойств автомобиля и его топливной экономичности.

С атмосферным давлением и температурой тесно связан другой показатель воздушной среды - плотность воздуха. При этом измене­ния двух первых вызывают соответствующее изменение последнего т.е. плотности воздуха.

Значение плотности воздуха можно определить по формуле:

Р_{в =} Р_о ∙ Р · Т_о / Р_о ∙ Т (5.1)

где р_е - плотность воздуха при нормальных атмосферных условиях, кг/м³;

Р_о - атмосферное давление воздуха, соответствующее нормаль­ным атмосферным условиям, МПа:

Т_о - температура воздуха, соответствующая нормальным атмос­ферным условиям. ^оК;

Р_в, Р, Т - соответственно плотность, давление и температура воз­духа для расчетных условий.

Рис. 5.4. Скоростной режим воздушной среды в различных географических пунктах

Рис. 5.5. Количество суток с жидкими осадками в различные месяцы года

Для нормальных атмосферных условий (Р„= 0,1 МПа; Т₀= 293°К) р_в = 1,189 кг/м³. Учитывая широкий диапазон температурных усло­вий и высоты местности, где эксплуатируются автомобили, следует констатировать, что плотность воздуха в зависимости от времени года и места эксплуатации изменяется в весьма широком диапазоне. Это отражается на процессах наполнения двигателей свежим зарядом и силе сопротивления воздушной среды, т.е. сказывается, прежде всего, на тягово-скоростных свойствах автомобиля и потреблении топлива.

Осадки в жидком (дождь) и твердом (снег) виде представляют собой важнейший атмосферно-климатический фактор внешней среда, влияние которых на автотранспортные средства как в летнее, так и зимнее время сказывается, прежде всего, через изменение дорожных условий, которые и влияют на их проходимость, устойчивость, ди­намичность и другие эксплуатационные свойства. На (рис.5.5) предс­тавлены графики, характеризующие число дней с жидкими осадками в разные месяцы года для некоторых представительных пунктов раз­личных климатических районов. Как видно из рис.1.8, наибольшая продолжительность осадков приходится на четыре летних месяца го­да: июнь, июль, август и сентябрь. Б эти месяцы число дней с дождем составляет в среднем 25..-50%. Представление об осадкооб­разовании в зимнее время на той или иной части территории СНГ дает районирование по весу снегового покрова, т.е. по весу сне­га, выпавшего на единицу площади горизонтальной поверхности. Та­кое районирование устанавливает СНиП 2.01.07-85. согласно кото­рому вся территория бывшего СССР разделяется на 6 снеговых райо­нов. Нормативные значения веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности указаны в табл.5.5.

Естественная освещенность земной поверхности изменяется в широком диапазоне и зависит от сезона года и времени суток. Ее влияние на эксплуатационные показатели автотранспортных средств вызывается, главным образом, через режим управляющих воздейс­твий водителя и частично через изменение сопротивления движению, лапаемого генератором автомобиля, обеспечивающем работу сис­темы освещения.

Таблица 5.5

Снеговые районы

Снеговые районы		1	2	3	4	5	6
Нормативный вес снегового покрова	кПа	0.5	0.7	1,0	1.5	2.0	2,5
	кГс/м^г	50	70	100	150	200	250

Таким образом, атмосферно-климатические условия эксплуата­ции варьируются в широком диапазоне и оказывают сложное и много­образное влияние на показатели эксплуатационных свойств автомо­биля.

5.3. Режим управляющих воздействий

Как отмечалось выше, в реальных условиях эксплуатации ско­ростной, нагрузочный и температурный режимы агрегатов и механиз­мов автомобиля во многом определяются дорожными и атмосферно-климатическими факторами внешней среды. Однако ваянии вклад в их Формирование вносит и режим управляющих воздействий, задавае­мый водителем, который отражает особенности использования (экс­плуатации) самого транспортного средства и закономерности выпол­нения транспортной работы во времени, обусловленные характером и особенностями выполняемых перевозок. Большое влияние на формиро­вание режима управляющих воздействий оказывает вид АТС, его наз­начение, а также вид и конкретные особенности перевозимого груза (его физическое состояние, габариты, масса и др.), дальность пе­ревозки и дорожные условия (тип дорожного покрытия; маршрут дви­жения: в городе, в пригороде, за городом и др.). Так, например, при перевозке пассажиров на обычных городских маршрутах води­тель, соблюдая график движения, вынужден останавливать автобус для посадки и высадки пассажиров через каждые 0.4. ..0,8 км. в то время как на междугородных, порой, только через 100...200 км. Это в решающей степени сказывается на средних скоростях движе­ния, относительном времени использования передач, расходах топ­лива и других эксплуатационных показателях. В частности, средние скорости движения автобусов, перевозящих пассажиров по междугородным магистралям, составляют 60-75 км/ч, в то время как сред­ние скорости движения городских маршрутных автобусов не превыша­ют 25...30 км/ч, т.е. в 2...3 раза ниже. Кроме объективных фак­торов важный вклад в формирование режима управляющих воздействий конкретного автомобиля вносит и субъективный фактор, т.е. осо­бенности самого водителя: его квалификация, производственный опыт и др. Разнообразие факторов, обусловливающих режим управля­ющих воздействий, предопределяет и широкий диапазон варьирования скоростного, нагрузочного и температурного режима его работы.

Таким образом, в реальных условиях эксплуатации режим управляющих воздействий, отражая назначение и особенности исполь­зования автомобиля, оказывает большое влияние на эксплуатацион­ные показатели его работы. При этом режим управляющих воздейс­твий, а также дорожные и атмосферно-климатические условия экс­плуатации составляют единый комплекс взаимосвязанных факторов, определяющих показатели эксплуатационных свойств автотранспорт­ных средств и эффективности их использования.